Исследователи обнаружили ранее неизвестный механизм, который вызывает увеличение использования воды в лесах, углубляют понимание почвенного биогеохимического контроля круговорота воды в лесах и выдвигают на первый план угрозы для растений из-за водного стресса при кислотных отложениях, согласно новому исследованию.
В исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, исследователи сообщают, что механизм работает следующим образом: серная и азотная кислоты выпадают на землю при сжигании ископаемого топлива, вызывая подкисление почвы. При этом из почвы вымывается значительное количество почвенного кальция, и тогда растения страдают от дефицита кальция. Дефицит кальция заставляет растения интенсивнее использовать воду.
Ликсинь Ван, доцент Школы наук IUPUI, является старшим автором этого исследования и имеет докторскую степень. студент Мэтью Лэннинг - первый автор.
Это исследование финансируется программой гидрологических наук Национального научного фонда. Среди других авторов исследовательской группы Тодд Скэнлон и Говард Эпштейн из Университета Вирджинии, Мэтью Вадебонкёр из Университета Нью-Гэмпшира, Мэри Бет Адамс из Лесной службы США и Дэниел Дракенброд из Университета Райдера.
Кальций играет уникальную роль в клетках растений, регулируя мельчайшие поры, называемые устьицами, в листьях или стеблях растений, сказал Ван. Если растениям не хватает кальция, они не могут закрыть эти поры, и потребление ими воды увеличивается. Кроме того, когда растения страдают от дефицита кальция, они будут выкачивать больше воды за счет транспирации, процесса движения воды через растение и ее испарения с листьев, чтобы удовлетворить потребность в кальции, сказал он.
«Мы предположили, что выщелачивание запасов кальция в почве, вызванное кислотными отложениями, увеличит крупномасштабное использование воды растительностью», - сказал Лэннинг. «Мы представляем данные долгосрочного эксперимента по подкислению всего водораздела, демонстрирующие, что изменение запасов кальция в почве за счет кислотных отложений может значительно интенсифицировать водопользование».
Исследователи обнаружили множество доказательств того, что выщелачивание кальция, вызванное кислотными отложениями, не только увеличило использование воды растительностью, но и заметно уменьшило запас почвенной воды на обрабатываемом водоразделе.
«Когда растения всегда используют много воды, это означает, что для людей останется меньше воды», - сказал Ван. «Это также означает, что эти растения очень чувствительны к засухе. Если приходит засуха, и они не могут закрыть свои устьица, они подвержены высокому уровню смертности из-за водного стресса».
Традиционно использование воды в лесах считалось функцией метеорологических факторов, видового состава и водообеспеченности почвы. Влияние биогеохимии почв на широкомасштабное водопользование в лесах не исследовалось.
Отложения нитратов и сульфатов являются основными факторами подкисления почвы на северо-востоке США и в восточной Европе, где атмосферные поступления превышают кислотность почвы. В Соединенных Штатах и большей части Европы выбросы нитратов и сульфатов были ограничены законодательством, но воздействие кислотных отложений по-прежнему вызывает глобальную озабоченность, особенно в районах с подветренной стороны от крупных городов или высокопродуктивных сельскохозяйственных районов.