Супутникові дані показують плюси і мінуси озеленення посушливих земель

Посушливі екосистеми охоплюють 40% поверхні Землі та забезпечують життя понад 2 мільярдам людей. Відповідно до нового дослідження, опублікованого в Nature Climate Change, клімат стає все більш нестабільним.

Супутникові записи за понад 40 років показують, що підвищення рівня вуглекислого газу в атмосфері стимулює ріст рослин у посушливих районах у вологі роки, викликаючи тривалу тенденцію до «озеленення». Але дослідники з Університету Арізони виявили, що ця тенденція маскує глибокі коливання від року до року, роблячи екосистеми особливо вразливими в посушливі роки. Ця мінливість створює непередбачуваність у богарному землеробстві та показує, що основні глобальні моделі рослинності переоцінюють стабільність посушливих земель.

Дослідницька група під керівництвом Вень Чжана, докторанта Школи природних ресурсів і навколишнього середовища, проаналізувала 40-річні супутникові дані, щоб відстежити зміни в індексі площі листя рослинності, показнику, який тісно пов’язаний з активністю та продуктивністю рослинності. Вони використали свої результати для оцінки ефективності колекції найкращих доступних глобальних моделей рослинності. Ключовим висновком цього дослідження було те, що приблизно 80% посушливих земель світу стикаються з підвищеною нестабільністю.

«Час йде, відстань між верхньою та нижньою межами стає все більшою і більшою», — сказав Чжан. «Вологі роки збільшують активність рослин, але посушливі роки завдають рослинам більшої шкоди. Це як у дитячій пісні про дівчинку з кучерями. Коли добре – це дуже добре, коли погано – жахливо».

Він сказав, що така поведінка підйому та спаду може бути результатом поєднання підвищеного вмісту вуглекислого газу в атмосфері та коливань кількості опадів, але для з’ясування точних механізмів, що викликають нестабільність, потрібні додаткові дані.

«Є певні дані, які свідчать про те, що в середовищах з високим рівнем вуглекислого газу в атмосфері рослини можуть використовувати воду ефективніше і виробляти більше листя», — сказала вона. «Але більша рослинність вимагає більше ресурсів для підтримки, тому, якщо ми зазнаємо помірної посухи наступного року, ці більші рослинні структури потребуватимуть більше ресурсів, ніж доступно, що зробить рослини набагато чутливішими та вразливішими».

Посушливе сільське господарство та вплив на екосистеми

Дощові сільськогосподарські регіони, такі як південний захід Америки, можуть стати більш залежними від штучного зрошення для підтримки продуктивності через збільшення міжрічної мінливості. Це також означає, що виробництво кормів стає більш непередбачуваним, що впливає на виробництво худоби та управління пасовищами.

«Висока мінливість у виробництві кормів створює серйозну проблему для менеджерів пасовищ», — сказав Білл Сміт, старший автор дослідження та доцент кафедри геопросторового аналізу землі, води та зміни клімату в Школі природних ресурсів і навколишнього середовища. “Власники ранчо покладаються на стабільне виробництво кормів, щоб вони могли точно планувати свої потреби у землі кожного вегетаційного сезону. Тому менш передбачуване виробництво кормів може порушити плани та негативно вплинути на засоби до існування”.

Співавтор дослідження Девід Мур, професор Школи природних ресурсів і навколишнього середовища та голова Програми управління водними басейнами та екогідрології, сказав, що зміни в продуктивності рослин можуть бути раннім попередженням про більш значні екологічні зміни.

«Коли ви дивитеся на різні екосистеми, їхня продуктивність має тенденцію спалахувати безпосередньо перед тим, як відбуваються серйозні зміни. Це вказує на те, що екосистема переживає стрес і втрачає стійкість, і це може відбуватися в посушливих районах», — говорить він.

Сліпі зони в моделі

Дослідникам важко передбачити кінцевий результат цього ефекту «мерехтіння». Однією з причин цього є те, що існуючі моделі земної системи не враховують цей ефект. Дослідження оцінило 13 основних світових моделей рослинності та виявило, що жодна не врахувала спостережувану підвищену міжрічну мінливість.

«Ця модель припускає, що посушливі території залишаються стабільними, а рослини реагують на зміни в атмосферному вуглекислому газі та опадах передбачуваним способом», — сказав Чжан. «Вони не можуть пояснити, як реакція рослин принципово змінюється з часом».

Це обмеження моделі має великий вплив на її здатність передбачати вплив зміни клімату на екосистеми в усьому світі.

«Якщо моделі системи Землі не відображають точно чутливість рослин посушливих земель до зміни клімату, тоді всі ставки втрачаються, коли робити прогнози через 50 років», — сказав Сміт. «Ми сподіваємося, що ця стаття надихне нові дослідження, спрямовані на краще розуміння та представлення посушливих земель у системі Землі».