Рост альпийских кустарников следует бимодальным сезонным закономерностям в разных биомах.

Биология связи, том 5, Номер статьи: 793 (2022) Цитировать эту статью

1232 Доступа

2 цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

В условиях изменения климата адаптированные к холоду альпийские экосистемы превращаются в горячие точки потепления. Однако сложность движущих сил роста, связанного с этим увеличения биомассы и накопления углерода альпийскими кустарниками плохо изучена. Мы отслеживали альпийские механизмы роста шести распространенных видов кустарников в контрастных биомах, Средиземноморье и тундре, используя 257 дендрометров, регистрируя изменчивость диаметра стеблей с высоким временным разрешением. Связывая рост кустарников с условиями окружающей среды на месте, мы смоделировали внутригодовые модели роста на основе нелинейных моделей с распределенным запаздыванием, реализованных с помощью обобщенных аддитивных моделей. Мы обнаружили ярко выраженные бимодальные модели роста в разных биомах, и, как ни странно, в биоме, адаптированном к холоду, влажность, а в биоме, адаптированном к засухе, решающее значение имела температура, что привело к неожиданным последствиям. В более теплом мире в средиземноморских альпийских горах могут наблюдаться сильные изменения растительности, увеличение биомассы и озеленение, в то время как в альпийской тундре могут наблюдаться меньшие изменения в структуре растительности, незначительные изменения в запасах биомассы и скорее потемнение.

Ожидается, что быстрое изменение климата повлияет на древесные растения во всех биомах, однако тенденции, наблюдаемые в последние десятилетия, являются сезонно неоднородными и пространственно изменчивыми1. Повышение температуры, превышающее средний мировой показатель, превращает высокогорные экосистемы в горячие точки потепления климата2,3. В этих новых горячих точках жизнь эволюционно адаптировалась к физическим особенностям альпийской среды: температуры были слишком низкими, чтобы поддерживать рост деревьев, а виды растений достигли своего низкотемпературного климатического предела4. В то же время ожидается, что наблюдаемые и прогнозируемые изменения в этой структуре растительности окажут глубокое влияние на глобальный углеродный цикл и климат4,5. Однако, учитывая сложность и пространственную неоднородность наблюдаемых тенденций, общие закономерности и лежащие в основе физиологические процессы остаются плохо изученными6,7.

В альпийских регионах тундрового биома интенсивная тенденция потепления3,8 значительно усилила рост кустарников и способствовала вторжению кустарников в самую верхнюю границу распространения, что привело к повсеместному увеличению биомассы и охвата карликовыми кустарниками9,10 с потенциальными последствиями. для поглощения и хранения атмосферного CO2, а также для озеленения ландшафта и связанных с этим обратных связей3,6,7,11. Считается, что помимо широтного снижения температуры рост этих высокоширотных экосистем в основном ограничивается снижением температуры с увеличением высоты над уровнем моря4. Считается, что эта связь с температурой и условиями свободной атмосферы у кустарников менее выражена, чем у деревьев, главным образом из-за их более низкого роста12. В то же время недавние исследования подчеркивают локальное воздействие других факторов на рост и распространение растений, включая продолжительность и пространственное распределение снежного покрова13,14 и связанные с ним режимы влажности почвы7,15. Таким образом, потенциальные изменения в количестве и сезонности осадков могут дополнительно повлиять на рост древесных растений в этих районах. В целом ожидается увеличение количества осадков в большинстве регионов Арктики16, что может включать сложное взаимодействие с увеличением потребности в испарении, связанной с повышением температуры7.

В средиземноморском биоме климат характеризуется жарким и сухим летом и мягкой зимой с выраженным максимумом осадков зимой и частыми экстремальными осадками после засушливого сезона16,17. Соответственно, рост кустарников сильно ограничивается засухой в летние месяцы, и, таким образом, рост может замедлиться по мере потепления вегетационного периода и усиления засушивания2,18. В то же время рост в альпийских регионах дополнительно сдерживается сравнительно холодными зимами с небольшим защитным снежным покровом19,20. Таким образом, прогнозируемое зимнее потепление может ускорить рост кустарников в этих регионах за счет снижения тепловых ограничений и, следовательно, удлинения вегетационного периода21,22.