Ett döende saltkärr efter den extrema torkan 2011 i Kina. Växter inuti en bur för uteslutning av krabba lyckades överleva, men andra försvann, förvandla de en gång lummiga kärren till en kal saltlägenhet. Kredit:Qiang He
Extrema torka, förstärkt av ett värmande klimat, orsakar alltmer ekosystemkollaps i många regioner över hela världen. Men modeller som används av forskare för att förutsäga tipppunkterna där torkastress leder till ekosystemkollaps har visat sig opålitliga och alltför optimistiska.
En ny studie av forskare vid Duke University och Beijing Normal University kan ge svaret på varför.
Forskarna fann att dessa vändpunkter kan hända mycket tidigare än vad nuvarande modeller förutsäger på grund av det extra tryck som läggs på torka-försvagade växter av betande djur och svamppatogener.
"Vårt arbete ger det första verkliga experimentella beviset på att dessa naturliga växtfiender kan spela en dramatisk roll för att sänka ekosystemens vändpunkt genom att döda torka-försvagad vegetation och förhindra växter från att återhämta sig, " sa Brian R. Silliman, Rachel Carson docent i marin bevarandebiologi vid Duke's Nicholas School of the Environment.
Ekologer har länge vetat att torka kan stimulera denna typ av attack på växter, han sa, men de räknade mest med det som en sekundär stress och inte en huvudorsak till ekosystemkollaps.
"Vad vi hittade är motsatsen, ", sa Silliman. "Grazers har en stark sammansättningseffekt. Detta innebär att dessa ekosystem är mycket mer sårbara för torka än vad de nuvarande modellerna förutspår. Med betare närvarande, de kan hantera mycket mindre torkstress."
Teamet publicerade sina resultat 6 januari i den peer-reviewed tidskriften Ekologi bokstäver .
Forskarna utförde sitt fältarbete mellan 2009 och 2015 i saltkärr i Kinas floddelta i Gula och Liao. Myrarna, som är kända för sin lila-röda färg året runt, är bland de sista skyddade inhemska kustvåtmarkerna i Kina.
Myrarna upplevde en utbredd växtlighet som dog ut efter en extrem torka 2011. Forskarna utförde en rad experiment innan, under och efter torkan för att testa hur tryck från kraftigt bete från krabbor – den huvudsakliga naturliga fienden till växterna i de skyddade myrarna – påverkade motståndskraften mot och återhämtningen från torkan.
Den utrotningshotade rödkrönta tranan ( Grus japonensis ) är en bevarandeikon för kustvåtmarker i Östasien, och den råkar ha smak för krabbor som hotar saltmarksvegetationen under torka. Kredit:Xiaojun Wang
"I testområden där krabbor uteslöts, vi fann att vegetationsförlusten var betydligt lägre och att många växter kunde överleva torkan, sa Qiang He, en postdoktor i Sillimans labb. "De dog tillfälligt tillbaka men återhämtade sig snabbt efter att torkan upphörde."
"Men i kontrollplaner, bete av krabbor decimerade de torkastressade växterna, vilket resulterar i nästan fullständig vegetationsförlust, " sa han, som har studerat de kinesiska myrarna i mer än 10 år sedan han var student vid Beijing Normal University.
I områden som är öppna för krabbor, återhämtningen av vegetationen släpade efter i minst fyra år efter att torkan 2011 upphörde, Qiang lade han till.
Silliman sa att fynden förmodligen är relevanta för många andra ekosystem. "Växter i skogar och gräsmarker kan också decimeras av naturliga fiender, såsom insekter och svamppatogener, under torka."
Baserat på teamets preliminära granskning av torka-associerade växter som dör i andra ekosystem världen över, mer än hälften av alla sådana rapporterade händelser kunde ha förvärrats av någon typ av naturlig fiende. Den relativa betydelsen av naturliga fiender kontra torka i dessa fall, dock, är fortfarande oklart och kommer att kräva ytterligare studier.
Allvarliga torkar ökar i många regioner över hela världen och påverkar i allt högre grad ett brett spektrum av ekosystem – inklusive kärr, mangrove, tempererade och tropiska skogar, gräsmarker och korallrev – som tillhandahåller viktiga tjänster till både människor och miljö, sa Silliman.
"Att kunna förutsäga hur och när dessa extrema händelser kommer att påverka ekosystemen, och identifiera förvaltningsmetoder som kan bidra till att minska effekterna, har blivit en hög prioritet, sa Silliman.
"Problemet är att de flesta av de växttoleransmodeller vi för närvarande använder för att förutsäga dessa resultat är baserade på laboratoriestudier eller växtfysiologiska studier, så de tar ofta inte hänsyn till de sammansatta effekterna av samtidiga stressfaktorer som torka och tryck från naturliga fiender. Resultatet har blivit att ekosystemen dör långt innan våra modeller förutsäger att de kommer att göra det.
"Förhoppningsvis, " han sa, "resultaten från denna studie kommer att hjälpa oss att utveckla bättre modeller och förvaltningsmetoder."
