สำหรับไม้ยืนต้นเช่นโรโดเดนดรอนระยะเวลาของการผลิใบออกเป็นความสมดุลระหว่างการเพิ่มฤดูกาลการเจริญเติบโตสูงสุดและการหลีกเลี่ยงน้ำค้างในช่วงปลาย ริชาร์ด ไพรแมค, CC BY-ND

รูปแบบสภาพอากาศทั่วสหรัฐอเมริกาให้ความรู้สึกเหมือนนั่งรถไฟเหาะในช่วงหลายเดือนที่ผ่านมา เดือนธันวาคมและมกราคมเป็น อุ่นกว่าค่าเฉลี่ยอย่างมีนัยสำคัญ ในหลายพื้นที่ตามด้วยของเดือนกุมภาพันธ์ คลื่นความเย็นที่รุนแรง และ วอร์มอัพอย่างมาก.

หากคุณเคยเห็นพุ่มไม้ไลแลคบดบังด้วยกองหิมะและออกดอกในวันที่อากาศอบอุ่นเพียงไม่กี่สัปดาห์ต่อมาคุณอาจสงสัยว่าพืชทนต่อความสุดขั้วเช่นนี้ได้อย่างไร ฉันเรียน การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศส่งผลต่อช่วงเวลาของเหตุการณ์ตามฤดูกาลอย่างไร ในวงจรชีวิตของพืชนกและแมลงในแมสซาชูเซตส์ดังนั้นฉันจึงรู้ว่าสิ่งมีชีวิตมีวิวัฒนาการมาที่นี่เพื่อรับมือกับสภาพอากาศที่เปลี่ยนแปลงอย่างมีชื่อเสียงของนิวอิงแลนด์ แต่สภาพอากาศที่ร้อนขึ้นกำลังรบกวนรูปแบบสภาพอากาศและทดสอบความสามารถของสิ่งมีชีวิตหลายชนิดในการปรับตัว

ทนต่อความหนาวเย็น

ในฤดูหนาวที่โหดร้ายเมื่ออุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง สัตว์จะจำศีลอยู่ใต้ดินหรือรวมตัวกันในจุดที่ได้รับการคุ้มครอง. แต่ต้นไม้และพุ่มไม้ต้องนั่งอยู่ที่นั่นและรับมัน เนื้อเยื่อในลำต้นกิ่งก้านและรากมีชีวิต พวกเขาอยู่รอดจากความหนาวเย็นได้อย่างไร?

ในฤดูใบไม้ร่วงพืชไม้ยืนต้นในหลายพื้นที่ของอเมริกาเหนือจะเริ่มขึ้น เตรียมพร้อมสำหรับฤดูหนาว. เมื่อใบไม้เปลี่ยนสีและร่วงหล่นกิ่งไม้กิ่งก้านและลำต้นก็เริ่มสูญเสียน้ำ เป็นผลให้เซลล์ของพวกมันมีน้ำตาลเกลือและสารประกอบอินทรีย์ที่มีความเข้มข้นสูงขึ้น

สิ่งนี้จะช่วยลดจุดเยือกแข็งของเซลล์และเนื้อเยื่อและช่วยให้สามารถอยู่รอดได้ในอุณหภูมิที่ต่ำกว่าจุดเยือกแข็งปกติของน้ำ อย่างไรก็ตามเคล็ดลับมีข้อ จำกัด ดังนั้นเหตุการณ์ที่หนาวจัดก็ยังสามารถฆ่าพืชบางชนิดได้

รากของต้นไม้และไม้พุ่มส่วนใหญ่ยังคงไม่เปลี่ยนแปลงและไม่ได้ใช้งานในช่วงฤดูหนาวโดยอาศัยฉนวนกันความร้อนจากหิมะและดินเพื่อป้องกัน โดยส่วนใหญ่อุณหภูมิของดินรอบ ๆ รากจะอยู่ที่หรือสูงกว่าจุดเยือกแข็ง ดินใบไม้ที่ร่วงหล่นและชั้นหิมะที่คงอยู่เป็นฉนวนป้องกันพื้นดินเหนือรากและป้องกันไม่ให้สูญเสียความร้อน

อันตรายที่น่าประหลาดใจของน้ำค้างในฤดูใบไม้ผลิ

หลังจากที่พืชทนต่อฤดูหนาวอย่างอดทนต้นฤดูใบไม้ผลิก็นำมาซึ่งอันตรายใหม่ ๆ พืชต้องออกให้เร็วที่สุดในฤดูใบไม้ผลิเพื่อใช้ประโยชน์จากฤดูปลูกให้เต็มที่ แต่สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการสูบน้ำเข้าไปในใบไม้ที่กำลังพัฒนาซึ่งจะช่วยลดความเข้มข้นของน้ำตาลเกลือและสารประกอบอินทรีย์ในเนื้อเยื่อและขจัดความหนาวเย็นออกไป

แต่ละชนิดมี ลักษณะเวลาออกใบ. สายพันธุ์ที่มีใบต้นเช่นบลูเบอร์รี่และวิลโลว์เป็นนักพนันของอาณาจักรพืช สายพันธุ์ต่อมาเช่นไม้โอ๊คและไม้สนเป็นประเภทที่ระมัดระวังและอนุรักษ์นิยม สำหรับสายพันธุ์ใด ๆ การทิ้งใบเร็วเกินไปมีความเสี่ยงเนื่องจากน้ำค้างในช่วงปลายอาจทำลายหรือฆ่าใบอ่อนได้

ดอกไม้ยังเสี่ยงต่อการเกิดน้ำค้างในฤดูใบไม้ผลิที่ไม่สามารถคาดเดาได้เนื่องจากมีน้ำมาก หากดอกไม้ของไม้ผลเช่นแอปเปิ้ลถูกน้ำค้างแข็งตายต้นไม้จะไม่ออกผลในช่วงฤดูร้อน น้ำค้างในช่วงปลายยังสามารถทำให้ฤดูออกดอกสั้นลงอย่างน่าผิดหวังสำหรับไม้ประดับที่ออกดอกในช่วงต้นเช่นฟอร์ซิเธียสและแมกโนเลีย

โทรปลุก

เพื่อป้องกันน้ำค้างแข็งและยังคงใช้ประโยชน์จากฤดูการเจริญเติบโตเต็มที่ต้นไม้และพุ่มไม้ได้พัฒนาสามวิธีในการทราบว่าถึงเวลาที่จะเริ่มเติบโตในฤดูใบไม้ผลิ

ประการแรกพืชมีความต้องการหนาวในฤดูหนาว: พวกมันยังคงอยู่ในช่วงฤดูหนาวจนกว่าพวกเขาจะได้สัมผัสกับวันที่อากาศหนาวเย็นเป็นจำนวนมาก ลักษณะนี้ช่วยให้พวกเขาหลีกเลี่ยงการผลิใบหรือออกดอกในช่วงที่อากาศอบอุ่นอย่างผิดปกติในช่วงกลางฤดูหนาว

ประการที่สองพืชยังมีข้อกำหนดในการให้ความร้อนในฤดูใบไม้ผลิซึ่งส่งเสริมการเจริญเติบโตหลังจากที่พวกมันได้สัมผัสกับวันที่อบอุ่นเป็นจำนวนมากในแต่ละฤดูใบไม้ผลิ คุณสมบัตินี้ช่วยให้พวกมันเริ่มเติบโตได้ทันทีที่มันอบอุ่น

ประการที่สามพืชบางชนิดยังมี ช่วงแสง การตอบสนองซึ่งหมายความว่าพวกมันตอบสนองต่อระยะเวลาที่สัมผัสกับแสงในช่วงเวลา 24 ชั่วโมง นี่เป็นการเตรียมใบไม้ให้พร้อมเมื่อหลายวันผ่านไปนานขึ้นและอุ่นขึ้นในฤดูใบไม้ผลิ ต้นบีชมีทั้งความต้องการความร้อนและการตอบสนองต่อแสง แต่ความต้องการอุณหภูมิจะสูงกว่ามากดังนั้นพวกมันจึงเริ่มต้นได้หลังจากที่อบอุ่นเพียงไม่กี่วันในช่วงปลายฤดูใบไม้ผลิ

ที่น่าสนใจคือต้นไม้ในอเมริกาเหนือเช่นเมเปิ้ลแดงและเบิร์ชดำมีความระมัดระวังและอนุรักษ์นิยมมากกว่าต้นไม้ในยุโรปและเอเชียตะวันออก สภาพอากาศในอเมริกาเหนือทางตะวันออกมีความแปรปรวนมากขึ้นและภัยคุกคามของน้ำค้างแข็งในช่วงปลายฤดูใบไม้ผลิจะสูงกว่าในภูมิภาคเหล่านั้น เป็นผลให้ต้นไม้ในอเมริกาเหนือมีวิวัฒนาการที่จะผลิใบช้ากว่าต้นไม้จากยุโรปและเอเชียตะวันออกไม่กี่สัปดาห์

การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศรบกวนสัญญาณ

พืชปรับตัวให้เข้ากับสัญญาณอุณหภูมิอย่างมากดังนั้นภาวะโลกร้อนที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศจึงทำให้สัตว์หลายชนิดทนต่อความหนาวเย็นในฤดูหนาวและน้ำค้างแข็งในฤดูใบไม้ผลิได้ยากขึ้น เมื่ออุณหภูมิในฤดูใบไม้ผลิร้อนขึ้นกว่าในอดีตต้นไม้เช่นแอปเปิ้ลและลูกแพร์อาจตอบสนองโดยการผลิใบและออกดอก เร็วกว่าปกติหลายสัปดาห์. สิ่งนี้สามารถเพิ่มความเสี่ยงต่อการเกิดน้ำค้างในช่วงปลาย

ใบไม้บนต้นซากุระนี้ได้รับความเสียหายจากน้ำค้างแข็งในช่วงปลาย ริชาร์ด ไพรแมค, CC BY-ND

ช่วงปลายน้ำค้างดังกล่าวคือ กลายเป็นเรื่องธรรมดามากขึ้น เพราะ การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศกำลังทำให้กระแสเจ็ทไม่เสถียรทำให้มันจมลงไปทางใต้มากขึ้นทำให้เกิดอากาศหนาวเย็นผิดปกติ

ในปี 2007 เป็นช่วงที่อบอุ่นเป็นพิเศษในเดือนมีนาคม ต้นไม้ที่ถูกกระตุ้นให้ผลิใบออก ทั่วภาคตะวันออกและภาคกลางของสหรัฐอเมริกา น้ำค้างแข็งในเดือนเมษายนได้คร่าชีวิตใบอ่อนและดอกของต้นโอ๊กพืชชนิดหนึ่งและต้นไม้ชนิดอื่น ๆ ต้นไม้สามารถสร้างพืชใบที่สองได้ แต่ไม่สามารถทดแทนใบไม้ที่สูญเสียไปได้อย่างสมบูรณ์ซึ่งมีแนวโน้มที่จะทำให้การเติบโตของพวกมันในปีนั้นชะงักงัน

แมลงศัตรูพืชยังเป็นภัยคุกคามที่เพิ่มขึ้นต่อพืช สภาพอากาศในฤดูหนาวที่รุนแรงมีการตรวจสอบแมลงหลายชนิดที่พบในสภาพอากาศทางตอนเหนือเช่น เฮมล็อค adelgids ขนสัตว์ และ เถ้ามรกต. เมื่อฤดูหนาวอากาศหนาวเย็นลงแมลงเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะอยู่รอดเคลื่อนตัวไปทางเหนือมากขึ้นทำให้เกิดการระบาดใหญ่และทำลายต้นไม้

ฤดูหนาวที่อุ่นขึ้นยังนำไปสู่วันที่พื้นดินว่างเปล่ามากขึ้น สแนปเย็นที่เกิดขึ้นเมื่อไม่มีชั้นฉนวนกันความร้อนของหิมะ ตรึงดินและฆ่าราก. กิ่งก้านของต้นไม้และไม้พุ่มตายไปแล้วเนื่องจากรากที่เสียหายไม่สามารถให้น้ำและสารอาหารได้เพียงพอ ในกรณีที่รุนแรงพืชอาจตายได้

แผนที่เขตความแข็งแกร่งของพืชของกระทรวงเกษตรสหรัฐฯแสดงให้เห็นว่าโซนเหล่านี้ซึ่งเป็นพื้นที่ที่พืชพันธุ์ต่างๆมีแนวโน้มที่จะเจริญเติบโตมากที่สุดกำลังขยับขึ้นไปทางเหนือเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศทำให้สหรัฐฯอุ่นขึ้น

{มีไฟ Y=4pSYC8g5oVM}

ในอีกไม่กี่สิบปีข้างหน้าต้นไม้ที่ชอบความหนาวเย็นหลายชนิดเช่นต้นสนและต้นสนจะมีจำนวนน้อยลงเมื่อไม่สามารถรับมือได้ ความท้าทายใหม่ที่เกี่ยวข้องกับสภาพอากาศที่อบอุ่นขึ้น. ในภาคตะวันออกเฉียงเหนือของสหรัฐอเมริกาพันธุ์พื้นเมืองเช่นเมเปิ้ลน้ำตาลและบีชจะค่อยๆถูกแทนที่ด้วยพันธุ์พื้นเมืองจากทางใต้ที่ไกลออกไปเช่นต้นโอ๊กและพืชชนิดหนึ่ง และพันธุ์ที่ไม่ใช่พันธุ์พื้นเมืองเช่น เมเปิ้ลนอร์เวย์กำลังใช้ประโยชน์จากการหยุดชะงักเหล่านี้เพื่อแยกย้ายกันไปในป่าจากริมถนนและละแวกใกล้เคียง

การเปลี่ยนแปลงที่คล้ายกันกำลังเกิดขึ้นในหลาย ๆ ที่เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศเปลี่ยนแปลงสัญญาณที่พืชต้องพึ่งพาเพื่อกำหนดฤดูกาลที่เปลี่ยนแปลง

เกี่ยวกับผู้เขียน

Richard B.Primack ศาสตราจารย์ด้านชีววิทยา มหาวิทยาลัยบอสตัน

บทความนี้ตีพิมพ์ซ้ำจาก สนทนา ภายใต้ใบอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์ อ่าน บทความต้นฉบับ.

ไอเอ็นจี