Как засуха влияет на деревья, зависит от того, что их сдерживало
Новая работа в Global Change Biology показывает, что вопреки ожиданиям, экстремальная засуха иногда может увеличивать рост деревьев.
Учёные под руководством Джоан Дадни из UC Santa Barbara изучили реакцию на засуху за последнее столетие у исчезающей сосны белокорой (Pinus albicaulis). Они обнаружили, что в холодных, суровых условиях — часто на больших высотах и широтах — засуха может приносить деревьям пользу, удлиняя вегетационный период.
Порог между системами, ограниченными энергией и водой
Многие факторы могут ограничивать рост деревьев: температура, свет, доступность воды и питательных веществ. Ключевым оказался порог между системами, ограниченными энергией (холод) и системами, ограниченными водой.
- В холодных, энерголимитированных системах деревья могут погибнуть от заморозков.
- В водолимитированных системах причиной гибели становится недостаток воды.
Температурный переломный момент
Исследователи проанализировали 800 кернов (спилов) сосны белокорой из Сьерра-Невады, сопоставив годичные кольца с климатическими данными за 1900–2018 годы, включая три экстремальные засухи.
Был обнаружен чёткий сдвиг в росте во время засух при средней максимальной температуре ~8.4°C (октябрь–май).
- Выше этого порога (водолимитированные системы) экстремальная засуха снижала рост и фотосинтез.
- Ниже этого порога (энерголимитированные системы) деревья в ответ на засуху росли больше.
В холодных условиях с высоким снежным покровом вегетационный сезон короче и ограничивает рост. Даже во время сильной засухи многие деревья в таких экстремальных условиях не испытывали высокого водного стресса.
Реакция всего дерева
Чтобы проверить, влияет ли засуха только на ствол или на всё дерево, учёные переключились с дендрологии на химический анализ изотопов в хвое (сосна сохраняет хвою около 8 лет).
Анализ роста хвои, изотопов углерода (13C/12C) и азота показал, что всё дерево реагировало на засуху в зависимости от порога:
- Рост ствола, рост хвои, фотосинтез и круговорот питательных веществ реагировали противоположным образом на засуху выше и ниже порога между энерго- и водолимитированными системами.
Значение для сохранения вида и лесов
Будущее сосны белокорой, недавно внесённой в список исчезающих видов, неопределённо. Угрозы включают болезни, жуков-короедов и изменения в режиме пожаров.
- В водолимитированных регионах засуха и потепление, вероятно, усугубят эти угрозы.
- В энерголимитированных средах потепление может быть полезным для роста.
Это исследование поможет разработать более целенаправленные стратегии восстановления этого вида, ареал которого простирается от Калифорнии до Британской Колумбии и Вайоминга.
Более широкие последствия:
- Около 21% лесов считаются энерголимитированными, а ещё больший процент — водолимитированными, поэтому переходы между этими режимами происходят по всему миру.
- Переход, по-видимому, влияет на круговорот азота: деревья в водолимитированных условиях меньше полагались на симбиотические грибы для получения азота, что критически важно в суровых энерголимитированных средах.
Расшифровка множества способов реакции деревьев на засуху поможет лучше прогнозировать уязвимость экосистем к изменению климата и разрабатывать более целенаправленные стратегии защиты лесов.