Вы можете ожидать, что растения, надеющиеся процветать в цикле дождей в Калифорнии, предпочтут пустить корни в месте, где под землей может храниться много воды, чтобы продержаться в засушливые годы.
Но некоторые из наиболее успешных растительных сообществ в штате и, возможно, в средиземноморском климате по всему миру, для которых характерна влажная зима и сухое лето, используют другой подход. Они научились процветать в районах с емкостью для хранения подземных вод, которой едва хватает, чтобы удерживать воду, выпадающую даже в неурожайные годы.
Удивительно, но эти растения хорошо себя чувствуют как в маловодные, так и в дождливые годы именно потому, что почва и выветренные породы под землей хранят так мало воды по сравнению с доставленным дождем.
«Ключевым моментом нашего исследования является то, что во многих местах на Северном побережье вместимость хранилища невелика по сравнению с количеством дождей», - сказал Джесси Хам, аспирант Калифорнийского университета в Беркли. и один из двух первых авторов исследования. «Поскольку способность подповерхностного хранения воды в сезон дождей невелика, даже в засушливые годы выпадает достаточно дождей, чтобы пополнить запасы воды. Ограниченная емкость подземного хранилища является ключевым механизмом, который разделяет растения и растения. сколько воды они имеют летом из-за больших колебаний зимних осадков."
В результате эти растения гораздо более устойчивы в засушливые годы, о чем свидетельствует относительно невредимое северное побережье Калифорнии во время недавних засух, унесших жизни сотен миллионов деревьев в Сьерра-Неваде.
«Поскольку подземные воды пополняются даже в засушливые годы, летом эти растения чувствуют одинаковое количество воды под землей, независимо от того, сколько дождей выпало зимой», - сказал Хам. «Они на самом деле не знают, много ли было дождя или мало, потому что каждое лето под землей хранится одинаковое количество воды».
С другой стороны, растения, растущие сегодня на земле, которые могут впитать столько воды, сколько могут обеспечить зимние дожди, являются питательными растениями, которым придется иметь дело со все более засушливым климатом штата, подвергая их риску, поскольку климат изменения. Это может быть проблемой для растительных сообществ Сьерра-Невады, которые меньше полагаются на стойкий снежный покров и все больше на запасы подземных вод, чтобы продержаться в течение засушливого лета.
Хам и Дэвид Дралле, другой первый автор и бывший аспирант Беркли, который является доцентом в Государственном университете Сакраменто, описывают свои открытия вместе со своими коллегами в статье, недавно принятой в журнал Geophysical Research Letters. а теперь онлайн.
Горная влага
В то время как большинство людей думают, что растения зависят только от воды, хранящейся в верхнем слое почвы, Уильям Дитрих из Беркли, профессор науки о земле и планетах, и недавняя выпускница Даниэлла Ремпе, доцент Техасского университета в Остине, недавно обнаружили, что вода, хранящаяся в трещиноватых и выветренных породах под землей, играет равную или большую роль. То, что Дитрих и Ремпе называют «влагой горных пород», может составлять значительную часть того, на что ежегодно рассчитывают растения.
Основным следствием нового исследования, по словам Дитриха, является то, что глобальные климатические модели должны включать влажность горных пород в свои расчеты, чтобы точно представлять и прогнозировать последствия засухи или проливных дождей. В последние годы погибшие от засухи или жары деревья стали причиной катастрофических лесных пожаров в Калифорнии, Испании, Греции, Австралии и многих регионах с сухим средиземноморским климатом.
«Понимание того, как вода накапливается глубоко в выветрившейся коренной породе и как изменения в этом водоснабжении и количестве осадков влияют на водоснабжение растений в этой зоне, чрезвычайно важно в сезонно засушливом климате», - сказал Хам.
В своем исследовании исследователи изучили 26 сайтов по всему штату. Все они находились ниже снежного пояса, так что зимний дождь, хранящийся под землей, был основным источником воды для растений в летний засушливый сезон. Используя данные об осадках и данные о речных потоках Геологической службы США для расчета количества воды, хранящейся ежегодно под землей, они смогли оценить подземную емкость почвы и выветрившихся пород..
Из 26 участков только семь - все в северных прибрежных хребтах - имели ограниченную емкость для хранения подземных вод и хорошо себя чувствовали во время недавней затяжной засухи в штате между 2011 и 2016 годами. Эти участки варьировались от травяных и дубовых саванн до от чапараля до густых пихтовых лесов Дугласа, но все они характеризовались небольшими подземными запасами по сравнению со средним годовым количеством осадков в этом районе, которое имеет тенденцию быть высоким. Избыточная вода, которую подпочва не могла удержать зимой, просачивалась сквозь почву и трещины в скальных породах и попадала в ручьи.
Другие участки, в том числе большинство участков в Южной Калифорнии, пострадали от засухи, с отмиранием растительности и меньшим количеством здоровых, менее зеленых растений. Все они характеризовались подземным хранилищем, достаточным для впитывания большей части осадков, выпадающих ежегодно, но истощавшихся в засушливые годы.
Используя спутниковые снимки для оценки продуктивности и здоровья растительности на каждом участке, исследователи пришли к выводу, что участки с высокой относительной вместимостью были теми, которые больше всего различались между влажными и засушливыми годами по степени зелени растений.. Участки с низкой емкостью подземного хранилища по сравнению со среднегодовым количеством осадков показали себя лучше, оставаясь одинаково зелеными и здоровыми как в засушливые, так и в дождливые годы.
Хам отметил, что многие растения в Сьерра-Неваде полагаются на снежный покров, чтобы утолить жажду в типичное бездождливое лето. Но по мере повышения температуры в связи с глобальным потеплением зимние осадки все чаще будут выпадать в виде дождя.
«В некотором смысле это взгляд в будущее», - сказал Хам. «По мере потепления климата и увеличения высоты снежной линии в этих горных хребтах все больше и больше мест будут переходить от зависимости от снежного покрова к зависимости от воды, хранящейся в недрах. Понимание того, как это ограничение емкости хранилища повлияет на растения по всему штату. в высокогорных районах необходимо изучить больше."
Информация о влажности горных пород появилась в результате долгосрочного проекта в заповеднике побережья Анджело в Северной Калифорнии, входящем в систему природных заповедников Калифорнийского университета, где ученые из обсерватории критической зоны реки Угорь следили за водой с неба через растительность, почва и горные породы попадают в ручьи и возвращаются обратно в атмосферу посредством испарения и транспирации, чтобы наметить жизненный цикл воды в окружающей среде. Основное финансирование обсерватории, которой руководит Дитрих, поступает из Национального научного фонда (EAR 1331940).