Jak dostupnost živin ovlivňuje primární produkci v ekosystémech?
Na počátku této studie byla vášnivá diskuse o významu nedostatku fosforu (P) pro růst rostlin a rozvoj mikroorganismů v půdách arktické tundry. Většina dostupných výsledků naznačovala, že v půdách Arktidy hraje obecně významnou roli spíše limitace dusíkem (N) než fosforem. Petr Čapek se svou školitelkou Hanou Šantrůčkovou si ale uvědomili, že dostupné studie jsou zaměřené na reakci rostlin a tu nelze jednoduše zobecnit i pro půdní mikroorganismy, které mají jiné nároky na živiny než rostliny. Data z literatury to jednoznačně potvrdila. Rostliny vyžadují v porovnání s mikroorganismy relativně více N než P. A protože platí Liebigův zákon minima, podle kterého jsou rostliny životně závislé na tom prvku, který je v jejich životním prostředí obsažen nejméně, rostliny reagovaly zvýšením biomasy na přídavek N a ne na přídavek P, protože byly limitovány N. Mikroorganismy ale přitom mohly být limitovány P.
Tím byla otázka sporu vysvětlena, ale jak to ve výzkumu bývá, přinesla další otázku: Mohou rozdílné nároky rostlin a mikroorganismů na živiny vysvětlit to, jak který ekosystém bude reagovat na přídavek živin? Pokud by rostliny a půdní mikroorganismy měly stejné nároky na N a P, měly by být kdykoliv omezeny stejnou živinou (pokud neuvažujeme limitace jinými faktory prostředí). Tím by si rostliny a mikroorganismy konkurovaly o stejnou živinu, což by je oba znevýhodňovalo. Jak ale předběžná studie ukázala, rostliny a mikroorganismy stejnou živinou omezeny nejsou a - navíc - často spolupracují prostřednictvím symbiózy. Když rostliny jsou limitované N a jejich symbionti P, pak symbionti zásobují rostlinu N, který nepotřebují, protože jejich růst je omezen P. Pro rostliny, mikroorganismy i fungování celého ekosystému je proto výhodné, že rostliny a mikroorganizmy mají různé nároky na N a P. Jen zřídka jsou omezeny stejnou živinou, kterou by potřebovaly jak rostliny, tak mikroorganismy.
A tomto bodě jsme mohli formulovat hypotézu, která se stala podkladem pro mezinárodní výzkum: V závislosti na tom, který organismus je omezen N nebo P a zda rostliny a mikroorganismy spolupracují (symbióza) nebo jestli soutěží, je možné předpovědět, kdy se hnojení N nebo P zvýší nebo snížit růst rostlin. Když hnojení podporuje půdní mikroorganismy, mohou fungovat dva scénáře v závislosti na typu vztahu mezi rostlinami a mikroby: buď (i) mikroorganismy v půdě konkurují rostlinám a omezují jejich růst, nebo (ii) spolupracují s rostlinami a podporují jejich růst.
Dalším úkolem bylo formulovat model a najít jednoznačné experimentální důkazy, které by hypotézu testovaly. Navzdory velkému počtu publikovaných výsledků byly údaje, které charakterizují vliv hnojení nejen na rostliny, ale i mikroorganismy částečně dostupné pouze v 51 vědeckých studiích z dřívější doby. Údaje z těchto studií plně podpořily naše předpoklady.
Původní úzce zaměřená diskuze o limitních faktorech v arktických tundrových ekosystémech nakonec vedla k vymezení obecných principů toho, jak je limitace rostlin živinami formována typem vztahu mezi rostlinami a mikroorganismy. Během výzkumu se také ukázalo, jak mnoho studií zaměřených na výživu rostlin zanedbává půdu, navzdory jejímu významu pro pochopení rozvoje rostlinného krytu.
Kontakt: Prof. Ing. Hana Šantrůčková, CSc. (hana.santruckova at prf.jcu.cz), RNDr. Petr Čapek, Ph.D. (petr.capek at pnnl.gov)
