Undersøgelse viser amerikanske græsarealer påvirket mere af atmosfærisk tørhed end nedbør

En ny undersøgelse, der viser tørhed i atmosfæren, påvirker USA's græsarealsproduktivitet mere end nedbør kan have vigtige konsekvenser for at forudsige, hvordan planter vil reagere på opvarmende klimaforhold.

Udgivet online 6. marts i tidsskriftet Natur Geovidenskab , undersøgelsen udført af videnskabsmænd ved Stanford University og Columbia University kiggede på 33 års klima- og vegetationssatellitdata for at bestemme, hvordan planter regulerer vand og kuldioxid under tørre forhold. Holdet konkluderede, at amerikanske græsarealer er mere end tre gange mere følsomme over for damptryksunderskud (VPD), eller atmosfærisk tørhed, end de er til nedbør. Undersøgelsens storstilede metoder til at forstå planternes adfærd kunne bruges til at forbedre forudsigelige modeller for, hvordan miljøer vil reagere på tørke, som forventes at blive intensiveret i det 21. århundrede.

"Bare at se på ændringer i nedbør vil ikke fortælle dig hele historien, " sagde hovedforfatter Alexandra Konings, en assisterende professor i Earth System Science ved Stanford's School of Earth, Energi- og miljøvidenskab (Stanford Earth). "Amerikanske græsarealer er langt mere følsomme over for damptryksunderskud, hvilket er vigtigt. Fordi VPD er så tæt forbundet med temperatur, vi kan forudsige, at det vil fortsætte med at stige i fremtiden."

I undersøgelsen, forskere analyserede de forhold, hvorunder græsarealer åbner og lukker deres stomata, mikroskopiske åbninger på planteblade, der muliggør overførsel af vanddamp, ilt og CO2. Når dens stomata er åbne, en plante kan optage CO2 fra atmosfæren for at lave energi, men risikerer at miste vand under tørre forhold. Den strategi forskellige planter bruger - om de skal risikere at tørre ud for at blive ved med at optage kulstof, eller at lukke op og holde op med at vokse - påvirker deres produktivitet. En plantes adfærd afhænger af mængden af ​​vand i atmosfæren målt ved VPD:højere VPD indikerer større potentiale for tør luft til at trække fugt ud af planten.

Variation i tørkerespons

Ved hjælp af statistisk analyse, forskerne adskilte virkningen af ​​planternes adfærd fra virkningerne af regionale forhold, såsom forskelle i nedbør eller temperatur. Selvom mange klimamodeller behandler alle græsarealer ens, undersøgelsen afslørede stor variation med hensyn til, hvordan de reagerer på tørke.

"Mere end plantetypen, det er plantefysiologien, der vil regulere deres reaktion på tørke og hedebølge, " sagde undersøgelsens medforfatter Pierre Gentine, en lektor i jord- og miljøteknik ved Columbia University.

Forskerne udførte deres analyse ved hjælp af offentligt tilgængelige fjernmålingssatellitdata fra 1981 til 2013, der viser plantegrønhed, som er en indikator for planteproduktivitet. De kombinerede derefter disse data med klima- og observationelle nedbørsdatasæt for at opdele amerikanske græsarealer i forskellige regioner, afhængig af deres adfærd.

At forstå, hvordan plantestomata reagerer på ændringer i atmosfæren, er især vigtigt i amerikanske græsarealer, som er en overvejende kilde til kulstofoptagelse, eller lagring af kulstof fra atmosfæren. Græsarealer huser en bred vifte af biodiversitet og udgør et vigtigt levested for husdyr i kød- og mejeriindustrien, dækker omkring 26 procent af USA og næsten 20 procent af planetens landoverflade; de er den største landdækningstype på Jorden.

"Kulstofoptagelse er forbundet med vækst, og hvordan det reagerer under klima er en stor kilde til usikkerhed i fremtidige klimaforandringer, " sagde Konings. "Under stigende temperaturer, vi kommer potentielt til at se meget færre grønne græsarealer - men denne undersøgelse viser, at det for mig er mere sandt for nogle regioner end andre."

Adfærdsmæssige forskelle

Analyse viser græsarealer, der reagerer på tørke ved at holde deres stomata åbne (anisohydrisk adfærd) er mere følsomme over for tørhed i atmosfæren end dem, der lukker deres stomata og stopper væksten for at spare vand (isohydrisk adfærd). Begge adfærd er til stede i USA. Undersøgelsen viser, at planter, der holder deres stomata åbne, er mere beskadiget af tørke i amerikanske græsarealer, fordi det undertrykker planternes vækst i løbet af en vækstsæson.

"Græsarealer er virkelig interessante, fordi de viser så stor en mangfoldighed i den isohydricitetsadfærd, sagde Konings, som udførte indledende forskning til undersøgelsen, mens han var postdoktor ved Columbia, før han kom til Stanford Earth. "De har virkelig forskellige strategier i, hvordan de reagerer på tørke."

Mens tidligere metoder til at forstå tørkerespons indebar målinger på jorden, den nye metrik gør det muligt for forskere at måle disse mønstre over hele kloden. Konings sagde, at hun håber, at metoden kan bruges til at se, om undersøgelsens resultater om græsarealer kan anvendes på andre økosystemer eller til bedre at forstå, hvad der får nogle træer til at dø som reaktion på varmeforhold, mens andre ikke gør.

"Jeg tror, ​​der stadig er meget at gøre med denne metric, " sagde Konings.