Экстремальные засухи, усугубляемые потеплением климата, все чаще вызывают разрушение экосистем во многих регионах мира. Но модели, используемые учеными для прогнозирования переломных моментов, когда засуха приводит к разрушению экосистемы, оказались ненадежными и слишком оптимистичными.
Новое исследование ученых из Университета Дьюка и Пекинского педагогического университета может дать ответ, почему.
Исследователи обнаружили, что эти переломные моменты могут произойти намного раньше, чем предсказывают современные модели, из-за дополнительного давления, оказываемого на ослабленные засухой растения пастбищными животными и грибковыми патогенами.
«Наша работа представляет собой первое реальное экспериментальное доказательство того, что эти естественные враги растений могут сыграть решающую роль в снижении критической точки экосистем, убивая ослабленную засухой растительность и препятствуя восстановлению растений», - сказал Брайан Р. Силлиман, Рэйчел Карсон, адъюнкт-профессор биологии сохранения морской среды в Школе окружающей среды Герцога Николая.
Экологи давно знают, что засуха может стимулировать этот тип нападения на растения, сказал он, но они в основном не принимали его во внимание как вторичный стресс, а не как основную причину разрушения экосистемы.
«Мы обнаружили обратное, - сказал Силлиман. «Пастообразные обладают сильным комбинированным эффектом. Это означает, что эти экосистемы гораздо более уязвимы к засухе, чем предсказывают текущие модели. При наличии травоядных они могут выдерживать гораздо меньший стресс от засухи».
Команда опубликовала свои выводы 6 января в рецензируемом журнале Ecology Letters.
Ученые проводили полевые исследования в период с 2009 по 2015 год на солончаках в дельтах рек Хуанхэ и Ляо в Китае. Болота, которые славятся своим пурпурно-красным цветом круглый год, являются одними из последних охраняемых природных прибрежных водно-болотных угодий в Китае.
На болотах произошло массовое отмирание растительности после сильной засухи 2011 года. Исследователи провели серию экспериментов до, во время и после засухи, чтобы проверить, насколько сильное воздействие крабов, являющихся главным естественным врагом растений, оказывает давление на них. на заповедных болотах - нарушена устойчивость и восстановление после засухи.
«На пробных участках, где не было крабов, мы обнаружили, что потеря растительности была значительно ниже, и многие растения могли пережить засуху», - сказал Цян Хэ, научный сотрудник лаборатории Силлимана. «Они временно вымерли, но быстро восстановились после окончания засухи».
«Но на контрольных участках выпас крабов уничтожил пострадавшие от засухи растения, что привело к почти полной потере растительности», - сказал Хэ, который изучал китайские болота более 10 лет, так как он был студентом в Пекине. Нормальный университет.
В районах, открытых для крабов, восстановление растительности отставало как минимум на четыре года после окончания засухи 2011 года, добавил Цян Хэ.
Силлиман сказал, что результаты, вероятно, имеют отношение ко многим другим экосистемам. «Растения в лесах и лугах также могут быть уничтожены естественными врагами, такими как насекомые и грибковые патогены, во время засухи».
Основываясь на предварительном анализе гибели растений, связанной с засухой, в других экосистемах по всему миру, более половины всех таких зарегистрированных событий могли быть усугублены каким-либо естественным врагом. Однако относительная важность естественных врагов по сравнению с засухой в этих случаях все еще неясна и требует дальнейшего изучения.
Сильные засухи усиливаются во многих регионах мира и все больше воздействуют на широкий спектр экосистем, включая болота, мангровые заросли, умеренные и тропические леса, пастбища и коралловые рифы, которые в равной степени обеспечивают важные функции для человека и окружающей среды. - сказал Силлиман.
«Возможность предсказать, как и когда эти экстремальные явления повлияют на экосистемы, и определить методы управления, которые могут помочь уменьшить воздействие, стала первоочередной задачей», - сказал Силлиман..
Проблема в том, что большинство моделей устойчивости растений, которые мы в настоящее время используем для прогнозирования этих результатов, основаны на лабораторных исследованиях или физиологических исследованиях растений, поэтому они часто не учитывают совокупное воздействие одновременных стрессоров, таких как засуха. и давление со стороны естественных врагов. В результате экосистемы умирают задолго до того, как предсказывают наши модели.
«Надеюсь, - сказал он, - результаты этого исследования помогут нам разработать лучшие модели и методы управления».
Финансирование исследования, соавтором которого являются Цзэчжэн Лю и Баошань Цуй из Пекинского педагогического университета, поступило из Национальной ключевой программы фундаментальных исследований Китая. Цян Хэ также частично поддерживался Фондом Эдварда Столарца и финансировался Национальным научным фондом и Университетом Дьюка.