Ученые выяснили, как изменения климата и почв сказываются на растительном покрове Земли

Масштабная международная команда ученых при участии сотрудника биологического факультета МГУ 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. 

Еще 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.

«Современные экологические исследования позволяют по-новому подойти к решению центральной проблемы экологии – ответу на вопрос, каковы механизмы формирования природных комплексов сосуществующих видов (сообществ), какова здесь роль различных факторов среды, — отмечает один из авторов исследования, заведующий кафедрой экологии и географии растений биологического факультета МГУ Владимир Онипченко. — Без ответа на этот вопрос невозможно сохранить природные экосистемы Земли и их влияние на создание приемлемой для человека среды обитания».

Международная команда экологов и ботаников, в которую вошёл заведующий кафедрой экологии и географии растений биологического факультета МГУ, профессор Владимир Онипченко, собрала огромный массив данных о функциональных признаках растений и привязанные к ним данные о почвах и климатические параметры. В финальную базу данных вошло 225 206 наблюдений 17 функциональных признаках 20 655 видов сосудистых растений со всей планеты и комплементарные им данные о 21 климатическом параметре и 107 характеристиках почвы. С помощью арсенала биоинформатических методов между функциональными признаками и параметры среды был выявлен ряд закономерностей.

В частности, с помощью метода анализа главных компонент (Principle component analysis) 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. Причем некоторые признаки демонстрируют более тесную 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.

Результаты исследования опубликованы в самом престижном международном научном журнале Nature 23 декабря. Статья-первоисточник: Joswig J.S. et al. Climatic and soil factors explain the two-dimensional spectrum of global plant trait variation. Nature. 2021. V.600. № 7890

• #Ботаника