Год издания: 2018
Ключевые слова: изменения климата, дендрохронология, засуха, моделирование, экология растений, рост деревьев, физиология деревьев, анатомия древесины, сокодвижение, дендрометры
Аннотация: Хвойные леса испытывают исторически беспрецедентный ущерб, главным образом из-за засухи, которая вызывает увеличение их уязвимости (Allen et al., 2010). Деревья имеют ключевое значение в глобальных циклах воды и углерода, посредством эвапотранспирации и фотосинтеза. Около двух третей испарения осадков в лесных экосистемах приходитсПоказать полностьюя на долю деревьев, поглощая воду из почвы корнями, проводя её по стволу и возвращая в атмосферу через устьицыв листве. Эти же устьицы участвуют в механизме запасания углерода деревьями, который извлекается из атмосферы фотосинтезом, превращается в прочные соединения и размещается в стенки клеток ксилемы, которые действуют как углеродный резервуар. Отсутствие воды вызывает закрытие устьиц с последующим воздействием на фотосинтез и образование ксилемы (Klein, 2015; Sevanto et al., 2014; Woodruff and Meinzer, 2011). ?Происходящее в настоящее время изменение климата оказывает существенное влияние на важные физиологические процессы деревьев, рост деревьев и фенологию (Raven and Karley 2006; Andreu et al., 2007; Frank et al., 2015) и, следовательно, на глобальные циклы воды и углерода с серьезными экологическими, экономическими и социальными последствиями. Существующие физиологические исследования свидетельствуют об изменениях в процессах фотосинтеза и водного режима растений во время засух. В то же время дендроклиматология объясняет связи между климатом и шириной годичных колец деревьев. Однако существует большой пробел между этими областями исследований, что приводит к недостаточному пониманию механизмов образования ксилемы в условиях периодической засухи. Этот недостаток знаний снижает точность прогноза роста деревьев и создает неопределенность в оценках динамики лесных территорий в процессе глобальных изменений.?Коллектив Проекта нацелен на выявление реакции в процессах формирования ксилемы на различные условия засухи, а также детализации потенциального эффекта изменения климата на деревья. Интеграция подробных краткосрочных экофизиологических данных с методами анализа анатомии древесины и ретроспективными данными дендрохронологии на длительных периодах, включая математическое моделирование, является уникальным подходом, что позволит достичь глубокого понимание сути явления и улучшить методы прогноза.?В работе задействованы три пробных площади по широтному градиенту с различным количеством атмосферных осадков. На этих участках мы будем применять как экофизиологические, так и дендрохронологические подходы в изучении реакции деревьев на доступность воды. В области дендрохронологии и анатомии древесины мы сосредоточимся на структуре клеток (свойства люмена и толщина клеточной стенки), получая информацию об общей потенциальной проводимости и анатомической плотности, помимо реакции вторичного роста деревьев на условия окружающей среды. В области экофизиологии мы сосредоточимся на изучении водного режима деревьев, который включает транспирацию (с помощью измерений сокодвижения) и оценку водного потенциала деревьев, а также на анализе изменений радиуса ствола по данным дендрометров высокой точности. Использование дендрометров дает представление о суточной динамике водного потенциала и о росте деревьев в течение вегетационного сезона. В теме исследований ключевым аспектом является мониторинг метеорологических и почвенных показателей. В результате мы планируем обнаружить факторы реакции сосны (P. sylvestris) на условия влагодефицита, обусловленные географией их произрастания и периодами возникновения засух. Это даст нам представление о способности этого вида хвойных адаптировать свои процессы к меняющемуся климату. ?Интеграция подробных экофизиологических данных с подходами дендрохронологии будет осуществляться с помощью моделирования — параметризации V-S модели (Vaganov et al., 2006). Эта модель имитирует суточные показатели роста, основанные на наборе функций зависимости роста годичных колец от лимитирующих факторов (температура воздуха или влажность почвы, с учетом длительности дня (фотопериод)) для конкретного географического участка. Поскольку коллектив Проекта будет проводить измерения этих переменных, это позволит верифицировать V-S модель и оптимизировать её параметры для каждой пробной площади на основе инструментальных физиологических данных, что улучшит качество выходных данных (оценок роста). ?Однозначное понимание реакции хвойных древостоев на влагодефицит осложняется тем фактом, что их уровень стресса трудно распознать, поскольку отсутствуют явные признаки. Засуха вызывает в растениях краткосрочные и долгосрочные реакции для адаптации к новым условиям, такие как закрытие устьиц (Lu et al., 1996), снижение скорости фотосинтеза (Ditmarová et al., 2010) или сокращение периода активности камбия и, следовательно, уменьшение количества образованных клеток ксилемы (Gryc et al., 2012). Из имеющихся фактов предполагают, что вторичный рост деревьев модулируется влиянием внешних и внутренних факторов на ксилогенез (Eilmann et al., 2011; Hsiao and Acevedo, 1974; Růžička et al., 2015). Формирование колец деревьев интегрирует процессы, происходящие на протяжении вегетационного периода с ежегодным разрешением (Speer, 2012), что предоставляет ценный материал для изучения климатических эффектов на рост деревьев или для реконструкции условий окружающей среды в прошлом (Hughes et al., 2011). ?Лесостепь Сибири является одним из наиболее быстро меняющихся по причине изменением климата областей в мире. Актуальным остается вопрос, как быстро деревья исчезают на границах лесостепи и какова их адаптивная способность. В рамках этого проекта мы стремимся восполнить этот пробел в знаниях, идентифицируя реакцию (отклик) деревьев на ограничение водных ресурсов в условиях продолжающегося изменения климата и улучшая прогнозирование динамики лесных территорий в будущем.