Новое исследование биологов из Университета Западной Вирджинии показывает, что деревья по всему миру потребляют больше углекислого газа, чем сообщалось ранее, что делает леса еще более важными в регулировании атмосферы Земли и навсегда меняет наши представления об изменении климата.
В исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences, профессор Ричард Томас и выпускник Джастин Матиас (бакалавр биологии, '13 и доктор биологических наук, '20) обобщили опубликованные исследования годичных колец деревьев. Они обнаружили, что увеличение содержания углекислого газа в атмосфере за последнее столетие вызвало всплеск эффективности использования воды деревьями, отношения углекислого газа, поглощаемого в результате фотосинтеза, к воде, теряемой в результате транспирации - действия деревьев, «выдыхающих». водяной пар.
«Это исследование действительно подчеркивает роль лесов и их экосистем в изменении климата», - сказал Томас, временно исполняющий обязанности проректора по академическим вопросам выпускников. «Мы думаем о лесах как об экосистемных услугах. Эти услуги могут быть разными: отдых, древесина, промышленность. Мы демонстрируем, как леса выполняют еще одну важную функцию: действуют как поглотители углекислого газа. Наши исследования показывают, что леса потребляют большое количество углекислого газа во всем мире. Без этого больше углекислого газа попало бы в воздух и накопилось бы в атмосфере еще больше, чем уже есть, что может усугубить изменение климата. Наша работа показывает еще одну важную причину для сохранения и поддержания наших лесов и сохранения они здоровы."
Ранее ученые полагали, что в прошлом столетии деревья использовали воду более эффективно за счет снижения устьичной проводимости - это означало, что деревья удерживали больше влаги, когда поры на их листьях начали слегка закрываться при повышении уровня углекислого газа.
Однако после анализа изотопов углерода и кислорода в годичных кольцах деревьев с 1901 по 2015 год на 36 видах деревьев в 84 местах по всему миру исследователи обнаружили, что в 83% случаев основной причиной увеличения Эффективность воды повышалась при фотосинтезе - они перерабатывали больше углекислого газа. Между тем, устьичная проводимость повышала эффективность только в 17% случаев. Это отражает серьезные изменения в объяснении эффективности использования воды деревьями по сравнению с предыдущими исследованиями.
«Мы показали, что за последнее столетие фотосинтез на самом деле является подавляющим фактором повышения эффективности использования воды деревьями, что является удивительным результатом, поскольку он противоречит многим более ранним исследованиям», - сказал Матиас. «В глобальном масштабе это может иметь серьезные последствия для углеродного цикла, если больше углерода будет переноситься из атмосферы в деревья».
С 1901 года собственная эффективность использования воды деревьями во всем мире возросла примерно на 40% в связи с увеличением содержания углекислого газа в атмосфере примерно на 34%. Обе эти характеристики росли примерно в четыре раза быстрее с 1960-х годов по сравнению с предыдущими годами.
Хотя эти результаты показывают, что увеличение содержания углекислого газа является основным фактором, заставляющим деревья использовать воду более эффективно, результаты также варьируются в зависимости от температуры, осадков и сухости атмосферы. Эти данные могут помочь уточнить модели, используемые для прогнозирования воздействия изменения климата на глобальные циклы углерода и воды.
«Иметь точное представление об этих процессах имеет решающее значение для обоснованных прогнозов о том, что может произойти в будущем», - сказал Матиас. «Это помогает нам немного приблизиться к тому, чтобы сделать эти прогнозы менее неопределенными».
Исследование является результатом семилетнего сотрудничества ученых во время учебы Матиаса в докторантуре. После окончания WVU Матиас присоединился к Калифорнийскому университету в Санта-Барбаре в качестве исследователя с докторской степенью.
«После переезда в Калифорнию моя работа сменилась полевыми работами, сбором измерений, анализом данных и написанием рукописей», - сказал Матиас.«Моя новая должность больше сосредоточена на экологической теории и моделировании экосистем. Вместо того, чтобы измерять растения, я формирую гипотезы и ищу ответы на вопросы, используя компьютерные модели и математику».
В будущем Матиас мечтает стать профессором исследовательского университета, чтобы продолжить свои исследования.
Я хотел бы управлять своей собственной лабораторией в университете, наставлять аспирантов и заниматься исследовательскими вопросами, чтобы продолжить работу, которую мы уже выполнили. В нашей области достигнут большой прогресс. Есть также бесконечное количество вопросов, актуальных для продвижения вперед», - сказал Матиас. «Я всем обязан своему времени и обучению у людей в WVU. Моя долгосрочная цель - быть в положении, когда я могу продолжать двигаться вперед, одновременно отдавая должное через обучение и наставничество студентов».