Реакция деревьев на изменения окружающей среды: чего ожидать в ближайшие 100 лет?
Прогнозирование реакции сложных экосистем на глобальные изменения — ключевая задача современной науки. В статье, опубликованной в октябрьском номере American Journal of Botany, доктор Абрахам Миллер-Рашинг и его коллеги из Бостонского университета исследуют, как растущая концентрация атмосферного диоксида углерода (CO2) может влиять на деревья и, в конечном итоге, на круговороты воды и углерода.
Влияние CO2 на устьица и физиологию растений
Известно, что повышение концентрации CO2 влияет на физиологию растений, в частности на устьица — поры на поверхности листьев. Устьица позволяют воздуху (содержащему CO2) поступать в лист, а водяному пару — выходить. При увеличении концентрации CO2 плотность устьиц снижается, а скорость фотосинтеза возрастает. Это уменьшает потерю воды листьями.
«Эти изменения в поведении устьиц и эффективности использования воды могут, в свою очередь, оказывать большое влияние на растения и изменять круговорот воды и углерода в экосистемах, — отмечает Миллер-Рашинг. — Например, могут увеличиться влажность почвы, сток и речной поток, а также улучшиться засухоустойчивость отдельных растений».
Долгосрочная связь между концентрацией CO2 и плотностью устьиц настолько постоянна, что учёные используют плотность устьиц в окаменелых листьях для определения исторических концентраций CO2. Однако краткосрочные реакции на изменения CO2 более вариабельны, и мало данных о реакции долгоживущих организмов. «В настоящее время мы не знаем, как анатомия и водный обмен отдельных деревьев будут реагировать на изменения климата и концентрации CO2 в течение их жизни, — говорит Миллер-Рашинг. — Понимание этих реакций будет ключом к прогнозированию того, как леса могут повлиять на изменения в циклах углерода и воды в следующие 100 лет».
Исследование вековых изменений
Учёные исследовали 27 деревьев, растущих в Арнольд-арборетуме в Бостоне (Массачусетс) на протяжении последнего столетия. Они изучили:
- Плотность устьиц на листьях.
- Длину замыкающих клеток устьиц.
- Внутреннюю эффективность использования воды листьями (показатель, сравнивающий количество углерода, преобразованного в сахар, с количеством, прошедшим через устьица).
Анализируя несколько гербарных образцов с каждого растения, собранных за последние сто лет, они смогли оценить эти характеристики во временном разрезе. За этот период глобальная концентрация атмосферного CO2 увеличилась примерно на 29%.
Ключевые результаты
- Плотность устьиц снизилась, а длина замыкающих клеток увеличилась у дубов и грабов.
- Эти изменения не зависели от величины изменений концентрации CO2.
- Внутренняя эффективность использования воды не изменилась значительно с течением времени.
Это говорит о том, что эффективность использования воды может не реагировать на изменения CO2 в течение жизни отдельных деревьев, возможно, из-за компенсирующих изменений в плотности устьиц и размере замыкающих клеток.
Значение и методология
«Это открытие может иметь важные последствия для моделей, предсказывающих изменения будущего климата и циклов углерода и воды, — заявляет Миллер-Рашинг. — Мы также продемонстрировали новый метод, который позволит исследователям глубже изучить эти вопросы, а именно — использование гербарных образцов, неоднократно отобранных с одних и тех же деревьев, как это часто делается в ботанических садах».
Понимание каскадных эффектов изменений окружающей среды становится всё более важным, и адекватная методология для решения этих вопросов становится необходимой.
Источник: American Journal of Botany