Болотный орган
Болотный орган представляет собой набор пластиковых труб, прикрепленных к деревянному каркасу, который размещается на болотах для измерения влияния времени и частоты наводнений на продуктивность болотной растительности. [1] Информация используется в научно-исследовательских целях.
Болотный орган был разработан Джеймсом Моррисом из Университета Южной Каролины NOAA при поддержке Национального научного фонда и Национальных центров исследований прибрежного океана . Их цель заключалась в количественной оценке краткосрочного и долгосрочного воздействия повышения уровня моря на прибрежные процессы, такие как продуктивность растений , разложение органического вещества в почве, седиментация , которые способствуют структурированию стабильности водно-болотных угодий . [2]
Изменение климата
[ редактировать ]Болотный орган используется для определения того, насколько хорошо различные прибрежные процессы отреагируют на повышение уровня моря . Последствия изменения климата, такие как ускоренное повышение уровня моря, приводят к тому, что уровень воды в прибрежных болотах оказывается выше обычного, что приводит к более высокой солености внутри страны, потере отложений и высоты, а также к изменению структуры растительного сообщества.
Эти последствия повлияют на градиенты стресса, которые воздействуют на прибрежную растительность , но толерантность этих видов растений и компромиссы, с которыми они могут столкнуться, неясны. Это устройство позволяет напрямую управлять тем, что болотная растительность может испытать в будущем, и дает лучшее представление об усилиях по восстановлению, необходимых для предотвращения пагубных последствий для прибрежных болот.
Дизайн
[ редактировать ]Болотный орган представляет собой конструкцию с рядами труб на разной высоте. Эти трубы заполнены грязью, и в каждую трубу высажены виды болотных растений. Различные вертикальные уровни представляют собой различную «высоту» уровня воды, которую могут испытать болотные растения. Во время приливов и отливов трубы подвергаются воздействию повышающегося и понижающегося уровня воды. Ученые могут регулировать различные факторы, такие как общая высота установки, продолжительность затопления , добавление питательных веществ и многое другое.
Со временем ученые смогут собирать такую информацию, как общее накопление биомассы растений, общее количество органических веществ, образование торфа , скорость разложения и седиментация . Эти данные можно использовать для прогнозирования будущего состояния изучаемого болота, а также для вывода о том, как болото отреагирует на повышение уровня моря в будущем.
Видоспецифичные эффекты
[ редактировать ]Используя множество различных дизайнов и подходов к изучению органов болот, исследователи обнаружили, что болотные растения могут по-разному реагировать на будущее повышение уровня моря, поэтому оно полностью зависит от вида.
Исследователи, изучающие реакцию болотных растений в приливных болотах северо-восточной части Тихого океана, использовали болотный орган и обнаружили, что виды, обычно встречающиеся в верховьях болот (затопленных только во время прилива или экстремальных погодных явлений), такие как Salicornia pacifica и Juncus balticus, были чувствительны к усилению наводнений. Другие виды, такие как Bolboschoenus maritimus и Carex lyngbyei, обитали в болотах на высоте или выше, соответствующей их максимальной продуктивности. [3] Другая группа, использующая болотный орган, также обнаружила, что увеличение затопления снижает биомассу видов, обычно обитающих на более высоких болотах. Присутствие соседей еще больше снизило общую биомассу. [4]
Группа исследователей использовала болотный орган, чтобы оценить воздействие инвазивной травы на местные растительные сообщества устья реки в Китае. Они обнаружили, что инвазивная трава хорошо выживает на оптимальных высотах и не очень хорошо на очень высоких и низких высотах. При смешивании с местными видами инвазивная трава подавляла местную биомассу на 90% на средней высоте, где биомасса обычно была наибольшей. [5] Другая группа, которая использовала болотный орган на тихоокеанском северо-западе Северной Америки для изучения его роли в полевых испытаниях ниш пополнения семян, обнаружила, что виды, распространенные в этом районе, такие как S. tabernamontani, демонстрируют почти значительно более высокую скорость прорастания в районе средней высоты прилива, в то время как виды Carex lyngbyei выживал значительно лучше на самой высокой высоте прилива. Оба вида также проявили чувствительность к конкурентам, причем S. tabernamontani был единственным видом, который прорастал в присутствии конкуренции. [6]
Внешние стрессоры
[ редактировать ]Помимо стресса, вызванного повышением уровня моря, на болотную растительность также влияют многие внешние источники, такие как штормы, засуха , обогащение питательными веществами и изменение высоты с оседанием. Реакция болотных растений на эти стрессоры отслеживалась в различных исследованиях с использованием болотного органа.
Группа, использующая болотный орган для изучения Spartina alterniflora , обильной болотной травы (обычно затопленной в течение дня), обнаружила, что стрессовые факторы шторма и засухи приводят к значительному уменьшению надземной и подземной биомассы, чем те, которые высаживаются в условиях дождя. Растения, затопленные при сильном наводнении, дополнительно имели более тонкие корни и побеги, в результате чего растение было структурно более слабым. [7]
Добавление питательных веществ потенциально может способствовать росту многих видов растений, но избыток питательных веществ может иметь обратный эффект и нанести ущерб успеху многих болотных растений. В одном исследовании болотных органов ученые обнаружили положительную взаимосвязь: добавление азота усиливает рост растений на уровне моря, где растения больше всего страдают от наводнений, а эффект был сильнее в сочетании с повышенным содержанием углекислого газа . Однако они отметили, что хроническое добавление азота из- за загрязнения снижает доступность размножений (почек нового растения) устойчивых к наводнениям видов, что может изменить доминирование видов, делая болота более уязвимыми к разрушению. [8] Этот компромисс также был обнаружен при исследованиях болотных органов, где добавление питательных веществ потенциально может увеличить первичную продуктивность, но может отрицательно повлиять на накопление органического вещества и образование торфа . [9]
Болотные растения могут быть чувствительны к изменению высоты, сопровождающему повышение уровня моря, из-за изменения их желаемой среды обитания . Используя установку болотного органа, исследователи обнаружили, что на высотах болот выше оптимальных, ожидаемых при низких темпах повышения уровня моря, ускорение скорости повышения уровня моря будет способствовать росту корней, органическому приросту и стабильности водно-болотных угодий в целом. Но для неоптимальной высоты болота, ожидаемой при быстром повышении уровня моря с низким содержанием наносов, повышение уровня воды приведет к замедлению роста корней и снижению скорости набора высоты. Это может привести к быстрому ухудшению состояния болота. [10] [11] Одновременно с возвышением группа исследователей, использующих болотный орган, обнаружила, что почва при засаженных обработках оседала меньше, чем при незасаженных контрольных обработках, предположив, что растения потенциально помогают смягчить потерю высоты болота из-за повышения уровня моря. [12]
Исследователи также обнаружили, что изменчивость уровня воды в определенный период времени влияет на рост прибрежных болот с акцентом на аномалии уровня моря. Они состоят из медленных изменений, которые не влияют на перенос наносов, но влияют на затопление болот и рост растительности. [13]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Моррис, Дж. Т. 2007. Оценка чистой первичной продукции макрофитов солончаков, стр. 106-119. В Фэйи, Ти Джей и Кнаппе, АК (ред.). Принципы и стандарты измерения первичной продукции. Издательство Оксфордского университета
- ^ НОАА. «Что такое болотный орган?» . Национальный сайт океанологии . Проверено 3 мая 2021 г.
- ^ Янушек, Кристофер; Баффингтон, Кевин; Торн, Карен; Гунтенсперген, Гленн; Такекава, Джон; Даггер, Брюс (2016). «Потенциальное влияние повышения уровня моря на продуктивность растений: реакция конкретных видов в приливных болотах северо-восточной части Тихого океана» . Серия «Прогресс в области морской экологии» . 548 : 111–125. Бибкод : 2016MEPS..548..111J . дои : 10.3354/meps11683 .
- ^ Шиле, Лиза; Каллауэй, Джон; Судинг, Кэтрин; Келли, Н. Мэгги (2017). «Может ли структура сообщества отслеживать повышение уровня моря? Стресс и конкурентный контроль на приливных водно-болотных угодьях» . Экология и эволюция . 7 (4): 1276–1285. Бибкод : 2017EcoEv...7.1276S . дои : 10.1002/ece3.2758 . ПМК 5305999 . ПМИД 28303196 .
- ^ Пэн, Дэн; Чен, Лужень; Пеннингс, Стивен; Чжан, Ихуэй (2018). «Использование болотного органа для прогнозирования будущих растительных сообществ в китайском устье реки, заросшем экзотической травой и мангровыми зарослями» . Лимнология и океанография . 63 (6): 2595–2605. Бибкод : 2018LimOc..63.2595P . дои : 10.1002/lno.10962 . S2CID 92141817 .
- ^ Лейн, Стефани (2022). «Использование болотных органов для проверки набора семян в приливных пресноводных болотах» . Приложения в науках о растениях . 10 (4): 20–30. дои : 10.1002/aps3.11474 . ПМЦ 9400397 . ПМИД 36034188 .
- ^ Хэнсон, Алана; Джонсон, Роксана; Виганд, Кэтлин; Очковский, Осень; Дэйви, Эрл; Маркхэм, Эрин (2016). «Реакция Spartina alterniflora на множественные стрессоры: изменение характера осадков, ускоренное повышение уровня моря и обогащение питательными веществами». Эстуарии и побережья . 39 (5): 1376–1385. Бибкод : 2016EstCo..39.1376H . дои : 10.1007/s12237-016-0090-4 . S2CID 87682865 .
- ^ Лэнгли, Адам; Моздзер, Томас; Шепард, Кэтрин; Хагерти, Шеннон; Мегонигал, Патрик (2013). «Реакция растений приливных болот на повышенный уровень CO2, азотные удобрения и повышение уровня моря» (PDF) . Биология глобальных изменений . 19 (5): 1495–1503. Бибкод : 2013GCBio..19.1495A . дои : 10.1111/gcb.12147 . ПМИД 23504873 . S2CID 9001921 .
- ^ Уотсон, Э.Б.; Очковски, А.Дж.; Виганд, К.; Хэнсон, AR; Дэйви, Э.В.; Кросби, Южная Каролина; Джонсон, Р.И.; Эндрюс, HM (2014). «Обогащение питательными веществами и изменения в количестве осадков не повышают устойчивость солончаков к повышению уровня моря на северо-востоке США». Климатические изменения . 125 (3–4): 501–509. Бибкод : 2014ClCh..125..501W . дои : 10.1007/s10584-014-1189-x . S2CID 154123639 .
- ^ Кирван, Мэтью; Гунтенсперген, Гленн (2012). «Обратная связь между затоплением, образованием корней и ростом побегов в быстро погружающемся солоноватом болоте» . Журнал экологии . 100 (3): 764–770. Бибкод : 2012JEcol.100..764K . дои : 10.1111/j.1365-2745.2012.01957.x .
- ^ Кирван, Мэтью; Гунтенсперген, Гленн (2015). «Реакция продуктивности растений на экспериментальное затопление конюшни и затопленного болота». Экосистемы . 18 (5): 903–913. Бибкод : 2015Экоси..18..903К . дои : 10.1007/s10021-015-9870-0 . S2CID 18355559 .
- ^ Пейн, Эндрю; Бердик, Дэвид; Мур, Грегг (2019). «Потенциальное влияние повышения уровня моря на динамику подъема солончаков в устье Нью-Гэмпшира» . Эстуарии и побережья . 42 (6): 1405–1418. Бибкод : 2019EstCo..42.1405P . дои : 10.1007/s12237-019-00589-z . S2CID 198262227 .
- ^ Мариотти, Джулио; Зепп, Сэмюэл М. (2022). «Рамка для упрощения астрометеорологического уровня воды и воздействия ветра для моделирования экоморфодинамики прибрежных болот» . Журнал геофизических исследований: Поверхность Земли . 127 (11). Бибкод : 2022JGRF..12706665M . дои : 10.1029/2022JF006665 . ISSN 2169-9003 . S2CID 253620399 .
