Изменение климата угрожает весенним полевым цветам, ускоряя распускание листьев на деревьях над ними

Для недолговечных весенних полевых цветов, таких как ветреница лесная (Anemone quinquefolia) и дицентра исключительная (Dicentra cucullaria), время — всё. Эти мимолётные растения, известные как эфемероиды, растут в умеренных лесах по всему миру, распуская листья и цветя ранней весной до того, как деревья над ними покроются листвой.

Но изменение климата меняет весенние условия, и растительная жизнь меняется вместе с ними. Возникает вопрос: когда одна часть экосистемы сдвигается, успеют ли сдвинуться все зависящие от неё организмы? Исследователи годами задаются такими вопросами о фенологии — сроках биологических событий — в связи с изменением климата. Однако большинство исследований сосредоточено на взаимодействиях «растение–животное», а не «растение–растение», таких как потребность весенних эфемероидов в свете до облиствения крон деревьев.

Несоответствия в Северной Америке

В новом исследовании использовались гербарные образцы, собранные по всей восточной части Северной Америки за последние 100 лет. Было оценено более 3000 образцов, чтобы определить сроки распускания листьев у деревьев и цветения у весенних полевых цветов.

Результаты подтвердили более ранние наблюдения в Конкорде, Массачусетс: по мере потепления лиственные деревья в восточной части Северной Америки ускоряют сроки распускания листьев быстрее, чем местные полевые цветы реагируют на изменение сроков цветения.

В более прохладные весны (средняя температура марта-апреля +5 °C) деревья распускали листья на 13 дней позже полевых цветов, давая им почти две недели полного солнца.
В более тёплые весны (средняя температура +15 °C) деревья распускали листья всего на 10 дней позже цветов. Это давало полевым цветам примерно на 25% меньше времени с полным солнечным светом для фотосинтеза.

По мере дальнейшего потепления весенних температур ожидается ещё большее сокращение этого светового «окна». Это может означать существенное снижение энергетического запаса цветов и их способности выживать, расти и размножаться.

Также было отмечено, что в более тёплых южных частях ареалов деревья и цветы сдвигали свои сроки быстрее, чем в холодных северных. Потенциал фенологического несоответствия, когда местные полевые цветы с большей вероятностью будут затенены деревьями, выше на юго-востоке США, чем в более северных районах.

Сходства и различия на других континентах

В другом исследовании, проведённом совместно с коллегами из Китая и Германии, были оценены более 5000 образцов деревьев и полевых цветов, собранных за последние 120 лет в лесах Восточной Азии и Центральной Европы.

Была обнаружена общая закономерность на всех трёх континентах: и деревья, и полевые цветы теперь активны раньше, чем в прошлом, и раньше в тёплые годы и местах.

Однако ключевое различие заключалось в чувствительности к температуре:

В Европе полевые цветы и деревья, по-видимому, сдвигались во времени синхронно.
В Азии подлесочные полевые цветы сдвигались сильнее, чем деревья — то есть в более тёплом будущем они могут получать больше света, а не меньше.
В восточной части Северной Америки деревья реагировали на сдвиги температуры сильнее всего.

Эти различия, вероятно, связаны с адаптацией: деревья в восточной части Северной Америки, по-видимому, особенно чувствительны к температуре из-за высоко изменчивого климата региона, в то время как деревья в Восточной Азии, возможно, больше полагаются на другие сигналы, такие как длина светового дня.

Информирование управления лесами

Результаты ставят новые вопросы для исследований:

Какие сигналы, кроме температуры, определяют сроки у деревьев и цветов в Восточной Азии?
Как сокращение весеннего светового окна влияет на энергетический баланс полевых цветов в восточной части Северной Америки?
Могут ли методы управления (например, прореживание крон деревьев или удаление инвазивных растений) помочь полевым цветам справиться с проблемами изменения климата?

2023-03-15