По подсчётам экологов, в слое вечной мерзлоты содержится около 50% всех почвенного углерода, высвобождение которого может усилить парниковый эффект и, как следствие, ускорить темпы глобального потепления. Растительный покров в свою очередь играет одну из ключевых ролей в круговороте углерода и энергетическом балансе экосистем, нарушения которых могут влиять на региональный и глобальный климат. Функциональные признаки растений косвенно влияют на круговорот элементов в экосистеме и могут отражать как почвенные, так и надземные запасы углерода в ней.
Международный коллектив ботаников и экологов на протяжении трёх десятилетий собирал данные о температуре, влажности почвы и 7 функциональных признаках растений со 117 экспериментальных площадок, расположенных в тундровых сообществах, включая высокогорные. «На протяжении почти 30 лет наша научная группа наблюдала динамику растительных сообществ, изучала функциональные признаки растений и фиксировала основные климатические показатели в высокогорных экосистемах Северо-Западного Кавказа, — рассказал один из авторов исследования, заведующий кафедрой геоботаники биологического факультета МГУ Владимир Онипченко. — На наших экспериментальных площадках мы наблюдали как повышение температуры, так и изменения в составе фитоценозов и функциональных признаков растений, произрастающих в них».
Исследователи изучали изменения 7 функциональных признаков растений. Три из них — отношение площади листа к его сухой массе, содержание азота в тканях, отношение сухой массы листа к влажной — косвенно воздействуют на скорость круговорота веществ в экосистеме, а другие, в числе которых площадь листа и высота растения, влияют на перераспределение тепла и влаги, а также отражают надземные запасы углерода растительного сообщества. Помимо функциональных признаков растений учёные фиксировали два климатических показателя — температура воздуха и влажность почвы — и отслеживали их изменения во времени.
В течение 30 лет наблюдений на большей части площадок отмечено значимое повышение температуры: в среднем на 0.090С в год. Наибольшие изменения среди функциональных признаков учёные обнаружили в высоте растений: её увеличение отмечено на всех 117 точках, в среднем тундры стали выше на 8 сантиметров. Кроме того, исследователи выявили прямую корреляцию между удельной листовой поверхностью (соотношением площади листа к его сухой массе) и летней температуры, только этот тренд более выражен во влажных районах. Обратную корреляцию с температурой демонстрирует соотношение сухой массы листа к влажной. То есть при увеличении температуры возрастает содержание влаги в листьях тундровых растений.
«Наше исследование уникально своей масштабностью: никто прежде на столь обширной географии и столь длительном периоде времени не анализировал связь между признаками растений и климатическими параметрами, — пояснил Владимир Онипченко. — Для нас было весьма удивительным выяснить, что больше всего повышение температуры сказывается на высоте растений. Причём эта особенность характерна для всех точек наблюдения. Полученные результаты дают широкое представление о процессах, происходящих в тундровых экосистемах в контексте глобального потепления, и позволяют уточнить ныне существующие экологические модели».
Тундровые экосистемы наиболее чувствительны к изменениям климата, и эта их особенность приковывает внимание специалистов из разных областей науки. Так, географы отмечают в Арктике изменения в сезонности наводнений, геокриологи открывают новые, ранее неизвестные для Земли геологические явления.
В исследовании принимали участие учёные из более чем ста организаций со всего мира, среди которых две российских: МГУ имени М.В.Ломоносова и Ботанический институт имени В.Л. Комарова РАН.
