Группа ученых Казанского федерального университета в сотрудничестве с коллегами из Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета установила причины, по которым гибнут деревья вблизи деревни Паново Лаишевского района Республики Татарстан.

В комплексном исследовании влияния колонии большой серой цапли (Ardea cinerea L.) на биогеохимию почвы и растительность в сосновом лесу принимали участие представители сразу нескольких подразделений КФУ – Института экологии и природопользования, Института фундаментальной медицины и биологии, Института геологии и нефтегазовых технологий, Федерального центра коллективного пользования физико-химических исследований веществ и материалов.

Результаты масштабной работы представлены в статье, опубликованной в журнале "Frontiers in Environmental Sciences – Biogeochemical Dynamics".

«Мы изучаем колониальные поселения серой цапли. Этих птиц немало в Татарстане, так как здесь много водоемов, вблизи которых они любят селиться, – рассказывает доцент кафедры общей экологии Института экологии и природопользования, кандидат биологических наук Денис Тишин. – Мы исследовали прогал, возникший на участке леса недалеко от реки Меши вблизи деревни Паново, на котором было обнаружено порядка 300 гнезд серой цапли. Прогал довольно большой, более ста метров в диаметре, и виден даже на спутниковых снимках».

С помощью дендрохронологического анализа экологи выяснили, что колония серых цапель появилась в этом сосновом лесу, посаженном в 1983 году для укрепления берегов Меши, примерно в 2006–2007 годах.

«На спутниковом снимке 2009 года уже видно, что лес в этом месте испытывает какое-то негативное воздействие. С того времени как серые цапли заселили лес, в нем погибла почти тысяча деревьев, – сообщил Денис Владимирович. – Сейчас процесс гибели деревьев продолжается. Возможно, лет через 20 от этого леса ничего не останется. Сосны, на которых серые цапли вьют гнезда, испытывают не только механическое воздействие, но и химическое, так как они полностью покрыты пометом. Продукты жизнедеятельности цапель содержатся в большом количестве и в почве около деревьев». 

После того как сосна, на которой птицы свили гнезда, погибает, цапли переселяются на здоровое дерево.

«Деревья в этом лесу относительно молодые, возможно, поэтому они оказались неустойчивы к воздействию птиц. Более старые деревья, скорее всего, выдержали бы такое химическое воздействие, – предположил доцент КФУ. – Наше исследование показало, что хвойный лес погибает из-за продуктов жизнедеятельности серых цапель, и, самое главное, мы выяснили, как именно птицы трансформируют данную экосистему».

В частности, было установлено, что под действием помета и перьев птиц изменяется микробный и химический состав почвы. Так, например, почва на прогале содержит более высокие концентрации фосфора и азота. Концентрация фосфора примерно в десять раз выше, чем на контрольной лесной зоне, расположенной в 500 метрах от прогала. Кроме того, уровень рН почвы прогала более низкий.

«На прогале из-за большой концентрации химических биогенных элементов в почве растительность совершенно другая, не такая, как на контрольном участке леса. Из-за высокого содержания в почве азота здесь интенсивно растет крапива, достигая двух метров в высоту», – сказал Тишин.

Также в почве на прогале учеными было отмечено пониженное содержание таких элементов, как марганец и кобальт. Недостаток этих микроэлементов может негативно сказываться на растениях и особенно на бактериях, обитающих в почве.

Исследованием микробного состава почвы, которая подверглась воздействию продуктов жизнедеятельности серых цапель, занимались заведующий кафедрой генетики ИФМиБ Айрат Каюмов и его коллеги.

«Микробиота почвы – важнейший параметр экосистемы, который, с одной стороны, сильно влияет на флору и фауну биотопа, а с другой стороны, чувствителен к внешним воздействиям, поэтому это маркер устойчивости биологической системы, – отметил ученый. – Нами было выяснено, что относительное содержание некоторых важнейших групп бактерий, устойчивых к кислоте, значительно различается на участке почвы под деревьями, где жили птицы, и на контрольном участке. Это свидетельствует о том, что свойства почвы на данных участках разные, поэтому неудивительно, что растения там произрастают тоже разные», – сообщил Айрат Рашитович.

Более того, в почве под гнездами биоразнообразие микробиоты почвы значительно снижено, то есть наблюдается дисбиоз, что свидетельствует о негативном влиянии колонии птиц на почву.

Исследователями Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета на основании полученных данных была построена комплексная математическая модель в виде направленного графа, отражающего предполагаемые причинно-следственные связи между изменениями различных биологических, геохимических и гидрометеорологических факторов и показателями благополучия экосистемы, представленными индексами вегетативной активности, определенными с использованием данных мультиспектрального дистанционного зондирования, и динамикой годичного прироста деревьев.

Подобные модели часто называют прогностическими, поскольку на их основе можно смоделировать сценарии различных изменений в аналогичных экосистемах, которые могут происходить как вследствие природных факторов, включая климатические изменения, так и в результате хозяйственной деятельности, например при интенсификации сельскохозяйственной деятельности, связанной с активным использованием органических удобрений. Ключевым преимуществом такого подхода является возможность прогнозирования различных сценариев без какого-либо экспериментального вмешательства в существующие экосистемы с обучением моделей на основе данных, сформированных по результатам подобных природных экспериментов.

В следующем году группа исследователей КФУ запланировала изучить три колонии большой серой цапли, которые облюбовали себе леса в Мамадышском и Агрызском районах Республики Татарстан.

Ранее мы сообщали, что ученые КФУ предложили перспективный подход к диагностике нарушений походки животных.