Ученые Сибирского федерального университета впервые изучили произрастающие на верхней границе леса в районе Западно-Саянского хребта хвойные леса, состоящие преимущественно из сосны кедровой и пихты сибирской. Выяснилось, что первая не только лучше выживает в условиях высокогорья, чем вторая, но и лучше адаптирована к глобальному потеплению.
В СФУ выяснили почему кедр научился выживать в горах / ©kupitkupel.ru
Ученым удалось доказать, что кедровая сосна (Pinus sibirica Du Tour), или, как ее чаще называют, сибирский кедр, лучше приспосабливается к условиям высокогорья – дерево научилось вырабатывать комплексную защиту от поджидающих на высоте опасностей (чрезмерной инсоляции, резких колебаний температуры). Пихта же (Abies sibirica L.), хотя тоже вид-«альпинист», очевидно проигрывает в этих показателях, и ее роль в движении горной лесной полосы к вершинам в условиях глобального потепления климата на данный момент гораздо меньше, чем у кедров-«первопроходцев». Основные результаты исследования опубликованы в авторитетном журнале Forests.
Ранее ученые СФУ провели ряд исследований, доказавших, что потепление климата, идущее на протяжении последних десятилетий и выражающееся в росте среднегодовых температур при сохранении прежнего уровня осадков, влияет как на видовой состав лесов, так и на продвижение деревьев в новые для них районы – например, горные системы юга Сибири. Очевиднее всего реагируют на изменения климата деревья, растущие на верхней границе с леса.
«Горные системы интересны тем, что в определенном смысле воспроизводят на более компактной территории те закономерности роста лесов, которые мы можем наблюдать в широтной поясности. То есть, «в высоту» состав лесов примерно такой же, как и «в ширину», только отследить это гораздо проще. Исследуя определенные участки горных лесных систем можно выяснить, как и за счет чего меняется состав лесов. Мы задались вопросом: какие стратегии демонстрируют два разных вида хвойных – кедр и пихта – живущие в общей среде обитания», – рассказала доцент кафедры экологии и природопользования СФУ Нина Пахарькова.
В ходе исследования пробы хвои были взяты на нескольких высотах (от 1413 до 1724 метров над уровнем моря). Во всех образцах измерили содержание хлорофилла a и b, каротиноидов, а также температуру игл и почвы.
«Мы предположили, что кедр и пихта будут по-разному сдвигать верхнюю границу леса в горах. И действительно, подрост кедра обнаружился на высоте от 1700 метров над уровнем моря и выше, а вот ни молодых, ни зрелых пихт мы там не нашли. Осталось понять, почему так происходит. В лабораторных условиях выяснилось, что у изученных видов наблюдаются серьезные изменения пигментного комплекса по мере увеличения высоты.
Уменьшение содержания хлорофиллов, увеличение каротиноидов в хвое с увеличением высоты над уровнем моря более выражены у кедра, чем у пихты. Проще говоря, сосна сибирская обладает большими запасами каротиноидов – пигментов, защищающих фотосинтетический аппарат от избытка света», – сообщила Нина Пахарькова.
Исследователь уточнила, что неблагоприятными условиями с точки зрения хвойных является резкое наступление плюсовой температуры и интенсивный солнечный свет ранней весной. В высокогорных областях эти факторы включаются раньше, чем деревья возобновляют тонко настроенный механизм фотосинтеза. Это напоминает резкое пробуждение человека во внеурочное для его организма время. Температура хвои как в облачную, так и в солнечную погоду выше у пихты (10,5 и 43,3° C), чем у сосны кедровой (3,8 и 24,2° C).
«Представьте, с чем приходится сталкиваться деревьям-«альпинистам»: воды в почве нет, поскольку снег еще не растаял, а солнце уже светит во всю силу. Дерево еще не пробудилось как следует, а его заставляют возобновить питание с помощью фотосинтеза, при котором хвоя неизбежно испаряет часть полученной влаги – а ведь как раз «напиться» пока совершенно неоткуда!
В таких стрессовых условиях кедр показал себя более засухоустойчивым и подходящим на роль первопроходца чем пихта – у нее механизмы защиты выражены слабее. Хвойные деревья, как и, например, люди, имеющие разный фототип (от светлокожих и рыжих до темноволосых и смуглых) адаптируются к экстремальным условиям, в частности, повышенным дозам солнечного света, совершенно по-разному», – подчеркнула ученый.
Соавторы статьи полагают, что верхняя граница лесов в Сибири будет интенсивно меняться в ближайшее время, и первопроходцем среди хвойных станет именно сосна кедровая, а вот пихта, возможно, потянется следом – сейчас она предпочитает селиться в затененных и влажных низинах.
«Есть в экологии понятия физиологический и экологический оптимум. Они не всегда совпадают. Физиологический – это идеальные условия проживания для определенного вида. А экологический – возможные (терпимые) условия с широкими границами. Растения занимают те ниши, где они в принципе могут (пусть и не очень хорошо) жить.
Вот проживание в горах для кедра и пихты – это как для нас с вами проживание в небольшой, но в целом годной квартире. Можно было бы и лучше, но и так – возможно. Конечно, высокогорные кедры будут ниже ростом, чем их равнинные собратья, их стволы и ветви – более искривленными. Но тем не менее – они все равно будут идти вверх, завоевывая новое жизненное пространство», – резюмировала Нина Пахарькова.
