Футуристический эксперимент, имитирующий более теплые условия окружающей среды, показал, что растительность торфяников реагирует на более высокие температуры более ранним и более продолжительным периодом роста. Исследование, опубликованное сегодня в журнале Nature, показало, что повышение температуры ускоряет весеннее озеленение взрослых деревьев, кустарников и мхов и задерживает изменение цвета осенью.
Новые выводы, основанные на данных наблюдений, собранных на экспериментальной площадке Министерства энергетики, улучшат прогностические модели изменения окружающей среды и могут иметь значение для лесов по всему миру.
«Это первый раз, когда мы смогли подтвердить реакцию растительности на этот диапазон температур, которые превышают то, что можно найти в исторических записях», - сказал соавтор Эндрю Ричардсон из Университета Северной Аризоны.«Мы не предвидели той важной роли, которую температура играет в продлении активности растений осенью».
Исследовательская группа использовала прямое наблюдение и цифровую повторную фотографию для измерения зелени растений в течение трех лет в рамках исследования реакции елей и торфяников на меняющиеся условия окружающей среды, уникального эксперимента в масштабе экосистемы, созданного и проводимого Национальной лабораторией Министерства энергетики США в Ок-Ридже.
Предыдущие исследования, основанные на исторических данных, показали, что сокращение продолжительности дня было основной причиной осенних изменений в растениях, при этом температура оказывала незначительное влияние. Однако экспериментальное исследование группы показало, что повышенные температуры вызывают активность растений даже осенью, когда снижается воздействие солнечного света. Растения в самой теплой из нескольких исследуемых областей, нагретой на 16,2 градуса по Фаренгейту выше температуры окружающей среды, оставались зелеными и функциональными на шесть недель дольше. Самая теплая растительность также утратила свою зимнюю защиту от холода ранней весной, что сделало растения уязвимыми для повреждения листьев и стеблей во время поздних весенних заморозков в 2016 году.
Расположенный в экспериментальном лесу Марселл Лесной службы Министерства сельского хозяйства США в северной Миннесоте, SPRUCE имеет 10 специально разработанных вольеров, настроенных на пять различных температур и два повышенных уровня углекислого газа. Сайт предоставляет ученым платформу для изучения воздействия более теплого воздуха и почвы на богатое углеродом болото, где преобладают черные ели и тамараки, кустарники и сфагновый мох. Подобные леса распространены в северных широтах, покрывая большую часть Канады, северной Европы и России.
"SPRUCE дал нам возможность получить четкое представление об альтернативном будущем окружающей среды, которое нельзя наблюдать в исторических записях", - сказал Пол Хэнсон из ORNL, координатор и соавтор SPRUCE.
Вольеры SPRUCE оснащены рядом инструментов, в том числе цифровыми камерами высокого разрешения в сети PhenoCam, которые делают фотографии растений каждые 30 минут. Исследователи из Университета Северной Аризоны извлекли информацию о каналах красного, зеленого и синего цветов из изображений, чтобы рассчитать индекс зелени. Эти данные были сопоставлены с наблюдениями на месте, собранными учеными ORNL, которые показали, что весной растения распускали листья и зацветали раньше, а осенью сбрасывали их позже..
Увеличение вегетационного периода может повлиять на углеродный цикл, поскольку активные растения поглощают углекислый газ из атмосферы для фотосинтеза. Текущие исследования позволят количественно оценить такие различия в использовании углерода.
"Эти результаты SPRUCE демонстрируют важность прямых экспериментов для расширения нашего понимания процессов круговорота углерода на торфяниках", - сказал Хэнсон.
Это исследование и экспериментальная площадка SPRUCE поддерживаются Управлением науки Министерства энергетики США и сетью PhenoCam при поддержке Национального научного фонда.