326
Ученые превратили лес в лабораторию, чтобы выяснить, как некоторые виды справляются с повторяющимися засухами.
В лесу, ученые внимательно следят за деревьями, чтобы понять, почему одни восстанавливаются после засухи, а другие нет. Эта информация будет иметь решающее значение для повышения устойчивости лесов по мере увеличения частоты и интенсивности засух.
Ткани живых деревьев могут хранить секреты того, почему одни могут восстановиться после засухи, а другие погибают. Но эти ткани сложно оценить в зрелых лесах. В конце концов, 90-летние деревья не могут приехать в лабораторию, чтобы пройти сканирование. Поэтому большинство исследований воздействия засухи на растения проводятся в лаборатории и на молодых деревьях - или путем выкалывания кернов из зрелых деревьев.
Барбара Бейкирхер, экофизиолог из Университета Инсбрука в Австрии, и ее коллеги предложили другой подход: Они перенесли лабораторию на деревья.
В лесу Кранцберг под Мюнхеном команда оснастила зрелые ели и буки прочными, водонепроницаемыми ультразвуковыми датчиками. Некоторые из них были накрыты крышами, чтобы блокировать летние дожди, создавая искусственные условия засухи.
Исследователи оснастили взрослые ели и буки ультразвуковыми датчиками и электрическими зондами, чтобы выяснить, как эти виды справляются с длительными засушливыми периодами.
Пять лет мониторинга показали, что буки (Fagus sylvatica) более устойчивы к засухе, чем ели (Picea abies), сообщила группа специалистов в декабрьском журнале Plant Biology. Изучение основных механизмов объяснило эту разницу.
Деревья, испытывающие засуху, издавали больше ультразвуковых сигналов, чем деревья, подвергшиеся воздействию летних дождей. Эти слабые акустические волны отражались от пузырьков воздуха, называемых эмболами, расположенных глубоко в сосудистой системе деревьев. Поверхностное натяжение поддерживает движение воды по тысячам крошечных сосудов дерева - испарение из пор в листьях гонит воду вверх по стволу (SN: 9/6/22). Но если в почве недостаточно воды, это тяготение вверх может привести к образованию эмболов, которые закупоривают сосуды. В экспериментах ели пинговали гораздо чаще, чем буки, что говорит о том, что у них гораздо больше эмболов.
И это несмотря на то, что буки, по-видимому, менее консервативны в управлении водными ресурсами, по крайней мере, в надземной части. Деревья могут предотвратить эмболию, закрывая поры на своих листьях, но за это приходится платить. При этом прекращается поступление углекислого газа, который способствует фотосинтезу, в результате которого образуются углеводы и сахара, необходимые деревьям для жизни и роста. В засушливых условиях деревья оказываются перед невозможным выбором "между голоданием и смертью от жажды", - говорит Бейкирхер.
Буки страдали от эмболии меньше, чем ели, хотя они держали свои поры открытыми дольше, чем хвойные деревья. Возможно, это связано с тем, что у буков корни уходят в более глубокую и влажную почву, а также с более надежными запасами воды, говорит Бейкирхер. Другая серия экспериментов, проведенная после того, как исследователи ослабили засуху, свидетельствует о том, что это именно так.
В конце эксперимента команда полила почву водой. По большинству показателей все деревья хорошо восстановились: Показатели фотосинтеза у деревьев, ранее страдавших от засухи, догнали показатели деревьев из контрольных групп и эмболов, заполненных водой.
Но когда Бейкирхер измерил сопротивление деревьев электрическому току, что является показателем уровня влаги в глубине стволов, оказалось, что запасы воды у елей все еще истощены. Одного сезона дождей оказалось недостаточно, чтобы помочь этим деревьям полностью восстановиться. Неясно, могут ли ели восполнить свои запасы после длительной засухи и сколько времени это может занять.
Виды, способные переносить засуху и быстрее восстанавливаться, могут стать более многочисленными в лесах будущего, поскольку из-за изменения климата засухи станут более частыми и интенсивными (SN: 3/10/22). Это означает, что состав деревьев, из которых состоят леса умеренного пояса, может измениться по мере потепления климата, что будет иметь неопределенные последствия для других растений и животных в этих экосистемах.
Бейкирхер планирует проверить, поможет ли более разнообразный лес выжить чувствительным к засухе видам, таким как ель. По ее словам, глубоко укоренившиеся буки, перемежающиеся с елями, могут помочь увеличить влажность верхних слоев почвы, направляя воду к корням ели.
