Du kanske förväntar dig att växter som hoppas kunna trivas i Kaliforniens högkonjunktur-eller-bust-regncykel skulle välja att slå ner rötter på en plats som kan lagra mycket vatten under jorden för att hålla i torka år.

Men några av de mest framgångsrika växtsamhällena i staten - och förmodligen i medelhavsklimat över hela världen - som kännetecknas av våta vintrar och torra somrar har tagit ett annat tillvägagångssätt. De har lärt sig att trivas i områden med en lagringskapacitet under jord som knappt är tillräckligt stor för att hålla vattnet som faller även under magra år.

Förvånande, dessa växter klarar sig bra i både lågvatten och regniga år just för att jorden och vittrade berget under marken lagrar så lite vatten i förhållande till regnet som levereras.

"Nyckelpunkten från vår studie är att, på många platser på nordkusten, lagringskapaciteten är liten i förhållande till hur mycket det regnar, sa Jesse Hahm, en doktorand vid University of California, Berkeley, och en av två första författare till studien. "Eftersom kapaciteten för underytan att lagra vatten under den våta årstiden är liten, det regnar fortfarande tillräckligt, även under de torra åren, för att fylla på vattenförsörjningen. Den begränsade lagringskapaciteten under marken är nyckelmekanismen som frikopplar växterna och hur mycket vattentillgång de har på sommaren från stora svängningar i vinterregn."

Som ett resultat, dessa växter är mycket mer motståndskraftiga under torka år, vilket framgår av Kaliforniens relativt oskadda nordkust under den senaste torkan som dödade hundratals miljoner träd i Sierra Nevada.

"Eftersom vattnet under ytan fylls på även under torka år, på sommaren känner dessa växter samma mängd vatten under marken, oavsett hur mycket regn som föll under vintern, "Sa Hahm." De vet inte riktigt om det regnade mycket eller lite, eftersom de har samma mängd vatten lagrat under marken varje sommar."

På baksidan, växter som växer idag på mark som kan suga upp så mycket vatten som vinterregnet kan ge är värdväxter som kommer att behöva hantera statens allt torrare klimat, utsätta dem för risker när klimatet förändras. Detta kan vara ett problem för Sierra Nevadas växtsamhällen som förlitar sig mindre på en ihållande snöpackning och alltmer på lagrat vatten under ytan för att hålla under den torra sommaren.

Hahm och David Dralle, den andra författaren och en tidigare Berkeley -doktorand som är biträdande professor vid Sacramento State University, beskriva sina upptäckter, tillsammans med sina kollegor, i en tidning som nyligen godkändes av tidningen Geofysiska forskningsbrev och nu online.

Bergfukt

Medan de flesta tror att växter bara förlitar sig på vatten som lagras i matjorden, Berkeleys William Dietrich, professor i jord- och planetvetenskap, och nyutexaminerade Daniella Rempe, en biträdande professor vid University of Texas, Austin, upptäckte nyligen att vatten som lagras i sprucken och vittrad sten under jorden spelar en lika stor eller större roll. Det som Dietrich och Rempe kallar "bergfuktighet" kan uppgå till en betydande del av vad växter förlitar sig på årligen.

En viktig konsekvens av den nya studien, Dietrich säger, är att globala klimatmodeller måste inkludera bergfuktighet i sina beräkningar för att korrekt representera och förutsäga effekterna av torka eller kraftiga regn. Under de senaste åren har torka- eller värmedödade träd har lett till katastrofala skogsbränder i Kalifornien, Spanien, Grekland, Australien och många regioner med en torr, Medelhavsklimat.

"Att förstå hur vatten lagras djupt i den väderbitna berggrunden och hur variationer i den vattentillgången och i nederbörd påverkar växternas vattenförsörjning i den zonen är extremt viktigt i ett säsongsmässigt torrt klimat, " sa Hahm.

I deras studie, forskarna tittade på 26 platser över hela landet. Alla låg under snöbältet, så att vinterregn lagrat under marken var den dominerande vattenkällan för växterna under sommartorrperioden. Använda nederbördsdata och U.S. Geological Survey strömflödesdata för att beräkna mängden vatten som lagras årligen under jord, de kunde bedöma den underjordiska lagringskapaciteten för jorden och den väderbitna stenen.

Av de 26 platserna, endast sju - alla i norra kustintervallerna - hade begränsad lagringskapacitet under vattnet och klarade sig bra under statens senaste uttorkade torka, mellan 2011 och 2016. Dessa platser sträckte sig från gräs och ek savann och chaparral till täta douglasgranskogar, men alla kännetecknades av låg lagring under ytan i förhållande till den genomsnittliga årliga nederbörden i området, som tenderar att vara hög. Det överskottsvatten som underytan inte kunde lagra på vintern rann genom marken och spräckte berggrunden och hamnade i bäckarna.

De andra sajterna, inklusive de flesta platser i södra Kalifornien, lidit i torkan, med vegetation som dör och mindre frisk, mindre gröna växter. Alla kännetecknades av lagring under jord som är tillräcklig för att suga upp det mesta av nederbörden som faller årligen, men det hade lämnats uttömt under torkaåren.

Att använda satellitbilder för att mäta produktiviteten och hälsan hos vegetationen på varje plats, forskarna drog slutsatsen att platserna med hög relativ lagringskapacitet var de som varierade mest mellan våta och torra år i hur gröna växterna var. Platser med låg lagringskapacitet under jord i förhållande till genomsnittlig årlig nederbörd klarade sig bättre, förblir lika gröna och friska både under torka och våta år.

Hahm noterade att många växter i Sierra Nevada förlitar sig på snösäcken för att släcka sin törst under typiska regnfria somrar. Men när temperaturen stiger med den globala uppvärmningen, vinternederbörd kommer alltmer att uppstå som regn.

"På ett sätt, detta är en inblick i framtiden, " sa Hahm. "När klimatet värms, och när snögränsen ökar i dessa bergskedjor, fler och fler platser kommer att övergå från att vara beroende av snöpackning till att vara beroende av vatten som lagras i underytan. Att förstå hur denna lagringskapacitetsbegränsning kommer att påverka anläggningar över hela staten i högbergsområden måste utforskas mer."

Insikterna om bergfuktighet kom från ett långsiktigt projekt vid Angelo Coast Range Reserve i norra Kalifornien, en del av UC Natural Reserve System, där forskare vid Eel River Critical Zone Observatory följde vatten från himlen genom vegetation, jord och sten in i bäckarna och backa upp i atmosfären via avdunstning och transpiration för att kartlägga vattnets livscykel i miljön. Primär finansiering för observatoriet, som Dietrich regisserar, kommer från National Science Foundation (EAR 1331940).