«Мы видели необратимое отмирание некоторых участков», — сказала Ярмила Питтерманн, доцент кафедры экологии и эволюционной биологии Калифорнийского университета в Санта-Крус.Лаборатория Питтермана изучает папоротники в лесу секвойи на территории кампуса UCSC. В течение 15 месяцев в 2013 и 2014 годах исследователи внимательно наблюдали за папоротниками на своем участке исследования, уделяя особое внимание двум распространенным видам в подлеске секвойи: западному мечферму (Polystichum munitum) и прибрежному лесному папоротнику (Dryopteris arguta).
«Эти подлески важны сами по себе, но также служат индикаторами того, как изменение климата может повлиять на наши леса из секвойи», — сказал Питтерманн. «Учитывая, что эти растения приспособлены к сохранению в течение типичного летнего засушливого сезона, отмирание подчеркивает, насколько беспрецедентной была эта засуха за последние три года».Ее команда собирала данные и образцы на участке исследования каждые 10 дней, включая измерения влажности почвы, температуры листьев, состояния гидратации растений и того, насколько эффективно вода перемещалась по листьям. Они также проводили тепличные эксперименты и лабораторные испытания.
Результаты, опубликованные в New Phytologist, показывают, что листья этих папоротников могут почти полностью потерять способность переносить воду к концу засушливого сезона, но они могут восстановиться в течение 24 часов после сильного дождя. Однако, несмотря на эту замечательную физиологическую устойчивость, продолжительная засуха ограничивает способность растений к фотосинтезу и накоплению энергии. В результате весной у них может появиться меньше новых листьев, и они будут более уязвимы для насекомых и болезней.
Папоротники и другие сосудистые растения переносят воду от корней к листьям через систему трубчатых каналов, называемых ксилемой. Когда растение начинает испытывать водный стресс, его первая реакция — закрытие пор в листьях. Это снижает потерю воды, но также блокирует поглощение углекислого газа, необходимого для фотосинтеза.
При экстремальном водном стрессе гидравлическая система растения начинает разрушаться, поскольку в ксилеме образуются пузырьки воздуха, вызывая «эмболии», которые блокируют транспортировку воды.«Мы обнаружили, что во время самой тяжелой части засухи в 2013 году у этих папоротников была обширная эмболия, которая серьезно подорвала способность ксилемы проводить воду», — сказал Питтерманн.Хотя многим растениям было бы трудно оправиться от этого состояния, местные папоротники смогли быстро восстановиться после проливных дождей. Тем не менее, продолжительные периоды водного стресса во время засухи значительно снизили их способность проводить фотосинтез и, возможно, их способность производить и хранить адекватные уровни сахара и других углеродных соединений в своих подземных корневищах, сказал Питтерманн.
«Эти растения не накапливают достаточно углерода, чтобы поддерживать рост весной», — сказала она. «Это означает, что они могут не производить достаточно спор для размножения, и они могут быть более уязвимы для вредителей».Питтерманн и другие заметили рост заражения трипсами, крошечными насекомыми, которые питаются соком растений и поражают папоротники во время засухи.
Другие наблюдатели в округе Марин сообщили о заражении трипсами и усмирении папоротников в секвойных лесах этого района, в том числе в популярных туристических местах, таких как Мьюир Вудс.Новое исследование является первым в своем роде, посвященным папоротникам или подлецам растений в целом, и Питтерманн получил финансирование от Лиги спасения секвойи для проведения дальнейших исследований.
По ее словам, лесные папоротники секвойи могут быть важным индикатором изменения экосистемы, а продолжающаяся засуха может привести к совершенно иному типу подлеска и даже может угрожать самим секвойям. «Секвойи не являются деревьями с глубокими корнями, поэтому продолжительная засуха в конечном итоге затронет и их», — сказала она.