Мескитовые деревья вытесняют луга на юго-западе США
По мере того как юго-запад США становится жарче и суше, полузасушливые луга медленно замещаются ландшафтом, где доминируют мескитовые деревья (например, Prosopis velutina) и другие древесные кустарники.
Используя подход «от листа до ландшафта», исследователи из Университета Аризоны объединили физиологические эксперименты на отдельных растениях и измерения в целых экосистемах. Цель — оценить, насколько хорошо луга по сравнению с мескитовыми деревьями справляются с тепловым и водным стрессом в разные сезоны осадков.
Результаты показывают, что даже самые маленькие мескиты лучше приспособлены для процветания в условиях повышенных температур и сухости — прогнозируемых для будущего климата. Это говорит о том, что эти древесные растения останутся надолго.
Исторический контекст: Еще век назад юг Аризоны покрывали ковры трав, таких как мухлия (Muhlenbergia porteri) или грама (Bouteloua eriopoda). Сегодня ландшафтом правят древесные растения. Ученые полагают, что их распространение началось из-за чрезмерного выпаса скота, а теперь подпитывается изменением климата.
Физиологическое преимущество трав: Эволюционно травы лучше адаптированы к жаре и засухе, так как используют модифицированный биохимический путь фотосинтеза (C4), который эффективнее экономит воду.
Стратегия мескитов: Несмотря на менее эффективный с точки зрения расхода воды фотосинтез, мескиты компенсируют это глубокой корневой системой, достигающей 50 метров (160 футов) и более. Это позволяет им получать доступ к грунтовым водам, недоступным для растений с мелкими корнями.
«Мескиты тратят больше воды, но у них гораздо лучше доступ к ней», — поясняет Грег Баррон-Гаффорд, ведущий автор исследования.
Ключевой вывод: Структура растения (глубокие корни) играет более важную роль в адаптации к изменяющейся среде, чем физиология листа. Мескиты могут поддерживать фотосинтез на половине максимальной скорости даже в жаркую и сухую погоду, тогда как травы функционируют лишь в очень узком температурном диапазоне.
Последствия для климата:
- Изменение водного баланса: Все преимущества кустарников (потенциально большее поглощение углерода, тень, привлечение дикой природы) происходят за счет большего расхода воды.
- Риск опустынивания: Замещение трав древесными растениями увеличивает риск необратимого опустынивания. После пожара, уничтожающего травяной покров, стабилизирующий почву, остаются участки, уязвимые для эрозии и пыльных бурь.
- Влияние на модели: Новые данные важны для улучшения климатических моделей, которые раньше в основном полагались только на физиологию растений.
Методология: Исследователи использовали:
- «Портальную биосферу» — устройство размером с обувную коробку для измерения фотосинтеза у листьев в контролируемых условиях.
- Башни вихревой ковариации для измерения потоков углерода, воды и энергии на уровне всей экосистемы.
- Эксперименты в Biosphere 2, где растения в больших контейнерах подвергаются запланированным периодам засухи и температурного стресса.
Исследование опубликовано в журнале Global Change Biology.