0 просмотров

Реакция растений на изменение климата в пустыне Сонора: последние исследования и выводы

Ожидается, что под воздействием изменения климата пустыня Сонора станет жарче и суше. Эти изменения, вероятно, окажут сильное влияние на численность и распространение видов растений в регионе. В недавнем исследовании использовались результаты долгосрочного мониторинга растительности в двух национальных парках и на двух исследовательских участках, чтобы определить, как виды растений пустыни Сонора реагировали на изменчивость климата в прошлом.

Сокращение годового количества осадков приведет к уменьшению влажности почвы в уже ограниченной по воде среде (Сигер и др., 2007 г.). Численность устойчивых к засухе видов может не меняться или даже увеличиваться, в то время как виды без механизмов выживания в засухе могут сокращаться или иметь высокую смертность.

Изменение сезонности осадков также может повлиять на производительность станции. Летние осадки производят неглубокую почвенную влагу, используемую видами растений с неглубокими корнями, тогда как зимние осадки просачиваются глубоко в почвенный профиль и используются глубоко укоренившейся растительностью. Повышение температуры может увеличить потребность в испарении, тем самым ограничивая доступность воды для растений и, в свою очередь, рост и выживание растений. Более высокие температуры могут также увеличить распространение и продуктивность многих нетерпимых к холоду пустынных растений, включая суккуленты.

Статья в тему:  Как устранение парниковых газов влияет на экономику

Методы

Рисунок 1. Карта исследуемой территории

Поскольку изменение климата и его последствия происходят в региональном масштабе, прогнозирование будущих изменений в составе, структуре и продуктивности растительных сообществ требует региональной оценки реакции видов растений на недавнюю изменчивость климата. Чтобы завершить такую ​​оценку, ученые из Службы национальных парков и США.Геологическая служба использовала результаты долгосрочного (100 лет) мониторинга растительности на 39 больших (≥100 кв. м) участках в трех разных растительных сообществах в двух национальных парках пустыни Сонора (Национальный парк Сагуаро и Н.М. Орган Пайп Кактус) и двух долгосрочных исследовательские объекты (лаборатория в пустыне и экспериментальный полигон Санта-Рита), чтобы определить, как виды растений реагировали на прошлые климатические изменения в региональном масштабе (рис. 1). Чтобы количественно оценить реакцию растений, мы измерили изменение покрова видов растений между годами отбора проб вегетации. Положительное значение этого индекса указывало на то, что вид растений приобрел укрытие за интервал наблюдения, а отрицательное значение указывало на то, что оно потеряло укрытие.

Конкретные цели заключались в следующем: (1) определить, какие виды и функциональные типы растений в районе пустыни Сонора наиболее чувствительны к изменению климата, (2) определить климатические пороговые значения, свидетельствующие об изменениях в изобилии растений, и (3) задокументировать величину реакции растений, происходящие в условиях регионального климатического градиента.

Мескитовая саванна

Мескитовая саванна

В относительно мезозированных сообществах мескитовых саванн количество многолетних трав (рисунок A) и разнотравья (рисунок B) сократилось с уменьшением годовых и зимних осадков, соответственно. Многолетние травы и разнотравье, вероятно, сильно реагировали на осадки, потому что они быстро растут и имеют неглубокие корни. Многолетний травяной покров уменьшался, когда годовое количество осадков опускалось ниже 390 мм; это количество поступающей воды может указывать на порог, который ограничивает продуктивность многолетних трав в пустыне Сонора. Поскольку на разнотравье приходится большинство видов в сообществе, зимние осадки имеют важное значение для видового разнообразия.

Статья в тему:  Парниковый эффект передает какую световую энергию

Изменение растительного покрова в зависимости от климатической переменной

Рисунки A–D. Изменение растительного покрова в зависимости от климатической переменной (красный цвет = температура, синий цвет = осадки) для (A) многолетних трав, (B) разнотравья, (C) бархатного мескита и (D) кактусов в мескитовых саваннах.

В ответ на повышение среднегодовой температуры (MAT) произошёл инверсия бархатного мескита (Прозопис велутина) расширение, наблюдаемое в двадцатом веке (рис. C). Эти результаты показывают, что пороговое значение MAT, близкое к 18°C, может вызвать значительный стресс для бархатного мескита за счет увеличения эвапотранспирации, особенно в годы с малым количеством осадков или в высокогорных условиях.

Покрытие кактусов увеличивалось с повышением температуры, и эта тенденция была зафиксирована на юго-западе США (рис. D). Эта тенденция к повышению температуры была связана с уменьшением частоты экстремальных заморозков, что снижает вероятность повреждения тканей и гибели суккулентов, запасающих воду.

Аризонское нагорье (скраб пустыни Сонора)

Сообщество растений Аризонского нагорья в пустыне Сонора

В более засушливых сообществах Аризонской возвышенности преобладает бобовое дерево, предгорная паловерде (Церцидий микрофиллум), снизился на склонах холмов в ответ на увеличение MAT (рис. E). Предыдущее исследование (Бауэрс и Тернер, 2001 г.) зафиксировало высокую смертность самых крупных деревьев в условиях повышенной температуры и ограниченной доступности воды, что позволяет предположить, что такие периоды, вероятно, оказывают наибольшее влияние на старые стареющие деревья.

Рисунок E-H. Изменение растительного покрова в зависимости от климатических переменных

Рисунок E-H. Изменение растительного покрова в зависимости от климатической переменной (красный цвет = температура, синий цвет = осадки) для (E) предгорной паловеры, (F) креозотового куста, (G) окотильо и (H) бурсажа с треугольными листьями на возвышенностях Аризоны.

Статья в тему:  На какие планеты земной группы влияет парниковый эффект?

Крышка креозотового куста (Ларреа трезубчатая), значительно коррелировавший с зимними осадками, начал снижаться при падении ниже 110 мм (рис. F).

Окотильо (Фукьерия великолепная), полусуккулентного кустарника, уменьшилось на южных и западных склонах в ответ на увеличение MAT (рис. G). В этих ландшафтных позициях пополнение проростков низкое, а корни могут быть подвержены прямому повреждению теплом и нехватке воды при высоких температурах.

Бурсаж треугольнолистный засухолистный (Амброзия дельтовидная), который служит кормовым растением для многих древесных видов в пустыне Сонора, показал большие колебания покрова в ответ на изменения годового количества осадков (рис. H). Покрытие для этого вспомогательного вида увеличилось при годовом количестве осадков более 290 мм, что может указывать на важный потенциальный порог для нового пополнения в этом регионе.

Креозотовый куст

Креозотовые кустарники

Рисунок I–J. Изменение растительного покрова в зависимости от климатических переменных

Рисунок I–J. Изменение растительного покрова в зависимости от климатической переменной (синий = осадки, фиолетовый = засушливость) для (I) креозотового куста и (J) белой ратании в зарослях креозотового куста.

В одном из самых засушливых растительных сообществ пустыни Сонора содоминантный вид креозотового куста и его гемипаразит, белая ратания (Крамерия Грейи), уменьшились с уменьшением зимних осадков и увеличением засушливости соответственно (рис. I и J). В сообществах, где он доминировал, наблюдалось большее снижение покрова креозотового кустарника и более высокий порог зимних осадков (135 мм), чем в Аризонских возвышенностях (см. рис. F). Упадок креозотового куста был заметен только на поверхностях старых почв, имеющих ограничительные слои, в том числе петрокальциевые горизонты. Эти слои могут ограничивать объем почвы, доступный для корней растений, и препятствовать инфильтрации воды, удерживая воду на небольшой глубине, где она более подвержена испарению при высоких температурах.

Статья в тему:  Как земные океаны помогают регулировать наш парниковый эффект.

Выводы

За последние 100 лет многие виды и функциональные типы растений пустыни Сонора отреагировали на повышение температуры и засушливые условия, которые прогнозируются в будущем. Уменьшение численности доминирующих видов растений пустыни Сонора, включая бархатный мескит, предгорный паловерде и окотильо, происходило в годы с высокими температурами. Высокие температуры могли напрямую влиять на рост растений или косвенно влиять на доступность воды из-за потерь на эвапотранспирацию. Другие доминанты, в том числе креозотовый куст, были наиболее чувствительны к уменьшению количества осадков, особенно в зимние месяцы.Региональный масштаб, в котором происходят изменения климата и их воздействие на состав растительных сообществ, требует, чтобы мы расширили наше внимание от оценки реакции растений в масштабе парка к пониманию динамики растений в большом пространственном масштабе. Хотя этот анализ показал историческую взаимосвязь между климатом и растительностью, программа NPS I&M имеет хорошие возможности для решения будущих изменений в растительности, вызванных изменением климата в региональном масштабе.

Дополнительная информация

Для получения дополнительной информации см. полную статью журнала:

Мансон С.М., Р.Х. Уэбб, Дж. Белнап, Дж. А. Хаббард, Д. Э. Суонн и С. Рутман. 2011. Прогнозирование воздействия изменения климата на состав растительного сообщества в районе пустыни Сонора. Биология глобальных изменений. Опубликовано в Интернете 30 декабря по адресу http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1365-2486.2011.02598.x/abstract.

или свяжитесь с Сетом Мансоном (smunson@usgs.gov). Эта работа была поддержана Службой национальных парков и грантом Программы геологической службы США «Состояние и тенденции развития биологических ресурсов».

Статья в тему:  Какой негативный эффект имеют «парниковые газы»?

использованная литература

Бауэрс, Дж. Э. и Р. М. Тернер. 2001. Отмирание и эпизодическая гибель Cercidium microphyllum (предгорная паловерде), доминирующего дерева пустыни Сонора. Журнал Ботанического общества Торри 128: 128–140.

Сигер Р., М. Тинг, И. Хелд и др. 2007. Модельные прогнозы неизбежного перехода к более засушливому климату на юго-западе Северной Америки. Наука 316: 1181–1184.

Подготовлено сетью пустыни Сонора, 2012 г.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
0
Оставьте комментарий! Напишите, что думаете по поводу статьи.x
Adblock
detector