Карликовая арктическая ива раскрывает секреты роста растений на Шпицбергене

Полярная ива (Salix polaris) — небольшой кустарник, образующий плотные дерновины в тундре. Несмотря на скромный вид, она играет ключевую роль в экосистеме арктического архипелага Шпицберген, являясь важным источником пищи для северных оленей. Новое исследование показало, что её рост отражает общие закономерности роста всей растительности архипелага.

За пределами изучения оленей

Исследовательница Матильд Ле Муллек из Центра динамики биоразнообразия НТНУ изучала экосистему Шпицбергена, включая популяции северных оленей. Она поняла, что для более глубокого понимания необходимо изучить основу их рациона — полярную иву, поскольку лишайники составляют лишь около 2% диеты шпицбергенских оленей.

Изучение факторов, контролирующих рост ивы, позволяет понять, как климат влияет на первичную продукцию (рост растений — основы пищевой цепи) в разных частях архипелага.

Сбор данных: одно лето в поле, два года в лаборатории

В 2015 году Ле Муллек и её коллеги собрали образцы полярной ивы в удалённых районах Шпицбергена, включая долину Семмельдален, где с 1998 года ведётся долгосрочное исследование растений.

Затем началась кропотливая лабораторная работа по изучению микроскопических годичных колец на корнях кустарников. Некоторые ивы были старше 40 лет (самой старой — 70 лет), но их корни имеют толщину всего в несколько миллиметров, а каждое кольцо — несколько микрометров (для сравнения: толщина паутины 3–8 мкм).

Исследователи делали поперечные срезы толщиной 2 микрона, фотографировали их под мощным микроскопом (до 70 снимков на срез) и объединяли изображения. Эта работа заняла почти два года.

Синхронный рост по всему архипелагу

Анализ колец показал, что определённые годы, известные как «указательные», были очень благоприятными для роста всех растений. Это позволило точно датировать кольца для каждого куста.

Учёные сопоставили данные о ширине колец с погодными факторами: наступлением весны, количеством снега, событиями «дождя на снег», летней температурой и летними осадками.

Ключевой вывод: Температура в июле оказалась самым важным фактором для роста ивы на всех 8 исследованных участках. Она синхронизирует рост растительности по всему огромному архипелагу, что имеет значение и для травоядных животных, таких как северные олени.

Это первое подобное исследование для арктических кустарников. Ранее такая синхронность наблюдалась в бореальных и умеренных лесах.

Влияние событий «дождя на снег»

Вторым важным фактором, негативно влияющим на рост ивы в некоторых районах, оказались события «дождя на снег». Когда дождь падает на снег, образуется толстый слой льда, который «душит» растения, перекрывая доступ к воздуху.

Ранее было показано, что такие события могут вызывать массовую гибель северных оленей и влиять на другие виды.

Будущие изменения

В условиях изменения климата и роста арктических температур ожидается увеличение числа событий «дождя на снег» на Шпицбергене. Это может изменить относительную важность сезонов для роста растений.

Поскольку влияние «дождя на снег» различается в разных частях архипелага, синхронизирующий эффект июльской температуры на рост растительности со временем может ослабнуть.

• Положительный сценарий: Это может повысить устойчивость экосистемы. Если в одном районе будет плохой год для роста, в других ситуация может быть лучше. Не все популяции оленей пострадают одновременно.
• Отрицательный сценарий: Если события «дождя на снег» станут повсеместными, все популяции могут испытывать трудности одновременно.

Как отметил коллега исследователей, профессор Рене ван дер Вал, эта работа показала, что благоприятные годы для надземной части также означают хороший рост подземной части у высокоарктических растений, и это отражает продуктивность всех высших растений вместе — что является важным шагом вперёд.