Пихта Дугласа, бук или ель: у кого лучший доступ к воде в период изменения климата?

Обыкновенные буки имеют гораздо больше шансов пережить длительные засушливые периоды, чем ели, поскольку они способны впитывать воду с большей глубины. Кристина Хакманн, Гёттингенский университет

Жизнеспособность лесных деревьев для выращивания в условиях изменения климата во многом зависит от того, насколько хорошо они могут получать воду из глубины земли в засушливые периоды. Исследовательская группа из Гёттингена исследовала, какие виды деревьев ищут воду на большей глубине, и какую роль в этом играют древесные смеси и почвенные условия.

В связи с изменением климата леса всё чаще подвергаются длительным засушливым периодам, во время которых, в частности, сильно пересыхают верхние слои почвы. Чтобы определить, какие виды деревьев следует высаживать и выращивать в этих условиях, исследователи Гёттингенского университета исследовали глубину впитывания воды елью, буком обыкновенным и пихтой Дугласа. Они также изучили влияние состава древесных пород и почвенных условий на глубину впитывания воды корнями. 

Они обнаружили, что, в отличие от ели, бук и пихта Дугласа имеют доступ к воде из более глубоких слоев почвы. Пихта Дугласа эффективно поглощает больше воды, чем бук, но не имеет доступа к более глубоким слоям почвы.

 

Смешанный лес меняет поведение корней

Более того, по словам учёного Кристины Хакманн, имеет значение, чистый или смешанный насаждение. «Мы видим, что бук реагирует на соседей». В смеси с двумя хвойными он поглощал больше воды из более глубоких слоёв почвы, чем в чистом насаждении. Существенной разницы в глубине впитывания воды дугласовой пихтой между чистыми и смешанными насаждениями не наблюдалось. «Похоже, что при смешивании с буком поглощение воды елью увеличивается ещё больше, продвигаясь к поверхности почвы», — объясняет Хакманн. Результаты объясняют, почему ель подвержена стрессу в отсутствие дождей чаще, чем бук и дугласовая пихта: она зависит от влаги в верхнем слое почвы.

Почему даже глубоко укоренившиеся деревья зависят от поверхностных вод

| Фото: Кристина Хакманн, Гёттингенский университет Образцы почвы берутся с разных глубин. Из них извлекается и анализируется вода.

Как показало исследование, лесные деревья извлекают большую часть воды из очень поверхностных слоёв почвы. Около 50% воды поступает из верхних 20–30 см почвы: для пихты Дугласа в среднем это верхние 20–25 см, для бука – 15–35 см, а для ели – только верхние 10 см. Анализ корней, однако, показал, что корни бука и пихты Дугласа имеют глубину не менее четырёх метров. Однако доля таких глубоких корней невелика по сравнению с корнями в верхнем слое почвы. «Поэтому они не могут компенсировать сухость верхнего слоя почвы в одиночку, но, в лучшем случае, могут помочь спасти дерево в засушливый период», – объясняет Кристина Хакманн.

Чистые насаждения пихты Дугласа: недопустимы

Однако, по мнению исследовательской группы, простая замена еловых насаждений чистыми насаждениями из дугласовой пихты невозможна. «Чистые насаждения из дугласовой пихты не могут быть решением ни в качестве замены чистых еловых насаждений, ни в качестве смешанных еловых насаждений», — подчёркивает исследователь из Гёттингена. «Бук и дугласовая пихта — лучшее сочетание, чем бук и ель. Но если климат станет слишком сухим в целом, все виды деревьев столкнутся с проблемами», — прогнозирует она.

Измерения проводились в четырёх разных местах с разными типами почв в Нижней Саксонии. Результаты также указывают на адаптацию корневых систем деревьев к почвенным условиям: на участках с одинаковым типом почвы деревья также впитывали воду с одинаковой глубины, например, на двух глинистых участках в регионе Золлинг. На участке с застойным слоем почвы в подпочве деревья впитывали воду с меньшей глубины. «Мы наблюдали самое глубокое впитывание воды на хорошо дренированном песчаном участке», — говорит Хакманн.

Использование изотопов для отслеживания поглощения воды

Вода, меченая тяжёлыми изотопами, направляется в более глубокие слои почвы. Когда деревья поглощают оттуда воду, метка позволяет обнаружить её в дереве. Кристина Хакманн, Гёттингенский университет

Исследовательская группа отслеживала поглощение воды из почвы водными каналами деревьев, используя особый метод: они использовали так называемые стабильные изотопы – молекулы воды разной массы. Они встречаются в природе, но могут быть добавлены и искусственно. Изотопы позволяют различать различные источники воды и, в данном случае, сравнивать поглощение воды разными видами деревьев в одном месте.

До сих пор сложная процедура ограничивалась тремя упомянутыми видами деревьев. Однако Кристина Хакманн предполагает, что их различные реакции дадут почву для дальнейших исследований.

Исследование проводилось в рамках исследовательской учебной группы 2300 «EnriCo», финансируемой Немецким исследовательским фондом (DFG).