Деревья продолжают поглощать углерод ещё долго после прекращения роста

Фото из открытых источников

Дерево, осуществляющее фотосинтез, не обязательно растет. Это звучит нелогично – кажется, что эти два процесса должны идти рука об руку.  Однако новое исследование дубов показало, что рост прекращается в середине лета, даже несмотря на то, что деревья продолжают поглощать углерод вплоть до осени. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.

Полученные результаты имеют реальные последствия для того, сколько углерода, как ожидается, смогут хранить леса по мере потепления климата.

Исследование возглавил Мукунд Палат Рао, экоклиматолог из Ламонт-Доэртиской обсерватории Земли, входящей в состав Колумбийской школы климата. Команда объединила спутниковые снимки, датчики CO2 на верхушках деревьев, установленные на стволах мониторы роста, данные о годичных кольцах деревьев и данные о температуре, начиная с 1950 года. 

Это помогло им собрать воедино ежедневные данные о фотосинтезе, поглощении углерода и фактическом росте древесины на 137 участках в восточной части Соединенных Штатов и Калифорнии.

В климатических моделях обычно предполагается, что чем больше фотосинтез, тем больше рост деревьев, а чем больше рост деревьев, тем больше углерода заключено в древесине на десятилетия или столетия. Повышение уровня CO2 действует как удобрение: деревья поглощают больше CO2, растут быстрее, накапливают больше углерода и частично компенсируют выбросы углекислого газа в атмосферу, производимые человеком.

«В настоящее время большинство моделей исходят из предположения, что если есть фотосинтез, то есть и рост. Мы обнаружили, что это не так», — сказал Рао. «Увеличение фотосинтеза вовсе не обязательно означает увеличение роста деревьев в будущем».

На участках в восточной части США дубы росли с мая по июль. К середине лета рост фактически прекратился. Однако деревья продолжали фотосинтезировать до октября. Около 36 процентов всего углерода, поглощенного этими деревьями в процессе фотосинтеза, поступило после того, как рост уже прекратился.

В Калифорнии наблюдались сезонные изменения, но картина оставалась той же. Рост дубов продолжался с декабря по апрель, замедляясь в середине лета и прекращаясь к августу, в то время как фотосинтез продолжался.

Примерно 26 процентов годового поглощения углерода произошло после прекращения роста. Для роста древесины необходимо давление воды внутри дерева. Когда становится жарко и сухо, это давление падает, и рост практически немедленно прекращается. 

Фотосинтез более устойчив – он продолжает работать, хотя и с несколько сниженной скоростью, даже когда дерево больше не может преобразовывать поглощаемый им углерод в новую древесину.

«Как только наступают сухие и жаркие условия, рост растений практически мгновенно прекращается, в то время как фотосинтез, по-видимому, продолжается, хотя и с несколько сниженной скоростью», — сказал Рао.

Углерод, поглощенный после прекращения роста, не исчезает. Часть его запасается в виде крахмала и используется для запуска роста следующей весной, а часть идет на формирование новых листьев и корней. 

Кроме того, углерод также сжигается в процессе клеточного дыхания, чтобы дерево могло пережить зиму. Часть его высвобождается в почву, питая микробные сообщества. В основном, эта растительность не преобразуется в древесную биомассу – долговечную форму хранения углерода, которая делает леса ценными поглотителями углерода. 

Углерод, накопленный в древесине, может оставаться там десятилетиями, столетиями или даже тысячелетиями в зависимости от условий. Углерод, используемый для роста листьев или питания почвенных микроорганизмов, гораздо быстрее возвращается в атмосферу.

«Понимание взаимосвязи между фотосинтезом и ростом очень важно с точки зрения понимания того, как леса будут накапливать углерод в течение длительных периодов времени», — сказал Рао.

Точно неизвестно, какая часть углерода, образовавшегося после роста, в конечном итоге связывается в долгосрочной перспективе, а какая высвобождается относительно быстро. Но вывод очевиден: прогнозы, предполагающие прямую связь между усилением фотосинтеза и увеличением накопления углерода, вероятно, слишком оптимистичны.

Исследование также показало, что разрыв между фотосинтезом и ростом был наиболее выражен в годы, когда местный климат резко менялся от влажного до засушливого. 

Крайне изменчивые условия — периоды изобилия, сменяющиеся засухой, — усилили разрыв в климатической связи. Ожидается, что такие условия станут более распространенными по мере усиления изменения климата.

Рао и его коллеги сейчас изучают, сохраняется ли та же закономерность в других видах деревьев, экосистемах и регионах. Предполагается, что рассогласование проявится в различных формах в разных типах лесов, хотя степень этого рассогласования будет варьироваться.

«У меня пока нет ответов, — сказал Рао. — Остается еще много вопросов, на которые нужно ответить».

Главный вопрос, который висит над всем этим, заключается в том, насколько лесные массивы действительно способны поглощать углерод, производимый человеком.  Как показывают результаты исследования, ответ, вероятно, меньше, чем предполагали модели, и существенная причина этого — разрыв между фотосинтезом и ростом.