Een nieuwe studie die aantoont dat droogte van de atmosfeer de productiviteit van grasland in de VS meer beïnvloedt dan regenval, kan belangrijke implicaties hebben voor het voorspellen van hoe planten zullen reageren op opwarmende klimaatomstandigheden.

Online gepubliceerd op 6 maart in het tijdschrift Natuur Geowetenschappen , de studie uitgevoerd door wetenschappers van Stanford University en Columbia University keek naar 33 jaar klimaat- en vegetatiesatellietgegevens om te bepalen hoe planten water en koolstofdioxide reguleren onder droge omstandigheden. Het team concludeerde dat Amerikaanse graslanden meer dan drie keer gevoeliger zijn voor dampdrukdeficit (VPD), of atmosferische droogte, dan ze zijn voor neerslag. De grootschalige methoden van het onderzoek om het gedrag van planten te begrijpen, kunnen worden gebruikt om voorspellende modellen te verbeteren van hoe omgevingen zullen reageren op droogtes, die naar verwachting in de 21e eeuw zullen toenemen.

"Alleen kijken naar veranderingen in neerslag zal je niet het hele verhaal vertellen, " zei hoofdauteur Alexandra Konings, een assistent-professor Earth System Science in Stanford's School of Earth, Energie- en milieuwetenschappen (Stanford Earth). "Amerikaanse graslanden zijn veel gevoeliger voor dampdruktekort, wat belangrijk is. Omdat VPD zo nauw verbonden is met temperatuur, we kunnen voorspellen dat het in de toekomst zal blijven stijgen."

In de studie, wetenschappers analyseerden de omstandigheden waaronder graslanden hun huidmondjes openen en sluiten, microscopisch kleine openingen op plantenbladeren die de overdracht van waterdamp mogelijk maken, zuurstof en CO2. Als de huidmondjes open zijn, een plant kan CO2 uit de atmosfeer opnemen om energie te maken, maar loopt het risico water te verliezen in droge omstandigheden. De strategie die verschillende planten gebruiken - of ze het risico lopen uit te drogen om koolstof te blijven opnemen, of om te sluiten en te stoppen met groeien - beïnvloedt hun productiviteit. Het gedrag van een plant hangt af van de hoeveelheid water in de atmosfeer zoals gemeten door VPD:een hogere VPD duidt op een groter potentieel voor droge lucht om vocht uit de plant te trekken.

Variabiliteit in reactie op droogte

Met behulp van statistische analyse, de onderzoekers scheidden het effect van het gedrag van de planten van de effecten van regionale omstandigheden, zoals verschillen in neerslag of temperatuur. Hoewel veel klimaatmodellen alle graslanden hetzelfde behandelen, de studie onthulde grote variabiliteit in termen van hoe ze reageren op droogte.

"Meer dan het plantentype, het is de plantenfysiologie die hun reactie op droogte en hittegolf zal reguleren, " zei co-auteur van de studie Pierre Gentine, een universitair hoofddocent van Earth and Environmental Engineering aan de Columbia University.

De onderzoekers voerden hun analyse uit met behulp van openbaar beschikbare teledetectiesatellietgegevens van 1981 tot 2013 die de groenheid van planten weergeven, wat een indicator is voor de plantproductiviteit. Vervolgens combineerden ze die gegevens met datasets over klimaat en waarnemingen om Amerikaanse graslanden in verschillende regio's te verdelen, afhankelijk van hun gedrag.

Begrijpen hoe plantenhuidmondjes reageren op veranderingen in de atmosfeer is vooral belangrijk in Amerikaanse graslanden, die een overheersende bron van koolstofopname zijn, of opslag van koolstof uit de atmosfeer. Graslanden herbergen een verscheidenheid aan biodiversiteit en vormen een belangrijk leefgebied voor vee in de vlees- en zuivelindustrie, beslaat ongeveer 26 procent van de Verenigde Staten en bijna 20 procent van het landoppervlak van de planeet; ze zijn het grootste landbedekkingstype op aarde.

"De opname van koolstof wordt geassocieerd met groei en hoe dat reageert onder het klimaat is een grote bron van onzekerheid in toekomstige voorspellingen van klimaatverandering, "Zei Konings. "Bij stijgende temperaturen, we zullen mogelijk veel minder groene graslanden zien, maar deze studie laat zien dat dit voor sommige regio's meer geldt dan voor andere."

Gedragsverschillen

Uit analyse blijkt dat graslanden die reageren op droogte door hun huidmondjes open te houden (anisohydrisch gedrag) gevoeliger zijn voor droogte van de atmosfeer dan graslanden die hun huidmondjes sluiten en de groei stoppen om water te besparen (isohydrisch gedrag). Beide gedragingen zijn aanwezig in de VS. Uit het onderzoek blijkt dat planten die hun huidmondjes open houden, meer worden beschadigd door droogte in Amerikaanse graslanden, omdat het de groei van de planten in de loop van een groeiseizoen onderdrukt.

"Graslanden zijn echt interessant omdat ze zo'n enorme diversiteit vertonen in dat isohydriciteitsgedrag, " zei Konings, die het eerste onderzoek voor de studie deed terwijl een postdoctoraal onderzoeker aan Columbia voordat hij bij Stanford Earth kwam. "Ze hebben echt verschillende strategieën in hoe ze reageren op droogte."

Terwijl eerdere methoden voor het begrijpen van droogterespons metingen op de grond met zich meebrachten, de nieuwe statistiek stelt onderzoekers in staat om deze patronen over de hele wereld te meten. Konings zei dat ze hoopt dat de methode kan worden gebruikt om te zien of de bevindingen van het onderzoek over graslanden kunnen worden toegepast op andere ecosystemen of om beter te begrijpen waardoor sommige bomen sterven als reactie op opwarming en andere niet.

"Ik denk dat er nog veel moet gebeuren met deze statistiek, ' zei Konings.