Новое исследование, показывающее, что сухость атмосферы влияет на продуктивность пастбищ в США больше, чем осадки, может иметь важное значение для прогнозирования того, как растения будут реагировать на потепление климатических условий.
Опубликованное 6 марта в журнале Nature Geoscience исследование, проведенное учеными из Стэнфордского университета и Колумбийского университета, рассмотрело 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 (ДВД) или сухости атмосферы, чем к осадкам. Широкомасштабные методы исследования для понимания поведения растений могут быть использованы для улучшения моделей прогнозирования того, как окружающая среда будет реагировать на засухи, которые, как ожидается, усилится в 21 веке..
«Одно лишь наблюдение за изменениями в осадках не расскажет вам всей истории», - говорит ведущий автор Александра Конингс, доцент кафедры наук о системе Земли в Стэнфордской школе наук о Земле, энергетике и окружающей среде (Stanford Earth). «Пастбища в США гораздо более чувствительны к дефициту давления пара, что очень важно. Поскольку VPD настолько тесно связан с температурой, мы можем предсказать, что в будущем она будет продолжать расти».
В ходе исследования ученые проанализировали условия, при которых луга открывают и закрывают свои устьица, микроскопические отверстия на листьях растений, через которые проходит водяной пар, кислород и CO2. Когда его устьица открыты, растение может поглощать CO2 из атмосферы для производства энергии, но рискует потерять воду в засушливых условиях. Стратегия, используемая различными растениями - рисковать высыханием, чтобы продолжать поглощать углерод, или закрываться и прекращать рост, - влияет на их продуктивность. Поведение растения зависит от количества воды в атмосфере, измеренного с помощью VPD: более высокое значение VPD указывает на большую способность сухого воздуха вытягивать влагу из растения.
Изменчивость реакции на засуху
Используя статистический анализ, исследователи отделили влияние поведения растений от воздействия региональных условий, таких как различия в осадках или температуре. Хотя многие климатические модели рассматривают все пастбища одинаково, исследование выявило большие различия в том, как они реагируют на засуху.
«Больше, чем тип растений, физиология растений будет регулировать их реакцию на засуху и аномальную жару», - сказал соавтор исследования Пьер Гентин, доцент кафедры инженерии Земли и окружающей среды в Колумбийском университете.
Исследователи провели свой анализ, используя общедоступные спутниковые данные дистанционного зондирования с 1981 по 2013 год, показывающие степень зелени растений, которая является индикатором продуктивности растений. Затем они объединили эти данные с наборами данных о климате и наблюдениях за осадками, чтобы разделить пастбища Америки на разные регионы в зависимости от их поведения.
Понимание того, как устьица растений реагируют на изменения в атмосфере, особенно важно для пастбищ США, которые являются основным источником поглощения или хранения углерода из атмосферы. Пастбища отличаются разнообразным биоразнообразием и обеспечивают важную среду обитания для скота в мясной и молочной промышленности, покрывая около 26 процентов территории Соединенных Штатов и почти 20 процентов поверхности суши планеты; они являются крупнейшим типом земного покрова на Земле.
«Поглощение углерода связано с ростом, и то, как оно реагирует на климат, является большим источником неопределенности в прогнозах будущих изменений климата», - сказал Конингс.«При повышении температуры мы потенциально увидим намного меньше зеленых лугов, но это исследование показывает, что это более справедливо для некоторых регионов, чем для других».
Поведенческие различия
Анализ показывает, что пастбища, которые реагируют на засуху, оставляя устьица открытыми (анизогидрическое поведение), более чувствительны к сухости атмосферы, чем те, которые закрывают устьица и прекращают рост для экономии воды (изогидрическое поведение). Оба вида поведения присутствуют в США. Исследование показывает, что растения, которые держат устьица открытыми, больше повреждаются засухой на пастбищах США, потому что она подавляет рост растений в течение вегетационного периода..
«Пастбища действительно интересны, потому что они демонстрируют такое огромное разнообразие в этом поведении изогидричности», - сказал Конингс, который проводил первоначальные исследования для исследования, будучи научным сотрудником в Колумбийском университете, прежде чем присоединиться к Stanford Earth. «У них действительно разные стратегии реагирования на засуху."
В то время как предыдущие методы понимания реакции на засуху подразумевали наземные измерения, новая метрика позволяет исследователям измерять эти закономерности по всему миру. Конингс надеется, что этот метод можно будет использовать, чтобы увидеть, можно ли применить результаты исследования пастбищ 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.