يهدد تغير المناخ الزهور البرية الربيعية من خلال تسريع الوقت الذي تتساقط فيه الأشجار فوقها

ل الزهور البرية الربيعية قصيرة العمر مثل شقائق النعمان الخشبية (شقائق النعمان الخماسية الأوراق) و المؤخرات الهولندية (Dicentra cucularia), التوقيت هو كل شيء.تنمو هذه النباتات العابرة، والمعروفة باسم النباتات سريعة الزوال، في الغابات المعتدلة حول العالم، حيث تورق وتزهر في وقت مبكر من الربيع قبل أن تورق الأشجار الشاهقة فوقها.اخرج مبكرًا جدًا، وسيظل الشتاء على حاله؛تظهر بعد فوات الأوان، وسيكون الجو مظللًا جدًا تحت مظلة الغابة بحيث لا يمكن إجراء عملية التمثيل الضوئي الأساسية.

على مدار تاريخها التطوري، اكتشفت هذه النباتات أفضل توقيت لبقائها.لكن تغير المناخ يغير ظروف النمو في فصل الربيع، وتتغير معه الحياة النباتية.

هناك العديد من الأمثلة على النباتات التي تغير وقت الإزهار استجابة لارتفاع درجات الحرارة، مثل تتفتح أزهار الكرز في وقت مبكر وفي وقت سابق كل عام.ومع ذلك، عندما يتغير جزء واحد من النظام البيئي، فهل ستنجح جميع الكائنات الحية التي تعتمد عليه في التحول أيضًا؟أم أنهم لن يحالفهم الحظ؟وماذا لو استجابت الأنواع المترابطة للتغير بمعدلات مختلفة، مما أدى إلى اضطرابات في العلاقات البيئية طويلة الأمد؟

لقد طرح الباحثون هذه الأنواع من الأسئلة حول الفينولوجيا – توقيت الأحداث البيولوجية – المتعلقة بتغير المناخ لسنوات.لكن معظم الدراسات ركزت على التفاعلات بين النبات والحيوان، مثل ظهور الملقحات في الهواء الوقت الخطأ للزهور.قام عدد أقل بكثير بتحليل التفاعلات بين النباتات، مثل النباتات الربيعية سريعة الزوال التي تحتاج إلى وقت لتنمو قبل أن تورق الأشجار فوقها وتحجب ضوء الشمس.

مجموعتنا البحثية بحثت في عدم التطابق بين الزهور البرية وأشجار المظلة حول كونكورد، ماساتشوستس، باستخدام الملاحظات التاريخية التي سجلها هنري ديفيد ثورو، مؤلف كتاب "والدن،" روايته الكلاسيكية عن الحياة في الغابة.لقد وجدنا أن الأشجار في كونكورد كانت أكثر حساسية لدرجات حرارة الربيع من الزهور البرية، وقد أدى ذلك إلى تساقط أوراق الأشجار مبكرًا انخفاض الضوء المتاح في الطابق السفلي.

كان هذا الاكتشاف خطوة أولى مهمة، لكننا أردنا أن نعرف ما إذا كانت هذه الأنماط استمرت في الغابات المعتدلة الأخرى في أمريكا الشمالية وفي نصف الكرة الشمالي.تظهر دراستنا لعام 2023 ذلك الجواب هو نعم.

عدم التطابق في أمريكا الشمالية

استخدمنا في هذا البحث عينات من الأعشاب، وهي مجموعات من النباتات التي تم عصرها وتجفيفها وفهرستها.تم جمع النباتات التي فحصناها عبر شرق أمريكا الشمالية على مدار المائة عام الماضية.قمنا بتقييم أكثر من 3000 عينة من النباتات المضغوطة لرسم وقت أوراق الأشجار ووقت ازدهار الزهور البرية الربيعية.

لقد أصبح النطاق الواسع لهذه الدراسة ممكنًا لأن المعشبات قامت برقمنة ملايين الصور الفوتوغرافية لعينات النباتات و جعلها متاحة على الانترنت على مدى العقد الماضي.قبل وجود هذا المورد، كان على الباحثين السفر إلى العديد من المتاحف المنتشرة في جميع أنحاء البلاد.

سجلات الطقس التاريخية هي متاح أيضًا على الإنترنت الآن.يتيح ذلك للباحثين تحديد درجات حرارة الربيع للعام والمكان الذي تم فيه جمع كل عينة.

مكنتنا دراستنا من تأكيد نتائج عملنا في كونكورد.لقد وجدنا أنه مع ارتفاع درجات الحرارة، فإن الأشجار المتساقطة الأوراق في جميع أنحاء شرق أمريكا الشمالية تقدم توقيت سقوط أوراقها بشكل أسرع من استجابة الزهور البرية المحلية.

على سبيل المثال، خلال فصول الربيع الباردة التي يبلغ متوسط ​​درجات الحرارة فيها على مدار 24 ساعة في شهري مارس وأبريل 41 درجة فهرنهايت (5 درجات مئوية)، تتساقط الأشجار بعد 13 يومًا من ظهور الزهور البرية المحلية.أعطى هذا للزهور ما يقرب من أسبوعين من الشمس الكاملة على أرضية الغابة.ومع ذلك، خلال فصل الربيع الأكثر دفئًا، حيث يبلغ متوسط ​​درجات الحرارة 58 فهرنهايت (15 درجة مئوية)، تتساقط أوراق الأشجار بعد 10 أيام فقط من ظهور الأزهار البرية المحلية.أعطى هذا للزهور البرية وقتًا أقل بنسبة 25٪ تقريبًا لتعرضها لأشعة الشمس أثناء عملية التمثيل الضوئي.

مع ارتفاع درجات الحرارة في الربيع مع تغير المناخ، نتوقع أن تتمتع الزهور البرية بفترات أقصر من ضوء الشمس الكامل.وهذا يمكن أن يعني انخفاضًا كبيرًا في إمدادات الطاقة للزهور وقدرتها على البقاء والنمو والتكاثر.

ولاحظنا أيضًا أن الأشجار والأزهار البرية في الجزء الجنوبي الأكثر دفئًا من نطاقاتها تقدم أوقات تساقط الأوراق والإزهار بشكل أسرع، على التوالي، من تلك الموجودة في المواقع الشمالية الأكثر برودة.وفي هذه المناطق، وجدنا اختلافات توقيت أكبر بين الأشجار والأزهار البرية.وهذا يعني أن احتمال عدم التطابق الفينولوجي، حيث تكون الأزهار البرية المحلية أكثر عرضة للتظليل بالأشجار، يكون أكبر في جنوب شرق الولايات المتحدة.مما كانت عليه في مناطق أبعد شمالا.

أوجه التشابه والاختلاف في القارات الأخرى

ولدراسة عام 2022، تعاونا مع زملاء من الصين وألمانيا لتقييم أكثر من 5000 عينة من الأشجار والأزهار البرية تم جمعها على مدار الـ 120 عامًا الماضية.أردنا أن نرى ما إذا كان عدم التطابق الفينولوجي الذي وثقناه في أمريكا الشمالية يمكن العثور عليه أيضًا في الغابات المعتدلة شرق آسيا وأوروبا الوسطى.

لقد وجد فريقنا نمطًا مشتركًا في جميع القارات الثلاث.تنشط الأشجار والأزهار البرية في وقت مبكر الآن عما كانت عليه في الماضي، وتنشط مبكرًا في السنوات والأماكن الدافئة.

ومع ذلك، وفي تطور مفاجئ، لم نر نمط الأشجار في أمريكا الشمالية أكثر حساسية من الزهور البرية في القارتين الأخريين.في أوروبا، يبدو أن الزهور البرية وأشجار المظلة تتحول معًا بمرور الوقت.في آسيا، كانت الأزهار البرية التي تنمو في جوف الأرض تتحرك أكثر من الأشجار، مما يعني أنها قد تحصل على قدر أكبر من الضوء، وليس أقل، في مستقبل أكثر دفئًا.

كانت الاختلافات التي وجدناها بين المناطق الثلاث ترجع في المقام الأول إلى الاختلاف في حساسيات الأشجار لدرجة الحرارة.استجابت الأشجار في شرق أمريكا الشمالية بقوة أكبر للتغيرات في درجات الحرارة، في حين استجابت الأشجار الآسيوية بقوة أقل.

تشير هذه النتائج إلى أن أشجار شرق أمريكا الشمالية أصبحت حساسة بشكل خاص لدرجة الحرارة كوسيلة للتكيف مع هذه المنطقة مناخ متغير للغاية.في المقابل، يبدو أن الأشجار في شرق آسيا أكثر حساسية للإشارات البيئية الأخرى، مثل طول النهار، عندما يتعلق الأمر بتوقيت نمو الربيع.

إعلام إدارة الغابات

نتائجنا تطرح أسئلة لمزيد من البحث.إذا لم تكن درجات حرارة الربيع هي المؤشرات الأساسية التي تحدد أوقات تساقط أوراق الأشجار والأزهار البرية في شرق آسيا، فما هي تلك الإشارات؟كيف يؤثر انخفاض نافذة الضوء الربيعي للزهور البرية في شرق أمريكا الشمالية على ميزانياتها من الطاقة وقدرتها على البقاء والنمو والزهور؟

سؤال آخر هو ما إذا كانت هناك أي تقنيات إدارة عملية، مثل تخفيف الأشجار أو إزالة النباتات الغازية، التي يمكن أن تساعد الزهور البرية على التعامل مع التحديات المستمرة لتغير المناخ.يمكن لمثل هذه الاستراتيجيات أن تساعد الناس على تقدير والحفاظ على المجموعة الكاملة من النباتات في الغابات التي نعتمد عليها ونعتز بها في جميع أنحاء العالم.