Czy efektywność wykorzystania wody przez rośliny zmalała?

Badania przeprowadzone na Uniwersytecie w New Hampshire podważają teorię o tym, że wzrost poziomu dwutlenku węgla w atmosferze może pozytywnie wpłynąć na efektywność wykorzystania wody przez rośliny. Dzięki opracowaniu modeli badawczych naukowcy zauważyli, że od 2001 r. utrzymuje się tendencja spadkowa reakcji wzrostu roślin, za to zużycie przez nie wody znacząco wzrosło.

Efektywność wykorzystania wody – czy rośliny pobierają więcej wody niż dwutlenku węgla?

Dwutlenek węgla jest składnikiem odżywczym niezbędnym do życia roślin. Absorbując go  z atmosfery rośliny zielone mogą, w skrócie, przeprowadzać fotosyntezę, dzięki której następuje ich wzrost. Pobór dwutlenku węgla pozwala im rosnąć szybciej i zwiększa efektywność wykorzystania wody. Fotosynteza jest podstawowym procesem biologicznym, warunkującym życie na Ziemi. Za dnia pozwala roślinom wytwarzać i zaopatrzać się w substancje organiczne. W nocy zaś rośliny emitują dwutlenek węgla z powrotem do atmosfery.

Ze względu na zmianę klimatu, powodującą wzrost globalnej temperatury i poziomu dwutlenku węgla w atmosferze, powszechnie uważano, że zwiększenie emisji CO₂ może pozytywnie wpłynąć na sposób, w jaki rośliny wykorzystują wodę. Założenie to określa się jako efektywność wykorzystania wody (ang. WUE – water use efficiency). Do tej pory uważano, że wyższy poziom WUE oznacza, że rośliny wykorzystują mniej wody, a pochłaniają więcej dwutlenku węgla, zwiększając swój wzrost i pomagając tym samym zmniejszyć efekty zmiany klimatu. Ale czy na pewno?

Nowe odkrycie, dokonane przez naukowców z Uniwersytetu w New Hampshire, wykazało, że efektywność wykorzystania wody jest zahamowana od 2001 r. Oznacza to, że w ostatnich latach rośliny pobierały mniej dwutlenku węgla, a więcej wody, co może mieć znaczący wpływ na obieg węgla, produkcję rolną i zasoby wodne.

Globalna efektywność wykorzystania wody utknęła w martwym punkcie

Naukowcy opracowali 24 rodzaje modeli dla 5 głównych typów roślinności: lasów, zarośli, sawann, łąk i pól uprawnych. Stworzono je w oparciu o dane satelitarne i mikrometeorologiczne pochodzące z globalnej sieci Fluxnet (która składa się z wież służących do pomiaru wymiany dwutlenku węgla, pary wodnej i energii między biosferą a atmosferą). Wykorzystano również technologię sztucznej inteligencji w postaci uczenia maszynowego (ang. ML – machine learning).

Zauważono, że utworzone dla każdego z pięciu typów ekosystemów modele wskazują na wolniejszy rozwój roślin i utrzymujący się od 2001 r. wzrost zużycia przez nie wody. Prawdopodobieństwo takich wyników może wynikać z rosnącego deficytu prężności pary (ang. VPD – Vapour Presurc Deficit – wskaźnik, który uwzględnia wpływ temperatury na zdolność zatrzymywania wody przez powietrze, co napędza transpirację powierzchni liści). Gdy VPD wzrasta, potencjalnie spowalnia lub tłumi fotosyntezę i wzmacnia zużycie wody przez rośliny, osłabiając tym samym ich wzrost i zmniejszając efektywność wykorzystania wody w globalnych ekosystemach.

„Zaobserwowaliśmy wzrost efektywności wykorzystania wody przez rośliny w latach 1982–2016, ze znacznym wzrostem w latach 1982–2000. Potem wartość ta utknęła w martwym punkcie” – powiedział pracujący w Centrum Badań nad Systemami Ziemi na Uniwersytecie w New Hampshire profesor Jingfeng Xiao. – „Wzrost ilości dwutlenku węgla pozwala roślinom rosnąć szybciej i efektywniej wykorzystywać wodę, lecz to badanie pokazuje, że niektóre z metod naturalnych, które zdaniem naukowców mogłyby pomóc w osiągnięciu neutralności pod względem emisji dwutlenku węgla, mogą zostać osłabione przez niekorzystne skutki ocieplenia klimatu oraz że rośliny nie wykorzystują wody tak efektywnie, jak mogliby się tego spodziewać naukowcy”.

Wzrost wykorzystania wody przez rośliny

W obliczu rosnących temperatur i wzrostu poziomu CO₂ w atmosferze złożony kompromis oraz wieloaspektowa dynamika pomiędzy przyrostem dwutlenku węgla a utratą wody jest jeszcze słabo poznana. Naukowcy podkreślają, że przeanalizowanych zostało wiele czynników i wychodzi na to, że efektywność wykorzystania wody nie wydaje się wynikiem zmian w odrastaniu roślinności lub ograniczeniu fotosyntezy w wyniku zbyt dużych lub zbyt małych ilości azotu czy fosforu. Związane ze zmianą klimatu zjawisko rosnącej temperatury i przewidywany wzrost VPD mogą jednak znacząco wpłynąć na poziom węgla w glebie, obieg wody w ekosystemie oraz wzrost roślin, wszystko w skali światowej.