КОГДА ДЕРЕВЬЯ — БОЛЬШИЕ
Эвкалипт царственный считается самым высоким цветковым растением на планете. Неудивительно, что именно его решили изучать ученые, пытаясь выяснить, почему одни деревья вырастают большими, а другие — маленькими? Исследователи работали в штате Виктория на юге Австралии, где встречается самый большой разброс эвкалиптов по высоте: от одного до ста метров.
Что же ограничивает рост деревьев? Здесь работают два основных фактора: возможности передачи влаги от корней к листьям и особенности распределения ресурсов, которые растения получают благодаря фотосинтезу. Но что и при каких условиях играет более важную роль — этопопытались выяснить американец Томас Гивниш из Висконсинского университета в Мэдисоне и его австралийские коллеги.
Разумеется, деревьям нужна влага. Речь не только о количестве дождей: большую роль играет скорость испарения. Чем климат жарче — то есть чем быстрее испаряется влага с листьев — тем ниже растут деревья.
От количества влаги зависит и длина корней. Если воды не хватает, дерево вынуждено пускать корни глубже в землю. На это у него уходит много ресурсов, которые уже не могут пойти на то, чтобы нарастить больше кроны.
Во влажных условиях быстрее происходит и процесс фотосинтеза. Листья деревьев раскрывают свои устьица — поры, через которые испаряется вода и происходит газообмен с окружающей средой, — и могут потреблять больше углекислого газа. Это помогает им быстрее расти.
На высоту деревьев влияет и длина вегетационного периода — то есть периода года, в течение которого растение может расти и развиваться. Чем он длиннее, тем выше может вырасти дерево: при быстром росте оно получает больше света и, соответственно, больше энергии в процессе фотосинтеза.
Специальный изотопный анализ углерода в древесине показал, что оба фактора — передача влаги от корней к листьям и распределение ресурсов — примерно одинаково влияют на высоту деревьев. Но особенности передачи влаги играют более заметную роль в сухом климате, а распределение ресурсов — во влажном.
Сегодня самым высоким деревом на Земле считается секвойя, которая растет в национальном парке «Редвуд» в северной Калифорнии. Ее длина — 115 метров 61 сантиметр.
Источник
От чего зависит высота дерева
На высоту деревьев влияют разные климатические факторы, но прежде всего она зависит от гидравлической системы дерева и распределения ресурсов между корнями и листьями, пишет www.gazeta.r, ссылаясь на статью в журнале Ecology.
Ученые анализируют, как роль этих факторов варьирует в разных частях мира и до какой максимальной высоты могут вырастать деревья.
В качестве примера они изучили высоту эвкалиптов в разных частях Австралии. В Южной Виктории высота эвкалиптов достигает максимального размаха среди цветковых растений — от 1,2 м до 100 м. Самый высокий эвкалипт в Тасмании, на юге Австралии достигает 100,5 м. А самое высокое дерево в мире — это калифорнийская секвойя высотой 116 м.
Эти районы — Южная Виктория, Тасмания и Калифорния, отличаются ливневыми дождями, высокой влажностью и низкой скоростью испарения. Очевидно, условия высокой влажности благоприятствуют деревьям-гигантам. Но, как выяснили ученые, этого недостаточно. Низкая скорость испарения из листьев способствует тому, что вода максимально усваивается растением.
Другие климатические факторы, влияющие на высоту деревьев, — это плодородие почвы, частота лесных пожаров, продолжительность сезона роста.
Деревья по-разному распределяют ресурсы между «вершками и корешками» и это тоже влияет на высоту. У некоторых кряжистых деревьев мощно развита корневая система, другие же сильнее идут в рост и достигают максимальной высоты.
Применив метод анализа изотопов углерода, ученые делают окончательный вывод: в сухих условиях высота дерева в большей степени зависит от гидравлики, а во влажных — от распределения ресурсов.
На заставке фото с сайта www.infoniac.ru
Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Дзен.новости | Группа Вконтакте.
Источник
В ходе новейших исследований была выявлена взаимосвязь высоты деревьев с климатическими условиями
Что именно ограничивает высоту деревьев? Возможно, часть их фотосинтетической энергии затрачивается на рост новых листьев? Или их сдерживает ограниченная способность поднимать влагу вверх по стволу, чтобы доставлять энергию к сотням веток, где постоянно растут листья?
Оба фактора – распределение ресурсов и гидравлическое ограничение – могут играть свою роль, научный спор возник в отношении того, какой из этих факторов (или какое сочетание факторов) собственно и определяет максимальную высоту деревьев, как их значение друг относительно друга меняется в различных странах мира.
Это Eucalyptus regnans, который растёт к западу от Мельбурна, в Австралии. Его высота составляет более трёхсот футов. Eucalyptus regnans немного ниже, чем гигантские секвойи, но он по-прежнему является одним из самых высоких цветущих растений в мире.
Данное исследование будет издано в журнале Ecology (Экология), а в данный момент размещается как предварительная публикация. В нём Томас Дживниш, преподаватель ботаники в университете Висконсин-Мадисон, предпринимает попытку решить научный спор. Он изучает, как высота дерева, распределение ресурсов и физиология меняются в зависимости от климата в штате Виктория, расположенном в юго-восточной Австралии. Именно там разновидности Eucalyptus демонстрируют практически весь глобальный диапазон высоты среди цветущих деревьев: есть деревья высотой 4 фута, а некоторые растения преодолели планку в 300 футов.
Дживниш отмечает: «Ещё со времён Галилео люди задавались вопросом: чем определяется максимальная высота дерева. «Где находятся самые высокие деревья, почему они настолько высоки?» Наше исследование посвящено видам ограничений, которые могли определить максимальную высоту дерева. Здесь изучается, как данные ограничения и максимальная высота меняются в зависимости от климата».
Один из видов, который рассматривается в данном исследовании, – Eucalyptus regnans. Это так называемая рябина, но отличающаяся от меньшей по размеру и несвязанной рябины, найденной в США. Данное дерево оказалось одним из самых высоких цветущих растений в мире. В Тасмании, являющейся особенно дождливой частью южной Австралии, растут наиболее крупные Eucalyptus regnans: их высота составляет 330 футов. (Самое высокое дерево во всём мире – прибрежное красное дерево в северной Калифорнии, оно вырастает на 380 футов над землёй).
Южная Виктория, Тасмания, северная Калифорния – для всех этих территорий характерны большое количество осадков, высокий уровень влажности и низкая скорость испарения. Данный факт ярко подчёркивает огромную роль влажности для поставки всех необходимых веществ ультравысоким деревьям. Однако новейшие исследования, проведённые Дживнишем, Грэмом Фаркухэром из Австралийского Национального университета, другими учёными, показывают: большие количества осадков не могут стать единственной причиной появления деревьев максимальной высоты.
Томас Дживниш
Второй фактор, активность испарения, позволяет точнее определить, насколько эффективно будет использоваться большое количество осадков для удовлетворения потребностей дерева во влаге. Тёплый, сухой, солнечный климат спровоцирует быстрое испарение жидкости из листьев. Дживниш и его коллеги нашли тесную взаимосвязь между максимальной высотой деревьев в старых местах Австралии и отношением ежегодных осадков к их испарениям. Как только увеличивается отношение, деревья достигают максимальной высоты.
Другие факторы – плодородие почвы, частота пожаров, длительность сельскохозяйственного сезона – тоже влияют на высоту деревьев. Высокие, быстрорастущие деревья получают больше солнечного света, имеют возможность захватить больше энергии посредством фотосинтеза. Они лучше заметны опылителям, имеют отличный потенциал, чтобы вытеснить другие разновидности растений.
Так называемая «инфраструктура» – древесина, корни, которые важны для роста, но не способствуют производству энергии с помощью фотосинтеза, – влияют на распределение ресурсов, могут определить большую роль отношения поставляемой влаги к уровню испарения.
«Во влажных областях деревья могут тратить меньше ресурсов на развитие корневой системы», – отмечает Дживниш. «При прочих равных условиях, когда внизу деревья могут быть менее развитыми, наверху это должно позволить им достичь большей высоты».
«И растения во влажном климате могут достигнуть более высоких показателей фотосинтеза, потому что они имеют возможность открыть устьица на своих листьях, которые осуществляют обмен выделяющегося газа и атмосферы. Когда эти деревья потребляют больше углекислого газа, они могут достигнуть большей высоты, поскольку повышается их производительность ресурсов с помощью фотосинтеза».
«Это исследование был первым, где поднимается вопрос: «Каким образом достигают максимальной высоты деревья, как это связано с окружающей средой, почему взаимосвязь именно такая?»»
Томас Дживниш
Ограничения высоты деревьев, обусловленные распределением ресурсов и гидравликой, должны одновременно возрастать в более засушливых областях. Но Дживниш и его команда хотели точно знать роль каждого ограничения.
Учёные занялись исследованием данного вопроса, измерив изотопический состав углерода в деревьях в тех областях, где осадки были более интенсивными. Если максимальная высота зависит только от гидравлического ограничения, изотопный состав углерода не должен меняться, поскольку все деревья должны расти до заданной точки высоты, в которой гидравлика уже начинает задерживать фотосинтез. Изотопный состав также должен оставаться стабильным, если только распределение ресурсов определяет максимальную высоту деревьев, потому что распределение ресурсов не оказывает непосредственного влияния на устьица.
Но если высоту деревьев ограничивают оба фактора, более тяжёлые углеродные изотопы должны накопиться в областях, где повышена влажность. Там ускоренный фотосинтез, который увеличен широко открытыми устьицами, способен уравновесить затраты ресурсов на рост большего количества леса с деревьями значительной высоты. Дживниш, Фаркухэр и их коллеги точно определили: гидравлические факторы больше влияют на высоту растений в сухом климате, в то время как распределение ресурсов заметнее ограничивает рост деревьев в условиях повышенной влажности.
Большинство исследований высоты деревьев сосредотачивалось на нахождении самых высоких деревьев и объяснении ряда факторов: почему растения живут в конкретных областях, каким образом они развиваются там. Дживниш отмечает: «Это исследование было первым, где задан конкретный вопрос: как максимальная высота дерева меняется в зависимости от окружающей среды, почему взаимосвязь именно такая?»
Источник