Изменение климата меняет гидрологию луговых экосистем

Новое исследование, проведенное Университетом Мэриленда (США), показывает, что засуха и повышенные температуры в климате с высоким содержанием углекислого газа могут значительно изменить то, как луговые экосистемы используют и перемещают воду. Это исследование представляет собой первое экспериментальное доказательство потенциальных последствий изменения климата для движения воды через экосистемы лугов, которые составляют почти 40% поверхности Земли и играют ключевую роль в водном цикле Земли. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.

«Если мы хотим предсказать влияние изменения климата на водные ресурсы Земли, нам нужны данные, показывающие, как гидрологический цикл будет реагировать в небольшом масштабе, где мы можем определить его механизмы, но таких данных до сих пор не было», — указывает Джесси Радолински, ведущий автор исследования, научный сотрудник Университета Мэриленда, который начал работу в Университете Инсбрука. «Наши эксперименты показали, что в условиях летней засухи и повышенных температур, которые ожидаются в будущем с повышенным содержанием CO2, происходят два фундаментальных изменения: во-первых, структурные свойства почвы в корневой зоне изменяются так, что вода течет иначе, чем мы ожидали, и во-вторых, эти измененные климатические условия и свойства почвы заставляют растения получать доступ к воде иначе.»

Сейчас новые дожди, как правило, задерживаются в корневой зоне, где они смешиваются с существующей почвенной влагой (т.е. предыдущими осадками) перед тем, как просочиться в местные ручьи и реки. Радолински отметил, что это исследование предполагает, что в будущем, при измененных климатических условиях, интенсивные осадки могут быстрее проходить через почву в местные водоемы, меньше взаимодействуя с накопленной водой и потенциально нести с собой питательные вещества и загрязняющие вещества. Кроме того, растения, подвергшиеся условиям будущей засухи, сохраняют больше воды, выделяя меньше в атмосферу через транспирацию. Это может означать меньшее охлаждение атмосферы, что запускает цепную реакцию большей засухи и большего потепления.

Радолински и его коллеги провели эксперимент в сотрудничестве с Университетом Инсбрука на открытых участках австрийских лугов. Они смоделировали шесть различных климатических условий, манипулируя температурой воздуха и уровнями CO2, а также организуя повторяющуюся засуху с помощью крупных автоматических укрытий, которые предотвратили поступление естественных осадков на участки. Когда они моделировали осадки, они использовали воду с отслеживаемым изотопом водорода, называемым дейтерием, и затем отслеживали ее путь через растения и почву.

Их результаты показали, что после повторяющихся засух на участках с повышенным CO2 и потеплением структура пор в почве изменилась таким образом, что накопленная вода могла оставаться заблокированной в меньших порах, в то время как новая вода стекала в большие поры, которые опорожнялись быстрее. Кроме того, растения эффективно получали доступ к наиболее доступной почвенной влаге и сокращали потерю воды, выделяя меньше в атмосферу через транспирацию. Такой механизм может помочь растениям адаптироваться к водному стрессу в условиях будущей засухи, однако необходимо провести дополнительные исследования, чтобы выяснить его влияние на рост растений.

Исследование показывает, что взаимодействия между водой в почве и растениями могут быть гораздо более сложными, чем предполагалось ранее, что имеет значительные последствия для способности экосистем противостоять и восстанавливать свое здоровье после засухи. Эти выводы будут критически важны для разработки стратегий охраны и управления экосистемами в условиях быстро меняющегося климата.