Новое исследование предлагает решение «парадокса Пыльного котла»

Почти 100 лет назад на Великих равнинах США произошло странное замещение растительности. Во время Пыльного котла 1930-х годов, когда историческая волна жары и засуха охватили центральную часть США, в регионе произошел резкий сдвиг в типах доминирующих растений. Травы, более характерные для более прохладного севера, начали захватывать необычно жаркие и сухие южные равнины, обычно занятые другими местными травами.

Это стало загадкой позже, когда ученые выяснили экологические различия между этими группами трав. Растения с C₄-фотосинтезом лучше всего растут в тепле и эффективнее используют воду, тогда как C₃-растения обычно преобладают в более прохладном и влажном климате. Возник «парадокс Пыльного котла»: почему во время печально известной жары и засухи C₃-травы внезапно захватили около 135 000 квадратных миль южно-центральной части США? Понимание этого механизма крайне важно, так как с ускорением изменения климата экстремальные засухи станут более частыми, а луга покрывают 30–40% суши и жизненно важны для экономик.

Исследователи из Университета штата Колорадо и их коллеги нашли ответ, опубликовав его в Proceedings of the National Academy of Sciences. Четырехлетний эксперимент по искусственной засухе в лугах Канзаса и Вайоминга показал, что ключевую роль играет не количество осадков, а время их выпадения. Во время экстремальной засухи осадки выпадают более равномерно в течение года, как на северных равнинах, что позволило C₃-травам расширить ареал на юг. Кроме того, C₃-травы, начиная расти раньше весной, «предварительно» используют почвенную влагу, еще больше сокращая рост C₄-видов.

Сдвиг в доминировании трав имеет серьезные последствия для экосистемы. C₃-травы зеленеют в среднем на месяц раньше, но отмирают sooner, смещая углеродный обмен почва-атмосфера. Будучи менее водоэффективными, они потребляют больше почвенной влаги, усугубляя дефицит воды. Их рост в более прохладные сезоны также означает потерю охлаждающего эффекта от испарения воды листьями в самые жаркие летние месяцы, что потенциально может вести к еще более жаркому лету. Ученые продолжают изучать долгосрочное воздействие таких сдвигов и восстановление после них, что критически важно для прогнозирования роли лугов в глобальном углеродном цикле и взаимодействиях с атмосферой в условиях будущего климата.