W przypadku roślin drzewiastych, takich jak ten rododendron, czas wiosennego wypuszczania liści jest równowagą między maksymalizacją ich sezonu wegetacyjnego a unikaniem późnych przymrozków. Ryszard Primack, CC BY-ND

Przez ostatnie kilka miesięcy wzorce pogodowe w Stanach Zjednoczonych przypominały przejażdżkę kolejką górską. Grudzień i styczeń były znacznie cieplej niż przeciętnie w wielu lokalizacjach, a następnie w lutym intensywna fala zimna oraz dramatyczna rozgrzewka.

Jeśli kiedykolwiek widziałeś krzewy bzu zmiażdżone przez zaspy, a następnie pączkujące w ciepły dzień zaledwie kilka tygodni później, możesz się zastanawiać, jak rośliny tolerują takie ekstremalne warunki. uczę się jak zmiana klimatu wpływa na czas wydarzeń sezonowych w cyklach życiowych roślin, ptaków i owadów w Massachusetts, więc wiem, że gatunki wyewoluowały tutaj, aby poradzić sobie ze słynną zmienną pogodą w Nowej Anglii. Ale ocieplający się klimat zaburza wzorce pogodowe i testuje zdolności adaptacyjne wielu gatunków.

Tolerowanie zimna

W brutalne zimowe dni, gdy temperatury są znacznie poniżej zera, zwierzęta hibernują pod ziemią lub gromadzą się w chronionych miejscach. Ale drzewa i krzewy muszą tam usiąść i je zabrać. Tkanki w ich pniach, gałęziach i korzeniach są żywe. Jak przetrwać mróz?

Jesienią pojawiają się rośliny drzewiaste w wielu częściach Ameryki Północnej przygotowania do zimy. Kiedy ich liście zmieniają kolor i opadają, gałązki, gałęzie i pnie zaczynają tracić wodę. Dzięki temu ich komórki zawierają wyższe stężenia cukrów, soli i związków organicznych.

Obniża to temperaturę zamarzania komórek i tkanek oraz pozwala im przetrwać temperatury znacznie poniżej normalnego punktu zamarzania wody. Sztuczka ma jednak swoje granice, więc ekstremalne zimno może nadal zabijać niektóre rośliny.

Korzenie drzew i krzewów pozostają w dużej mierze niezmienione i nieaktywne w okresie zimowym, opierając się na izolacji od śniegu i gleby w celu ochrony. W większości przypadków temperatura gleby wokół korzeni utrzymuje się na poziomie lub powyżej zera. Gleba, opadłe liście i uporczywe warstwy śniegu izolują grunt nad korzeniami i zapobiegają utracie ciepła.

Zaskakujące niebezpieczeństwo wiosennych przymrozków

Po tym, jak rośliny ze stoickim spokojem wytrzymują mroźne zimy, wczesna wiosna przynosi nowe niebezpieczeństwa. Rośliny muszą jak najwcześniej wypuścić liście wiosną, aby w pełni wykorzystać sezon wegetacyjny. Wiąże się to jednak z pompowaniem wody do ich rozwijających się liści, co zmniejsza stężenie cukrów, soli i związków organicznych w ich tkankach oraz usuwa ich zimową ochronę przed zimnem.

Każdy gatunek ma charakterystyczny czas wypuszczania. Gatunki wczesnolistne, takie jak jagody i wierzby, są hazardzistami królestwa roślin. Późniejsze gatunki, takie jak dąb i sosna, są typami ostrożnymi i konserwatywnymi. Dla każdego gatunku zbyt wczesne wypuszczanie liści stanowi ryzyko, ponieważ późne przymrozki mogą uszkodzić lub zabić młode liście.

Kwiaty są również podatne na nieprzewidywalne wiosenne przymrozki, ponieważ zawierają dużo wody. Jeśli kwiaty drzew owocowych, takich jak jabłka, zostaną zabite przez mróz, drzewa nie wydadzą owoców później w lecie. Późne przymrozki mogą również powodować rozczarowująco krótkie okresy kwitnienia wcześnie kwitnących roślin ozdobnych, takich jak forsycje i magnolie.

Rośliny budzenia

Aby chronić się przed mrozem i nadal korzystać z pełnego sezonu wegetacyjnego, drzewa i krzewy opracowały trzy sposoby informowania, kiedy nadszedł czas rozpoczęcia wzrostu na wiosnę.

Po pierwsze, rośliny mają wymagania dotyczące schładzania w zimie: utrzymują się w spoczynku zimowym, dopóki nie zostaną wystawione na pewną liczbę mroźnych zimowych dni. Ta cecha pomaga im uniknąć liści lub kwitnienia w wyjątkowo ciepłych okresach w środku zimy.

Po drugie, rośliny mają również wymagania dotyczące wiosennego ocieplenia, które sprzyjają wzrostowi po tym, jak każdej wiosny doświadczą określonej liczby ciepłych dni. Ta funkcja pomaga im zacząć rosnąć, gdy tylko jest wystarczająco ciepło.

Po trzecie, niektóre rośliny mają również fotoperiod odpowiedzi, co oznacza, że ​​reagują na czas ekspozycji na światło w ciągu 24 godzin. To przygotowuje je do liści, gdy na wiosnę dni stają się dłuższe i cieplejsze. Drzewa bukowe mają zarówno zapotrzebowanie na ocieplenie, jak i reakcję fotoperiodyczną, ale zapotrzebowanie na temperaturę jest znacznie silniejsze, więc zaczynają działać już po kilku ciepłych dniach późną wiosną.

Co ciekawe, drzewa północnoamerykańskie, takie jak klon czerwony i brzoza czarna, są bardziej ostrożne i konserwatywne niż drzewa europejskie i wschodnioazjatyckie. Pogoda we wschodniej części Ameryki Północnej jest bardziej zmienna, a zagrożenie późnymi wiosennymi przymrozkami jest tutaj większe niż w tych regionach. W rezultacie drzewa północnoamerykańskie wyewoluowały, aby wypuścić liście kilka tygodni później niż porównywalne drzewa z Europy i Azji Wschodniej.

Zmiana klimatu zakłóca sygnały

Rośliny są bardzo wyczulone na sygnały temperaturowe, więc ocieplenie spowodowane zmianami klimatu utrudnia wielu gatunkom przetrwanie zimowych mrozów i wiosennych przymrozków. Ponieważ wiosenne temperatury stają się cieplejsze niż w przeszłości, drzewa takie jak jabłka i gruszki mogą reagować liściem i kwitnieniem kilka tygodni wcześniej niż zwykle. Może to zwiększyć ich podatność na późne przymrozki.

Późny mróz uszkodził liście tej wiśni. Ryszard Primack, CC BY-ND

Takie późne przymrozki są coraz bardziej powszechne bo zmiany klimatyczne destabilizują prąd strumieniowy, co doprowadziło go do zanurzenia się znacznie dalej na południe, przynosząc wybuchy niezwykle zimnej pogody.

W 2007 roku wyjątkowo ciepły okres w marcu wyzwolone drzewa do wypuszczenia we wschodnich i środkowych Stanach Zjednoczonych. Silny mróz w kwietniu zabił młode liście i kwiaty dębów, hikorów i innych gatunków drzew. Drzewa były w stanie wyprodukować drugi plon liści, ale nie były w stanie w pełni zastąpić utraconych liści, co prawdopodobnie zahamowało ich wzrost w tym roku.

Szkodniki owadzie stanowią również coraz większe zagrożenie dla roślin. Surowa zimowa pogoda powstrzymuje wiele owadów występujących w północnym klimacie, takich jak, cykuty włochate adelgidy i świdry jesionu szmaragdowego. Gdy zimy stają się łagodniejsze, owady te mają większe szanse na przeżycie, przemieszczają się dalej na północ, powodują duże ogniska i niszczą drzewa.

Cieplejsze zimy prowadzą również do większej liczby dni, gdy ziemia jest goła. Zimne zatrzaski, które występują, gdy nie ma izolacyjnej warstwy śniegu, zamrozić glebę i zabić korzenie. Gałęzie drzew i krzewów obumierają, ponieważ uszkodzone korzenie nie dostarczają wystarczającej ilości wody i składników odżywczych. W skrajnych przypadkach rośliny mogą umrzeć.

Mapa stref odporności roślin Departamentu Rolnictwa USA pokazuje, że te strefy – obszary, w których różne gatunki roślin mają największe prawdopodobieństwo rozwoju – przesuwają się na północ, gdy zmiany klimatyczne ocieplają Stany Zjednoczone

{vembed Y=4pSYC8g5oVM}

W nadchodzących dziesięcioleciach wiele kochających zimno gatunków drzew, takich jak świerki i jodły, stanie się mniej liczebne, gdy nie będą w stanie sobie z nimi poradzić. nowe wyzwania związane z cieplejszym klimatem. W północno-wschodnich stanach USA rodzime gatunki, takie jak klon cukrowy i buk, będą stopniowo zastępowane przez rodzime gatunki z dalszego południa, takie jak dęby i hikory. I gatunki nierodzime, takie jak klony norweskie, wykorzystują te zakłócenia, aby rozprzestrzenić się w lasach z poboczy dróg i osiedli.

Podobne zmiany zachodzą w wielu miejscach, ponieważ zmiany klimatyczne zmieniają sygnały, na których rośliny polegają, aby oznaczać zmieniające się pory roku.

O autorze

Richard B. Primack, profesor biologii, Boston University

Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.

ING