Международная исследовательская группа, возглавляемая китайскими учеными, впервые предложила теоретическую модель, объясняющую и прогнозирующую термическую адаптацию дыхания стволов деревьев. Это открытие, как сообщает агентство «Синьхуа», имеет значительные последствия для понимания глобального углеродного цикла и смягчения последствий изменения климата.
Команда ученых создала глобальную базу данных по дыханию стволов растений и подтвердила широкое распространение процесса их термической адаптации. Результаты исследования были опубликованы в онлайн-версии журнала «Science». Согласно прогнозам, к 2100 году такая адаптация дыхания стволов может сократить выбросы углерода из наземных экосистем на 24-46%, что окажет существенное влияние на усилия по борьбе с изменением климата, отметил Ван Хань, доцент кафедры наук о системе Земли Университета Цинхуа и один из авторов статьи.
Выделение углекислого газа (CO2) в процессе дыхания стволов деревьев является одним из основных источников углеродных выбросов в наземных экосистемах. Ранее преобладало мнение, что повышение температуры значительно усиливает дыхание деревьев, тем самым ускоряя глобальное потепление. Однако недавние исследования показали, что растения способны смягчать свою дыхательную реакцию на потепление посредством термической акклиматизации.
В то время как термическая акклиматизация листьев и корней изучена довольно подробно, оставались ключевые вопросы: происходит ли подобная адаптация в стволах, каковы ее физиологические механизмы и как это влияет на глобальный углеродный цикл в условиях долгосрочного изменения климата. Ответы на эти вопросы крайне важны для точного прогнозирования будущих климатических изменений.
Исследовательская группа предложила новую теоретическую модель, основанную на принципе эколого-эволюционной оптимальности (EEO). Эта модель позволила сделать ключевые прогнозы относительно температурной чувствительности дыхания стволов: при повышении температуры окружающей среды на один градус Цельсия базовая скорость дыхания на единицу массы ствола уменьшается примерно на 10,1%, а скорость дыхания при температуре роста – примерно на 2,3%.
Для проверки теоретических положений команда создала глобальную базу данных по дыханию стволов, включившую 8782 набора данных наблюдений с 68 полевых участков в различных климатических зонах мира, охватывающих 187 видов растений, а также данные эксперимента по искусственному потеплению. Результаты наблюдений показали высокую степень соответствия теоретически предсказанным значениям, что подтвердило надежность модели.
С помощью сезонных наблюдений и эксперимента по потеплению в теплице команда также подтвердила явление термической акклиматизации дыхания стволов на уровне отдельных деревьев. Далее ученые оценили влияние этого процесса на глобальные потоки углерода в наземных экосистемах. Результаты показывают, что текущие годовые выбросы углерода от дыхания стволов деревьев во всем мире составляют приблизительно 27 миллиардов тонн. Эти данные применяются для анализа будущего изменения климата как при сценариях с низкими, так и со сверхвысокими выбросами.
Исследование предполагает, что существующие модели системы Земли (ESM), игнорируя термическую акклиматизацию дыхания стволов, могут значительно переоценивать положительную обратную связь между климатом и углеродным циклом. Новое открытие обеспечивает критически важную теоретическую основу и поддержку данными для пересмотра глобальных углеродных бюджетов и климатических прогнозов.
В дальнейшем команда планирует изучить влияние таких факторов окружающей среды, как влажность почвы и концентрация CO2, а также внутренних факторов, например, гидравлических характеристик растений, для выяснения конкретных механизмов термической акклиматизации дыхания стволов. Также предстоит интегрировать теоретическую основу EEO и характеристики адаптации в модели системы Земли.
Ожидается, что работа коллектива, в котором также приняли участие сотрудники Университета Западного Сиднея, Университета Рединга, Имперского колледжа Лондона, Университета Эксетера, Калифорнийского университета в Беркли и других исследовательских институтов, значительно повысит точность моделирования глобального углеродного цикла и окажет поддержку в принятии решений по управлению климатом.
