معلومة

الحد من المغذيات في النظم البيئية الأرضية والمياه العذبة

الحد من المغذيات في النظم البيئية الأرضية والمياه العذبة


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

فيما يتعلق بالإنتاج الأولي ، غالبًا ما يتم وصفه في الكتب المدرسية أن النيتروجين هو أكثر العناصر الغذائية تقييدًا في النظم البيئية الأرضية ، في حين أن الفوسفور هو أكثر العناصر الغذائية تقييدًا في النظم البيئية للمياه العذبة. ما الذي يخلق هذا الاختلاف؟


التفسير التقليدي لذلك هو أن مركبات النيتروجين أكثر قدرة على الحركة من مركبات الفوسفور. نتيجة لذلك ، من المرجح أن يتدفق النيتروجين عبر النظم الإيكولوجية الأرضية ويتراكم في النظم الإيكولوجية للمياه العذبة ، مما يجعل الفوسفور أكثر تقييدًا نسبيًا من النيتروجين في المياه العذبة.

تعتبر مركبات الفوسفور (مثل الفوسفات) أكثر "لزوجة" وتميل إلى الارتباط / الامتصاص بالمركبات الموجودة في التربة والرواسب المائية ، مثل مركبات الحديد. وبالتالي ، فإن معظم الفوسفور يرتبط بالنظم البيئية الأرضية لأنه أقل حركة من النيتروجين ، أو يرتبط بالرواسب المائية. نتيجة لذلك ، يصبح النيتروجين أكثر تقييدًا نسبيًا من الفوسفور في النظم البيئية الأرضية ، وغالبًا ما يتعذر الوصول إلى الفوسفور الذي يدخل النظم الإيكولوجية للمياه العذبة للكائنات البيولوجية مثل المنتجين الأساسيين.

لاحظ أن هذا النموذج هو تعميم ، ويعتمد على العديد من العوامل الأخرى. يمكن أن تنظم مركبات الحديديك وتركيز الأس الهيدروجيني للبحيرة ما إذا كانت الرواسب هي مصادر أو أحواض للفوسفور ؛ يمكن أن تؤدي ظروف نقص الأكسجين إلى نزع النتروجين ، وفقدان النتروجين الذي يمكن أن يعوض مدخلات النتروجين. يمكن للإضافات البشرية المنشأ لـ N و P (إما إلى نظام المياه العذبة مباشرة أو إلى النظام البيئي الأرضي الذي يصب فيه) أن تخل بشكل كبير بالتوازن الطبيعي بين الحد من N و P في النظم البيئية الأرضية والمائية بطريقة لا تتوافق مع النموذج.

بعض المراجع التي قد تجدها مفيدة:

Elser، JJ، Bracken، MES، Cleland، EE، Gruner، DS، Harpole، WS، Hillebrand، H.، Ngai، JT، Seabloom، EW، Shurin، JB and Smith، JE (2007) ، التحليل العالمي للنيتروجين والفوسفور الحد من المنتجين الأساسيين في النظم الإيكولوجية للمياه العذبة والبحرية والبرية. رسائل علم البيئة ، ١٠: ١١٣٥-١١٤٢.

فيتوسك ، ب. & Howarth ، RW Biogeochemistry (1991) 13: 87.


قياس حدود النيتروجين والفوسفور الأرضي

نشأت قصة الحد من المغذيات من أربعينيات القرن التاسع عشر ، عندما اقترح الكيميائي الألماني الشهير Justus Freiherr von Liebig قانون Liebig's للحد الأدنى بناءً على التجارب التي أضافت العناصر الغذائية الأساسية لتحسين إنتاجية المحاصيل (von Liebig ، 1843). بعد مائة عام ، Chapin III et al. (1986) بحث في مفهوم الحد من المغذيات في مجتمعات النباتات الطبيعية واقترح عدة اختلافات عن ذلك في الزراعة ، وخاصة استراتيجيات استخدام المغذيات المتنوعة لأنواع النباتات المختلفة. في عام 1991 ، خلص فيتوسك وهوارث (1991) إلى أن "هناك أدلة قوية على أن النيتروجين يحد من صافي الإنتاج الأولي في معظم الأوقات في معظم المناطق الأحيائية الأرضية والعديد من النظم الإيكولوجية البحرية". منذ عام 2000 ، قام العديد من علماء البيئة بتقييم الحد من النيتروجين والفوسفور بناءً على التحليلات التلوية لتجارب إضافة المغذيات العالمية واستنتجوا التوزيع العالمي للحد من النيتروجين والفوسفور في النظم البيئية الأرضية (Elser et al.، 2007 LeBauer and Treseder، 2008 Fay et al. . ، 2015). وفي الوقت نفسه ، قدر العديد من الآخرين أيضًا حدود النيتروجين والفوسفور من خلال مؤشرات غير مباشرة (Koerselman and Meuleman ، 1996 Güsewell ، 2004 Vergutz et al. 2012 Han et al. ، 2013). على الرغم من أن هذه الجهود قد حسنت بشكل كبير فهمنا للحد من المغذيات ، إلا أن الأنماط العالمية للحد من النيتروجين والفوسفور الأرضي لا تزال تشكل سؤالًا أساسيًا لمجالات البيئة الأرضية والكيمياء الحيوية.

لقد فكرت في الإجابة على هذا السؤال منذ الوقت الذي أجريت فيه تجربة إضافة النيتروجين في غابة شمالية لأطروحة الدكتوراه الخاصة بي في جامعة بكين (2008-2013). لقد وجدت أن تجارب إضافة العناصر الغذائية مكلفة ، وقد استخدم باحثون مختلفون مجموعة متنوعة من مؤشرات الاستجابة للنمو ، مما يعقد الهدف الصعب المتمثل في فك التشابك بين الأنماط المكانية للحد من المغذيات العالمية. بعد إتمام عملي لدرجة الدكتوراه في جامعة بكين ، انتقلت إلى جامعة بكين للمعلمين للحصول على درجة الدكتوراه خلال عامي 2013 و 2015. واصلت العمل في جامعة بكين للمعلمين وأصبحت أستاذًا مشاركًا في عام 2016. ومنذ ذلك الحين ، عدت إلى هذه القضية لحل اللغز العالمي للحد من النيتروجين والفوسفور.

تم استخدام النسب الكتلية لنيتروجين الأوراق والفوسفور للإشارة إلى الحد من النيتروجين والفوسفور (Koerselman and Meuleman ، 1996 Güsewell ، 2004) ، ولكن ثبت أن هذا النهج يشوبه قدر كبير من عدم اليقين من خلال تقييم حديث (Yan et al. ، 2017). حاولت بعض الدراسات الأخرى ربط كفاءة امتصاص النيتروجين والفوسفور بالحد من المغذيات (Vergutz et al. 2012 Reed et al.، 2012 Han et al.، 2013) ، لكن الإطار النظري لا يزال غير موجود. كما هو مستوحى من نظرية التوازن المتكافئ وقانون Liebig's of the Minimum ، اقترحت إطارًا نظريًا لاختبار حدود المغذيات بناءً على نسبة كفاءة امتصاص النيتروجين والفوسفور في مقياس النظام البيئي (انظر المزيد من التفاصيل في Du et al. ، 2020 ). في ما يقرب من عامين من العمل ، جمعت بيانات عن كفاءة امتصاص النيتروجين المزدوج للأوراق وكفاءة امتصاص الفوسفور من الأدبيات وقمت بإجراء تقييمات أولية للأنماط في الحد من النيتروجين والفوسفور.

في أكتوبر 2017 ، قمت بزيارة قصيرة للبروفيسور روب جاكسون في جامعة ستانفورد ، حيث تعاونا لتحسين العمل وانتهينا من المسودة الأولى لمخطوطتنا. لطالما اهتم مختبره بالحد من المغذيات عبر النظم البيئية ودور النباتات في كل من هيكلة توافر المغذيات العالمية والاستجابة لها (على سبيل المثال ، Jobbágy and Jackson 2001 Vergutz et al. 2012 Terrer et al. 2019). تم تعزيز فريقنا عندما قدم روب باحثي ما بعد الدكتوراة سيزار تيرير وآدم بيليجريني وأندرس أهلستروم للانضمام إلى مختلف جوانب التحليلات. لقد أشركنا أيضًا الدكتور Caspar J. van Lissa ، الأستاذ المساعد للطرق والإحصاء بجامعة Utrecht ، لتحسين تحليلاتنا الإحصائية. ناقشنا الأفكار الجديدة ، والبيانات المعاد تحليلها ، والتنبؤات التي تم التحقق من صحتها للحد من النيتروجين والفوسفور العالمي من خلال المقارنة بقاعدة بيانات تم إنشاؤها حديثًا لتجارب إضافة المغذيات الميدانية ، وقمنا بمراجعة المخطوطة عشر مرات على الأقل. لقد استمتعت بالعمل مع هذا الفريق الرائع وأشكر روب على تنظيمه. أعتقد أننا سنعمل معًا أكثر في المستقبل.

تشير نتائجنا إلى أن 18٪ من مساحة اليابسة على الأرض ، باستثناء الأراضي الزراعية والمناطق الحضرية والجليدية ، مقيدة بشدة بـ N وحدها ، في حين أن 43٪ هي P محدودة بشدة. يمكن أن تكون نسبة 39 ٪ المتبقية من مساحة الأرض الطبيعية محدودة بشكل مشترك بواسطة N و P أو محدودة بشكل ضعيف بواسطة أي من المغذيات وحدها. الحد من النيتروجين أكثر شيوعًا في الغابات الشمالية والتندرا والغابات الصنوبرية المعتدلة والأراضي العشبية الجبلية والأراضي الشجرية ، في حين أن الحد من الفوسفور أكثر شيوعًا في الغابات الاستوائية وشبه الاستوائية والغابات المعتدلة ذات الأوراق العريضة والمختلطة والصحاري والمناطق الأحيائية والبحر الأبيض المتوسط ​​والأراضي العشبية والسافانا والشجيرات في المناطق المدارية والمناطق شبه الاستوائية والمعتدلة. يوفر عملنا إطارًا جديدًا لاختبار قيود المغذيات ومعيارًا تجريبيًا للحد من N و P للنماذج لتقييد تنبؤات بالوعة C الأرضية. سيساعد على تحسين تمثيل قيود المغذيات في نماذج نظام الأرض وتحديد النقاط الساخنة لأحواض الأرض C في المستقبل استجابة لتغير المناخ وزيادة تركيزات ثاني أكسيد الكربون. على الرغم من أننا نظرنا في الحد من المغذيات في النظم البيئية الطبيعية نسبيًا ، إلا أن هناك إمكانية لتوسيع نهجنا ليشمل النظم البيئية التي يسيطر عليها الإنسان أو يديرها ، مثل المزارع التجارية والغابات الحضرية. سيؤدي ذلك إلى إدارة أفضل للمغذيات عن طريق تشخيص العناصر الغذائية المحدودة في هذه النظم البيئية.

الأنماط العالمية للحد من النيتروجين والفوسفور الأرضي (Du et al. ، 2020 ، Nature Geoscience)

على مقياس النظام البيئي ، فإن نسبة متوسط ​​كفاءة امتصاص النيتروجين للأوراق (NRE) إلى كفاءة امتصاص الفوسفور (PRE) مرجحة بكتلة الأوراق لجميع الأنواع هي مؤشر نظري لحد من N أو P. نظرًا لأن كتلة الأوراق الخاصة بالأنواع نادرًا ما يتم الإبلاغ عنها جنبًا إلى جنب مع NRE و PRE ، في التحليل الحالي ، كان علينا استخدام نسبة متوسط ​​NRE في الموقع إلى متوسط ​​PRE في الموقع للأنواع السائدة كمؤشر تقريبي. قد تستفيد الدراسات المستقبلية من البيانات الإضافية لدعم التحليلات باستخدام متوسط ​​النظام البيئي NRE / PRE مرجحًا حسب كتلة أو وفرة الأوراق الخاصة بالأنواع. نوصي الباحثين بإجراء دراسات ميدانية لقياس هذه المتغيرات كلما أمكن ذلك ومقارنة نتائج تجارب التسميد الغذائي.

الجمع بين القياسات الميدانية المزدوجة وتجارب الإخصاب لفهم قيود مغذيات النظام البيئي (الائتمان لـ Enzai Du).

لمعرفة المزيد ، اقرأ الورقة التي تتبع الرابط: https://www.nature.com/articles/s41561-019-0530-4

Chapin III، F. S.، Vitousek، P. M.، & amp Van Cleve، K. طبيعة الحد من المغذيات في المجتمعات النباتية. أكون. نات. 127 ، 48-58 (1986).

دو ، إي ، وآخرون. الأنماط العالمية للحد من النيتروجين والفوسفور الأرضي. نات. Geosci. https://www.nature.com/articles/s41561-019-0530-4 (2020).

إلسر ، ج. وآخرون. التحليل العالمي للحد من النيتروجين والفوسفور للمنتجين الأساسيين في المياه العذبة والنظم الإيكولوجية البحرية والبرية. ايكول. بادئة رسالة. 10 ، 1135-1142 (2007).

فاي ، ب. إيه وآخرون. إنتاجية المراعي محدودة بالعناصر الغذائية المتعددة. نات. النباتات 1 ، 15080 (2015).

Güsewell ، S. N: P النسب في النباتات الأرضية: الاختلاف والأهمية الوظيفية. فيتول جديد. 164 ، 243-266 (2004).

Han، W.، Tang، L.، Chen، Y. & amp Fang، J. العلاقة بين القيد النسبي وكفاءة الامتصاص للنيتروجين مقابل الفوسفور في النباتات الخشبية. PLoS One 8 ، e83366 (2013).

Jobbágy، E.G. & amp Jackson، R.B. توزيع مغذيات التربة بعمق: الأنماط العالمية وبصمة النباتات. الكيمياء الحيوية 53: 51-77 (2001).

Koerselman، W. & amp Meuleman، A.F نسبة الغطاء النباتي N: P: أداة جديدة لاكتشاف طبيعة محدودية المغذيات. J. أبل. ايكول. 33 ، 1441-1450 (1996).

LeBauer، D.S. & amp Treseder، K.K. يتم توزيع حدود النيتروجين في صافي الإنتاجية الأولية في النظم البيئية الأرضية على مستوى العالم. علم البيئة 89 ، 371-379 (2008).

Reed، S.C، Townsend، A.R.، Davidson، E.A. & amp كليفلاند ، سي. الأنماط المتكافئة في امتصاص المغذيات الورقية عبر مقاييس متعددة. فيتول جديد. 196 ، 173-180 (2012).

تيرير ، سي وآخرون. النيتروجين والفوسفور يقيدان ثاني أكسيد الكربون2 تسميد الكتلة الحيوية النباتية العالمية. نات. كليم. التغيير 9 ، 684-689 (2019).

Vergutz، L.، Manzoni، S. Porporato، A.، Novais، R.F. & amp Jackson، R.B. كفاءات الامتصاص العالمية وتركيزات الكربون والمغذيات في أوراق النباتات الأرضية. ايكول. مونوجر. 82 ، 205-220 (2012).

Vitousek، P. M.، & amp Howarth، R. W. حدود النيتروجين على الأرض والبحر: كيف يمكن أن يحدث؟ الكيمياء الحيوية 13 ، 87-115 (1991).

von Liebig، J. Die Chemie in ihrer Anwendung auf Agriculture und Physiologie. 3e Aufl.، Braunschweig: F. Vieweg und Sohn (1843).

Yan، Z.، Tian، D.، Han، W.، Tang، Z. & amp Fang، J. تقييم لعدم اليقين من نسبة النيتروجين إلى الفوسفور كعتبة للحد من المغذيات في النباتات. آن. بوت لندن 120 ، 937-942 (2017).


الملخص

يعتبر النيتروجين (N) هو العنصر الغذائي المحدد المهيمن في المناطق المعتدلة ، بينما يحدث الحد من الفوسفور (P) في كثير من الأحيان في المناطق المدارية ، ولكن في المناطق شبه الاستوائية ، لا يُفهم الحد من المغذيات بشكل جيد. في هذه الدراسة ، قمنا بفحص محتويات N و P ونسب N: P لأوراق الشجر وأرضيات الغابات والجذور الدقيقة والتربة المعدنية ، وعلاقاتهم مع الكتلة الحيوية المجتمعية ، وإنتاجات C ، و N و P ، ومعدل دوران أرضية الغابات ، والعمليات الميكروبية. في ثماني غابات شبه استوائية ناضجة وقديمة النمو (تبلغ 80 عامًا) في محمية دينغوشان للمحيط الحيوي ، الصين. متوسط ​​نسب N: P (على أساس الكتلة) في أوراق الشجر وطبقة القمامة (L) وخليط التخمير وطبقة الدبال (F / H) والجذور الدقيقة كانت 28.3 و 42.3 و 32.0 و 32.7 على التوالي. هذه القيم أعلى من نسب N: P الحرجة للحد من P المقترحة (16-20 لأوراق الشجر ، حوالي 25 لأرضيات الغابات). وتعزى نسب النيتروجين والفوسفور المرتفعة بشكل رئيسي إلى تركيزات النيتروجين العالية لهذه المواد النباتية. كانت الكتلة الحيوية للمجتمع وتساقط النفايات C و N و P ، ومعدل دوران قاع الغابات والخصائص الميكروبية أكثر ارتباطًا بمقاييس P أكثر من N وكثيراً ما كانت مرتبطة بشكل سلبي بنسب N: P ، مما يشير إلى دور هام لتوافر P في تحديد إنتاج النظام البيئي والإنتاجية ودورة المغذيات في جميع مواقع الدراسة باستثناء موقع واحد مضطرب محدد حيث قد يكون توافر النيتروجين مهمًا أيضًا. نقترح أن التخصيب N ربما يكون محركًا مهمًا للحد من P المحتمل في منطقة الدراسة. قد تساهم المادة الأم المنخفضة P أيضًا في الحد المحتمل لـ P. بشكل عام ، قدمت نتائجنا أدلة قوية تدعم دورًا مهمًا لتوافر P ، بدلاً من توافر N ، في تحديد الإنتاجية الأولية للنظام الإيكولوجي وعمليات النظام الإيكولوجي في الغابات شبه الاستوائية في الصين.

الاقتباس: Hou E، Chen C، McGroddy ME، Wen D (2012) قيود العناصر الغذائية على إنتاجية النظام البيئي وعمليات الغابات شبه الاستوائية الناضجة والقديمة النمو في الصين. بلوس واحد 7 (12): e52071. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0052071

محرر: ساندرا ماريا فيليسيانو دي أوليفيرا أزيفيدو ، الجامعة الفيدرالية في ريو دي جانيرو ، البرازيل

تم الاستلام: 4 يوليو 2012 وافقت: 15 نوفمبر 2012 نشرت: 20 ديسمبر 2012

حقوق النشر: © 2012 هوى وآخرون. هذا مقال مفتوح الوصول يتم توزيعه بموجب شروط ترخيص Creative Commons Attribution License ، والذي يسمح بالاستخدام غير المقيد والتوزيع والاستنساخ بأي وسيلة ، بشرط ذكر المؤلف الأصلي والمصدر.

التمويل: تم دعم هذه الدراسة من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (رقم 31070409) ، برنامج البحوث ذات الأولوية الاستراتيجية - تغير المناخ: ميزانية الكربون والقضايا ذات الصلة بالأكاديمية الصينية للعلوم (رقم XDA05050205 ومجلس البحوث الأسترالي (FT0990547). كما يتم الاعتراف أيضًا بالدعم المقدم من مجلس المنح الدراسية الصيني من خلال زمالة الدكتوراه المشتركة في الخارج إلى Enqing Hou. لم يكن للممولين أي دور في تصميم الدراسة أو جمع البيانات وتحليلها أو اتخاذ قرار بنشر المخطوطة أو إعدادها.

تضارب المصالح: وقد أعلن الباحثون إلى أن لا المصالح المتنافسة موجودة.


دورة الفوسفور

الفوسفور ضروري لتكوين النيوكليوتيدات وهو موجود في صورة فوسفات الكالسيوم والفوسفور في العظام والأغشية الدهنية. دورة الفوسفور هي العملية التي يتحرك بها العنصر عبر الغلاف الصخري والغلاف المائي والمحيط الحيوي. هذه الدورة هي الأبطأ من بين جميع الدورات البيوجيوكيميائية. تتمثل الخطوات الرئيسية في دورة الفوسفور في الآتي:

في الطبيعة ، يوجد الفوسفور بشكل أساسي كمركبات فوسفاتية في الصخور الرسوبية. عندما تتجدد هذه الصخور ، تتسرب مركبات الفوسفات هذه إلى التربة والمياه.

ثم تمتص الميكروبات والنباتات والحيوانات الفوسفات المتسرب من خلال الماء والتربة.

عندما تموت النباتات والحيوانات ، يتحلل الفوسفات الموجود في بقايا النباتات والحيوانات (بما في ذلك فضلاتها) بواسطة الحطام. ثم تعود هذه الفوسفات إلى البيئة أو تمتصها المواد الحارقة.

الفوسفات الذي يعود إلى البيئة ، عند وصوله إلى المحيطات ، يغرق في قاع المحيط على شكل رواسب. بمرور الوقت ، تنضغط طبقات الرواسب إلى صخور رسوبية وتتحرك نحو الأرض من خلال الارتفاع.


استاذ مساعد

تعليم

  • دكتوراه علم البيئة وعلم الأحياء التطوري ، جامعة أوكلاهوما ، 2013
  • أبحاث ما بعد الدكتوراه: جامعة كورنيل

الاهتمامات البحثية

يركز مختبرنا على دور الكائنات الحية في الحفاظ على عمليات النظام البيئي الحيوية وكيف يمكن أن تتفاعل تغييرات نظام التدفق واستخدام الأراضي وتغير المناخ للتأثير على هذه العمليات. من خلال عملنا ، نساهم في فهم النظم البيئية للمياه العذبة والتفاعل والتغذية المرتدة بين المناظر الطبيعية الأرضية المحيطة. نحن مهتمون بشكل خاص بكيفية تأثير سمات الأنواع ، وخاصة السمات المتكافئة ، على التركيب والوظيفة داخل النظم المائية. للقيام بذلك ، نحن نستخدم مجموعة من دراسات المراقبة الميدانية والدراسات المتوسطة لفهم كيفية استجابة متكافئ الجسم ، ومعدلات إعادة التمعدن ، وبيئة التغذية ، ونسب العناصر الأولية ، وكفاءات النمو في ظل ظروف وحالات مختلفة من الضيق الفسيولوجي. يتناول البحث في مختبري كلاً من البيئة الأساسية والتطبيقية ويتبع حاليًا موضوعين رئيسيين:

الإجهاد الفسيولوجي بسبب النظم الحرارية والمغذيات المتغيرة

يعتبر فهم الروابط الآلية بين استخدام الأراضي وتغييرات نظام التدفق وفقدان التنوع البيولوجي حاجة أساسية لكل من العلماء والمديرين. يهدف بحثنا إلى معالجة هذه الروابط من خلال دراسة كيفية استجابة الأنواع المتعددة من الناحية الفسيولوجية لتركيزات المغذيات المحسنة والأنظمة الحرارية المتغيرة. سيسمح لنا هذا النهج القائم على السمات بإقامة روابط بين العمليات على مستوى الكائن الحي والنظم الإيكولوجية للمياه العذبة على مستوى النظام الإيكولوجي والتي تدعم كمية غير متناسبة من الأنواع بالنسبة للمنطقة التي تغطيها وتخضع لانخفاضات في التنوع البيولوجي المحلي تتجاوز بكثير تلك الموجودة في أكثر المناطق تأثراً. النظم البيئية الأرضية. في أمريكا الشمالية ، تعد بلح البحر (Bivalvia Unionidae) من أكثر المجموعات الحيوانية تعرضًا للخطر في العالم حيث يوجد ما يقرب من 70 ٪ من أكثر من 300 نوع معروف معرضة لخطر الانقراض. غالبًا ما تكون الأدلة على أسباب استئصال بلح البحر من المياه العذبة ظرفية وتفتقر إلى آلية عرضية مباشرة. نحن نجمع بين التجارب المعملية والميدانية مع نهج المراقبة الميدانية لفهم الاستجابات الأيضية والنمو والبقاء على قيد الحياة لبلح البحر النقابي في ظل أنظمة التغذية ودرجات الحرارة المتغيرة. نقوم أيضًا بإنشاء محطات مراقبة التدفق / درجة الحرارة في الأحواض المجاورة لجعل عملنا وثيق الصلة بيئيًا للمديرين.


قم بتنزيل وطباعة هذه المقالة لاستخداماتك العلمية والبحثية والتعليمية الشخصية.

شراء عدد واحد من علم مقابل 15 دولارًا أمريكيًا فقط.

علم

المجلد 347 ، العدد 6226
06 مارس 2015

أدوات المادة

الرجاء تسجيل الدخول لإضافة تنبيه لهذه المقالة.

بقلم إيمي دي روزموند ، جوناثان بي بينستيد ، فيليب إم بومبرز ، فلاديسلاف غوليس ، جون س.

علم 06 مارس 2015: 1142-1145

يُفقد الكربون الأرضي بسرعة من النظم البيئية للتيار نتيجة لإثراء المغذيات.


بيئة المياه العذبة

بيئة المياه العذبة ، الطبعة الثالثة ، يغطي كل شيء من الخصائص الكيميائية والفيزيائية الأساسية للمياه ، إلى المفاهيم المتقدمة والموحدة لبيئة المجتمع وعلاقات النظام البيئي الموجودة في المياه القارية. يمنح الطلاب أساسًا متينًا لكل من الدورات والعمل الميداني المستقبلي ، ويتم تحديثه ليشمل القضايا الرئيسية ، بما في ذلك كيفية الموازنة بين الاحتياجات البيئية واحتياجات صحة الإنسان ، والكائنات المعدلة وراثيًا ، والأدوات الجزيئية ، والتكسير ، ومجموعة من القضايا البيئية الأخرى ، يعد هذا الكتاب موردًا مثاليًا لكل من الطلاب والممارسين في علم البيئة والمجالات ذات الصلة.

بيئة المياه العذبة ، الطبعة الثالثة ، يغطي كل شيء من الخصائص الكيميائية والفيزيائية الأساسية للمياه ، إلى المفاهيم المتقدمة والموحدة لبيئة المجتمع وعلاقات النظام البيئي الموجودة في المياه القارية. يمنح الطلاب أساسًا متينًا لكل من الدورات والعمل الميداني المستقبلي ، ويتم تحديثه ليشمل القضايا الرئيسية ، بما في ذلك كيفية الموازنة بين الاحتياجات البيئية واحتياجات صحة الإنسان ، والكائنات المعدلة وراثيًا ، والأدوات الجزيئية ، والتكسير ، ومجموعة من القضايا البيئية الأخرى ، يعد هذا الكتاب موردًا مثاليًا لكل من الطلاب والممارسين في علم البيئة والمجالات ذات الصلة.


في جذر الحد من المغذيات ، لا تختلف النظم البيئية كما تبدو

تيمب ، أريزونا. - أي شخص ألقى حفلة شواء في الفناء الخلفي يعلم أن الهوت دوج معبأ بشكل غير مفهوم بأعداد مختلفة عن الكعك - ثمانية هوت دوج لكل عبوة مقابل 10 كعكات نقانق. بعبارات بيئية ، هذا يعني أن مشوي ويني "محدود الهوت دوج" - الكعك الإضافي لا قيمة له بدون نقانق لملئه.

هذه العوامل المقيدة هي حجر الزاوية في البيئة الطبيعية ، حيث يحد الفوسفور أو النيتروجين من إنتاج النبات في معظم النظم البيئية. وفقًا للنموذج المعتاد ، تختلف الأهمية النسبية لهذين المغذيين الرئيسيين حسب النظام البيئي ، لكن مجموعة من الباحثين بقيادة الأستاذ بجامعة ولاية أريزونا جيمس إلسر وجدت أن هذا الرأي قد يحتاج إلى تحديث.

تم تسليط الضوء على ورقتهم ، "التحليل العالمي للحد من النيتروجين والفوسفور للمنتجين الأساسيين في النظم البيئية للمياه العذبة والبحرية والبرية" ، في قسم الأخبار والآراء في طبعة 25 أكتوبر من الطبيعة. الدراسة الأكثر شمولاً من نوعها ، هذا التحليل التلوي لأكثر من 300 منشور في مجال الحد من المغذيات في النظم البيئية نُشر مؤخرًا على الإنترنت في مجلة Ecology Letters.

مثل كل الكائنات الحية ، تتطلب النباتات عددًا من العناصر الكيميائية لتزدهر ، بما في ذلك الكربون والهيدروجين والأكسجين. يحتاجون أيضًا إلى النيتروجين ، وهو لبنة من البروتينات والفوسفور ، يستخدم في صنع النيوكليوتيدات التي تتكون منها الحمض النووي الريبي (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA). يؤثر التفاعل بين هذه العناصر على نمو النباتات التأسيسية لشبكة الغذاء ، وبالتالي فإن فهم تفاعلها يمثل مصدر قلق بيئي وتجاري حيوي.

يجب أن يكون النيتروجين والفوسفور ، وكلاهما مستخدم على نطاق واسع في الأسمدة ، في حالة توازن مناسب ليكونا فعالين. إن إضافة النيتروجين وحده إلى نظام بيئي مفيد فقط إلى حد ما ، وبعد ذلك تتوقف النباتات عن الاستفادة ما لم يتم إضافة الفوسفور أيضًا. إذا كان مثل هذا النظام يستجيب بشكل إيجابي للإضافة الأولية للنيتروجين ، فيقال إنه "محدود النيتروجين" ، لأن توافر النيتروجين يقيد بشكل فوري إنتاجية النظام البيئي. والعكس صحيح في أنظمة "محدودة الفوسفور".

الإنتاج النباتي في كلتا الحالتين مقيد بالمغذيات في أقصر عرض ، وهو مبدأ يُعرف باسم قانون فون ليبيج للحد الأدنى. نظرًا للاختلافات المميزة في الحجم والتركيب والجيولوجيا وعوامل أخرى ، فقد كان يُعتقد منذ فترة طويلة أن الأنواع المختلفة من النظم البيئية تختلف اختلافًا كبيرًا في قوة وطبيعة محدودية المغذيات على سبيل المثال ، فقد رأت الحكمة التقليدية أن بحيرات المياه العذبة تتكون في الأساس من الفوسفور- محدودة ، بينما كان يُعتقد أن المحيطات إلى جانب الغابات الأرضية والأراضي العشبية محدودة النيتروجين.

ومع ذلك ، لم يكن هذا ما وجدته مجموعة Elser. بدلاً من ذلك ، تكشف بياناتهم أن البيئات الثلاث متشابهة بشكل مدهش ، وأن توازن النيتروجين والفوسفور داخل كل نظام بيئي يتوافق مع نمط مختلف عما كان متوقعًا في السابق.

قال Elser ، أستاذ علم البيئة والتطور وعلوم البيئة في جامعة ولاية أريزونا: "نتائجنا لا تدعم وجهات النظر التقليدية للحد من مغذيات النظام البيئي". "إنهم ، على سبيل المثال ، لا يؤكدون القاعدة العامة القائلة بأن الفوسفور في المياه العذبة أكثر تقييدًا من النيتروجين."

بدلاً من ذلك ، وجدت مجموعة Elser أن النيتروجين والفوسفور لهما نفس القدر من الأهمية في أنظمة المياه العذبة ، وأن الفوسفور لا يقل أهمية عن النيتروجين في النظم البيئية الأرضية أيضًا.

"هذا يتعارض مع الحكمة التقليدية ، التي يبدو أنها تؤكد على N على الأرض بينما تتجاهل P ،" قال Elser.

العامل الحاسم ، حسب إلسير ، هو البساطة. أساس كل التنوع الرائع للأنظمة البيئية في العالم - سواء كانت رطبة أو قاحلة أو أرضية أو مائية أو شجرية أو طحلبية - هي الحقيقة الموحدة البسيطة المتمثلة في أن جميع النباتات تشترك في جوهر مشترك من الآلات الكيميائية الحيوية. تتكون هذه الآلية من البروتينات والنيوكليوتيدات ، مما يعني أن جميع النباتات تتطلب النيتروجين والفوسفور ضمن نطاق محدود من النسب الطبيعية.

قال Elser: "وبالتالي ، يلعب كل من N و P دورًا رئيسيًا في الحد من الإنتاج ، بغض النظر عن المكان الذي تنظر فيه".

المصدر: James Elser، 480-965-9747، [email protected]

جهات الاتصال الإعلامية: نيكولاس جربس ، (480) 965-9690 ، [email protected]
تخطي ديرا ، (480) 965-4823 ، [email protected]

تنصل: AAAS و EurekAlert! ليست مسؤولة عن دقة النشرات الإخبارية المرسلة على EurekAlert! من خلال المؤسسات المساهمة أو لاستخدام أي معلومات من خلال نظام EurekAlert.


في جذر الحد من المغذيات ، النظم البيئية ليست مختلفة كما تبدو

يعرف أي شخص ألقى حفلة شواء في الفناء الخلفي أن الهوت دوج معبأ بشكل غير مفهوم بأعداد مختلفة عن الكعك - ثمانية هوت دوج لكل عبوة مقابل 10 كعكات هوت دوج. بعبارات بيئية ، هذا يعني أن مشوي ويني "محدود الهوت دوج" - الكعك الإضافي لا قيمة له بدون نقانق لملئه.

هذه العوامل المقيدة هي حجر الزاوية في البيئة الطبيعية ، حيث يحد الفوسفور أو النيتروجين من إنتاج النبات في معظم النظم البيئية. وفقًا للنموذج المعتاد ، تختلف الأهمية النسبية لهذين المغذيين الرئيسيين حسب النظام البيئي ، لكن مجموعة من الباحثين بقيادة الأستاذ بجامعة ولاية أريزونا جيمس إلسر وجدت أن هذا الرأي قد يحتاج إلى تحديث.

مثل كل الكائنات الحية ، تتطلب النباتات عددًا من العناصر الكيميائية لتزدهر ، بما في ذلك الكربون والهيدروجين والأكسجين. يحتاجون أيضًا إلى النيتروجين ، وهو لبنة من البروتينات والفوسفور ، يستخدم في صنع النيوكليوتيدات التي تتكون منها الحمض النووي الريبي (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA). يؤثر التفاعل بين هذه العناصر على نمو النباتات التأسيسية لشبكة الغذاء ، وبالتالي فإن فهم تفاعلها يمثل مصدر قلق بيئي وتجاري حيوي.

يجب أن يكون النيتروجين والفوسفور ، وكلاهما مستخدم على نطاق واسع في الأسمدة ، في حالة توازن مناسب ليكونا فعالين. إن إضافة النيتروجين وحده إلى نظام بيئي مفيد فقط إلى حد ما ، وبعد ذلك تتوقف النباتات عن الاستفادة ما لم يتم إضافة الفوسفور أيضًا. إذا كان مثل هذا النظام يستجيب بشكل إيجابي للإضافة الأولية للنيتروجين ، فيقال إنه "محدود النيتروجين" ، لأن توافر النيتروجين يقيد بشكل فوري إنتاجية النظام البيئي. والعكس صحيح في الأنظمة "المحدودة الفوسفور".

الإنتاج النباتي في كلتا الحالتين مقيد بالمغذيات في أقصر عرض ، وهو مبدأ يُعرف باسم قانون فون ليبيج للحد الأدنى. نظرًا للاختلافات المميزة في الحجم والتركيب والجيولوجيا وعوامل أخرى ، فقد كان يُعتقد منذ فترة طويلة أن الأنواع المختلفة من النظم البيئية تختلف اختلافًا كبيرًا في قوة وطبيعة محدودية المغذيات على سبيل المثال ، فقد رأت الحكمة التقليدية أن بحيرات المياه العذبة تتكون في الأساس من الفوسفور- محدودة ، بينما كان يُعتقد أن المحيطات إلى جانب الغابات الأرضية والأراضي العشبية محدودة النيتروجين.

ومع ذلك ، لم يكن هذا ما وجدته مجموعة Elser. بدلاً من ذلك ، تكشف بياناتهم أن البيئات الثلاث متشابهة بشكل مدهش ، وأن توازن النيتروجين والفوسفور داخل كل نظام بيئي يتوافق مع نمط مختلف عما كان متوقعًا في السابق.

قال Elser ، أستاذ علم البيئة والتطور وعلوم البيئة في جامعة ولاية أريزونا: "نتائجنا لا تدعم وجهات النظر التقليدية للحد من مغذيات النظام البيئي". "إنهم ، على سبيل المثال ، لا يؤكدون القاعدة العامة القائلة بأن الفوسفور في المياه العذبة أكثر تقييدًا من النيتروجين."

بدلاً من ذلك ، وجدت مجموعة Elser أن النيتروجين والفوسفور لهما نفس القدر من الأهمية في أنظمة المياه العذبة ، وأن الفوسفور لا يقل أهمية عن النيتروجين في النظم البيئية الأرضية أيضًا.

"هذا يتعارض مع الحكمة التقليدية ، التي يبدو أنها تؤكد على N على الأرض بينما تتجاهل P ،" قال Elser.

العامل الحاسم ، حسب إلسير ، هو البساطة. إن أساس كل التنوع الرائع للأنظمة البيئية في العالم - سواء كانت رطبة أو قاحلة أو أرضية أو مائية أو شجرية أو طحلبية - هي الحقيقة الموحدة البسيطة المتمثلة في أن جميع النباتات تشترك في جوهر مشترك من الآلات الكيميائية الحيوية. تتكون هذه الآلية من البروتينات والنيوكليوتيدات ، مما يعني أن جميع النباتات تتطلب النيتروجين والفوسفور ضمن نطاق محدود من النسب الطبيعية.

قال Elser: "وبالتالي ، يلعب كل من N و P دورًا رئيسيًا في الحد من الإنتاج ، بغض النظر عن المكان الذي تنظر فيه".

تم تسليط الضوء على ورقتهم ، "التحليل العالمي للحد من النيتروجين والفوسفور للمنتجين الأساسيين في النظم البيئية للمياه العذبة والبحرية والبرية" ، في قسم الأخبار والآراء في طبعة 25 أكتوبر من الطبيعة. الدراسة الأكثر شمولاً من نوعها ، هذا التحليل التلوي لأكثر من 300 منشور في مجال الحد من المغذيات في النظم البيئية نُشر مؤخرًا على الإنترنت في مجلة Ecology Letters.

مصدر القصة:

المواد المقدمة من جامعة ولاية أريزونا. ملاحظة: يمكن تعديل المحتوى حسب النمط والطول.


في جذر الحد من المغذيات ، لا تختلف النظم البيئية كما تبدو

تيمب ، أريزونا. - أي شخص ألقى حفلة شواء في الفناء الخلفي يعلم أن الهوت دوج معبأ بشكل غير مفهوم بأعداد مختلفة عن الكعك - ثمانية هوت دوج لكل عبوة مقابل 10 كعكات نقانق. بعبارات بيئية ، هذا يعني أن نقانق ويني "محدودة الهوت دوج" - الكعك الإضافي لا قيمة له بدون نقانق لملئه.

هذه العوامل المقيدة هي حجر الزاوية في البيئة الطبيعية ، حيث يحد الفوسفور أو النيتروجين من إنتاج النبات في معظم النظم البيئية. وفقًا للنموذج المعتاد ، تختلف الأهمية النسبية لهذين المغذيين الرئيسيين حسب النظام البيئي ، لكن مجموعة من الباحثين بقيادة الأستاذ بجامعة ولاية أريزونا جيمس إلسر وجدت أن هذا الرأي قد يحتاج إلى تحديث.

تم تسليط الضوء على ورقتهم ، "التحليل العالمي للحد من النيتروجين والفوسفور للمنتجين الأساسيين في النظم البيئية للمياه العذبة والبحرية والبرية" ، في قسم الأخبار والآراء في إصدار 25 أكتوبر من Nature. الدراسة الأكثر شمولاً من نوعها ، هذا التحليل التلوي لأكثر من 300 منشور في مجال الحد من المغذيات في النظم البيئية نُشر مؤخرًا على الإنترنت في مجلة Ecology Letters.

مثل كل الكائنات الحية ، تتطلب النباتات عددًا من العناصر الكيميائية لتزدهر ، بما في ذلك الكربون والهيدروجين والأكسجين. يحتاجون أيضًا إلى النيتروجين ، وهو لبنة من البروتينات والفوسفور ، يستخدم في صنع النيوكليوتيدات التي تتكون منها الحمض النووي الريبي (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA). يؤثر التفاعل بين هذه العناصر على نمو النباتات التأسيسية لشبكة الغذاء ، وبالتالي فإن فهم تفاعلها يمثل مصدر قلق بيئي وتجاري حيوي.

يجب أن يكون النيتروجين والفوسفور ، وكلاهما مستخدم على نطاق واسع في الأسمدة ، في توازن مناسب ليكونا فعالين. إن إضافة النيتروجين وحده إلى نظام بيئي مفيد فقط إلى حد ما ، وبعد ذلك تتوقف النباتات عن الاستفادة ما لم يتم إضافة الفوسفور أيضًا. إذا كان مثل هذا النظام يستجيب بشكل إيجابي للإضافة الأولية للنيتروجين ، فيقال إنه "محدود النيتروجين" ، لأن توافر النيتروجين يقيد بشكل فوري إنتاجية النظام البيئي. والعكس صحيح في الأنظمة "المحدودة الفوسفور".

الإنتاج النباتي في كلتا الحالتين مقيد بالمغذيات في أقصر عرض ، وهو مبدأ يُعرف باسم قانون فون ليبيج للحد الأدنى. نظرًا للاختلافات المميزة في الحجم والتركيب والجيولوجيا وعوامل أخرى ، فقد كان يُعتقد منذ فترة طويلة أن الأنواع المختلفة من النظم البيئية تختلف اختلافًا كبيرًا في قوة وطبيعة محدودية المغذيات على سبيل المثال ، فقد رأت الحكمة التقليدية أن بحيرات المياه العذبة تتكون في الأساس من الفوسفور- محدودة ، بينما كان يُعتقد أن المحيطات إلى جانب الغابات الأرضية والأراضي العشبية محدودة النيتروجين.

ومع ذلك ، لم يكن هذا ما وجدته مجموعة Elser. Rather, their data reveals that the three environments are surprisingly similar, and that the balance of nitrogen and phosphorus within each ecosystem conforms to a different pattern than previously expected.

"Our findings don't support conventional views of ecosystem nutrient limitation," said Elser, a professor of ecology, evolution and environmental science at ASU. "They don't, for example, confirm the rule of thumb that in freshwaters phosphorus is more limiting than nitrogen."

Instead, Elser's group found that nitrogen and phosphorus are in fact equally important in freshwater systems, and that phosphorus is just as important as nitrogen in terrestrial ecosystems as well.

"This is in contradiction to conventional wisdom, which seems to emphasize N on land while disregarding P," Elser said.

The determining factor, according to Elser, is simplicity. Underlying all of the splendid diversity of the world's ecosystems -- whether soggy, arid, terrestrial, aquatic, arboreal or algal -- is the simple unifying fact that all plants share a common core of biochemical machinery. That machinery is composed of proteins and nucleotides, meaning that all plants require nitrogen and phosphorus within a limited range of natural proportions.

"Thus, N and P both play a major role in limiting production, no matter where you look," Elser said.

Source: James Elser, 480-965-9747, [email protected]

Media Contacts: Nicholas Gerbis, (480) 965-9690, [email protected]
Skip Derra, (480) 965-4823, [email protected]

تنصل: AAAS و EurekAlert! ليست مسؤولة عن دقة النشرات الإخبارية المرسلة على EurekAlert! من خلال المؤسسات المساهمة أو لاستخدام أي معلومات من خلال نظام EurekAlert.


شاهد الفيديو: النظم البيئية المائية (يونيو 2022).