تحقیقات جدید گروه اکوهیدرولوژی سنجش از دور استنفورد در آمریکا که اخیرا در مجله نیچر منتشر شد، دقت الگو‌هایی را که تأثیر خشکسالی بر زیست بوم‌ها را از طریق الگو‌های تنفسی گیاهان بررسی می‌کنند، بهبود بخشیده است.

خشکسالی در سراسر جهان در حال افزایش است. بر اساس گزارش سال ۲۰۲۲ سازمان ملل، سالانه بیش از ۲۹ میلیون هکتار زمین به دلیل خشکسالی و بیابان زایی نابود می‌شوند. در این میان درک بهتر نقش گیاهان در خشکسالی برای برنامه ریزی واکنش سازگاری با این پدیده حیاتی است.

در مقاله‌ای که به سرپرستی منگ ژائو، محقق پسادکتری در علوم سیستم زمین تهیه شده، از داده‌های ماهواره‌ای مربوط به ذخیره آب و داده‌های بارش برای تهیه یک نقشه جامع از تعادل آب استفاده شده است. داده‌های ذخایر آب از پروژه بازیابی گرانش و آزمایش اقلیم گریس و گریس فو و داده‌های بارش از پروژه اقلیم شناسی بارش جهانی به دست آمده است.

با استفاده از این داده‌های جدید و دقیق‌تر، ژائو به همراه همکارانش از دانشگاه کالیفرنیا در ایروین و دانشگاه ایالتی اوهایو توانستند تغییرات توده آب ناشی از تبخیر و تعریق گیاهان را ردیابی کنند. این کار به آن‌ها امکان داد نشانه‌های تغییرات تلفات آب در گیاهان در یک منطقه معین را برآورد کنند.

گیاهان از طریق تبخیر و تعریق، آب را از خاک جذب می‌کنند و بخار آب را از طریق منافذ موجود روی برگ‌ها در جو زمین منتشر می‌کنند. این منافذ مانند دهانه‌های ریز روی برگ‌های گیاه عمل می‌کنند. بر اساس این مقاله، واکنش گیاهان به خشکسالی می‌تواند شرایط زمین‌های تحت تنش آبی را تشدید کند یا از آن‌ها محافظت کند. در زمان خشکسالی، کاهش رطوبت خاک ممکن است دسترسی گیاهان را به آب محدود کند. با این حال، ممکن است این منافذ به دلیل کاهش رطوبت هوا تحت فشار قرار گیرند تا بیشتر باز شوند و در نتیجه باعث افزایش تلفات آب شوند.

این یافته‌ها نشان می‌دهد تلفات آب از طریق گیاهان در تقریباً نیمی از ماه‌های خشک سال در سراسر جهان افزایش می‌یابد، این در حالی است که آب در دسترس کمتری در خاک وجود دارد. محققان به این نتیجه رسیدند که تأثیر نیاز بالای جو برای آب در فصل خشکسالی به طور کلی به افزایش تلفات آب از طریق گیاهان در طول خشکسالی کمک می‌کند.

ژائو و همکارانش دریافتند ۴۴ درصد گیاهان در فصل خشکسالی، آب بیشتری را از طریق تبخیر و تعریق از دست می‌دهند که این میزان دو برابر برآورد‌های فعلی الگوی سیستم‌های زمینی (CMIP ۶) به میزان ۲۵ درصد است.

ژائو و همکارانش در این مقاله نوشتند: این تخمین کم به‌ویژه در اقلیم‌های نسبتاً خشک‌تر و مناطق دارای زیست توده پایین‌تر، بیشتر مشاهده می‌شود.

بر اساس این مقاله، اشتباه در الگو‌های موجود سیستم زمین ممکن است ناشی از دست کم گرفتن سهم رطوبت لایه‌های عمیق‌تر خاک باشد که می‌تواند توسط گیاهان جذب شود، باوجود اینکه مقدار آب در نزدیکی لایه‌های بالای خاک به دلیل خشکسالی کمتر است. یک دلیل احتمالی دیگر، درک نادرست از واکنش زیست شناختی گیاه به فصل خشکسالی است.

محققان در این مقاله نوشتند: رویکرد سنتی، فرآیند‌های فیزیولوژیکی مرتبط با هیدرولیک گیاهی را نادیده می‌گیرد. برای مناطق دارای زیست توده محدود، تلفات مستقیم آب موجود در خاک ناشی از تبخیر از زمین می‌تواند قابل توجه باشد، اما این موضوع در الگو‌های موجود دست کم گرفته شده است.

بر اساس مقاله‌ای که در استنفورد نیوز منتشر شده، پیامد این تحقیق این است که تأثیر خشکسالی در زیست بوم‌ها با تلفات آب از طریق تبخیر و تعریق گیاهان بیشتر از آنچه در گذشته پیش بینی شده بود، تشدید می‌شود. کاهش سریع آب در خاک در اثر تبخیر و تعریق ممکن است طی چند هفته به خشکسالی‌های ناگهانی ختم شود. این نکته را با این الگوی بهبود یافته بهتر می‌توان پیش بینی کرد.

این مقاله نشان می‌دهد که چگونه مناطقی که در حال حاضر دچار خشکسالی هستند، ممکن است خشکسالی‌های ناگهانی شدیدتری را نسبت به آنچه الگو‌های کنونی نشان می‌دهند، تجربه کنند، زیرا گیاهان آب موجود در خاک را تهی می‌کنند.

پیش‌بینی آثار خشکسالی زیست‌بوم‌ها با بررسی الگو‌های تنفس گیاهان

این تحقیق همچنین می‌تواند شناختی در مورد بهبود الگو‌های موجود در اختیار دانشمندان قرار دهد.

محققان در نتیجه گیری خود شکاف‌های دانشی موجود در درک دانشمندان از رطوبت، ساختار، هدایت هیدرولیکی خاک و واکنش گیاه به تنش‌های خشکی را ترسیم کردند. آن‌ها گفتند در آینده، الگو‌های سیستم‌های زمین را می‌توان برای پیش‌بینی بهتر میزان تبخیر و تعریق در مناطقی که مورد مطالعه قرار نگرفته است، بهبود بخشید. در این مناطق آثار خشکسالی به دلیل بحث عدالت زیست‌محیطی تشدید شده است.

ژائو گفت: فکر می‌کنم کار ما می‌تواند به بهبود دانش در مورد مناطقی که تحت تنش آبی هستند، کمک کند. با استفاده از داده‌های مستند مانند تصویربرداری ماهواره‌ای، می‌توان الگو‌های جدید را به سرعت تهیه کرد؛ بدون آنکه نیاز به شروع جمع‌آوری داده‌ها باشد.

بازیابی گرانش و آزمایش اقلیم  که به اختصار گریس نامیده می‌شود، پروژه مشترک ناسا و مرکز هوافضای آلمان بود که دو ماهواره آن از زمان پرتاب در مارس ۲۰۰۲ تا پایان مأموریت در اکتبر ۲۰۱۷ به اندازه‌گیری دقیق ناهنجاری گرانشی در میدان گرانش زمین می‌پرداختند. گریس با اندازه‌گیری ناهنجاری‌های گرانش نشان داد که چه اجرامی پیرامون زمین پراکنده شده و تغییرات آن‌ها در طول زمان چقدر است. داده‌های ماهواره‌های گریس ابزاری مهم در مطالعه اقیانوس‌ها، زمین‌شناسی و اقلیم‌شناسی به‌شمار می‌رود.