Stres cieplny ma coraz częstszy wpływ ujemny na wiele gatunków roślin i zwierząt. Występująca długotrwale podwyższona temperatura, czy to w skali lokalnej czy regionalnej, coraz częściej osłabia wiele organizmów roślinnych i zwierzęcych. Działają tutaj czynniki złożone powodujące coraz bardziej rozległy stres termiczny i stres wodny.
Śmiertelność drzew z powodu fal upałów występuje tak samo jak z powodu suszy. Podwyższona temperatura wpływa na zaburzenia metaboliczne aktywnych biologicznie tkanek, co osłabia organizmy wielu gatunków drzew na świecie.
Praca opublikowana przez zespół naukowy biologa roślin Henry’ego D. Adamsa, z Uniwersytetu Stanowego Oklahoma (Oklahoma State University), przedstawiła negatywny wpływ długotrwałej wysokiej temperatury podwyższający śmiertelność drzew, tak samo jak wpływ długotrwałej suszy 1.
Autorzy podkreślili, że nie tylko deficyt wodny, ale i też wpływ anomalnie wysokiej temperatury, ma ujemny wpływ na fizjologię i prawidłowy wzrost drzew. Zauważyli, że oba parametry oddziałują synergicznie na organizmy roślinne. W swojej pracy napisali, że drzewa w stresie wodnym stają się coraz bardzo wrażliwe na podwyższoną temperaturę, ponieważ reakcje metaboliczne tkanek biologicznie aktywnych zmieniają się wraz z temperaturą oraz zmienia się zapotrzebowanie atmosferyczne na wodę, tj. deficyt ciśnienia pary wodnej (VPD – Vapour Pressure Deficit), który wzrasta wraz z temperaturą, zwiększając tempo ewapotranspiracji oraz zmniejszenie wody glebowej dostępnej dla roślin.
Ponadto z pracy dowiadujemy się, że eksperymentalne i obserwacyjne badania, pod względem suszy, często wykazywały, że podwyższona temperatura mocno zwiększa zakres i wskaźnik śmiertelności drzew. Nawet w klimacie, w którym susza bywa rzadkością, długotrwałe fale upałów mogą powodować znaczną śmiertelność drzew z powodu stresu termicznego. W niektórych regionach, w których została odnotowana podwyższona śmiertelność drzew, susza i upały synergicznie działając, miały również drastyczny wpływ na zmniejszenie reprodukcji i regeneracji drzew, które przeżyły długotrwały okres stresu termicznego, co z kolei może mieć skutki w zmianach demograficznych i behawioralnych roślinności, a także w samych zmianach ekosystemów leśnych, ale i także nieleśnych.
—
Fot.1. Wpływ fal upałów na liście roślin (z wolnej witryny internetowej).
—
Henry Adams, dla serwisu Yale 360 Environment powiedział 2:
Wyższe temperatury już teraz powodują poważne szkody w lasach na świecie. Wraz ze wzrostem temperatury drzewa stają się mniej odporne, a wymieranie staje się częstsze — nawet pięciokrotnie. „Jeśli klimat ociepli się nieco bardziej, sprawy nie zmienią się trochę, ale bardzo się zmienią. Otrzymujemy przyspieszenie tempa śmiertelności. Gdy podkręcamy ciepło, czas potrzebny na zabicie drzew jest coraz krótszy.
Naukowcy zauważyli jeszcze jedną bardzo istotną rzecz, że wyższe temperatury mogą również prowadzić do powstrzymania odrastania lasów po ekstremalnych zdarzeniach pogodowych jak wielkoskalowe pożary. I to może być przyczyną przekształcania ekosystemów leśnych w ekosystemy trawiaste lub co najmniej krzewiaste. Jeden z powodów jest taki, że na amerykańskim zachodzie pożary stają się coraz większe, gorętsze i częstsze, co także ma wpływ na zabijanie drzew matecznych zrzucających nasiona do regeneracji lasów po pożarach.
—
Robert Teskey, ze Szkoły Leśnictwa i Zasobów Naturalnych im. Daniela B. Warnella na Uniwersytecie Georgii w Atenach, w swojej pracy zespołowej tak skomentował temat stresu termicznego u drzew pod kątem ich zaburzeń fizjologicznych, morfologicznych, ekologicznych oraz genetycznych 3:
Wzrosła liczba i intensywność fal upałów i tendencja ta prawdopodobnie utrzyma się przez cały XXI wiek. Często falom upałów towarzyszą susze. Przewiduje się, że globalny obszar lądowy doświadczający fal upałów podwoi się do 2020 r., a czterokrotnie wzrośnie do 2040 r. Ekstremalne upały mogą mieć wpływ na wiele różnych funkcji drzew. Na poziomie liści fotosynteza jest zmniejszona, wzrasta stres fotooksydacyjny, liście odpadają, a tempo wzrostu pozostałych liści maleje. U niektórych gatunków przewodnictwo szparkowe wzrasta w wysokich temperaturach, co może być mechanizmem chłodzenia liści. Na poziomie całej rośliny stres cieplny może zmniejszyć jej wzrost i zmienić przydział biomasy. Kiedy stres suszy towarzyszy falom upałów, negatywne skutki stresu cieplnego nasilają się i mogą prowadzić do śmiertelności drzew. Jednakże, niektóre gatunki wykazują niezwykłą tolerancję na stres termiczny. Odpowiedzi obejmują zmiany, które minimalizują stres związany z fotosyntezą i redukcją oddychania podczas fazy ciemnej [bez dostępu światła]. Chociaż do tej pory przeprowadzono niewiele badań, istnieją dowody na zmienność genetyczną w obrębie gatunku w zakresie tolerancji termicznej, która może być ważna do wykorzystania w systemach leśnictwa produkcyjnego.
W latach 60 XX wieku fale upałów dotkliwie wpływały na 1% powierzchni lądowej z występującymi drzewami, a w 2012 roku było to 10% (James Hansen i inni, 2012). Przewidywane jest utrzymywanie się nasilającej się częstotliwości i intensywności fal upałów przez cały XXI wiek (Yao Yao i inni, 2013).
Ekstremalnie wysokie temperatury oddziałują na różnego typu genotypy drzew, poczynając od poziomu molekularnego, a kończąc na morfologii tych drzew.
W szczególności wysoka temperatura ma bardzo ujemny wpływ na fizjologię wyjątkowo wrażliwych liści – istotnych organów drzew. Wielkość ich uszkodzeń zależy od specyfiki danego gatunku, czasu trwania ekspozycji i pory roku.
—
Rys.1. Zależność między temperaturą a czasem trwania ekspozycji skutkującej uszkodzeniem 50% listowia sadzonek Picea mariana ocenianej po 3 tygodniach od zabiegu (S. J. Colombo i M. L. Timmer, 1992).
—
Np. Podczas eksperymentu sadzonka gatunku borealnego świerka czarnego Picea mariana miała już zaznaczony próg uszkodzenia swoich liści przy temperaturze 44 stopnie Celsjusza, gdy była wystawiona na słońce przez 180 minut. Wówczas u 40% sadzonek świerka igły liści uległy blaknięciu. A podwyższona temperatura do 46 stopni Celsjusza sprawiła, że 100% sadzonek tego gatunku drzewa w czasie 60 minut uległo uszkodzeniu. A w temperaturze 50 stopni Celsjusza wystarczyło zaledwie 10 minut. Wystąpiła ujemna wykładnicza zależność między temperaturą a czasem trwania ekspozycji na ciepło, które spowodowało uszkodzenia liści (rys.) (S. J. Colombo i V. R. Timmer, 1992). Jednakże inny gatunek świerka – świerk biały Picea glauca, w temperaturze 48 stopni Celsjusza, podczas ekspozycji na upalne słońce, w czasie 30 minut wykazał 50% uszkodzeń swoich igieł, a więc znacznie mniej niż poprzedni gatunek (F. J. Bigras i inni, 2000). Czyli eksperyment ten dowiódł, że każdy gatunek ma inny próg uszkodzeń pod wpływem ekspozycji na ciepło.
—
- Adams H. D. et al., 2017 ; Temperature response surfaces for mortality risk of tree species with future drought ; Environmental Research Letters ; https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/aa93be
- Robbins J., 2020 ; With Temperatures Rising, Can Animals Survive the Heat Stress? ; Yale Environment 360 ; https://e360.yale.edu/features/with-temperatures-rising-can-animals-survive-the-heat-stress
- Teskey R., 2015 et al.; Responses of tree species to heat waves and extreme heat events ; Plant, Cell & Environment ; https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pce.12417