Борьба за солнечный свет — главный фактор, формирующий леса. Обычно самые высокие деревья получают максимум света, оставляя низкорослым скудные крохи. В молодых лесах это приводит к жесткой конкуренции, где высокие деревья имеют подавляющее преимущество в захвате света, что заставляет лес быстро разделяться на ярусы.
Как высоким и низким деревьям в лесу удается успешно расти рядом
Как деревья разной высоты сосуществуют в старых лесах? В молодых лесах побеждают высокие деревья, перехватывая свет. Но в зрелых лесах мы видим иное: высокие и низкие деревья мирно соседствуют. Японские ученые решили разгадать этот парадокс, изучив эффективность перехвата и использования света деревьями в лесах разного возраста. Их исследование раскрывает секрет выживания в тени и меняет наше понимание лесных экосистем.
Пышный зеленый лес — одно из мест, где проводилось исследование. Хотя на первый взгляд лес кажется умиротворенным, на самом деле он представляет собой арену ожесточенной борьбы за выживание между деревьями. KyotoU / Yusuke Onoda
Теневыносливость — это не просто способность выживать при недостатке света. Это целый комплекс адаптаций. Листья таких растений часто шире, тоньше и содержат больше хлорофилла, чтобы улавливать даже рассеянные лучи. Их дыхание замедлено, чтобы не тратить лишнюю энергию. Некоторые теневыносливые растения даже меняют угол наклона листьев в течение дня, чтобы максимизировать фотосинтез в условиях переменной освещенности под пологом леса.
Более низкие деревья часто погибают в тени своих высоких соседей. Однако в старых лесах картина меняется. Ученые давно заметили, что в зрелых экосистемах деревья совершенно разных размеров успешно сосуществуют, доказывая, что максимальная высота кроны — не единственная выигрышная стратегия выживания. Это наблюдение бросает вызов традиционному пониманию конкуренции в лесу.
Разнообразие высот в зрелых лесах указывает на то, что конкуренция за свет и сосуществование видов могут уравновешивать друг друга. Но чтобы понять этот механизм, необходимо было точно измерить конкуренцию. Долгое время сложная архитектура лесов и индивидуальные формы крон деревьев делали эту задачу крайне сложной для строгой научной оценки.
Продолжение ниже
Видео
Продолжение
Разделив процесс роста деревьев на эффективность улавливания и использования света, в исследовании показано, как идет конкуренция за свет. В молодых насаждениях доминирует более высокая способность высоких деревьев улавливать свет, что приводит к быстрому формированию вертикальной стратификации по высоте. В более зрелых насаждениях более высокая эффективность использования света теневыносливыми видами позволяет им успешно развиваться под высоким пологом, способствуя вертикальному сосуществованию видов. KyotoU / Yusuke Onoda
Команда исследователей из Киотского университета предложила новый подход, основанный на анализе относительной скорости роста дерева. Этот показатель они разделили на два ключевых фактора: эффективность перехвата света (сколько света дерево захватывает на единицу биомассы) и эффективность использования света (как эффективно дерево превращает перехваченный свет в биомассу). Работа опубликована в журнале Journal of Ecology.
«Борьбу за свет среди деревьев часто называют эволюционной гонкой вооружений, но деревья совершенно разных размеров успешно сосуществуют в зрелых лесах, — говорит первый автор исследования Юсуке Онода. — Мы заинтересовались этим парадоксом».
Секрет выживания в тени
Чтобы проверить свою теорию на практике, ученые картировали формы крон и трехмерные профили освещенности более 2000 деревьев 50 различных видов на 12 лесных участках разного возраста в Японии. Результаты дали четкое механистическое объяснение тому, как конкуренция за свет управляет развитием леса.
Смешанный лес. https://www.dreamstime.com/
В старых лесах более высокая эффективность использования света у теневыносливых видов позволяет им процветать под высокими кронами, способствуя вертикальному сосуществованию. То есть низкие деревья не просто выживают, они научились использовать доступный свет гораздо эффективнее своих высоких соседей.
Это открытие раскрывает скрытые механизмы развития леса и предлагает новый взгляд на то, как деревья справляются с конкуренцией. Полученные данные могут улучшить климатическое моделирование и способствовать более разумному управлению лесами. Сейчас команда применяет свой подход к лесам в различных климатических зонах, чтобы подтвердить, что их теория работает в глобальном масштабе.
Загружаем