Pres fra græssere fremskynder økosystemsammenbrud fra tørke

Ekstrem tørke, intensiveret af et opvarmende klima, forårsager i stigende grad økosystemsammenbrud i mange regioner verden over. Men modeller brugt af videnskabsmænd til at forudsige de vendepunkter, hvor tørkestress fører til økosystemsammenbrud, har vist sig upålidelige og for optimistiske.

En ny undersøgelse foretaget af forskere ved Duke University og Beijing Normal University kan muligvis svare på hvorfor.

Forskerne fandt ud af, at disse vendepunkter kan ske meget hurtigere, end de nuværende modeller forudsiger på grund af det ekstra pres, der lægges på tørkesvækkede planter fra græssende dyr og svampepatogener.

"Vores arbejde giver det første eksperimentelle bevis i den virkelige verden på, at disse naturlige fjender af planter kan spille en dramatisk rolle i at sænke økosystemernes vendepunkt ved at dræbe tørkesvækket vegetation og forhindre planter i at komme sig, " sagde Brian R. Silliman, Rachel Carson lektor i havbevaringsbiologi ved Duke's Nicholas School of the Environment.

Økologer har længe vidst, at tørke kan stimulere denne type angreb på planter, han sagde, men de betragtede det for det meste som en sekundær stress og ikke en hovedårsag til økosystemsammenbrud.

"Det, vi fandt, er det modsatte, " sagde Silliman. "Græsere har en stærk sammensætningseffekt. Det betyder, at disse økosystemer er langt mere sårbare over for tørke, end de nuværende modeller forudsiger. Med græssere til stede, de kan klare meget mindre tørkestress."

Holdet offentliggjorde sine resultater 6. januar i det peer-reviewede tidsskrift Økologibreve .

Forskerne udførte deres feltarbejde mellem 2009 og 2015 i strandenge i Kinas Gule og Liao-floddeltaer. moserne, som er berømt for deres lilla-røde farve året rundt, er blandt de sidste beskyttede indfødte kystnære vådområder i Kina.

Marsken oplevede en udbredt vegetationsdød efter en ekstrem tørke i 2011. Forskerne udførte en række eksperimenter før, under og efter tørken for at teste, hvordan pres fra kraftig græsning fra krabber – den vigtigste naturlige fjende for planter i de beskyttede moser – påvirkede modstandskraften over for og genopretningen fra tørken.

"I testplot, hvor krabber var udelukket, vi fandt ud af, at tabet af vegetation var betydeligt mindre, og at mange planter kunne overleve tørken, " sagde Qiang He, en postdoc-forsker i Sillimans laboratorium. "De døde midlertidigt tilbage, men kom sig hurtigt, efter at tørken sluttede."

"Men i kontrolplot, afgræsning af krabber decimerede de tørkeramte planter, resulterer i næsten fuldstændig vegetationstab, " sagde han, som har studeret de kinesiske moser i mere end 10 år, siden han var studerende på Beijing Normal University.

I områder åbne for krabber, genopretningen af ​​vegetationen haltede i mindst fire år efter 2011-tørken sluttede, Qiang tilføjede han.

Silliman sagde, at resultaterne sandsynligvis er relevante for mange andre økosystemer. "Planter i skove og græsarealer kan også blive decimeret af naturlige fjender, såsom insekter og svampepatogener, under tørke."

Baseret på holdets foreløbige gennemgang af tørke-relaterede plantedød i andre økosystemer verden over, mere end halvdelen af ​​alle sådanne rapporterede hændelser kunne være blevet forværret af en eller anden form for naturlig fjende. Den relative betydning af naturlige fjender versus tørke i disse tilfælde, imidlertid, er stadig uklar og vil kræve yderligere undersøgelser.

Alvorlige tørkeperioder er stigende i mange regioner verden over og påvirker i stigende grad en lang række økosystemer – inklusive moser, mangrover, tempererede og tropiske skove, græsarealer og koralrev - der leverer væsentlige tjenester til både mennesker og miljøet, sagde Silliman.

"At være i stand til at forudsige, hvordan og hvornår disse ekstreme begivenheder vil påvirke økosystemer, og identificere ledelsespraksis, der kan hjælpe med at reducere påvirkningerne, er blevet en høj prioritet, " sagde Silliman.

"Problemet er, at de fleste af de plantetolerancemodeller, vi i øjeblikket bruger til at forudsige disse resultater, er baseret på laboratorieundersøgelser eller plantefysiologiske undersøgelser, så de tager ofte ikke hensyn til de sammensatte virkninger af samtidige stressfaktorer som tørke og pres fra naturlige fjender. Resultatet har været, at økosystemer dør længe før vores modeller forudsiger de vil.

"Forhåbentlig, " han sagde, "Resultaterne fra denne undersøgelse vil hjælpe os med at udvikle bedre modeller og ledelsespraksis."