Oamenii de știință nu pot vedea subteran, dar modelele de calcul oferă o nouă modalitate de a investiga modul în care sistemele rădăcină s-ar putea schimba

Pe măsură ce lumea se încălzește, un nou studiu îi ajută pe oamenii de știință să înțeleagă cum arborii conici cum ar fi pinii și ienupării pot răspunde la secetă.

supraviețuiesc

Cercetarea abordează o întrebare clasică în domeniu: când condițiile sunt uscate pentru perioade lungi de timp, copacii supraviețuiesc crescând noi rădăcini până la sursele de apă de la robinet sau bazându-se pe rădăcinile deja adânci?

Răspunsul, cel puțin pentru unii copaci purtători de conuri, cunoscuți sub numele de conifere, poate fi acesta din urmă, spune Scott Mackay, dr., Profesor de geografie la Universitatea din Buffalo College of Arts and Sciences. Mackay este un expert în ecohidrologie și în modul în care copacii absorb apa.

În noul studiu, el a condus o echipă care a folosit modelarea computerizată pentru a investiga modul în care pinii și ienupării accesează sursele de apă în timpul perioadelor de vreme uscată prelungită.

În simulări, copacii ambelor specii au supraviețuit unei secete de cinci ani când au intrat în perioada uscată, cu rădăcini adânci care ajung deja în roca de bază fracturată, unde poate fi găsită apă. Acești copaci modelați au folosit, de asemenea, apa în moduri care se potriveau bine cu observațiile copacilor reali care au rezistat cu succes condițiilor de secetă la site-ul experimentului Los Alamos Survival-Mortality (SUMO) din New Mexico.

„Când modelul a fost instalat cu rădăcini în apele subterane, niciunul dintre copaci nu a murit”, spune Mackay. "Când modelul a cerut copacilor să crească rădăcinile în roca de bază după ce au început simulările, toți copacii au dispărut. Cresterea rădăcinilor noi, care în sine necesită apă, a durat prea mult".

Studiul a fost o colaborare între oamenii de știință de la UB, Universitatea Duke, Institutul Federal Elvețian pentru Cercetarea Pădurilor, Zăpezii și Peisajului (WSL), Laboratorul Național Pacific Northwest, Universitatea de Stat din Oklahoma și Universitatea din Utah.

Cercetarea, publicată online în New Phytologist în iulie 2019, apare în numărul revistei din ianuarie 2020, împreună cu un comentariu mai recent asupra importanței lucrării de către Louis Santiago, dr., Profesor de botanică și științe vegetale la Universitatea din California, Riverside.

„Mackay și colab. (2020) au reușit să facă distincția între două ipoteze majore cu privire la dinamica funcției radiculare în timpul secetei și, în esență, au stabilit o teorie, care poate fi acum validată sau infirmată în alte sisteme”, scrie Santiago în comentariu.

Rezultatele studiului ar putea explica de ce unii pin și ienupăr sunt capabili să supraviețuiască secetelor în timp ce alți copaci din jurul lor, inclusiv cei din aceeași specie, pier.

Ce se întâmplă în subteran?

Incapacitatea de a vedea subteran - de a privi prin sol și roca de bază - este un subiect de frustrare pentru oamenii de știință care cercetează copacii. Cercetările lui Mackay abordează această enigmă, oferind un nou instrument pentru deducerea a ceea ce s-ar putea întâmpla mai jos.

"Este foarte dificil să vezi ce se întâmplă cu rădăcinile unui copac. Săparea acestor copaci este foarte dificilă, iar tu i-ai ucide în acest proces", spune Mackay. "Modelul ne oferă un obiectiv suplimentar de a vedea sub suprafață. Subteran este un fel de frontieră, un domeniu de cercetare care devine din ce în ce mai important."

Modelul pe care echipa sa l-a folosit în studiu simulează comportamentul copacilor, inclusiv modul în care aceștia folosesc apa și carbonul, ambele fiind necesare pentru creșterea de țesut nou, inclusiv rădăcini.

După cum explică Mackay, "Carbonul se obține prin fotosinteză și trebuie transportat în jos de pe baldachinul copacilor pentru a crește rădăcini. Apa este necesară ca parte a acestui proces de transport. Deci, dacă rădăcinile arborelui sunt în sol uscat și pot" Dacă nu obțineți apă, aceasta poate afecta capacitatea arborelui de a muta carbonul în jurul său, ceea ce la rândul său poate afecta creșterea noilor rădăcini. Modelul nostru surprinde acest feedback. "

Ajutând oamenii de știință să înțeleagă trăsăturile care creează unii pini și ienupăruri pentru a supraviețui secetelor, studiul ar putea oferi informații despre modul în care pădurile de conifere vor răspunde la presiunile schimbărilor climatice.

"Oamenii de știință încearcă să prognozeze ce se va întâmpla cu biomurile lumii sub schimbările climatice, iar modelele trebuie să fie realiste fiziologic", spune Mackay. „În timpul secetelor din trecut, există o mulțime de dovezi despre ceea ce ne-am putea gândi ca refugii hidrologice - buzunare de specii lemnoase care au supraviețuit secetelor prin exploatarea resurselor de apă mai adânci. Unele modele tind să supraestimeze mortalitatea copacilor, deoarece nu sunt capabili să capteze unele din aceste refugii. Dacă putem afla mai multe despre aceste refugii și despre modul în care sunt stabilite, putem folosi aceste cunoștințe pentru a crea modele mai bune. "