Исследование решает классический вопрос в полевых условиях: при длительной засушливости деревья выживают за счет выращивания новых корней в источниках водопроводной воды или за счет укоренившихся корней, которые уже уходят глубоко?
Ответ, по крайней мере, для некоторых шишковидных деревьев, известных как хвойные, может быть последним, говорит Скотт Маккей, доктор философии, профессор географии в Университете Колледжа искусств и наук Буффало. Маккей – эксперт в области экогидрологии и того, как деревья впитывают воду.
В новом исследовании он руководил командой, которая использовала компьютерное моделирование, чтобы изучить, как сосны и можжевельники получают доступ к источникам воды во время длительных засух.
При моделировании деревья обоих видов пережили пятилетнюю засуху, когда они вступили в засушливый период с глубокими корнями, уже достигающими трещиноватой коренной породы, где можно найти воду. Эти смоделированные деревья также использовали воду способами, которые хорошо соответствовали наблюдениям за реальными деревьями, которые успешно выдержали условия засухи на экспериментальной площадке Los Alamos Survival-Mortality (SUMO) в Нью-Мексико.
«Когда модель была построена с корнями в грунтовых водах, ни одно из деревьев не погибло», – говорит Маккей. "Когда модель требовала, чтобы деревья вросли корнями в скалу после начала моделирования, все деревья отмерли. Выращивание новых корней, которое само требует воды, заняло слишком много времени."
Исследование было результатом сотрудничества ученых из UB, Университета Дьюка, Швейцарского федерального института исследований лесов, снега и ландшафта (WSL), Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории, Государственного университета Оклахомы и Университета Юты.
Исследование, опубликованное онлайн в New Phytologist в июле 2019 года, появляется в выпуске журнала за январь 2020 года вместе с более свежим комментарием о важности статьи, сделанным Луисом Сантьяго, доктором философии, профессором ботаники и наук о растениях Калифорнийского университета в Риверсайде.
"Mackay et al. (2020) смогли провести различие между двумя основными гипотезами относительно динамики корневой функции во время засухи и по существу установить теорию, которая теперь может быть подтверждена или опровергнута в других системах », – пишет Сантьяго в комментарии.
Результаты исследования могут помочь объяснить, почему некоторые сосны и можжевельники способны пережить засуху, в то время как другие деревья вокруг них, в том числе деревья того же вида, погибают.
Что происходит под землей?
Неспособность видеть под землей – заглядывать сквозь почву и коренные породы – вызывает разочарование у ученых, изучающих деревья. Исследование Маккея решает эту загадку, предоставляя новый инструмент для определения того, что может происходить внизу.
"Очень сложно увидеть, что происходит с корнями дерева.
Выкопать эти деревья очень сложно, и вы убьете их в процессе », – говорит Маккей. "Модель дает нам дополнительную линзу видения под поверхностью. Подземный мир – это своего рода рубеж, область исследований, которая становится все более важной."
Модель, которую его команда использовала в исследовании, моделирует поведение деревьев, в том числе то, как они используют воду и углерод, которые необходимы для роста новой ткани, включая корни.
Как объясняет Маккей: «Углерод получается посредством фотосинтеза, и его нужно транспортировать вниз с кроны деревьев, чтобы отрастить корни.
Вода необходима как часть этого транспортного процесса. Таким образом, если корни дерева находятся в сухой почве и они не могут получить воду, это может повлиять на способность дерева перемещать углерод, что, в свою очередь, может препятствовать росту новых корней. Наша модель учитывает эту обратную связь."
Помогая ученым понять особенности, которые заставляют некоторые сосны и можжевельники выжить в засухе, исследование может дать представление о том, как хвойные леса будут реагировать на давление изменения климата.
«Ученые пытаются спрогнозировать, что произойдет с биомами мира в условиях изменения климата, и модели должны быть физиологически реалистичными», – говорит Маккей. "Во время прошлых засух есть много свидетельств того, что мы могли бы назвать гидрологическими убежищами – очагами древесных пород, которые пережили засухи, используя более глубокие водные ресурсы.
Некоторые модели склонны переоценивать смертность деревьев, потому что они не могут уловить некоторые из этих убежищ. Если мы сможем узнать больше об этих убежищах и о том, как они созданы, мы сможем использовать эти знания для создания более совершенных моделей."