02/09/2024
0Установленные на строительных лесах форсунки под высоким давлением распыляют в воздух мельчайшие капельки воды, которые тут же испаряются и тем самым уменьшают дефицит давления пара, “жажду” воздуха, в кронах деревьев. В то же время сухость почвы регулируется с помощью системы орошения и дождевых крыш. (Фото: M. Schaub)
Исследователи из Швейцарского федерального института изучения лесов, снега и ландшафтов (WSL) и EPFL распыляют водяной пар в кронах зрелых сосен в лесу Пфинвальд в кантоне Вале. Масштабный эксперимент призван выявить влияние почвенной и воздушной засухи на лесные деревья в контексте изменения климата. Эксперимент был представлен представителям СМИ в среду на прошлой неделе.
С начала лета на верхушках деревьев в лесу Пфинвальд в кантоне Вале происходит нечто необычное: многочисленные форсунки высокого давления, установленные на высоких рамах, распыляют водяной пар на 12-метровые верхушки зрелых шотландских сосен. Эта установка является частью эксперимента “VPDrought”, впервые в мире направленного на изучение последствий почвенной и воздушной засухи в естественной лесной экосистеме.
Водяной пар повышает влажность – сложная техника использует форсунки высокого давления для распыления воды на крошечные капельки, которые испаряются так быстро, что ни деревья, ни земля не намокают.
Проект, финансируемый Швейцарским национальным научным фондом, WSL, EPFL и SwissForestLab, направлен на то, чтобы понять, как жаркие и сухие условия влияют на устойчивость лесов и какие процессы приводят к гибели деревьев.
Климат становится все жарче и суше, как это уже происходит во многих местах в Вале. Последствия этого уже ощущаются: в кантоне Вале и в соседних внутри альпийских сухих долинах (регион Инсбрук, Нижняя Австрия, южная Штирия, Винтшгау, долина Аоста) шотландская сосна гибнет и заменяется более устойчивыми к засухе дубами. В течение 21 года WSL изучает процессы, вызывающие это в Пфинвальдском лесу. Каждую ученые поливают часть этого леса, чтобы изучить деревья в условиях засухи и без нее.
“Жажда” воздуха усугубляет нехватку воды – порочный круг
Изменение климата добавляет еще один тревожный экологический фактор: усиление “жажды воздуха”. Чем теплее воздух, тем больше влаги он может поглотить. Это означает, что нагретая атмосфера забирает больше воды из растений и почвы. Эта “жажда” называется дефицитом давления пара (VPD).
VPD является ключевым фактором, определяющим количество воды, испаряемой деревьями через листья или хвою, и, таким образом, оказывает значительное влияние на водоснабжение и охлаждение растений. Ожидается, что с повышением температуры VPD будет расти в геометрической прогрессии. Высокие значения VPD приводят к чрезмерному испарению, что может вызвать у растений стресс от засухи. Помимо прямого воздействия на физиологию растений, высокий VPD ускоряет испарение из почвы, создавая порочный круг высыхания почвы, потепления поверхности земли и стресса от засухи у растений.
Рисунок 1: Дефицит давления пара (VPD) с 28 по 30 июля 2024 года при пяти различных обработках в Пфинвальде. Желтый: Контроль (= без обработки), светло-голубой: орошаемая почва, красный: сухая почва, темно-синий: орошаемая почва + снижение VPD воздуха, серый: сухая почва + снижение VPD воздуха. (источник: VPDrought.wsl.ch)
Что вреднее – почвенная или воздушная засуха?
В течение 21 года WSL каждую ночь поливает часть Пфинвальдского леса, чтобы изучить деревья в условиях засухи и без нее. (Фото: Michèle Kaennel Dobbertin)
Необычность эксперимента VPDrought заключается в том, что в нем исследуется влияние воздушной и почвенной засухи на полностью выросший естественный лес. Для этого примерно 130-летние лесные сосны получают разное количество почвенной воды: либо естественное количество осадков (около 600 мм/год), либо вдвое большее (1200 мм/год) при орошении, либо только половину естественного количества осадков, т.е. около 300 мм/год, под навесом от дождя. Во-вторых, форсунки высокого давления используются для рассеивания водяного пара в кронах некоторых деревьев в течение дня. Водяной пар снижает VPD – “жажду” воздуха – примерно на 20-30 процентов.
Исследования будут проводиться от клетки растения до дерева и экосистемы. Эксперимент начнется в 2024 году и продлится до 2028 года, а результаты ожидаются в ближайшие несколько лет.
Растущий VPD – то есть воздух, который все больше “жаждет”, – является проблемой как для сельского хозяйства, так и для лесов. Непрерывные и выборочные измерения более 100 параметров на уровне деревьев и экосистем должны дать представление о том, как засуха в воздухе и почве влияет на метаболические процессы и устойчивость лесов к засухе. Полученные данные помогут усовершенствовать климато-вегетационные модели и будут учтены в будущих стратегиях лесного хозяйства и при выборе будущих видов деревьев.
Экспериментальная площадка: Исследовательская площадка в Пфинвальде была создана в 2003 году и состоит из восьми участков, каждый площадью 100 м2 . На площадке около 800 деревьев. Четыре участка не орошаются. На них выпадает в среднем 600 мм естественных осадков в год. На остальных четырех участках естественные осадки удваиваются за счет орошения. С 2024 года естественное количество осадков на шести участках сократилось вдвое – до 300 мм/год. Кроме того, вода под высоким давлением распыляется в кронах деревьев, где она испаряется и снижает дефицит давления пара на 20-30% (источник: VPDrought.wsl.ch).
