Как хвойные деревья переживают засухи? Исследование указывает на существующие корни, а не на новый рост

Новое исследование помогает понять, как хвойные деревья, такие как сосны и можжевельники, могут реагировать на засуху в условиях потепления климата.

Работа даёт ответ на классический вопрос: выживают ли деревья в длительные засушливые периоды за счёт роста новых корней к источникам воды или полагаются на уже существующие глубокие корни?

Ответ, по крайней мере для некоторых хвойных, может быть последним, говорит Скотт Макай, профессор географии в Университете Буффало. В новом исследовании его команда использовала компьютерное моделирование, чтобы изучить, как сосны и можжевельники получают доступ к воде во время продолжительной засухи.

В симуляциях деревья обоих видов пережили пятилетнюю засуху, если на её начало у них уже были глубокие корни, достигающие трещиноватого коренного пласта, где можно найти воду. Поведение этих смоделированных деревьев также хорошо соответствовало наблюдениям за реальными деревьями, успешно пережившими засуху на экспериментальной площадке Los Alamos Survival-Mortality (SUMO) в Нью-Мексико.

«Когда модель была настроена с корнями, уже достигшими грунтовых вод, ни одно дерево не погибло. Когда же модель требовала от деревьев нарастить корни вглубь пласта уже после начала симуляции, все деревья погибли. Рост новых корней, который сам по себе требует воды, занимал слишком много времени», — объясняет Скотт Макай.

Исследование, опубликованное в журнале New Phytologist (онлайн в июле 2019 года, в печатном номере за январь 2020 года), было проведено учёными из нескольких университетов и институтов. В том же номере журнала представлен комментарий Луиса Сантьяго о важности работы, в котором он отмечает, что исследователям «удалось различить две основные гипотезы относительно динамики функции корней во время засухи и, по сути, установить теорию».

Результаты исследования могут помочь объяснить, почему некоторые сосны и можжевельники способны переживать засухи, в то время как окружающие их деревья, включая деревья того же вида, погибают.

Что происходит под землёй?

Невозможность увидеть, что происходит под землёй — в почве и коренных породах, — является проблемой для учёных. Моделирование, использованное в исследовании, предоставляет новый инструмент для понимания этих процессов.

«Модель даёт нам дополнительную возможность увидеть, что происходит под поверхностью. Подземная сфера — это своего рода frontier, область исследований, которая становится всё более важной», — говорит Макай.

Модель симулирует поведение деревьев, включая то, как они используют воду и углерод, которые необходимы для роста новых тканей, в том числе корней. Углерод получается в процессе фотосинтеза и должен транспортироваться из кроны дерева вниз для роста корней. Вода необходима для этого процесса транспортировки. Если корни находятся в сухой почве и не могут получить воду, это может повлиять на способность дерева перемещать углерод, что, в свою очередь, может нарушить рост новых корней. Модель учитывает эту обратную связь.

Исследование, помогая понять черты, позволяющие некоторым соснам и можжевельникам переживать засухи, может дать представление о том, как хвойные леса отреагируют на давление изменения климата.

«Учёные пытаются спрогнозировать, что произойдёт с биомами мира в условиях изменения климата, и модели должны быть физиологически реалистичными. Во время прошлых засух есть много свидетельств того, что можно назвать гидрологическими рефугиумами — участками древесных видов, которые пережили засухи, используя более глубокие водные ресурсы. Некоторые модели склонны переоценивать смертность деревьев, потому что не могут учесть эти рефугиумы. Если мы сможем больше узнать о них и о том, как они формируются, мы сможем использовать эти знания для создания лучших моделей», — заключает Макай.