Кустарники пустыни Мохаве приспособились к изменению климата

Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

В контексте климатологии внимание ученых традиционно обращено к лесам: они обладают большим биоразнообразием и продуктивностью, оказывают огромное влияние на климат и в то же время несут ущерб от его изменения. В то же время их площади стремительно сокращаются на фоне разрастания биома пустынь. Аридные пустыни уже занимают около 14 процентов поверхности суши, и в будущем их площадь будет увеличиваться за счет глобального изменения климата.

Для устойчивого землепользования в пустынях и сопредельных регионах решающее значение будет иметь численность и биоразнообразие специфичной растительности, а также ее реакция на изменение климата. Имеющиеся на текущий момент исследования физиологического отклика растительного покрова на изменение климата охватывают не более четырех вегетационных периодов подряд. Результаты таких наблюдений противоречивы и зачастую не указывают на какие-либо выраженные эффектах.

Ученые под руководством Эвери Дрисколл (Avery W. Driscoll) с 1981 по 2019 годы изучали реакцию кустарников Encelia farinosa, произрастающих в пустыне Мохаве, на изменение климата. В 1981 году они заложили пробные площадки, выбрав для этого участки пустыни с большим проективным покрытием Encelia farinosa в Долине Смерти и в районе Отмана на расстоянии более 200 километров друг от друга. Затем авторы составили геоботанические карты местности, инвентаризировали растительность и начали проводить ежегодный экологический мониторинг в последние две недели марта (в соответствии с пиком вегетационного периода).

В ходе мониторинга ученые фиксировали данные о состоянии растений, их цветении и наличии паразитов, а также отбирали по 5-10 листьев с некоторых кустов для анализа содержания биогенных элементов и соотношения изотопов углерода. Всего за 39 лет ботаники отобрали 1863 образца листьев кустарников из Долины Смерти и 1346 из Отмана. Климатические показатели (осадки, атмосферное давление, температура воздуха и прочие) для исследования были взяты из открытой базы данных PRISM.

Авторы исследования придерживались предположения о приспособленности растений к водному стрессу путем увеличения их коэффициента эффективности водопотребления (intrinsic water-use efficiency, iWUE). iWUE рассчитывается как отношение скорости фотосинтеза к проводящей (по отношению к CO2) способности устьиц листа. Этот параметр служит математическим выражением изменений в работе устьиц, которые возникают в ответ на изменение концентрации углекислого газа в воздухе.

A — среднегодовая температура; B — среднегодовой пик суточного дефицита влажности VPD Участок; C — суммарные годовые осадки. Участки вблизи Отмана показан серыми треугольниками, участки Долины Смерти - синими кружками.

Avery W. Driscoll et al. / Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020.

Оказалось, что за 39 лет на территории Мохаве даже с учетом колебаний, вызванных Эль Ниньо, значительно снизилось суммарное годовое количество осадков (p=0,049) и выросла среднегодовая температура приповерхностного слоя воздуха (p<0,001). Скорость роста температуры воздуха составила в среднем 0,04 градуса Цельсия в год, а скорость снижения количества осадков — порядка 1,4 миллиметра в год.

Графики иллюстрируют влияние VPD (A и C) и концентрации CO2 (B и D) на среднее отношение Ci / Ca и iWUE в Отмане и Долине Смерти. Значимые отношения (p

Avery W. Driscoll et al. / Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020.

Encelia farinosa продемонстрировала заметную реакцию на изменение климата. С ростом концентрации углекислого газа в воздухе у этих растений увеличился показатель iWUE и понизилось отношение внутриклеточного углерода к атмосферному — а значит и возросла эффективность использования воды. В то же время авторы исследования наблюдали снижение численности популяций на 17 процентов в Отмане и на 15 процентов в Долине Смерти. Авторы исследования подчеркнули, что их работа имеет большое значение для изучения отклика растительного покрова на климатические изменения. Если раньше внимание ученых акцентировалось на лесных экосистемах и изотопных соотношениях в древесных годичных кольцах, то теперь они смогут обратить внимание на пустыни и показатель iWUE, который оказался достаточно иллюстративным.

Растения пустынь хорошо приспособлены к жаркому и засушливому климату, однако в последние годы все чаще наблюдается негативное воздействие на них климатических изменений: так, недавно ученые пришли к выводу, что вельвичия удивительная — уникальный реликт и эндемик пустыни Намиб — уже находится на грани исчезновения.