Почему деревья растут ночью
Исследование, опубликованное в журнале New Phytologist, показывает, что рост деревьев ограничивается не столько доступностью углеводов, сколько водным потенциалом (напряжением воды) в дереве.
Международная группа учёных под руководством Романа Цвайфеля из Швейцарского федерального института исследований леса, снега и ландшафта (WSL) пришла к выводу, что деревья растут в основном ночью, и эта тенденция в значительной степени объясняется уровнем сухости воздуха. В первом в мире всестороннем исследовании радиального роста ствола с почасовым разрешением данных учёные проанализировали информацию, собранную за восемь лет на 170 деревьях семи распространённых видов на 50 площадках по всей Швейцарии (> 60 млн точек данных). Исследованные площадки являются частью сети TreeNet, в которой с 2011 года непрерывно измеряются изменения радиуса стволов деревьев с помощью высокоточных точечных дендрометров параллельно с данными о сухости воздуха (дефицит давления пара, VPD) и почвы (почвенный водный потенциал).
Данные показывают, что вероятность роста деревьев значительно варьируется в течение суток: стволы сжимаются под воздействием водного стресса и расширяются в диапазоне 1–200 мкм в день, а эти колебания накладываются на скорость роста 1–5 мкм в час.
Влажность воздуха — ключевой фактор роста деревьев
Исследователи пришли к выводу, что VPD играет ключевую роль, позволяя рост в основном в ночное время. В дневное время высокий VPD сильно ограничивал радиальный рост ствола и позволял лишь незначительный рост, за исключением раннего утра.
«Самым большим сюрпризом для нас было то, что деревья росли даже в условиях умеренно сухой почвы, когда воздух был достаточно влажным. И наоборот, рост оставался очень низким, когда почва была влажной, но воздух — сухим», — отмечает Роман Цвайфель. Причина — в ограниченной водо-транспортной способности деревьев: как только воздух становится суше, деревья временно теряют через транспирацию больше воды, чем поглощают через корни. Всё дерево приходит в состояние напряжения, его водный потенциал снижается, и рост прекращается независимо от доступности углеводов.
Рост ствола более чувствителен к сухости воздуха, чем фотосинтез
Кроме того, авторы обнаружили, что уровень сухости воздуха, который сильно снижает рост ствола, значительно ниже того, который, как известно, закрывает устьица дерева и, таким образом, останавливает фотосинтез.
«Другими словами, деревья перестают расти до того, как подавляется фотосинтез», — резюмирует Роман Цвайфель. Это может объяснить, например, почему деревья в засушливых условиях, по-видимому, накапливают углеводы, но почти не растут.
В то время как современные климатически чувствительные модели роста леса основаны на знаниях о среднегодовых или среднемесячных значениях, высокое разрешение этого исследования показывает, что деревья растут только в узком временном окне в несколько часов в течение 24-часового периода и, следовательно, лишь ограниченное время в течение вегетационного сезона. Поскольку усвоение углерода (фотосинтез днём) и потребление углерода (рост ночью) разнесены во времени, их чувствительность к климатическим факторам различается между днём и ночью. Эти выводы могут изменить взгляд на влияние изменения климата на леса, в частности, для прогнозирования поглощения углерода лесами.