Защита лесов на переднем крае борьбы с изменением климата

Леса помогают бороться с глобальным потеплением, но оно же и угрожает им. Прошлым летом многим видам деревьев пришлось нелегко, так как большая часть Европы пострадала от аномальной жары и сильной засухи, которая считается самой сильной за последние 500 лет.

Пострадали даже оливковые деревья, известные своей способностью противостоять засухе. Испания является ведущим производителем оливкового масла в мире, но многие испанские фермеры ожидают, что их урожай оливкового масла в этом году сократится на 50%.

В этом контексте исследователи Horizon стремятся лучше понять, как деревья реагируют на засуху в рамках борьбы с изменением климата.

Углеродные раковины

Существующие леса уже удаляют около трети выбросов парниковых газов, вызванных деятельностью человека. Всемирная программа лесонасаждения могла бы сделать то же самое почти для трети выбросов, которые остаются в атмосфере.

«Если вы посмотрите на последние 10 лет или около того, произошло несколько событий, когда сильная засуха вызвала крупномасштабную гибель деревьев в лесах». — сказал доктор Джайдип Джоши из проекта Plant-FATE, который изучает свойства растений для защиты лесов от изменения климата.

Посадка миллиардов деревьев — относительно недорогой способ справиться с климатическим кризисом, согласно исследованию потенциала глобального лесного покрова для смягчения последствий изменения климата.

Но по мере распространения засухи леса во всем мире находятся в опасности. В Европе 500 000 гектаров леса были уничтожены в результате засухи в период с 1987 по 2016 год.

Джоши руководил проектом Plant-FATE, финансируемым Horizon, который открыл новые горизонты в прогнозировании воздействия засухи на деревья всех видов.

Устойчивость дерева

Основным ограничением современных моделей является то, что они редко учитывают способность деревьев адаптироваться к засушливым условиям и то, как устойчивость может различаться между видами. Это приводит к несоответствиям при прогнозировании того, как леса будут реагировать на будущие климатические сценарии.

«Именно здесь сейчас самая большая неопределенность», — сказал доктор Джоши. «У вас есть целая экосистема смешанных видов — мы попытались объединить все это в простую, но всеобъемлющую структуру моделирования».

Модель действует как инструмент для имитации результатов, и он считает, что модель его команды будет особенно полезна, когда дело доходит до планирования программ посадки деревьев. Это потому, что он может сигнализировать о потенциале улавливания и хранения углерода различных видов в течение следующих 50-100 лет, когда климатические условия будут отличаться от сегодняшних.

«Это может помочь сделать правильный выбор, какие виды посадить или где их посадить», — сказал доктор Джоши. «Это самое многообещающее приложение нашей модели для сохранения».

В своей модели исследователи Plant-FATE включили способность деревьев приспосабливаться к изменению климата и рассмотрели ряд временных масштабов.

Например, в более короткие промежутки времени от недель до месяцев деревья, подверженные засухе, могут сбрасывать листья для сохранения воды (поскольку вода испаряется через поры на поверхности листьев) в так называемую «ложную осень».

Новый лес

Но с течением времени деревья могут вырастить новую древесину с другими свойствами, более подходящими для засушливых условий.

Доктор Джоши и его команда также приняли во внимание масштаб. Например, некоторые реакции возникают в определенных частях дерева, таких как корни и листья, тогда как другие происходят на уровне всего вида.

Чтобы проверить свою полную модель, доктор Джоши и его коллеги использовали данные из тропических лесов Амазонки, содержащих около 400 видов на площади 5 000 квадратных метров. Они обнаружили, что предсказания их модели близко соответствовали тому, что происходило в реальной жизни на месте.

По словам доктора Джоши, исследователя из Международного института прикладного системного анализа в Лаксенбурге, Австрия, это первый случай, когда модель растительности работала реалистично в разных временных масштабах при использовании очень небольшого количества параметров.

«Это дает вам возможность прогнозировать поведение леса в неизвестных условиях», — сказал он. «Это делает гораздо более полезным прогнозирование реакции мировых лесов на будущие климатические сценарии».

Высокие деревья

Хотя высокие деревья часто считаются более уязвимыми к засухе, чем более низкие, еще многое предстоит выяснить о том, почему и в какой степени высота дерева влияет на его устойчивость к засухе.

Доктор Лаура Фернандес де Унья возглавляет проект DISTRESS, финансируемый Horizon, в рамках которого изучается, как способность дерева переносить воду меняется с высотой и как это может повлиять на реакцию на засуху.

Она и ее коллеги готовы встряхнуть некоторые общепринятые представления в этой области.

«Мы видим определенные различия между отдельными деревьями, а также между типами видов», — сказал доктор Фернандес де Унья, научный сотрудник государственного исследовательского центра CREAF в Барселоне, Испания.

Неудивительно, что исследования подтверждают, что воде труднее достичь высоты более высоких деревьев. Даже в нормальных условиях гравитация является основным препятствием.

Пузырьки воздуха

Во время засухи деревьям труднее добывать воду из сухой почвы и тянуть ее вверх. Это увеличивает риск всасывания в каналы транспортировки воды пузырьков воздуха, которые могут блокировать поток (аналогично эмболиям кровеносных сосудов человека). Если возникают какие-либо пузыри, части дерева могут остаться без воды и погибнуть.

Кроме того, высокие деревья в лесу подвергаются большему воздействию тепла и ветра и меньшей влажности. «Условия кроны сами по себе более сухие, чем для небольшого дерева в подлеске», — сказал доктор Фернандес де Унья. «Все это отрицательно сказывается на высоких деревьях во время засухи».

Тем не менее, прошлые исследования показывают, что высокие деревья могут адаптироваться к жаре и водному стрессу или даже лучше, чем маленькие деревья. Например, они способны расширять свои водопроводные трубы, чтобы получить больше воды по своим длинным стволам.

Хорошо укоренившийся

Кроме того, более крупные деревья имеют больше корней, которые достигают большей глубины, что обеспечивает доступ к воде даже при низком уровне в верхних слоях земли.

У них также, как правило, более толстые стволы, что позволяет более крупным деревьям хранить больше углеводов и воды.

По мнению доктора Фернандеса де Унья, все это свидетельствует о том, что, вопреки распространенному мнению, высокие деревья имеют шансы на успех, когда температура резко возрастает, а воды в течение длительного времени становится мало.

«Они способны адаптироваться и преодолевать свои ограничения», — сказала она. «Нам нужно быть более открытыми в отношении того, как они могут реагировать на засуху. Если бы не стоило того, чтобы быть высоким, то деревья не выросли бы высокими».

Исследование в этой статье финансировалось через программу действий Марии Склодовской-Кюри ЕС (MSCA). Статья изначально была опубликована в Горизонтжурнал исследований и инноваций ЕС.