Исследования Центра исследований полузасушливых травянистых угодий на севере Колорадо, США (под эгидой Colorado State University, CSU). Источник: Колледж естественных наук Университета штата Колорадо.
Интенсивные многолетние засухи оказывают значительное влияние на травянистые и кустарниковые экосистемы, как показало новое исследование под руководством Университета штата Колорадо в США.
Результаты показывают, что производство растений на травянистых угодьях резко страдает от экстремальных устойчивых засух. Эти выводы вызывают обеспокоенность по поводу долгосрочного состояния этих сред, которые обычно переживают несколько лет умеренной засухи.
«Мы показываем, что в совокупности экстремальные многолетние засухи оказывают ещё более глубокое воздействие, чем один экстремально засушливый год или многолетняя умеренная засуха», — говорит Мелинда Смит, профессор кафедры биологии CSU, которая совместно возглавляла исследование.
«„Пыльный котёл“ является хорошим примером этого».
В 1930-х годах в центральной части США, известной как Великие равнины, наблюдалась экстремальная засуха, известная как «Пыльный котёл». В то время земля была настолько сухой, что часто возникали сильные пыльные бури, которые уничтожали почти все посевы.
«Хотя засуха длилась почти десять лет, такие эффекты, как эрозия почвы и пыльные бури, возникали только тогда, когда были подряд несколько чрезвычайно сухих лет», — говорит Смит.
«Теперь, с учётом изменения климата, ожидается, что засухи, подобные „Пыльному котлу“, будут происходить чаще».
Смит была одним из более чем 170 исследователей со всего мира, работавших над исследованием. Они построили конструкции для управления осадками на отдельных участках травянистых и кустарниковых угодий на шести континентах.
Эти конструкции контролировали количество осадков, получаемых экосистемами, и имитировали условия экстремальной засухи, наблюдаемой раз в сто лет, в течение четырёх лет. Это позволило команде изучить как краткосрочное, так и долгосрочное воздействие экстремальных засух на экосистему.
Исследователи сосредоточились только на травянистых и кустарниковых экосистемах, поскольку они покрывают почти половину планеты и хранят более 30% мирового углерода. Эти экосистемы также играют центральную роль в поддержании животноводства и производстве растительности.
«Дополнительным преимуществом этого исследования является то, что масштаб эксперимента соответствует масштабам этих важных травянистых и кустарниковых экосистем», — говорит соавтор Алан Кнапп, эксперт в области экологии и эволюции растений и профессор CSU.
«Это позволило нам показать, насколько широко распространены и глобально значимы последствия воздействия экстремальной засухи».
Каждый участок, выбранный для исследования, испытывает разные уровни осадков в среднем за год. Кроме того, все участки имеют разные типы почв и растительности. Это означало, что в каждой экосистеме наблюдалось уникальное сочетание умеренной и экстремальной засухи и моделей осадков, что придавало исследованию уникальные экспериментальные условия.
Результаты, опубликованные в «Proceedings of the National Academy of Science», показывают, что потери в продуктивности растений, измеряемой скоростью, с которой растения создают новые биоматериалы посредством фотосинтеза, более чем в два раза выше после четырёх лет экстремальной засухи по сравнению с аналогичными экосистемами, пережившими умеренную засуху.
В сценариях с умеренной многолетней засухой продуктивность резко падала в первый год, но затем сохранялась на том же уровне в последующие годы. Однако при экстремальных многолетних засухах наблюдалось резкое падение в первый год с последующим прогрессирующим снижением с каждым прошедшим годом.
В среднем продуктивность растений снизилась на 29% в первый год и на 77% в четвёртый год в местах с экстремальной засухой. Исследователи связывают снижение с такими факторами, как изменения в составе растительных сообществ и смертность видов.
Для Смит исследование подчёркивает взаимосвязь между экстремальностью и продолжительностью засушливых условий, что редко учитывалось в предыдущих исследованиях.
«Из-за исторической редкости экстремальных засух исследователи пытались оценить фактические последствия этих условий как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе», — говорит Смит.
«Это масштабное распределённое исследование — поистине командная работа, которая позволяет количественно оценить и продолжить изучение того, как могут проявляться усиленные последствия засухи».