Hur växter hanterar skiftet från vinter till vår
För vedartade växter som denna rhododendron är tidpunkten för vårbladen en balans mellan att maximera deras växtsäsonger och undvika sena frost. Richard Primack, CC BY-ND

Vädermönster över hela USA har känts som en berg-och dalbana under de senaste månaderna. December och januari var betydligt varmare än genomsnittet på många platser, följt av februari intensiv kallvåg och en dramatisk uppvärmning.

Om du någonsin har sett lila buskar krossade av snödrivor och sedan spirande på en varm dag några veckor senare kanske du undrar hur växter tolererar sådana ytterligheter. jag studerar hur klimatförändringarna påverkar tidpunkten för säsongshändelser i livscyklerna för växter, fåglar och insekter i Massachusetts, så jag vet att arter har utvecklats här för att hantera New Englands berömda omväxlande väder. Men ett värmande klimat stör vädermönster och testar förmågan hos många arter att anpassa sig.

Tål kyla

På brutala vinterdagar när temperaturen ligger långt under fryspunkten, djur vilar under jorden eller kramar på skyddade platser. Men träd och buskar måste sitta där och ta det. Vävnaderna i stammarna, grenarna och rötterna lever. Hur överlever de den isande kylan?

På hösten börjar träiga växter i många delar av Nordamerika förbereder sig för vintern. När löven byter färg och faller börjar deras kvistar, grenar och stammar tappa vatten. Som ett resultat innehåller deras celler högre koncentrationer av sockerarter, salter och organiska föreningar.


innerself prenumerera grafik


Detta sänker fryspunkten för cellerna och vävnaderna och låter dem överleva temperaturer långt under den normala fryspunkten för vatten. Tricket har dock sina gränser, så extrema kalla händelser kan fortfarande döda vissa växter.

Träd- och buskrötter förblir i stort sett oförändrade och inaktiva under vintern och förlitar sig på isolering från snö och mark för skydd. För det mesta förblir temperaturen på jorden runt rötterna vid eller över fryspunkten. Jord, fallna löv och ihållande snöskikt isolerar marken ovanför rötterna och förhindrar att den tappar värme.

Den överraskande risken för vårfrost

Efter att växter stoiskt tål kalla vintrar medför den tidiga våren nya faror. Växter måste löpa ut så tidigt de kan på våren för att dra full nytta av växtsäsongen. Men det handlar om att pumpa vatten in i deras framväxande löv, vilket minskar koncentrationen av sockerarter, salter och organiska föreningar i vävnaderna och tar bort deras vinterskydd från kyla.

Varje art har en karakteristisk lövtid. Tidiga bladarter som blåbär och pil är spelarna i växtriket. Senare arter, som ek och tall, är de försiktiga och konservativa typerna. För varje art är att lösa ut för tidigt en risk eftersom sen frost kan skada eller döda unga löv.

Blommor är också sårbara för oförutsägbara vårfrost eftersom de innehåller mycket vatten. Om blommorna på fruktträd, såsom äpplen, dödas av frost, producerar inte träden frukt senare på sommaren. Sen frost kan också orsaka nedslående korta blomningssäsonger för tidigt blommande prydnadsväxter som forsythias och magnolias.

Plant väckarklockor

För att skydda mot frost och ändå dra nytta av hela växtsäsongen har träd och buskar utvecklat tre sätt att veta när det är dags att börja växa på våren.

Först har växter vinterkylningskrav: De håller på vinterdval tills de har utsatts för ett visst antal kalla vinterdagar. Detta drag hjälper dem att undvika blad eller blomning under onormalt varma perioder i vinter.

För det andra har växter också vårvärmebehov som främjar tillväxt efter att de upplever ett visst antal varma dagar varje vår. Den här funktionen hjälper dem att börja växa så snart det är tillräckligt varmt.

För det tredje har vissa växter också en fotoperiod svar, vilket innebär att de reagerar på den tid de utsätts för ljus under en 24-timmarsperiod. Detta förbereder dem att löpa ut när dagarna blir längre och varmare på våren. Bokträd har både ett värmebehov och en fotoperiodrespons, men temperaturkravet är mycket starkare, så de kommer igång efter bara några varma dagar på våren.

Intressant är att nordamerikanska träd som röd lönn och svartbjörk är mer försiktiga och konservativa än europeiska och östasiatiska träd. Vädret i östra Nordamerika är mer varierande, och hotet om sena vårfrost är högre här än i dessa regioner. Som ett resultat har nordamerikanska träd utvecklats till att lösa ut några veckor senare än jämförbara träd från Europa och Östasien.

Klimatförändringarna krypterar signalerna

Växter är mycket anpassade till temperatursignaler, så uppvärmning som drivs av klimatförändringar gör det svårare för många arter att motstå vinterkyl och vårfrost. När vårtemperaturen blir varmare än tidigare kan träd som äpplen och päron svara genom att bläddra ut och blomstra flera veckor tidigare än normalt. Detta kan öka deras sårbarhet för sena frost.

Hur växter hanterar skiftet från vinter till vårBladen på detta körsbärsträd har skadats av en sen frost. Richard Primack, CC BY-ND

Sådana sena frost är blir vanligare därför att klimatförändringen destabiliserar jetströmmenoch får den att doppa mycket längre söderut, vilket ger utbrott av ovanligt kallt väder.

2007, en utomordentligt varm period i mars utlöste träd att löva ut över östra och centrala USA. En hård frost i april dödade sedan unga blad och blommor av ekar, hickories och andra trädslag. Träden kunde producera en andra lövskörd, men kunde inte helt ersätta de löv som de förlorat, vilket sannolikt hämmade deras tillväxt för det året.

Insektskadegörare utgör också ett växande hot mot växter. Hårt vinterväder håller på att kontrollera många insekter som finns i norra klimat, t.ex. hemlock ull adelgids och smaragd askborare. När vintrarna blir mildare är det mer troligt att dessa insekter överlever, rör sig längre norrut, orsakar stora utbrott och skadar träd.

Varmare vintrar leder också till fler dagar när marken är bar. Kalla snäpp som uppstår när det inte finns något isolerande lager av snökan frys jorden och döda rötter. Träd- och buskgrenar dör sedan tillbaka eftersom de skadade rötterna inte kan ge tillräckligt med vatten och näringsämnen. I extrema fall kan växterna dö.

US Department of Agriculture's Zone Hardiness Zone Map visar att dessa zoner - områden där olika växtarter sannolikt kommer att trivas - flyttar sig norrut när klimatförändringarna värmer USA

{vembed Y=4pSYC8g5oVM}

Under de kommande decennierna kommer många kallälskande trädarter som granar och granar att bli mindre förekommande när de inte kan hantera nya utmaningar i samband med ett varmare klimat. I nordöstra USA kommer inhemska arter som sockerlönn och bok gradvis att ersättas med inhemska arter från längre söderut, såsom ekar och hickorier. Och icke-arter, såsom Norge lönn, utnyttjar dessa störningar för att spridas i skogar från vägar och stadsdelar.

Liknande förändringar sker på många ställen när klimatförändringarna förändrar de signaler som växterna förlitar sig på för att markera årstiderna.

Om författaren

Richard B. Primack, professor i biologi, Boston University

Denna artikel publiceras från Avlyssningen under en Creative Commons licens. Läs ursprungliga artikeln.

användning