Глобальное потепление действует на экосистемы избирательно
|
Ботаники из Швейцарии показали, что реакция флоры умеренных широт на потепление будет зависеть от типа и состояния растительных сообществ. Растения пионерных и нарушенных экосистем будут быстро отвечать на потепление, зрелая экосистема широколиственных лесов более инерционна. Это различие связано с преобладанием альтернативных механизмов регуляции сезонных циклов у растений пионерных и зрелых экосистем.
Однажды в цветочном горшке, стоящем в моей комнате на подоконнике, стала расти крапива. Это была обыкновенная жгучая крапива, какую не любят, кажется, все жители нашей планеты. Но я решила не выпалывать ее из цветочного горшка, а понаблюдать за естественным ходом событий. И ход событий оказался в некоторым смысле неожиданным для моего скромного цветоводческого опыта. Понятно, что растение, которому изначально полагалось расти в злополучном горшке, быстро зачахло, и вместо него разросся роскошный куст крапивы. Всем хорошо известно, что осенью наземные части травянистых растений должны засыхать, поэтому предполагалось, что необычный поселенец подоконника будет жить до осени. Но наступила осень, а декоративная крапива и не думала умирать или желтеть или как-то иначе реагировать на смену сезонов. Она прекрасно пережила зиму, продолжая радовать хозяйский глаз и удивлять доморощенных натуралистов. Она росла на подоконнике три года и даже цвела, и листья ее оставались зелеными круглый год, подобно другим декоративным обитателям моего подоконника. Затем я всё же избавилась от комнатной крапивы — уж больно устрашающим стал вид этой «декорации».
Из этого примера следует, что потепление должно коренным образом изменить облик растительности в умеренном поясе. Многие многолетние растения могут удлинить свой вегетационный период или, подобно моей комнатной крапиве, вообще не сбрасывать листья. Изменение периода вегетации должно привести к существенным преобразованиям в круговороте углерода, азота и многих других элементов. Но в действительности столь радикальные изменения не столь очевидны. Логический посыл, построенный на примере комнатной крапивы, хоть и верный, но не учитывает и других важнейших механизмов, с помощью которых растения регулируют собственный сезонный цикл. Кристиан Кёрнер (Christian Korner) и Давид Баслер (David Basler) из Ботанического института Базельского университета (Швейцария) показали, что растения с различной жизненной стратегией реагируют на потепление климата неодинаково.
Принято рассматривать смену растительных сообществ как непрерывный сукцессионный ряд. Самый привычный для средних широт пример сукцессии — это процесс восстановления растительности вырубок и пожарищ: «пустое место» заселяют луговые растения, малина, шиповник, которые сменяются березой и осиной, а уже на их месте постепенно вырастает еловый лес. Также хорошо изучены сукцессионные ряды для дубрав, широколиственных лесов. Определены растения, характерные для начальных — пионерных — стадий сукцессий, для средних стадий и для конечных, или климаксных, стадий. Жизненные стратегии растений определяют его место в сукцессионном ряду. Так, быстрорастущие, короткоживущие и толерантные к неблагоприятным условиям растения составят пионерные стадии, а долгоживущие, медленно растущие виды представляют доминантов климаксных сообществ. Швейцарские ботаники собрали сведения, показывающие, что виды, представляющие различные стадии сукцессии, реагируют на потепление неодинаково. Они объяснили эту разницу тем, что регуляция сезонного цикла у растений осуществляется тремя разными способами, превалирующими в зависимости от их жизненной стратегии.
В целом у растения сезонный цикл меняется в зависимости от длины светового дня, текущей температуры и длительности предшествующего охлаждения. Растение не выбросит листочки, если длина светового дня слишком короткая, или если погода стоит слишком холодная, или если растение не выдержало определенное количество заморозков. Но это будет верно лишь в общем случае и в известных пределах, соотношение действия этих трех механизмов меняется от растения к растению, от одного климатического пояса к другому. В случае конкретных растений о регуляции сезонных циклов можно говорить более обстоятельно.
|
Например, бук — долгоживущее дерево, доминант широколиственного леса, представитель климаксного сообщества. В конце зимы, когда растение получило уже достаточную дозу заморозков, включаются регуляторы, реагирующие на длину светового дня; только после того, как света становится достаточно, включаются регуляторные системы, откликающиеся на температуру. Такая система приоритетов надежно защищает дерево от преждевременного завязывания почек и появления листочков. Если поспешить, то весенние морозы могут убить дерево, а новое еще не скоро вырастет. Такие деревья, даже если их культивировать в тропическом климате, всё равно начинают вегетацию только в марте, хотя круглый год стоит оптимальная для вегетации температура. Примерно так же регулируется сезонный цикл у дубов, каркаса и др.
Граб — дерево средних стадий сукцессии лесных биоценозов. Для начала вегетации растение должно получить необходимое количество заморозков, а затем температура воздуха (почвы) должна стать выше определенного предела. Длина светового дня не важна для этих деревьев.
Сирень — кустарник, характерный для начальных стадий сукцессии, — выпускает первые листочки, как только устанавливается нужная температура. Ни предшествующие зимние температуры, ни длина светового дня не влияют на сроки начала вегетации сирени. Как только подует теплый ветер, сирень, пользуясь моментом, начинает распускаться. Возможно, внезапные весенние морозы и погубят растение, но на этом же месте быстро вырастет другой куст. В целом для вида такая стратегия не слишком гибельна.
Ясно, что потепление климата в первую очередь скажется на сроках сезонных циклов растений начальной стадии сукцессии. У них удлинится вегетационный период, сдвинутся сроки начала вегетации и цветения. Такие растения, безусловно, получат преимущество. Ведь им достанется больше минеральных ресурсов, они будут реагировать на сезонные изменения в согласии с температурнозависимыми почвенными процессами. Растения климаксных стадий, напротив, окажутся в проигрыше. Им, чтобы подрегулировать свою систему сезонного реагирования, требуется несколько сотен лет (то есть должно смениться пять-шесть генераций). За это время пионерные растения успеют видоизменить облик растительных сообществ.
Эти наблюдения объясняют, почему крапива росла на окне круглый год, несмотря на свою изначальную приписку к умеренному климату. Крапива — растение начальных стадий сукцессии, обитатель нарушенных сообществ, у нее ослаблена фотопериодическая регуляция сезонных циклов. Такие растения реагируют в основном на текущие температурные условия и могут хорошо расти круглый год в условиях оптимальных температур.
Данные зависимости должны учитываться при прогнозах влияния потепления на облик растительности. Нужно соотнести скорости изменения зимних и летних температур с состоянием растительных сообществ, обилием доминантов. Ясно, что флора густонаселенных районов умеренной зоны с нарушенными экосистемами будет реагировать на увеличение температур совсем не так, как климаксные растительные сообщества.
Источник: Christian Korner, David Basler. Phenology Under Global Warming // Science. 19 March, 2010. V. 327. P. 1461–1462. DOI: 10.1126/science.1186473.
Елена Наймарк
