Экогидрологи из Канады и Германии доказали, что положение ветвей пихты синхронно меняется вместе с уровнем гидратации дерева. Наблюдения показали, что во время впитывания талой и дождевой воды ветки упруго поднимаются вверх, а в засушливые периоды поникают.
Весеннее насыщение влагой — ключевой этап, во время которого лесные экосистемы выходят из зимней спячки и начинают фотосинтезировать. Обычно физиологи измеряют водный стресс растений с помощью дендрометров — датчиков, которые крепятся на кору и фиксируют микроскопические сужения и расширения ствола при потере и наборе воды. Авторы исследования, опубликованного в журнале Hydrological Processes, решили проверить, можно ли определить потребность леса во влаге визуально, опираясь только на структурные изменения кроны.
Эксперимент проходил в заснеженном лесу канадской провинции Онтарио с начала марта по середину мая. Ученые установили электронный дендрометр на ствол канадской тсуги, чтобы каждые 15 минут записывать колебания его радиуса. Напротив растущей рядом бальзамической пихты (Abies balsamea) закрепили лесную фотоловушку, которая делала снимки с таким же интервалом.
Из полученных кадров биологи смонтировали таймлапс-видео. С помощью программы для видеоанализа они оцифровали вертикальное смещение конкретной развилки на ветке пихты. Затем график движения ветви наложили на кривые изменения толщины ствола, колебаний температуры воздуха и выпадения осадков.
Движение веток четко совпало с гидратацией тканей. Когда таял снег или шли дожди, ствол дерева впитывал воду и расширялся, а ветви поднимались вверх, преодолевая гравитацию за счет возросшего тургорного давления (внутреннее давление воды в клетках). В сухие периоды, когда осадков не было четыре дня и дольше, водный дефицит нарастал: ствол сжимался, а ветви оставались опущенными.
Данные показали, что ветки реагируют на влагу быстрее основного ствола. Они начинали двигаться вверх за три-восемь часов до того, как приборы фиксировали расширение древесины. Авторы исследования предположили, что вода в первую очередь устремляется к хвое на концах ветвей, где градиент водного потенциала наиболее резкий, и лишь затем восполняет запасы в самом стволе.
Во время весенних заморозков стволы резко сжимались из-за промерзания тканей, однако ветки при этом почти не меняли положение. Это указывает на то, что положение ветвей зависит именно от наличия жидкой воды, а не от температуры. Кроме того, попавшее в кадр соседнее широколиственное дерево (бук), на котором еще не распустились листья, оставалось неподвижным. Механизм подъема веток работает только при активной транспирации — испарении влаги через открытые устьица, которое у вечнозеленой пихты начинается ранней весной.
Ученые считают, что теперь о доступности влаги для деревьев можно судить, наблюдая за положением ветвей. Простые фотоловушки на ветках позволят экологам массово и без сложной электроники отслеживать, как лесные экосистемы реагируют на климатические сдвиги в сроках таяния снегов и периодах засухи.