Для справки: Валензе — озеро в северо-восточных предгорьях Альп в Швейцарии, одно из крупнейших озёр страны. Площадь зеркала  озера — 24,1 км², объём воды — 2,49 км³, максимальная глубина — 150 м.

Несколько буков в лесу Хардвальд недалеко от Базеля не оправились от засухи 2018 года. Фото: август 2020 г. (Фото: Беате Киттл, WSL)

Исследователи из Швейцарского федерального института исследований леса, снега и ландшафта WSL впервые рассчитали объем  доступнойдля деревьев воды в швейцарских лесных почвах. Оказалось, что количество воды в верхних двух метрах почвы близко к объему воды в озере Валензе.  Их модель показывает, насколько серьезны последствия  прошлых и нынешних засух для леса.

Засушливым летом 2018 года листва многих деревьев в швейцарском лесу преждевременно пожелтела или совсем опала. В настоящее время проводятся многочисленные исследования того, как растения реагируют на такие экстремальные явления. Но что произошло с водным балансом в почве до сих пор остается не выясненным. Теперь впервые исследовательская группа WSL смогла оценить запасы почвенной влаги в швейцарском лесу, то есть, где и сколько воды доступно растениям. Это позволило более точно проанализировать воздействия  экстремальных засух 2015 и 2018 гг.

Исследователи использовали данные сети из 44 станций измерения влажности почвы, установленных по всей Швейцарии в почвах разной степени сухости. Они интегрировали эти данные в динамическую вычислительную модель, которая может моделировать все потоки воды между почвой, растениями и атмосферой. «Он может показать, как резервуары почвенной воды наполняются и опустошаются в зависимости от погоды и потребления растениями», — говорит Катрин Мейсбургер, гидролог WSL и первый автор научной статьи в Global Change Biology.

Лес не ворует  воду

Если представить максимальную вместимость воды в лесных почах а глубину до двух метров в виде ведра, то его содержимое будет примерно равно объему воды озера Валензе. Однако это количество очень неравномерно распределено по Швейцарии. По содержанию воды участки с самой низкой и самой высокой водообеспеченностью различаются на порядок. Глубина укоренения растений также имеет значение. Этот фактор был включен в расчетную модель благодаря новым данным WSL.

Одной из целей исследования была оценка водопотребления деревьев засушливым летом 2015 и 2018 годов. «Можно подумать, что испарение в лесу усугубило низкий уровень воды в водоемах или подземных водах. Но это не так», говорит Мейсбургер. Деревья резко сократили свое испарение (транспирацию) на 23% (2015 г.) и 28% (2018 г.) соответственно. Во время засухи деревья закрывают поры в листьях и хвое, через которые они поглощают СО2 для фотосинтеза, но при этом теряют воду. Происходит это за счет роста. Суть в том, что швейцарские лесные деревья потеряли из-за транспирации не больше воды, чем в другие годы.

2018 год был хуже 2015 года

Когда деревья переходят в режим экономии воды, исследователи говорят о дефиците транспирации. В новой модели этот показатель можно рассчитать. «Мы можем количественно оценить, а также предсказать масштабы засухи с точки зрения растений», — говорит Мейсбургер. «С точки зрения растений засуха 2018 года была хуже, чем в 2015 году». Маловодный период длился с июля по октябрь, тогда как в 2015 г. критическими были только июль и август.

Влагообеспеченность почвы, смоделированная моделью, хорошо соответствует началу обесцвечивания листьев летом 2018 г. :значительно лучше, чем обычные метеорологические данные. Таким образом, новая модель прекрасно дополняет существующие сети SwissSPOT и Treenet, оба проекта WSL, которые измеряют текущий дефицит воды в почве и лесных деревьях.

Мейсбургер хотела бы доработать модель, чтобы в будущем она могла информировать лесников о том, насколько велик и насколько полон резервуар почвенной воды в их лесах. «Мы можем показать невидимый стресс от засухи еще до того, как будет преодолен порог увядания или листопада на деревьях», — говорит Мейсбургер. Для этого она хочет увеличить пространственное разрешение смоделированных карт с нынешних 500 метров до 25 метров. Лесники будут предупреждены, если их насаждения ослабнут из-за засухи, что может привести к вываливанию деревьев, поломке стволов и ветвейво время штормов, а также заражению грибами или насекомыми.

Soil-plant interactions modulated water availability of Swiss forests during the 2015 and 2018 droughts

Katrin Meusburger,Volodymyr Trotsiuk,Paul Schmidt-Walter,Andri Baltensweiler,Philipp Brun,Fabian Bernhard,Mana Gharun,Raphael Habel,Frank Hagedorn,Roger Köchli … See all authors 

First published: 06 July 2022 https://doi.org/10.1111/gcb.16332