Undersøgelse viser, at tør luft driver oversete ændringer i, hvordan planter drikker og ånder

Planter drikker meget af det vand, der falder til Jorden. De tager, hvad de har brug for, før de slipper det gennem små huller på undersiden af ​​deres blade, ligesom folk frigiver vanddamp ved hver udånding.

Hvor meget en plante drikker og den hastighed, hvormed den frigiver vand, eller sker, afhænger dels af fugtniveauet i luften og jorden. Global opvarmning vil ændre denne proces mere end tidligere forudsagt, ifølge ny forskning fra Stanford University.

Udgivet 1. juni i Natur klimaændringer , papiret viser, at nuværende klimamodeller undervurderer, hvor alvorligt planter rationerer deres vandforbrug som reaktion på tør luft, og overvurdere effekten af ​​tør jord. Resultaterne tyder på, at planter i mange regioner vil lukke mindre vand væk end forventet under varme tørker i fremtiden, efterlader mere vand tilgængeligt til at trænge ned i reservoirer, underjordiske grundvandsmagasiner, floder, søer og vandløb.

"Dette er gode nyheder, " sagde studie medforfatter Alexandra Konings, en assisterende professor i jordsystemvidenskab ved Stanford's School of Earth, Energi- og miljøvidenskab (Stanford Earth). Alligevel er der også en mørk side ved resultaterne:Mens vandressourcerne kan være mindre formindskede, plantevækst og kulstofoptagelse vil sandsynligvis lide mere end de fleste modeller forudsiger.

"Om planterne vil klare sig bedre i fremtidige tørkeperioder er et mere komplekst spørgsmål, " sagde hovedforfatter Yanlan Liu, en postdoc i Konings' laboratorium. "Men nu ved vi, at planter vil bruge mindre vand end forventet."

For landbrugsafgrøder, dette betyder de bedste tilgængelige skøn over fremtidige vandbehov, vækst og sårbarhed er "sandsynligvis forkert" i perioder, hvor atmosfæren er meget tør, sagde en anden af ​​undersøgelsens forfattere, Mukesh Kumar, der er lektor i civil, bygge- og miljøteknik ved University of Alabama.

Atmosfærisk tørhed går 'gennem taget'

Forskerne så specifikt på en komponent af klimamodeller, der estimerer evapotranspiration, som refererer til den hastighed, hvormed Jordens landoverflade og planter returnerer vand til atmosfæren. "Så meget af vandbalancen i et givet økosystem går til evapotranspiration, det har betydning for, hvor meget vand der er til overs til vandressourcer for mennesker, " sagde Konings. "Det har også store effekter på vejret og klimaet."

En almindelig modelleringstilgang behandler denne dynamiske proces mere eller mindre som en funktion af jordens fugtighed. "Det er ikke realistisk, fordi vegetationen reagerer på tørke baseret på mængden af ​​vand inde i bladene, " sagde Konings.

Få klimamodeller forsøger at adskille virkningerne af tør jord og tør luft, når de forudsiger ændringer i evapotranspiration. "Modellerne, der er i brug lige nu, fungerer rigtig godt, hvis du har et gennemsnit af våde og tørre forhold over flere år, men ikke i tørketider, sagde Konings, som også er centerstipendiat, af høflighed, ved Stanford Woods Institute for the Environment.

Denne sammenfiltring bliver stadig mere problematisk under klimaændringer. På nogle hot spots rundt om i verden, episoder med farlig fugtig varme er slående med stigende sværhedsgrad og hyppighed. Men når temperaturerne stiger, Konings sagde, de fleste tørkeperioder vil være ledsaget af relativt tør luft. Varmere luft kan simpelthen indeholde mere vanddamp end køligere luft, hvilket betyder, at atmosfæren bliver mindre mættet, hvis den varmes op uden yderligere vand. Som resultat, mens fremtidige ændringer i jordfugtigheden er svære at forudsige og sandsynligvis vil variere fra region til region, hun sagde, "Atmosfærisk tørhed kommer til at gå gennem taget."

Indføring af hydraulik

Forskerne modellerede effekten af ​​denne tørring på planters drikkevaner ved at zoome ind på reaktioner i plantens hydrauliske system - rørene og ventilerne inde i en plantes rødder, stilk og blade. De udviklede matematiske teknikker til at udlede evapotranspirationshastigheder fra en kombination af bredt tilgængelige datasæt, herunder registreringer af jordstruktur, baldakin højder, plantetyper og strømme af kulstof og vanddamp på 40 steder rundt om i verden. Derefter krydstjekkede de deres teknikker mod begrænsede virkelige målinger af evapotranspiration.

Udvikling af en hydraulisk model, i sig selv, er ikke en første. Men forskerne gik videre, sammenligne de forskellige modeltilgange for at forstå virkningen af ​​anlægshydraulik under forskellige forhold.

De fandt, at de mest udbredte metoder til at estimere evapotranspiration savner omkring 40 procent af effekten af ​​tør luft. Dette er som en vejrudsigt, der undlader at nævne vindafkøling eller kvælende luftfugtighed. Effekten er stærkest - og nuværende forudsigelser er de mest off-base - på steder, hvor planter er mindst tilpasset til tørke. Konings sagde, "Vi var overraskede over, at dette havde så stor en effekt."