Что мы до сих пор не знали о росте деревьев
Будущий рост мировых лесов в условиях потепления зависит от фундаментального вопроса: что больше ограничивает рост деревьев — фотосинтез или условия окружающей среды, влияющие на рост клеток? Новое исследование под руководством учёных из Университета Юты с международной командой соавторов показывает, что рост деревьев, как правило, ограничен не фотосинтезом, а ростом клеток. Это заставляет пересмотреть прогнозы роста лесов в меняющемся климате: леса будущего, возможно, не смогут поглощать из атмосферы столько углерода, сколько предполагалось ранее.
Исследование опубликовано в Science.
Источник vs. сток
Деревья получают углерод из атмосферы посредством фотосинтеза — это их углеродный источник. Затем они тратят этот углерод на построение новых клеток древесины — это углеродный сток дерева.
Если рост деревьев ограничен источником, то он зависит только от объёма фотосинтеза, и его было бы относительно легко предсказать математически. В этом случае рост деревьев должен был бы увеличиваться с ростом концентрации CO2 в атмосфере.
Если же рост ограничен стоком, то дерево может расти только так быстро, как делятся его клетки. На скорость деления клеток напрямую влияют многие факторы: температура, доступность воды или питательных веществ. Поэтому, если деревья ограничены стоком, моделирование их роста должно учитывать реакцию стока на эти факторы.
Разобщённость процессов
Исследователи протестировали этот вопрос, сравнив скорость источника и стока углерода на участках в Северной Америке, Европе, Японии и Австралии. Данные по стоку (росту) получили, анализируя ширину годичных колец на древесных кернах. Данные по источнику (фотосинтезу) собрали с помощью 78 турбинных (вихрекорреляционных) вышек высотой от 30 футов, измеряющих концентрацию CO2 и скорость ветра в трёх измерениях над лесным пологом.
Анализ данных не выявил доказательств связи (сопряжённости) между процессами фотосинтеза и роста деревьев. Когда фотосинтез усиливался или ослабевал, параллельного увеличения или уменьшения роста деревьев не наблюдалось.
«Сильная сопряжённость между фотосинтезом и ростом дерева ожидалась бы в случае, если рост ограничен источником, — говорит ведущий автор Антуан Кабон. — Тот факт, что мы в основном наблюдаем разобщённость, — наш главный аргумент в пользу того, что рост деревьев не ограничен источником».
Удивительно, но эта разобщённость наблюдалась в разных средах по всему миру. Сила связи или разобщённости может варьироваться. Исследователи обнаружили, что:
- Плодоносящие и цветущие деревья демонстрировали иные отношения источник-сток, чем хвойные.
- Большее разнообразие в лесу увеличивало сопряжённость.
- Густой, сомкнутый листовой полог уменьшал её.
- Сопряжённость фотосинтеза и роста увеличивалась в тёплых и влажных условиях. Обратное также верно: в холодных и сухих условиях деревья в большей степени ограничены ростом клеток (стоком).
Это последнее наблюдение предполагает, что проблема источник vs. сток зависит от окружающей среды и климата дерева.
Новый взгляд в будущее
Ключевой вывод: модели растительности, использующие математические уравнения и характеристики растений для оценки будущего роста лесов, возможно, нуждаются в обновлении. «Практически все эти модели предполагают, что рост деревьев ограничен источником», — отмечает Кабон.
Например, текущие модели предсказывают, что леса будут процветать при более высоком уровне атмосферного CO2. «Тот факт, что рост деревьев часто ограничен стоком, означает, что для многих лесов этого может не произойти».
Это имеет дополнительные последствия: в настоящее время леса поглощают и хранят около четверти наших выбросов CO2. Если рост лесов замедлится, снизится и их способность поглощать углерод, а значит, и способность замедлять изменение климата.