高山低木の成長は生物群系全体で二峰性の季節パターンに従います

Communications Biology volume 5、記事番号: 793 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

気候変動のもとで、寒冷に適応した高山生態系は温暖化のホットスポットに変わりつつある。 しかし、高山低木の成長の推進力、それに伴うバイオマス増加、炭素貯蔵の複雑さはほとんど理解されていません。 私たちは、257 台のデンドロメーターを使用して、地中海とツンドラという対照的な生物群系にわたる 6 つの一般的な低木種の高山の成長メカニズムを監視し、高い時間分解能で茎の直径の変動を記録しました。 低木の成長を現場の環境条件と関連付けて、一般化された加算モデルで実装された分散ラグ非線形モデルに基づいて年間成長パターンをモデル化しました。 私たちは、バイオーム全体で顕著な二峰性の成長パターンを発見しました。そして、直観に反して、寒冷適応バイオーム内では水分が、そして干ばつ適応バイオーム内では温度が非常に重要であり、予想外の結果をもたらしました。 温暖な世界では、地中海の高山では大きな植生の変化、バイオマスの増加、緑化が起こる可能性がありますが、高山ツンドラでは植生パターンの変化が少なく、バイオマスストックのわずかな変化が見られ、むしろ褐色化が見られる可能性があります。

急速な気候変動は生物群系全体の木本植物に影響を与えると予想されていますが、ここ数十年間に観察された傾向は季節的に不均一で、空間的にも変動します1。 世界平均を上回る気温の上昇により、標高の高い生態系が気候温暖化のホットスポットに変わりつつあります2,3。 これらの新興ホットスポット内では、樹木の成長を維持するには気温が低すぎるため、生命は高山環境の物理的特性に進化的に適応し、植物種は低温気候の限界に達しています4。 同時に、この植生構造の観察および予測された変化は、地球規模の炭素循環と気候に重大な影響を与えると予想されています4,5。 しかし、観察された傾向の複雑さと空間的不均一性を考慮すると、全体的なパターンと根底にある生理学的プロセスは依然としてよく理解されていません6,7。

ツンドラ生物群系の高山地域では、激しい温暖化傾向 3,8 により低木の生長が大幅に促進され、分布上限での低木の侵入が促進され、バイオマスの広範な増加と矮性低木の被覆率 9,10 が生じ、潜在的な影響を及ぼしています。大気中の CO2 の吸収と貯蔵、景観の緑化と関連するフィードバック 3、6、7、11。 緯度方向の気温の低下とは別に、これらの高緯度の生態系の成長は主に、標高の上昇に伴う気温の低下によって制限されていると考えられています4。 この温度と自由大気の状態との関連性は、低木では樹木に比べて、主に背丈が低いため、あまり顕著ではないと考えられています12。 同時に、最近の研究では、積雪の期間と空間分布 13,14 および関連する土壌水分体制 7,15 を含む、植物の成長と分布に対する他の要因の局所的影響が強調されています。 したがって、降水量と季節性の潜在的な変化は、これらの地域の木本植物の成長にさらに影響を与える可能性があります。 一般に、北極圏のほとんどの地域で降水量が増加すると予想されています16。これには、気温の上昇に伴う蒸発需要の増加と複雑な相互作用が関与している可能性があります7。

地中海生物群系の気候は、暑くて乾燥した夏と穏やかな冬が特徴で、冬には顕著な最大降雨量があり、乾季の後には極端な降水量が頻繁に発生します16,17。 したがって、低木の成長は夏の干ばつによって大きく制限されるため、成長期の温暖化と乾燥の増加によって成長が低下する可能性があります2,18。 同時に、高山地域内の成長は、保護雪がほとんどない比較的寒い冬によってさらに制限されます19,20。 したがって、予測される冬の温暖化は、熱制約を軽減し、その結果生育期を延長することによって、これらの地域の低木の生育を促進する可能性がある21,22。