Gør begrænset underjordisk vandopbevaring planter mindre modtagelige for tørke?

Du kan forvente, at planter, der håber på at trives i Californiens boom-eller-bust-regncyklus, vil vælge at slå rødder på et sted, der kan opbevare masser af vand under jorden for at holde gennem tørkeår.

Men nogle af de mest succesrige plantesamfund i staten - og sandsynligvis i middelhavsklimaer på verdensplan - der er præget af våde vintre og tørre somre, har taget en anden tilgang. De har lært at trives i områder med en underjordisk vandlagringskapacitet, der knap nok er stor nok til at holde vandet, der falder selv i magre år.

Overraskende nok, disse planter klarer sig godt i både lavvandede og regnfulde år, netop fordi jorden og den forvitrede sten under jorden lagrer så lidt vand i forhold til den leverede regn.

"Nøglepunktet fra vores undersøgelse er, at mange steder på nordkysten, lagerkapaciteten er lille i forhold til hvor meget det regner, " sagde Jesse Hahm, en kandidatstuderende ved University of California, Berkeley, og en af ​​to første forfattere af undersøgelsen. "Fordi kapaciteten for undergrunden til at lagre vand i den våde sæson er lille, det regner stadig nok, selv i de tørre år, for at genopbygge vandforsyningen. Den begrænsede lagerkapacitet under jorden er nøglemekanismen, der afkobler planterne, og hvor meget vand de har om sommeren fra store udsving i vinterregn."

Som resultat, disse planter er meget mere modstandsdygtige i tørkeår, som det fremgår af Californiens relativt uskadte nordkyst under nylige tørkeperioder, der dræbte hundredvis af millioner af træer i Sierra Nevada.

"Fordi undergrundsvandet bliver genopfyldt selv i tørkeår, om sommeren føler disse planter den samme mængde vandforsyning under jorden, uanset hvor meget regn der faldt om vinteren, " sagde Hahm. "De ved ikke rigtig, om det regnede meget eller lidt, fordi de har den samme mængde vand opbevaret under jorden hver sommer."

På bagsiden, planter, der vokser i dag på jord, der kan opsuge lige så meget vand, som vinterregnen kan give, er værtsplanter, der skal håndtere statens stadig mere tørre klima, sætte dem i fare, efterhånden som klimaet ændrer sig. Dette kan være et problem for Sierra Nevada-plantesamfund, der er mindre afhængige af en vedvarende snepakning og i stigende grad på opmagasineret vand under overfladen for at holde gennem den tørre sommer.

Hahm og David Dralle, den anden førsteforfatter og en tidligere Berkeley kandidatstuderende, som er adjunkt ved Sacramento State University, beskrive deres resultater, sammen med deres kolleger, i et papir, der for nylig blev accepteret af tidsskriftet Geofysiske forskningsbreve og nu online.

Fugt i sten

Mens de fleste mennesker tror, ​​at planter kun er afhængige af vand, der er lagret i muldjorden, Berkeleys William Dietrich, professor i jord- og planetvidenskab, og nyuddannet Daniella Rempe, en assisterende professor ved University of Texas, Austin, for nylig opdaget, at vand lagret i opbrudt og forvitret sten under jorden spiller en lige så stor eller større rolle. Hvad Dietrich og Rempe kalder "klippefugt" kan udgøre en betydelig del af, hvad planter er afhængige af årligt.

En væsentlig konsekvens af den nye undersøgelse, Dietrich siger, er, at globale klimamodeller skal inkorporere stenfugt i deres beregninger for nøjagtigt at repræsentere og forudsige virkningerne af tørke eller kraftig nedbør. I de seneste år, tørke- eller varmedræbte træer har givet næring til katastrofale skovbrande i Californien, Spanien, Grækenland, Australien og mange regioner med en tør, Middelhavsklima.

"Det er ekstremt vigtigt at forstå, hvordan vand opbevares dybt inde i det forvitrede grundfjeld, og hvordan variationer i den vandforsyning og i nedbør påvirker planternes vandforsyning i den zone, i et sæsonmæssigt tørt klima, " sagde Hahm.

I deres undersøgelse, forskerne kiggede på 26 steder i hele landet. Alle var under snebæltet, så vinterregn lagret under jorden var den dominerende vandkilde for planterne i den tørre sommersæson. Brug af nedbørsdata og U.S. Geological Survey strømningsdata til at beregne mængden af ​​vand, der årligt opbevares under jorden, de var i stand til at vurdere den underjordiske lagerkapacitet af jorden og den forvitrede sten.

Af de 26 steder, kun syv - alle i Northern Coast Ranges - havde begrænset underjordisk vandlagringskapacitet og klarede sig godt under statens nylige langvarige tørke, mellem 2011 og 2016. Disse steder strakte sig fra græs- og ege-savanne og chaparral til tætte douglasgranskove, men alle var karakteriseret ved lav underjordisk lagring i forhold til den gennemsnitlige årlige nedbør i området, som plejer at være høj. Det overskydende vand, som undergrunden ikke kunne opbevare om vinteren, løb gennem jorden og revnede grundfjeldet og endte i vandløbene.

De andre sider, inklusive de fleste steder i det sydlige Californien, led i tørken, med vegetationsdød og mindre sundt, færre grønne planter. Alle var kendetegnet ved opbevaring under jorden, der er tilstrækkelig til at opsuge det meste af den nedbør, der falder årligt, men det var blevet udtømt i tørkeår.

Brug af satellitbilleder til at måle produktiviteten og sundheden af ​​vegetationen på hvert sted, forskerne konkluderede, at lokaliteterne med høj relativ lagerkapacitet var dem, der varierede mest mellem våde og tørre år i, hvor grønne planterne var. Steder med lav lagerkapacitet under jorden i forhold til den gennemsnitlige årlige nedbør klarede sig bedre, forbliver lige så grønt og sundt i både tørkeår og våde år.

Hahm bemærkede, at mange planter i Sierra Nevada er afhængige af snepakken for at slukke deres tørst under typiske regnfrie somre. Men når temperaturerne stiger med den globale opvarmning, vinternedbør vil i stigende grad forekomme som regn.

"På en måde, dette er et kig ind i fremtiden, " sagde Hahm. "Når klimaet opvarmes, og når snelinjen stiger i disse bjergkæder, flere og flere steder vil skifte fra at være afhængige af snepakning til at være afhængige af vand, der er lagret i undergrunden. Forståelse af, hvordan denne begrænsning af lagerkapaciteten vil påvirke planter over hele staten i højmontane områder, skal udforskes mere."

Indsigten om klippefugt kom fra et langsigtet projekt ved Angelo Coast Range Reserve i det nordlige Californien, del af UC Natural Reserve System, hvor forskere ved Eel River Critical Zone Observatory fulgte vand fra himlen gennem vegetation, jord og sten ind i vandløbene og bakke op i atmosfæren via fordampning og transpiration for at kortlægge vandets livscyklus i miljøet. Primær finansiering til observatoriet, som Dietrich instruerer, kommer fra National Science Foundation (EAR 1331940).