У сибирского кедра (точнее, у сибирской кедровой сосны, лат. Pínus sibírica) на южной границе ареала обнаружилась уязвимость, которую не объясняет простая формула «чем больше воды, тем лучше». Исследователи Института мониторинга климатических и экологических систем СО РАН сравнили восемь ценопопуляций дерева в Южном Приобье и выяснили: проблемы с семенами возникают как при недостатке влаги, так и в чрезмерно сырых местообитаниях. Работа опубликована в журнале «Растительные ресурсы».
Для сравнения ученые выбрали участки с разными условиями увлажнения — от склонов, где летом почва пересыхает, до пойм с застоявшейся водой в первой половине теплого сезона. Состояние урожая оценивали сразу по 17 признакам. Среди них были размеры шишек, соотношение фертильных и стерильных чешуй, количество полноценных семян, состояние эндосперма и развитие зародыша.
Заглянуть внутрь семян помогла рентгенография. Снимки позволили определить, сформировались ли запасающая ткань и зародыш и на каком этапе развитие прекратилось.
Самый резкий контраст обнаружился на пересушенных склонах. В умеренно влажных условиях около 60% семян развивались нормально. При дефиците влаги показатель падал ниже 10%. При этом число чешуй в шишке существенно не менялось: засуха сокращала именно ту их часть, которая способна участвовать в образовании семян.
Меньше становились и сами шишки, ухудшалось развитие эндосперма, снижался вес семян. Для кедра это особенно серьезная проблема: птица кедровка (Nucifraga caryocatactes), основной распространитель вида, отбирает крупные, зрелые и хорошо сформированные семена. Если такого корма становится меньше, страдает и естественное возобновление кедровников.
Парадокс поймы: вода есть, но корням ее не достать
Самым неожиданным результатом стали пойменные участки. Исследователи изначально предполагали, что повышенная влажность позволит деревьям формировать более крупные и многочисленные семена. На практике качество шишек и семян там оказалось даже ниже, чем на некоторых соседних сухих участках.
Одна из возможных причин — весенняя температура почвы. В поймах она долго остается низкой. В результате вода присутствует, но корневая система не может эффективно ее использовать. Получается своеобразная физиологическая засуха: растение испытывает дефицит доступной воды, несмотря на ее избыток в почве.
Есть и дополнительное препятствие — опыление. На сухих территориях у пыльцы ранее обнаруживали уменьшение воздушных мешков, из-за чего ей сложнее переноситься. В сырых поймах действует другая проблема: высокая влажность воздуха может ухудшать аэродинамические свойства пыльцевых зерен, которые разносятся ветром.
Климатическое потепление способно усилить этот эффект. Формирование пыльцы смещается на более ранние сроки, но поздние весенние заморозки все еще возможны. Поэтому развивающиеся пыльцевые зерна могут оказаться под воздействием холода. Дополнительный риск возникает, если сроки развития мужских и женских репродуктивных структур начнут расходиться.
Меня беспокоят фенологические сдвиги. Мы обсуждали, что потепление ускоряет сроки развития женских и мужских репродуктивных структур, а заморозки, приходящиеся на те же даты, резко тормозят формирование пыльцы. Это классический пример климатической ловушки. Мы не знаем, насколько синхронно изменяются сроки формирования женских и мужских шишек, при этом асинхронность может нарушить опыление даже при наличии хорошей пыльцы. Это требует детальных фенологических наблюдений, которые почти никто сейчас не ведет в систематическом режиме.
Исследователи считают приоритетом дальнейшие наблюдения, где одновременно будут отслеживаться влажность и температура почвы, физиологическое состояние деревьев и особенности пыльцевого режима. Отдельно планируется изучать микоризные грибы — партнеров кедра, помогающих корням получать воду и минеральные вещества.
Еще один открытый вопрос — способность самого вида адаптироваться. Ученым предстоит выяснить, существуют ли среди сибирских кедров деревья, лучше переносящие неблагоприятные условия, и есть ли у популяций на южной границе ареала генетический резерв для приспособления к меняющемуся климату.
Ранее Hi-Tech Mail писал, что кедровые леса способны эффективнее лиственных накапливать углерод, причем значительная его часть удерживается именно в почве. Другие исследования показывают, что изменение климата уже заставляет некоторые виды деревьев карабкаться вверх по горным склонам в поисках более прохладных условий.
О том, как засухи влияют на биоразнообразие растений (спойлер: не обязательно негативно), мы рассказали здесь.