Procesy biologiczne i chemiczne zachodzące w lasach deszczowych mają zasadnicze znaczenie dla sposobu, w jaki ekosystemy zatrzymują składniki odżywcze, jednak wiele szczegółów jest nadal niejasnych. Jednym z ważnych pytań jest to, co dzieje się z azotynem, powstałym w wyniku przemiany azotanu, bardzo reaktywnej formy azotu, która zwykle nie utrzymuje się długo w glebie. Często zakładano, że tylko mikroorganizmy kontrolują to, co dzieje się z azotynami. Jednak nowe wyniki pokazują, że same reakcje chemiczne – bez pomocy organizmów żywych – mogą również uwięzić azotyny w glebie, przyłączając je do materiałów organicznych, czyli naturalnej materii powstałej z rozkładających się roślin i zwierząt. Ten ukryty proces może być jednym z kluczy do tego, dlaczego gleby lasów deszczowych pozostają żyzne pomimo ulewnych opadów.
Profesor Francisco Matus z Universidad de La Frontera kierował zespołem naukowców, który dokładnie zbadał tę kwestię. Wyniki ich badań zostały opublikowane w czasopismach Forests i Journal of Environmental Management, publikacjach naukowych poświęconych badaniom ekosystemów leśnych.
Wykorzystując bezpieczną etykietę chemiczną zwaną etykietowaniem izotopowym, która pozwala naukowcom śledzić przemieszczanie się pierwiastków, zespół zbadał gleby zarówno z obszarów wulkanicznych, jak i z krajobrazów niewulkanicznych w lasach deszczowych. Kiedy usunęli tlen ze środowiska, tworząc warunki beztlenowe lub beztlenowe, zaobserwowali, że azotany, a zwłaszcza dodane azotyny, szybko zaczynają znikać. W bardzo krótkim czasie prawie połowa zniknęła, a w ciągu kilku dni duża jego część została przekształcona w formę azotu organicznego, najpierw rozpuszczoną w wodzie glebowej, a następnie włączona do stałej materii organicznej, stając się częścią stabilnego zbiornika, który jest mniej podatny na natychmiastową utratę, ale ma kluczowe znaczenie dla długoterminowej żyzności. W rzeczywistości prawie trzy czwarte azotynów znajdowało się w materii organicznej, niezależnie od pochodzenia gleby.
Najbardziej rzucało się w oczy to, że ilość azotanów i azotynów dodanych do gleby miała większe znaczenie niż rodzaj skały, z której pierwotnie pochodziła gleba. Mówiąc prościej, ile azotynów dostało się do systemu, determinowało to, ile zostało zatrzymane w formie organicznej. Jak wyjaśnił profesor Matus: „Wyniki te pokazują, że duża część dodanego azotanu przekształconego w azotyn może zostać abiotycznie włączona do DON i SON niezanieczyszczonego starodrzewu umiarkowanego lasu deszczowego, niezależnie od tego, czy powstał on na glebach wulkanicznych czy niewulkanicznych”. Tutaj DON i SON odnoszą się do rozpuszczonego i stałego azotu organicznego, co oznacza azot, który jest mieszany z wodą i przyłączany do składników organicznej formy gleby.
Innym kluczowym spostrzeżeniem jest to, że lasy deszczowe zwykle tracą azot nie w postaci wolnej, mineralnej, ale związany z materiałami organicznymi. Te nowe dowody sugerują, że gleby mogą wychwytywać azotyny przekształcane z azotanów w wyniku naturalnych reakcji chemicznych, ograniczając utratę składników odżywczych z ekosystemu. Według profesora Matusa odporność ta pokazuje, że ilość materii organicznej dostępnej w glebie jest ważniejsza dla stabilizacji azotu niż rodzaj gleby pochodzącej ze skały macierzystej.
Oprócz samych lasów deszczowych odkrycia te wnoszą ważną wiedzę do zrozumienia globalnego cyklu azotu, czyli przemieszczania się azotu między powietrzem, glebą, roślinami i wodą. W wilgotnych lasach składniki odżywcze są często zmywane szybciej niż w suchych regionach, ale ten szlak chemiczny pomaga wyjaśnić, dlaczego tak dużo azotu nie jest tracone w postaci mineralnej. Naukowcy podkreślają także „hipotezę koła żelaznego” – pogląd, że żelazo w glebie pomaga w recyklingu azotu do form organicznych, dając lasom deszczowym inny sposób na zatrzymanie składników odżywczych nawet podczas ulewnych opadów.
Ogólnie rzecz biorąc, badania profesora Matusa podkreślają, że reakcje chemiczne, a nie tylko drobnoustroje, mają kluczowe znaczenie dla utrzymania zdrowych i żyznych lasów deszczowych. Jak podsumował: „To ujawnia naturalną odporność niezanieczyszczonych lasów deszczowych strefy umiarkowanej na utratę azotu, co ma konsekwencje dla długoterminowej stabilności ekosystemu i obiegu składników odżywczych”.
Odniesienie do czasopisma
Matus F., Dyckmans J., Stock SC, Merino C., Dippold MA, Kuzyakov Y. „Włączanie abiotycznego azotynu do materii organicznej w glebie wulkanicznej i niewulkanicznej w ekosystemach lasów deszczowych”. Lasy, 2025; 16(930). DOI: https://doi.org/10.3390/f16060930
Matus, F., E., Godoy, R., Iturriaga-vásquez, s., Farías-cea, A., parade, j., merino, c., nájera, f., Mendoza, D., Jofré, I. L., Boy, J. „Hipoteza koła żelaznego II: Abiotyczne wprowadzanie azotu mineralnego do basenów organicznych w glebach wulkanicznych o klimacie umiarkowanym Ekosystemy leśne”. Journal of Environmental Management, 2025 391 (126311). DOI: Doi: https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2025.126311
O autorze
Profesor Francisco J. Matus jest agronomem z tytułem magistra uzyskanym na Pontificia Universidad Católica de Chile oraz stopniem doktora. z Uniwersytetu w Wageningen w Holandii. Jego wiedza specjalistyczna obejmuje żywienie roślin, żyzność gleby i nauki o środowisku. W 2009 roku został zaproszony do projektu badawczego mającego na celu poprawę efektywności wykorzystania azotu w systemach upraw jako stażysta podoktorski na Wydziale Chemii Uniwersytetu Carleton oraz Rolnictwa i Rolnictwa-Food w Kanadzie. Jego badania koncentrują się na dynamice i ochronie składników odżywczych w glebie wulkanicznej, efektywności wykorzystania azotu i sekwestracji dwutlenku węgla zarówno w ekosystemach rolniczych, jak i naturalnych. Profesor Matus ma rozległe doświadczenie w biogeochemii obiegu węgla i azotu w dziewiczych ekosystemach leśnych i środowiskach ekstremalnych, takich jak gleby Antarktyki. W 2017 roku został zaproszony przez Wydział Gleboznawstwa Rolniczego Uniwersytetu Georg-August w Getyndze (Niemcy) do pracy nad procesami abiotycznymi związanymi z utlenianiem węgla organicznego w glebie. Specjalizuje się także w zastosowaniu izotopów stabilnych na poziomie ryzosfery oraz wykorzystaniu modeli symulacyjnych upraw. Utrzymuje silną sieć współpracy z grupami badawczymi w Europie, Stanach Zjednoczonych, Kanadzie i Nowej Zelandii. Profesor Matus pełni obecnie funkcję dyrektora Instytutu Doktoranckiego. Program nauk o zasobach naturalnych i dyrektor Laboratorium Ochrony i Dynamiki Gleb Wulkanicznych na Universidad de La Frontera.
