Как растения переносят переход от зимы к весне
Для таких древесных растений, как этот рододендрон, время весеннего распускания листьев - это баланс между максимизацией вегетационного периода и предотвращением поздних заморозков. Ричард Примак, CC BY-ND

В последние несколько месяцев погодные условия в США напоминают американские горки. Декабрь и январь были значительно теплее среднего во многих местах, а затем в феврале сильная холодная волна и еще один драматическая разминка.

Если вы когда-нибудь видели кусты сирени, раздавленные сугробами, а затем распускающиеся в теплый день всего несколько недель спустя, вы можете задаться вопросом, как растения переносят такие крайности. Я учусь как изменение климата влияет на время сезонных событий в жизненных циклах растений, птиц и насекомых в Массачусетсе, поэтому я знаю, что виды эволюционировали здесь, чтобы справиться с известной изменчивой погодой Новой Англии. Но потепление климата нарушает погодные условия и проверяет способность многих видов к адаптации.

Терпеть холод

В суровые зимние дни, когда температура намного ниже нуля, животные впадают в спячку под землей или ютятся в защищенных местах. Но деревья и кусты надо там сесть и взять. Ткани их стволов, ветвей и корней живы. Как они выживают в мороз?

Осенью древесные растения во многих частях Северной Америки начинают расти. подготовка к зиме. Когда их листья меняют цвет и опадают, их ветки, ветви и стволы начинают терять воду. В результате их клетки содержат более высокие концентрации сахаров, солей и органических соединений.


графика подписки внутри себя


Это понижает точку замерзания клеток и тканей и позволяет им выжить при температурах намного ниже нормальной точки замерзания воды. Однако у этого трюка есть свои пределы, поэтому экстремальные холода могут убить некоторые растения.

Корни деревьев и кустарников остаются в основном неизменными и неактивными зимой, полагаясь на изоляцию из снега и почвы для защиты. По большей части температура почвы вокруг корней остается на уровне нуля или выше. Почва, опавшие листья и устойчивые слои снега изолируют землю над корнями и не дают ей терять тепло.

Удивительная опасность весенних заморозков

После того, как растения стойко переносят холодные зимы, ранняя весна приносит новые опасности. Растения должны распускать листья как можно раньше весной, чтобы в полной мере воспользоваться преимуществами вегетационного периода. Но это включает в себя закачивание воды в их развивающиеся листья, что снижает концентрацию сахаров, солей и органических соединений в их тканях и снимает их зимнюю защиту от холода.

У каждого вида есть характерное время раскрытия листа. Раннелистные виды, такие как черника и ива, являются игроками царства растений. Более поздние породы, такие как дуб и сосна, относятся к осторожным и консервативным типам. Для любого вида слишком раннее распускание листьев - риск, потому что поздние заморозки могут повредить или убить молодые листья.

Цветы также уязвимы для непредсказуемых весенних заморозков, потому что они содержат много воды. Если цветы фруктовых деревьев, такие как яблоки, погибнут от мороза, деревья не дадут плодов позже летом. Поздние заморозки также могут стать причиной удручающе коротких сезонов цветения ранних декоративных растений, таких как форзиции и магнолии.

Заводские будильники

Чтобы защититься от заморозков и по-прежнему использовать весь вегетационный период, деревья и кустарники разработали три способа узнать, когда пора начинать расти весной.

Во-первых, растениям необходимо охлаждение зимой: они сохраняют состояние зимнего покоя до тех пор, пока не будут подвергаться определенному количеству холодных зимних дней. Эта черта помогает им избежать распускания листьев или цветения в аномально теплые периоды в середине зимы.

Во-вторых, растения также нуждаются в весеннем потеплении, что способствует их росту после определенного количества теплых дней каждой весны. Эта функция помогает им начать расти, как только станет достаточно тепло.

В-третьих, у некоторых растений также есть фотопериод реакция, что означает, что они реагируют на продолжительность воздействия света в течение 24 часов. Это подготавливает их к распусканию листьев по мере того, как дни становятся длиннее и теплее весной. У бука есть как потребность в тепле, так и реакция фотопериода, но потребность в температуре намного сильнее, поэтому они начинают расти уже через несколько теплых дней поздней весной.

Интересно, что североамериканские деревья, такие как красный клен и черная береза, более осторожны и консервативны, чем европейские и восточноазиатские деревья. Погода на востоке Северной Америки более изменчива, и опасность поздних весенних заморозков здесь выше, чем в этих регионах. В результате деревья Северной Америки стали распускаться на несколько недель позже, чем сопоставимые деревья из Европы и Восточной Азии.

Изменение климата искажает сигналы

Растения очень хорошо приспособлены к сигналам температуры, поэтому потепление, вызванное изменением климата, усложняет многим видам возможность противостоять зимним холодам и весенним заморозкам. Поскольку весенние температуры становятся теплее, чем в прошлом, деревья, такие как яблоки и груши, могут отреагировать на это, распустив листву и зацветая. на несколько недель раньше обычного. Это может повысить их уязвимость к поздним заморозкам.

Как растения переносят переход от зимы к веснеЛистья этого вишневого дерева пострадали от поздних заморозков. Ричард Примак, CC BY-ND

Такие поздние заморозки становится все более распространенным , так как: изменение климата дестабилизирует реактивный поток, что привело его к падению гораздо дальше на юг, что принесло с собой необычно холодную погоду.

В 2007 г. исключительно теплый период марта. заставили деревья распускаться через восточную и центральную часть Соединенных Штатов. Затем сильный апрельский мороз погубил молодые листья и цветы дубов, гикориев и других древесных пород. Деревья смогли дать второй урожай листьев, но не смогли полностью заменить потерянные листья, что, скорее всего, замедлило их рост в этом году.

Насекомые-вредители также представляют все большую угрозу для растений. Суровая зимняя погода сдерживает многих насекомых, обитающих в северном климате, таких как болиголов шерстистый адельгидс и изумрудно-ясеневые бурильные молотки. По мере того, как зимы становятся более мягкими, эти насекомые с большей вероятностью выживут, продвинутся дальше на север, вызовут крупные вспышки болезней и повредят деревья.

Более теплые зимы также приводят к увеличению количества дней, когда земля остается голой. Похолодание, возникающее при отсутствии изолирующего слоя снега, может заморозить почву и убить корни. Затем ветви деревьев и кустарников отмирают, потому что поврежденные корни не могут обеспечить достаточное количество воды и питательных веществ. В крайнем случае растения могут погибнуть.

Карта зон устойчивости растений Министерства сельского хозяйства США показывает, что эти зоны - районы, где наиболее вероятно процветание различных видов растений - смещаются на север по мере того, как изменение климата нагревает США.

{vembed Y = 4pSYC8g5oVM}

В ближайшие десятилетия многие холодолюбивые породы деревьев, такие как ели и пихты, станут менее многочисленными, если они не смогут обрабатывать их. новые вызовы, связанные с более теплым климатом. На северо-востоке США аборигенные виды, такие как сахарный клен и бук, будут постепенно заменены местными видами с юга, такими как дубы и гикори. И неместные виды, такие как Норвегия клены, пользуются этими сбоями, чтобы рассредоточиться по лесам с обочин дорог и окрестностей.

Подобные сдвиги происходят во многих местах, поскольку изменение климата изменяет сигналы, на которые полагаются растения, чтобы отметить смену времен года.

Об авторе

Ричард Б. Примак, профессор биологии, Бостонский университет

Эта статья переиздана из Беседа под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.

ИНГ