Nowe pomiary satelitarne ujawniają reakcję roślinności na suszę na całym świecie

Roślinność może reagować na suszę za pomocą różnych mechanizmów, w tym zmian w strukturze i fizjologii roślin. Nowe badanie prowadzone przez dr Wantunga Lee i dr Rene Ortha z Instytutu Biochemii Maxa Plancka w Niemczech ujawnia przeplatanie się ścieżek reakcji na suszę na całym świecie.

Analizując najnowsze zestawy danych pochodzących z satelitów przy użyciu możliwych do interpretacji metod uczenia maszynowego, wykazali, że fizjologia roślinności w wielu ekosystemach odbiegała od struktury w czasie suszy w skali globalnej. Ich odkrycia, które zostały niedawno opublikowane w Komunikacja naturystanowi duży krok naprzód w naszym zrozumieniu, w jaki sposób ekosystemy Ziemi reagują na niedobór wody.

W wielu regionach świata wzrasta wysychanie wilgoci w glebie, zarówno pod względem czasu trwania, jak i nasilenia. Wpływa na funkcjonowanie roślinności, na przykład poprzez zwiększenie ryzyka głodu węglowego i awarii hydraulicznych, co ostatecznie prowadzi do śmierci roślin. Z kolei reakcja roślinności na suszę napędza klimat na różne sposoby.

Tradycyjnie powszechny wpływ suszy na roślinność oceniano, analizując zmiany w strukturze roślin. Na przykład dane satelitarne dostarczają pomiarów całkowitej powierzchni liści oraz pokrywy i gęstości roślinności, mierzonych przez roślinność, w większej skali.

W nowym badaniu międzynarodowy zespół badawczy Wantong Li przeanalizował nowe pomiary satelitarne z interpretowalnymi metodami uczenia maszynowego. To pozwoliło im wyizolować zmiany w wydajności roślin, zwane fizjologią, od architektury roślin w odpowiedzi na suszę. W badaniu wykorzystano dane satelitarne w wysokiej rozdzielczości przestrzennej zebrane w latach 2018-2021, czyli w latach z poważnymi suszami, zapewniając kompleksową globalną perspektywę.

Koncentrując się na dotkliwych suszach, zespołowi udało się scharakteryzować reakcje fizjologiczne na niedobór wody związane z fotosyntezą, ewapotranspiracją i zawartością wody. Odkryli, że najbardziej dotknięte są dwie funkcje rośliny. Po pierwsze, kursy wymiany CO2₂ i pary wodnej regulowanej przez aparaty szparkowe, maleńkie, precyzyjnie kontrolowane otwory na powierzchni liści, a po drugie efektywność wykorzystania promieniowania słonecznego w fotosyntezie lub w inny sposób absorbowana przez liście.

„Fizjologowie roślin wykazali wcześniej, że poszczególne gatunki roślin reagują na suszę w sposób wykraczający poza proste zmiany w wyglądzie strukturalnym” – wyjaśnia Wantong Li. „Nasze badanie potwierdziło to teraz dla roślin jako całości, w skali globalnej i dla wielu uwzględnionych gatunków”.

Zaleta nowego podejścia jest wielopłaszczyznowa. Po pierwsze, włączenie globalnego wpływu stresu suszy na wydajność biologiczną roślin zapewnia lepszy obraz reakcji roślinności na suszę niż zwykłe spojrzenie na wygląd strukturalny lub zewnętrzny. Ponadto pierwsze podejście prawdopodobnie nie doceni czasu, zasięgu i dotkliwości, w których susza faktycznie wpływa na roślinność.

Po drugie, fizjologia roślinności zwykle reaguje na stres szybciej niż jej profil strukturalny. Dzięki temu skutki suszy można rozpoznać wcześniej. Na przykład, podczas gdy brunatna łąka może być łatwo zidentyfikowana jako dotknięta suszą, inne rośliny, zwłaszcza drzewa, mogą wyglądać normalnie, ale w rzeczywistości przeszły już poważne zmiany fizjologiczne spowodowane suszą.

Wyniki wykazały również, że pokrywa roślinna w regionach półpustynnych i suchych jest najbardziej dotknięta, co wskazuje na silny związek między klimatem tła a reakcjami fizjologicznymi. Naukowcy zaobserwowali, że w bardziej wilgotnych regionach roślinność pozostaje zielona lub nawet bardziej zielona podczas suszy. Jednak ich wydajność została zmniejszona, co doprowadziło do wyraźnego kontrastu między zmianami funkcjonalnymi i strukturalnymi, które można wykryć podczas ciężkiego odwodnienia.

Dr Rene Orth, współautor i szef zespołu badawczego w MPI-BGC, podkreśla, że ​​”Zrozumienie, w jaki sposób funkcjonowanie roślinności reaguje na suszę, ma kluczowe znaczenie dla przewidywania i łagodzenia skutków zmian klimatu. Odkrycia te zapewniają dokładniejszą podstawę dla biologicznych i ekologiczne mechanizmy sprzężenia zwrotnego.”, które odgrywają ważną rolę w kształtowaniu przyszłości naszej planety”.