Опубликованное 6 марта в журнале Nature Geoscience исследование, проведенное учеными из Стэнфордского и Колумбийского университетов, изучило спутниковые данные о климате и растительности за 33 года, чтобы определить, как растения регулируют воду и углекислый газ в засушливых условиях. Команда пришла к выводу, что луга США более чем в три раза более чувствительны к дефициту давления пара (VPD) или атмосферной сухости, чем к осадкам.
Широкомасштабные методы исследования для понимания поведения растений могут быть использованы для улучшения прогнозных моделей того, как среда будет реагировать на засухи, которые, как ожидается, усилятся в 21 веке.«Один лишь взгляд на изменения в осадках не расскажет вам всю историю», — сказала ведущий автор Александра Конингс, доцент кафедры наук о Земле в Стэнфордской школе Земли, Энергетика. Науки об окружающей среде (Stanford Earth). «Пастбища США гораздо более чувствительны к дефициту давления пара, что важно.
Поскольку VPD так тесно связан с температурой, мы можем предсказать, что оно будет продолжать расти в будущем».В ходе исследования ученые проанализировали условия, при которых луга открывают и закрывают устьица, микроскопические отверстия на листьях растений, которые обеспечивают перенос водяного пара, кислорода и CO2. Когда устьица открыты, растение может поглощать CO2 из атмосферы для производства энергии, но рискует потерять воду в засушливых условиях. Стратегия, которую используют разные растения — риск высыхания, чтобы продолжать поглощать углерод, или закрытие и прекращение роста — влияет на их продуктивность.
Поведение растения зависит от количества воды в атмосфере, измеряемой с помощью VPD: более высокий VPD указывает на большую способность сухого воздуха вытягивать влагу из растения.Изменчивость реакции на засухуИспользуя статистический анализ, исследователи отделили влияние поведения растений от воздействия региональных условий, таких как разница в количестве осадков или температуре.
Хотя многие климатические модели относятся ко всем пастбищам одинаково, исследование показало большую изменчивость в том, как они реагируют на засуху.«В большей степени, чем тип растений, это физиология растений, которая будет регулировать их реакцию на засуху и волну жары», — сказал соавтор исследования Пьер Жентин, доцент кафедры Земли и экологической инженерии Колумбийского университета.Исследователи провели свой анализ с использованием общедоступных спутниковых данных дистанционного зондирования с 1981 по 2013 год, показывающих, что зелень растений является индикатором продуктивности растений.
Затем они объединили эти данные с наборами данных о климате и осадках, чтобы разделить американские пастбища на разные регионы в зависимости от их поведения.Понимание того, как устьицы растений реагируют на изменения в атмосфере, особенно важно на пастбищах США, которые являются преобладающим источником поглощения или хранения углерода из атмосферы. Пастбища обладают разнообразным биоразнообразием и являются важной средой обитания для домашнего скота в мясной и молочной промышленности, занимая около 26 процентов территории Соединенных Штатов и почти 20 процентов поверхности суши на планете; они представляют собой самый крупный тип земного покрова на Земле.
«Поглощение углерода связано с ростом, и то, как он реагирует на климат, является большим источником неопределенности в будущих прогнозах изменения климата», — сказал Конингс. «При повышении температуры мы потенциально увидим намного меньше зеленых лугов, но это исследование показывает, что для некоторых регионов это более верно, чем для других».Поведенческие различия
Анализ показывает, что пастбища, которые реагируют на засуху, оставляя свои устьица открытыми (анизогидрическое поведение), более чувствительны к сухости атмосферы, чем те, которые закрывают свои устьицы и останавливают рост для экономии воды (изогидрическое поведение). Оба поведения присутствуют в США.
Исследование показывает, что растения, которые держат свои устьицы открытыми, больше страдают от засухи на пастбищах США, поскольку она подавляет рост растений в течение вегетационного периода.«Луга действительно интересны, потому что они демонстрируют такое огромное разнообразие в поведении изогидричности», — сказал Конингс, который проводил первоначальное исследование для исследования, будучи докторантом в Колумбии, прежде чем присоединиться к Stanford Earth. «У них действительно разные стратегии реагирования на засуху».В то время как предыдущие методы понимания реакции на засуху предполагали наземные измерения, новая метрика позволяет исследователям измерять эти закономерности по всему миру.
Конингс сказала, что она надеется, что этот метод можно использовать, чтобы увидеть, можно ли применить результаты исследования о лугах к другим экосистемам или лучше понять, почему одни деревья умирают в ответ на потепление, а другие — нет.«Я думаю, что с этой метрикой еще многое предстоит сделать», — сказал Конингс.