Зріст біомаси хвойного лісу відстежили за світінням хлорофілу

Вчені використовували слабку флуоресценцію фотосинтезуючого пігменту рослин хлорофілу для визначення приросту маси хвойного лісу, який важко визначити іншими методами. Отримані результати вперше дозволили пов'язати збільшення кількості органічної речовини вічнозеленої екосистеми з експериментально визначеним світінням на масштабі сезону. Ці дані дозволять визначити реакцію лісів на зміну клімату, пишуть автори в журналі.

Вічнозелені ліси північної півкулі Землі містять істотну частку всього органічного вуглецю на планеті, а також відіграють значну роль у круговороті вуглецю у вигляді вуглекислого газу (CO₂) між біосферою і атмосферою. На відміну від листяних лісів, активність яких досить просто відстежити за вегетаційними індексами (за допомогою супутників визначають площу, що займається зеленим листям), вічнозелені ліси не змінюють зовнішнього вигляду, хоча і перестають інтенсивно фотосинтезувати в холодну пору року.

Існують свідчення, що спостерігаються в останні роки підвищені середньорічні температури прискорили приріст валової первинної продукції (Gross Primary Production, GPP) - сумарної кількості органічної речовини - багатьох вічнозелених екосистем високих широт. Разом з тим потепління може негативно позначатися на кількості доступної рослинам води, тим самим обмежуючи можливість засвоєння вуглецю, стимулюючи клітинне дихання і призводячи до підсумкового виходу вуглецю в атмосферу.

Вчені розробляють методи стеження за динамікою біомаси лісових екосистем, які базуються на наземних і космічних вимірах локальних концентрацій вуглекислого газу. Однак поділ сумарних потоків на компоненти, такі як зростання GPP (захоплення CO₂ з атмосфери) і клітинне дихання (виділення CO₂), виявляється складним завданням, особливо для вічнозелених лісів, для яких характерні значні коливання ефективності засвоювання світла при збереженні структури пологу і займаної листям або голками площі.

Додатковими труднощами є тіні, що часто спостерігається на високих широтах щільна хмарність і відкидаються хмарами, наявність снігу та відкритих водних поверхонь, які значно ускладнюють обробку супутникових даних. Також вічнозелені ліси часто ростуть на складних ландшафтах з височинами, що робить малопридатним метод мікровихрівих пульсацій (eddy covariance) - один з основних способів визначення потоків в атмосфері. У результаті сезонні коливання приросту GPP у разі вічнозелених лісів визначаються з поганою точністю, що залишається однією з найважливіших невідомих у моделях наземної біосфери.

Трой Магні (Troy Magney) з Каліфорнійського технологічного інституту і його колеги вперше змогли зафіксувати сезонні зміни GPP вічнозеленого лісу. Для цього автори спостерігали викликану Сонцем флуоресценцію хлорофілла (Solar-Induced Fluorescence, SIF) - пов'язаний з фотосинтезом процес випромінювання низькоенергетичного фотона при переході хлорофілу в основний стан після збудження сонячним випромінюванням.

Вчені досліджували SIF за допомогою спектрометра, встановленого на 26-метровій вежі посеред хвойного лісу в Колорадо, США. В результаті авторам вперше вдалося пов'язати це світіння з фізіологією голок, активністю фотосинтезу і отримуваними із супутника даними. Виявилося, що коливання інтенсивністю SIF на масштабі днів і місяців добре корелюють з приростом GPP. Навесні в голках дерев активується хлорофіл, що провокує як фотосинтез, так і флуоресценцію, оскільки рослини використовують захисні пігменти, які виробляються в ксантофілловому циклі і оберігають клітини від негативної дії сонячного світла під час зими.

"Ми намагаємося розробити методи стеження за фотосинтезом на великих масштабах, що дозволить визначати кількість засвоюваного біосферою CO₂, - говорить Магні. - Зрештою, вимірювання слабкого флуоресцентного світіння рослин забезпечить точне визначення величини і часу поглинання вуглецю наземною біосферою. Це допоможе нам зрозуміти, як ліси реагують на зміну клімату, і припустити, як вони самі зміниться в майбутньому ".

Нещодавно вчені знайшли найбільш високогірні судинні рослини (всередині них рухаються вода і поживні речовини) і дізналися, як синхронізовані цикли дерев пригнічують біологічне розмаїття. Також ми детально писали, що лісам північної півкулі приділяється непропорційно мало уваги з боку міжнародних організацій і чим це загрожує.