Масштабная международная команда учёных собрала воедино данные о функциональных признаках растений со всей планеты с привязкой к климатическим и почвенным данным, в которых растения обитают, и установила количественную зависимость этих признаков от факторов среды. Оказалось, что почвенные параметры большей частью определяют признаки, связанные с запасанием ресурсов, а климатические — ростовые признаки растений. Это открытие позволяет понять, как растения и экосистемы могут меняться в контексте глобальных изменений климата, и разрабатывать модели динамики растительного покрова.
Ещё натуралисты-классики обращали внимание, что облик растений и растительного покрова большей частью определяется двумя факторами: климатом и почвой. Однако только в XXI веке ученые приступили к поискам количественных закономерностей между растениями и условиями, в которых они растут. Так, сначала были выявлены признаки, по которым удобно сравнивать как разные виды растений между собой, так и представителей одного вида в разных условиях — эти признаки называются функциональными.
Современные математические модели позволяют по таким данным понять историю экосистемы и даже строить предсказательные модели, описывающие, как будет меняться экосистема при смене условий среды. В контексте глобальных изменений климата такие модели крайне актуальны и важны, однако пока ещё они далеки от совершенства. Причина тому — нехватка количественных данных о связи факторов окружающей среды с признаками растений. Поэтому масштабные исследования, основанные на анализе количественной информации об условиях среды, видовом составе растительных сообществ и функциональных признаков растений — один из ярких трендов современной экологии.
Исследование основано на 225 206 наблюдениях,17 функциональных признаках, 20 655 видов сосудистых растений со всей планеты и комплементарные им данные о 21 климатическом параметре и 107 характеристик почвы. С помощью арсенала биоинформатических методов между функциональными признаками и параметры среды был выявлен ряд закономерностей.
В частности, было установлено, что функциональные признаки делятся на две группы: размерные и ресурсные. Причем первые (высота растения, площадь листа и др.) больше определяются климатическими факторами, а вторые (например, содержание азота и фосфора в листьях, содержание углерода на единицу сухой массы) — теми почвенными параметрами, что не зависят от климата. Некоторые признаки демонстрируют более тесную связь с климатическим или почвенным фактором — например, высота растений и площадь листьев значимо выше в теплых и влажных условиях, как в тропиках, нежели в сухих, как пустыни, или холодных, как тундры; но на некоторые признаки влияние оказывают обе группы факторов. Три из проанализированных факторов — содержание тяжелого изотопа азота 15N, длина проводящего пучка и число производимых за сезон семян — зависимость от климатических или почвенных факторов не продемонстрировали.
Библиографическая ссылка - Joswig, J.S., Wirth, C., Schuman, M.C. et al. Climatic and soil factors explain the two-dimensional spectrum of global plant trait variation. Nat Ecol Evol (2021). https://doi.org/10.1038/s41559-021-01616-8
Фото: Многолетний альпийский стационар кафедры экологии и географии растений МГУ в Тебердинском заповеднике (Карачаево-Черкесская Республика). На этом стационаре под руководством проф. Владимира Онипченко сотрудники кафедры проводят многолетний мониторинг чутких к изменению климата альпийских экосистем / Источник: Никита Лавренов, биофак МГУ