Stromy s hlubokými kořeny

Vědci studující globální změnu klimatu sice uznávají důležitost vegetace při odstraňování oxidu uhličitého z atmosféry a při lokálním ochlazování prostřednictvím transpirace, ale předpokládali jednoduchý model, kdy rostliny sají vodu z půdy a chrlí vodní páru do atmosféry.

Nová studie v amazonském lese ukazuje, že stromy využívají vodu mnohem komplexnějším způsobem: Kořeny přenášejí dešťovou vodu z povrchu do rezervoárů hluboko v podzemí a po deštích ji redistribuují směrem nahoru, aby udržely vrchní vrstvy vlhké, čímž zdůrazňují jak příjem uhlíku, tak lokální ochlazování atmosféry během období sucha.

Vědci odhadují, že tento efekt zvyšuje fotosyntézu a odpařování vody z rostlin, nazývané transpirace, o 40 procent v období sucha, kdy by fotosyntéza jinak byla omezená.

„Toto přesouvání vody kořeny má fyziologický účinek na rostliny, který jim umožňuje přijímat z atmosféry více oxidu uhličitého, protože provádějí více fotosyntézy,“ řekl spoluautor Todd Dawson, profesor integrativní biologie na Kalifornské univerzitě v Berkeley. „Protože se o tom dosud nemluvilo, lidé pravděpodobně podcenili množství uhlíku absorbovaného Amazonií a podcenili dopad odlesňování v této oblasti na klima.“

Amazonie jako největší zalesněná oblast na planetě hraje významnou roli v odstraňování oxidu uhličitého z atmosféry, a tím ovlivňuje klima na celém světě, uvádí hlavní autor Jung-Eun Lee, bývalý postgraduální student UC Berkeley a nyní postdoktorand.

Dawson, Lee a jejich kolegové, včetně Inez Fung z Kalifornské univerzity v Berkeley, zveřejnili svá zjištění minulý měsíc v prosincovém čísle časopisu Proceedings of the National Academy of Sciences. Fung je ředitelkou Centra pro atmosférické vědy v Berkeley, spoluředitelkou nového Institutu životního prostředí v Berkeley a profesorkou věd o Zemi a planetách a environmentálních věd, politiky a managementu.

Vědci tyto nové detaily začlenili do nejrozšířenějšího modelu globálního klimatu a zjistili, že vysvětluje dříve pozorovaný, ale nevysvětlený pokles teploty v Amazonii během období sucha.

„Evapotranspirace zůstává během prodlouženého období sucha vyšší, než se dříve očekávalo, a to kvůli této soukromé rezervě vody, kterou během období dešťů uchovávají kořeny stromů,“ řekl Dawson. „Stejně jako nás pocení ochlazuje, zvýšená transpirace stromů v červnu a červenci vysvětluje pokles teploty v Amazonii.“

Tento efekt mění způsob, jakým se atmosféra ohřívá a ochlazuje, a změní i způsob, jakým se dešťové srážky rozdělují, poznamenal. V závislosti na tom, do jaké míry stromy jinde na světě, zejména v Africe a dalších tropických a extratropických oblastech, přerozdělují vodu v půdě, by mohl být dopad na globální klima významný.

„Dopad na transpiraci je největší v lesích Amazonie a Konga, ale náš model ukazuje dopad i ve Spojených státech a na dalších místech, kde se vyskytují suchá i vlhká období,“ řekl Lee.

Je již dlouho známo, že stromy zvedají vodu z půdy do velkých výšek pomocí principu zvaného hydraulický zdvih, přičemž energie je dodávána odpařováním vody z listových otvorů zvaných průduchy. Před dvaceti lety však bylo zjištěno, že některé malé rostliny dokáží více než jen zvedat vodu z půdy do listů – také zvedaly hlubokou vodu pomocí svého kořene a ukládaly ji do mělké půdy pro pozdější použití a během období dešťů tento proces obracely, aby vodu ukládaly hluboko pod zem. Dawson v roce 1990 zjistil, že totéž dělají i stromy, a dodnes byla u přibližně 60 samostatných druhů hluboce zakořeněných rostlin nalezena tzv. hydraulická redistribuce.

Začátkem tohoto roku Dawsonův kolega a bývalý doktorand UC Berkeley Rafael Oliveira z Laboratorio de Ecologia Isotópica na Univerzitě v Sao Paulu v Brazílii zjistil, že amazonské stromy také využívají hydraulickou redistribuci k udržení vlhkosti kolem svých mělkých kořenů během dlouhého období sucha. Během období dešťů mohou tyto rostliny ukládat až 10 procent ročních srážek až do hloubky 13 metrů pod zemí, které pak mohou být v suchých měsících využívány.

„Tyto stromy využívají svůj kořenový systém k přerozdělování vody do různých půdních složek,“ řekl Dawson. „To umožňuje stromům a lesu udržet si spotřebu vody po celou dobu sucha.“

Poznamenal, že tento proces je pasivní a je poháněn gradienty chemického potenciálu, přičemž kořeny stromů fungují jako potrubí, které umožňuje vodě pohybovat se mnohem rychleji, než by jinak mohla prosakovat půdou. U mnoha rostlin, které vykazují hydraulickou redistribuci, jsou hlavní kořeny jako část ledovce pod vodou. V některých případech mohou tyto kořeny dosáhnout více než 100násobku výšky rostliny nad zemí. Takové hluboké kořeny dávají smysl, pokud jejich účelem je redistribuovat vodu během období sucha pro využití mělkými kořeny rostliny, ačkoli Dawson má podezření, že skutečným důvodem pro udržování vlhkosti povrchu půdy je usnadnění příjmu živin pro rostlinu.

„Hydraulická redistribuce rozhodně souvisí s vodou, ale nelze o ní skutečně diskutovat mimo kontext výživy rostlin,“ řekl.

Dawson, Lee a Fung se rozhodli začlenit hydraulické rozložení do modelu atmosféry verze 2 Národního centra pro výzkum atmosféry (model CAM2 NCAR), jednoho z nejuznávanějších modelů.

„Globální klimatické modely příliš dobře nezachycují vliv rostlin na to, jak by se klima mohlo chovat,“ řekl Lee.

Lee vysvětlil denní i sezónní sucho v Amazonii a ukázal, že oba faktory dohromady mají velký vliv na klima v regionu. Zvýšená vlhkost v půdě, vytvořená hydraulickou redistribucí během období sucha, umožňuje rostlině provádět fotosyntézu ve vyšším tempu, což vede k většímu příjmu uhlíku. To také vede k většímu odpařování vody z listů, což s sebou bere teplo. Letní teploty v období sucha jsou tedy nižší, než by se očekávalo.

„Když Jung-Eun toto začlenil do globálního klimatického modelu, byli jsme schopni lépe vysvětlit naše pozorování a možná jsme dokonce schopni předpovědět budoucí chování klimatu,“ řekl Dawson.

Protože tyto rostliny v období dešťů ukládají vodu pro použití v období sucha, očekává se, že snížené srážky během období dešťů, jak tomu bylo v posledních letech El Niño, povede podle výzkumníků ke snížení fotosyntézy během následujícího období sucha.

„Na Zemi existuje slupka – rostliny – která má vliv v globálním měřítku, dynamickým způsobem, který má klimatické důsledky, odstraňuje oxid uhličitý z atmosféry a uvolňuje vodu,“ řekl Dawson.

Dawson a Fung plánují pokračovat ve spolupráci s cílem zlepšit způsob, jakým jsou rostliny zastoupeny v globálních klimatických modelech.

Práci podpořila Národní vědecká nadace a Národní úřad pro letectví a vesmír. Terénní výzkum v Brazílii byl podpořen programem Seca Floresta-FLONA-Tapajos.