Кубанский государственный технологический университет

Воздействие глобального потепления на растительность можно проверить экспериментально

20-04-2012
С высоты птичьего полета сняты круглые экспериментальные площадки, на которых изучалось, как изменяет флору и фауну вызванное потеплением увеличение влажности. Оказалось, что весенне-летнее переувлажнение губительно для разнотравных лугов. И дело здесь не в сухолюбивости луговой растительности (сухолюбивых, как известно, нет, есть только засухоустойчивые!) а в сложных межвидовых связях лугового сообщества. (Всего кругов 36: 18 использовались для этого эксперимента, а другие 18 — для следующего, так что можно ожидать второй серии интереснейших результатов.) Фото из цитируемой статьи в Science

Американские специалисты поставили эксперимент, в котором показали, как возможные климатические изменения скажутся на облике растительных сообществ.

В течение 5 лет на опытных площадках были проиграны два равновероятных сценария: в первом из них потепление вызовет увеличение осадков зимой, во втором — весной и летом. Оказалось, что зимнее увеличение осадков практически не сказывается на обилии и разнообразии луговых растений и животных. А вот весеннее переувлажнение вызывает сложный ответ всей системы, и в конечном итоге сообщество сильно беднеет и упрощается.

Все уже привыкли к мысли о том, что Земля вступает в полосу глобального потепления. В связи с этим строятся всевозможные климатические прогнозы: как сильно поднимется температура, какие это повлечет изменения в глобальном круговороте воды, циркуляции воздушных масс, чередовании и характере сезонности в различных климатических зонах планеты.

Согласия среди ученых в этих вопросах нет. Тем более трудно хоть сколько-нибудь надежно предсказать, как изменится живой покров планеты в ответ на потепление. Во-первых, это будет уже прогноз, основанный на результатах предыдущего прогноза, и, во-вторых, нам мало известно о поведении таких сложных систем, как сообщества животных и растений. Мы можем лишь с относительной уверенностью рассуждать о физиологическом ответе отдельных организмов на увеличение температуры, но вот как будет реагировать целостная система? И неизвестно, какая из причин привносит большую ошибку в конечный результат предсказаний.

Как же поведет себя сообщество в ответ на изменение климата? Американские биологи из Калифорнийского университета в Беркли (University of California, Berkeley) и Висконсинского университета в Ла-Кроссе (University of Wisconsin, La Crosse) решили, что вместо теоретических рассуждений и построения суперсложных моделей лучше поставить реальный эксперимент.

Отправной точкой для эксперимента стало единственное относительно надежно предсказанное изменение, которое должно произойти в результате потепления в Калифорнии и других районах с так называемым «средиземноморским» типом климата. В таких местах должно увеличиться количество осадков. На этом сходятся и климатологи из Межправительственной группы экспертов по изменению климата (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) и специалисты из Канадского центра моделирования и изучения климата (Canadian Centre for Climate Modelling and Analysis). При этом неизвестно, в какой из сезонов увеличится уровень осадков — в прохладный, и без того дождливый, осенне-зимний или в засушливый весенне-летний. Цель эксперимента — выяснить, как изменится сообщество растений и животных при повышении влажности.

В качестве экспериментальной базы был выбран типичный во всех отношениях луг на севере Калифорнии (в заповеднике), на этом пространстве выделили 18 круглых площадок по 10 м в диаметре. Треть из них дополнительно поливали зимой, треть дополнительно поливали весной, а треть оставили для контроля. Дополнительный полив прибавил около 20% к среднестатистическому уровню осадков. В течение пяти лет ученые регистрировали видовое разнообразие и обилие каждого вида растений и животных на площадках.

Через пять лет ученые получили 12 практически одинаковых площадок с неизменившимся видовым сообществом и группу из 6 площадок, где животных и растений стало существенно меньше. И эту группу, вопреки обыденным представлениям, составили площадки с добавочным летним увлажнением. Казалось бы, если в сухой период поливать лужок, то растения станут гуще и сочнее, но реальность не подтвердила эти ожидания. Смена сезонного режима осадков за пять лет привела к резкому обеднению лугового сообщества. И дело тут не в физиологическом ответе каждого отдельного организма на полив — это растениям очень понравилось, судя по всплеску обилия растений и животных в первый год полива.

На этих графиках показаны различные параметры сообщества и то, как они изменялись в течение пяти экспериментальных лет. Красной линией на всех графиках показаны данные по сообществам с дополнительным весенне-летним поливом, треугольные метки — с зимним поливом, кружочки — контрольные площадки. (Графики из цитируемой статьи в Science)

В действительности тут сказались связи между различными видами растений и животных. Именно они в конечном итоге контролируют разнообразие и биомассу живого. В первый год полива резко, почти на два порядка увеличилась биомасса многолетних трав и кустарничков, в особенности азотфиксаторов. На второй год, пользуясь преимуществом первоцветов, увеличили свою биомассу ранние однолетники. Их отмершая биомасса затормозила рост многолетних азотфиксаторов. Именно эта группа растений является местообитанием и основной пищей для насекомых и других беспозвоночных. Поэтому на третий год затормозился рост и многолетних трав, снизилась и численность беспозвоночных. В последующие два года, когда истощился запас биогенов для однолетников, начала снижаться и их биомасса. В результате на четвертый и пятый годы обеднение сообщества стало видно еще отчетливее: разнообразие растений уменьшилось в два раза! Дело усугубилось еще и естественными причинами — на пятый год эксперимента весной выпало много осадков и без дополнительного полива.

Авторы этой работы настаивают на том, что обеднение флоры и фауны на опытных участках связано именно с межвидовыми связями, а не с негативной физиологической реакцией на переувлажнение. «Организмы на всех трофических уровнях только выигрывают от дополнительного полива, как это хорошо видно по результатам первого года экспериментов, — заключают авторы исследования. — Однако при сохранении переувлажненных условий индивидуальный ответ перекрывается за счет включения межвидовых связей в системе. Схожесть начальных ответов на участках с весенним поливом и на пятый год на остальных участках с естественной повышенной влажностью подтверждают это».

Такова одна из первых «живых моделей», на которой показано, что может ожидать природу в недалеком будущем. И эти результаты видятся более надежными, чем результаты даже самого передового и современного математического моделирования.

Источник: K. B. Suttle, Meredith A. Thomsen, Mary E. Power. Species Interactions Reverse Grassland Responses to Changing Climate // Science. 2007. V. 315.P. 640–642.

Елена Наймарк

‹‹