Засухи ускоряют осенний листопад в Северном полушарии, выяснили учёные

Влияние предсезонных волн тепла на PDT-DFS по спутниковым данным. Автор: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-62847-y

Смена зелёной окраски листьев на осенние красные, оранжевые и жёлтые тона представляет собой захватывающее зрелище, но этот процесс также является важной частью жизненного цикла растений.

Внутренние и внешние факторы, такие как фитогормоны и экологический стресс, запускают этот ежегодный процесс ближе к концу лета — в научных терминах он известен как осенняя дата фенологического старения листьев (DFS). В это время растение начинает перемещать жизненно важные питательные вещества из листьев в репродуктивные части (например, семена) или в запасающие органы.

Предыдущие исследования показали, что более тёплые осенние периоды, связанные с изменением климата, приводят к задержке DFS, вызывая более позднее наступление осени. Однако взаимосвязь между DFS и факторами окружающей среды сложна. В то время как тёплая погода может вызвать задержку старения листьев, недостаток воды из-за засухи, по-видимому, приводит к более раннему DFS. Тем не менее, конкретные пороги засухи, запускающие раннее осеннее старение, оставались неясными в предыдущих исследованиях.

Чтобы глубже понять пороги предсезонной засухи (PDT), вызывающие более ранний DFS (PDT-DFS), исследователи из Юньнаньского университета недавно провели исследование, посвящённое осеннему старению листьев по всему Северному полушарию выше 30° широты. Они использовали комбинацию данных на уровне участков с 1951 года и позже, спутниковых данных за 1982–2021 годы и индексов засухи. Учёные стремились определить, где происходит PDT-DFS, как на него влияют волны тепла и каковы движущие силы этого явления.

Их анализ показал, что более ранний DFS связан с более высокими порогами засухи. Эти пороги засухи представляют собой определённый уровень сухости, который переводит регион в засушливые условия, вызывая ускоренное старение листьев.

Исследователи идентифицировали значения PDT-DFS как пороги засухи для различных квантилей раннего старения: −2,59, −2,30, −1,80 и −1,63, причём более низкие пороги означают, что для старения требуется более сильная засуха. Они обнаружили, что пустыни и кустарниковые сообщества наиболее чувствительны к предсезонным засухам. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Авторы исследования поясняют:

«Когда PDT-DFS приближается к −0,5, для запуска более раннего DFS требуется меньшая интенсивность засухи. И наоборот, когда PDT-DFS приближается к −5,0, для запуска более раннего DFS требуется более высокая интенсивность засухи».

Копула-байесовская структура для идентификации PDT-DFS. Автор: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-62847-y

Также наблюдается stark разница между воздействием волн тепла, происходящих днём и ночью. Анализ показал, что дневные волны тепла усиливают влияние засух на более раннее старение больше, чем ночные. Это частично связано с увеличением транспирации через устьица растений, что дополнительно увеличивает потерю воды и истощает её запасы в почве.

«Этот повышенный спрос на воду при высоких температурах создаёт значительный засушливый стресс для растительности, тем самым снижая интенсивность засухи, необходимую для запуска более раннего DFS. В отличие от этого, ночные волны тепла оказывают менее немедленное воздействие на уровень влажности почвы, даже though они всё равно вносят вклад в общий температурный стресс. Это в первую очередь связано с тем, что устьица почти закрыты в более прохладные ночные периоды, что уменьшает количество транспирации и сохраняет влажность почвы», — объясняют они.

Некоторые факторы способствуют снижению чувствительности к засухе, вызывающей раннее старение, например, повышенная устойчивость экосистемы в виде механизмов вроде глубоких корней, достигающих большего количества грунтовых вод, или индекса листовой поверхности — значения, описывающего растительный покров, который может обеспечивать защиту от избыточного тепла. Эти атрибуты могут защищать экосистемы, но они также могут быть ослаблены засухой. Таким образом, они могут временно задерживать DFS, но как только они нарушены, раннее старение листьев всё равно может произойти.

Исследование также рассмотрело будущие тенденции с использованием климатических моделей, которые выявили вероятное увеличение чувствительности к предсезонным засухам в большинстве районов Северного полушария.

Авторы исследования отмечают усугубляющийся эффект со временем:

«По сравнению с оценками за 1982–2021 годы, более 51,09% площадей показали более высокие пороги засухи в 2061–2100 годах. Это указывает на то, что будущий DFS будет более чувствителен к предсезонным засухам в большинстве районов Северного полушария. Эти результаты предлагают перспективу для лиц, принимающих решения, чтобы решить нелинейную взаимосвязь между дефицитом воды и ростом растительности при потеплении».

Существует явная необходимость понимать последствия засухи и то, как эти пороги могут быть использованы для прогнозирования реакции экосистем на изменение климата и засуху. Более раннее старение листьев означает меньшее поглощение углерода и более короткие вегетационные сезоны, и по мере увеличения засух эти эффекты потенциально могут вызвать ещё большие трудности.

Дальнейшие исследования могут преодолеть некоторые ограничения этого исследования, такие как ограниченность Северным полушарием и возможное завышение чувствительности спутниковых данных по сравнению с наземными наблюдениями. Улучшенные модели могут повысить точность прогнозов реакции экосистем, а также способствовать лучшему пониманию механизмов устойчивости для борьбы с последствиями сильной засухи.