Extreme droogtes, versterkt door een opwarmend klimaat, veroorzaken in toenemende mate de ineenstorting van ecosystemen in veel regio's over de hele wereld. Maar modellen die door wetenschappers worden gebruikt om de kantelpunten te voorspellen waarop droogtestress leidt tot ineenstorting van ecosystemen, zijn onbetrouwbaar en te optimistisch gebleken.

Een nieuwe studie door wetenschappers van Duke University en Beijing Normal University biedt mogelijk het antwoord op de vraag waarom.

De onderzoekers ontdekten dat deze omslagpunten veel eerder kunnen plaatsvinden dan de huidige modellen voorspellen vanwege de extra druk die wordt uitgeoefend op door droogte verzwakte planten door grazende dieren en schimmelpathogenen.

"Ons werk levert het eerste experimentele bewijs in de echte wereld dat deze natuurlijke vijanden van planten een dramatische rol kunnen spelen bij het verlagen van het kantelpunt van ecosystemen door de door droogte verzwakte vegetatie te doden en te voorkomen dat planten zich herstellen, " zei Brian R. Silliman, Rachel Carson Universitair hoofddocent Marine Conservation Biology aan Duke's Nicholas School of the Environment.

Ecologen weten al lang dat droogte dit soort aanvallen op planten kan stimuleren, hij zei, maar ze verwierpen het meestal als een secundaire stress en niet als een hoofdoorzaak van de ineenstorting van het ecosysteem.

"Wat we vonden is het tegenovergestelde, Silliman zei. "Grazers hebben een sterk samengesteld effect. Dit betekent dat deze ecosystemen veel kwetsbaarder zijn voor droogte dan de huidige modellen voorspellen. Met grazers aanwezig, ze kunnen veel minder droogtestress aan."

Het team publiceerde zijn bevindingen op 6 januari in het peer-reviewed tijdschrift Ecologie Brieven .

De wetenschappers voerden hun veldwerk tussen 2009 en 2015 uit in kwelders in de gele en Liao-rivierdelta's van China. de moerassen, die beroemd zijn om hun paarsrode kleur het hele jaar door, behoren tot de laatste beschermde inheemse kustwetlands in China.

In de moerassen stierf wijdverbreide vegetatie af na een extreme droogte in 2011. De onderzoekers voerden eerder een reeks experimenten uit, tijdens en na de droogte om te testen hoe de druk van zware begrazing door krabben - de belangrijkste natuurlijke vijand van planten in de beschermde moerassen - de weerbaarheid tegen en het herstel van de droogte beïnvloedde.

"In proefpercelen waar krabben werden uitgesloten, we ontdekten dat het vegetatieverlies aanzienlijk lager was en dat veel planten de droogte konden overleven, " zei Qiang He, een postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium van Silliman. "Ze stierven tijdelijk terug, maar herstelden snel nadat de droogte was geëindigd."

"Maar in controleplots, begrazing door krabben decimeerde de door droogte gestresste planten, resulterend in bijna volledig verlies van vegetatie, " zei hij, die de Chinese moerassen meer dan 10 jaar heeft bestudeerd sinds hij student was aan de Beijing Normal University.

In gebieden die open zijn voor krabben, vegetatieherstel bleef ten minste vier jaar achter nadat de droogte van 2011 was geëindigd, Qiang voegde hij eraan toe.

Silliman zei dat de bevindingen waarschijnlijk relevant zijn voor veel andere ecosystemen. "Planten in bossen en graslanden kunnen ook worden gedecimeerd door natuurlijke vijanden, zoals insecten en schimmelpathogenen, tijdens droogte."

Op basis van de voorlopige beoordeling door het team van door droogte veroorzaakte afsterving van planten in andere ecosystemen over de hele wereld, meer dan de helft van al dergelijke gerapporteerde gebeurtenissen zou kunnen zijn verergerd door een soort natuurlijke vijand. Het relatieve belang van natuurlijke vijanden versus droogte in deze gevallen, echter, is nog onduidelijk en vereist nader onderzoek.

Ernstige droogtes nemen in veel regio's over de hele wereld toe en treffen in toenemende mate een breed scala aan ecosystemen, waaronder moerassen, mangroven, gematigde en tropische bossen, graslanden en koraalriffen - die essentiële diensten leveren aan mens en milieu, zei Silman.

"In staat zijn om te voorspellen hoe en wanneer deze extreme gebeurtenissen ecosystemen zullen beïnvloeden, en beheerspraktijken identificeren die kunnen helpen de gevolgen te verminderen, is een hoge prioriteit geworden, ' zei Silman.

"Het probleem is dat de meeste planttolerantiemodellen die we momenteel gebruiken om deze resultaten te voorspellen, gebaseerd zijn op laboratoriumstudies of plantfysiologische studies, dus houden ze vaak geen rekening met de verergerende effecten van gelijktijdige stressoren zoals droogte en druk van natuurlijke vijanden. Het resultaat is dat ecosystemen sterven lang voordat onze modellen voorspellen dat dit zal gebeuren.

"Hopelijk, " hij zei, "de bevindingen van deze studie zullen ons helpen betere modellen en managementpraktijken te ontwikkelen."