植物が冬から春への移行をどのように管理するか
このシャクナゲのような木本植物の場合、春のリーフアウトのタイミングは、成長期を最大化することと遅い霜を避けることの間のバランスです。 リチャード・プリマック, BY-ND CC

米国全体の気象パターンは、過去数か月間ジェットコースターに乗っているように感じています。 XNUMX月とXNUMX月は 平均よりもかなり暖かい 多くの場所で、XNUMX月が続きます 激しい寒波 フォルダーとその下に 劇的なウォームアップ.

雪の吹きだまりによってライラックの茂みが押しつぶされ、数週間後の暖かい日に出芽するのを見たことがあれば、植物がそのような極端な状況にどのように耐えるか疑問に思うかもしれません。 私は勉強します 気候変動が季節的なイベントのタイミングにどのように影響するか マサチューセッツ州の植物、鳥、昆虫のライフサイクルの中で、ニューイングランドの有名な天候の変化に対応するために種がここで進化したことを私は知っています。 しかし、温暖化する気候は気象パターンを混乱させ、多くの種の適応能力をテストしています。

寒さに耐える

気温が氷点下をはるかに下回る残酷な冬の日には、 動物は地下で冬眠するか、保護された場所に群がります。 しかし、木や低木はそこに座ってそれを取る必要があります。 幹、枝、根の組織は生きています。 彼らはどのようにして凍えるような寒さを乗り切るのですか?

秋には、北米の多くの地域で木本植物が始まります 冬の準備。 葉の色が変わって落ちると、小枝、枝、幹が水分を失い始めます。 その結果、それらの細胞はより高濃度の糖、塩、有機化合物を含んでいます。


インナーセルフ購読グラフィック


これにより、細胞や組織の凝固点が下がり、通常の水の凝固点よりはるかに低い温度に耐えることができます。 ただし、このトリックには限界があるため、極端な寒波が発生すると、特定の植物が死滅する可能性があります。

樹木と低木の根は、冬の間、ほとんど変化せず、不活発なままであり、保護のために雪と土壌からの断熱に依存しています。 ほとんどの場合、根の周りの土壌の温度は氷点下以上にとどまります。 土壌、落ち葉、しつこい雪の層が根の上の地面を断熱し、熱を失うのを防ぎます。

春の霜の驚くべき危険

植物が寒い冬にストイックに耐えた後、早春は新たな危険をもたらします。 植物は、成長期を最大限に活用するために、春にできるだけ早く葉を落とす必要があります。 しかし、これには、発育中の葉に水を送り込むことが含まれます。これにより、組織内の糖、塩、有機化合物の濃度が低下し、冬の寒さからの保護が失われます。

それぞれの種には 特徴的なリーフアウト時間。 ブルーベリーやヤナギなどの早生種は、植物界のギャンブラーです。 オークやマツのような後の種は、用心深く保守的なタイプです。 どの種にとっても、遅い霜は若い葉を傷つけたり殺したりする可能性があるため、葉が早すぎるとリスクがあります。

花はまた、水分を多く含んでいるため、予測できない春の霜に対して脆弱です。 リンゴなどの果樹の花が霜で枯れてしまうと、夏の終わりには実をつけなくなります。 遅い霜はまた、レンギョウやモクレンなどの早咲きの観賞植物にとって、残念ながら短い開花期を引き起こす可能性があります。

プラントのウェイクアップコール

霜を防ぎ、成長期を最大限に活用するために、木や低木は、春に成長を開始する時期を知るためのXNUMXつの方法を開発しました。

まず、植物には冬の低温要件があります。特定の数の寒い冬の日にさらされるまで、植物は冬の休眠を維持します。 この特性は、真冬の異常に暖かい時期に葉や開花を避けるのに役立ちます。

第二に、植物には、毎年春に一定数の暖かい日を経験した後、成長を促進する春の温暖化要件もあります。 この機能は、十分に暖かくなるとすぐに成長を開始するのに役立ちます。

第三に、いくつかの植物はまた 日長 応答。これは、24時間以内に光にさらされた時間の長さに反応することを意味します。 これは、春の日が長くなり、暖かくなるにつれて、彼らが葉を出す準備をします。 ブナの木には温暖化の要件と日長の応答の両方がありますが、温度の要件ははるかに強いので、春の終わりのほんの数日の暖かい日後に始まります。

興味深いことに、アメリカハナノキやアメリカミズメなどの北米の木は、ヨーロッパや東アジアの木よりも慎重で保守的です。 北アメリカ東部の天気はより変動しやすく、晩春の霜の脅威はこれらの地域よりもここで高くなっています。 その結果、北米の木は、ヨーロッパや東アジアの同等の木よりも数週間遅れて葉を出すように進化しました。

気候変動は信号をスクランブルします

植物は温度信号に高度に適応しているため、気候変動によって引き起こされる温暖化により、多くの種が冬の寒さと春の霜に耐えることが難しくなっています。 春の気温が以前よりも暖かくなると、リンゴやナシなどの木が葉を出し、開花することで反応する可能性があります 通常より数週間早い。 これにより、晩霜に対する脆弱性が高まる可能性があります。

植物が冬から春への移行をどのように管理するかこの桜の葉は、遅い霜で被害を受けています。 リチャード・プリマック, BY-ND CC

そのような遅い霜は より一般的になる なぜなら 気候変動がジェット気流を不安定にしている、それをはるかに南に沈めるように導き、異常に寒い天候のバーストをもたらします。

2007年、XNUMX月の非常に暖かい時期 木が葉を出すきっかけ 米国東部と中央部にまたがって。 その後、XNUMX月の激しい霜により、オーク、ヒッコリー、その他の樹種の若い葉や花が殺されました。 木は葉のXNUMX番目の作物を生産することができましたが、失った葉を完全に置き換えることはできませんでした。そのため、その年の成長が妨げられた可能性があります。

害虫も植物への脅威を増大させます。 厳しい冬の天候は、次のような北部の気候で見つかった多くの昆虫を抑制します ツガカサアブラムシ & エメラルドアッシュボーラー。 冬が穏やかになると、これらの昆虫は生き残り、さらに北に移動し、大発生を引き起こし、樹木に損傷を与える可能性が高くなります。

暖かい冬はまた、地面がむき出しになる日が増えることにつながります。 雪の断熱層がないときに発生するコールドスナップは 土を凍らせて根を殺す。 損傷した根が十分な水と栄養分を供給できないため、木や低木の枝は枯れてしまいます。 極端な場合、植物は死ぬかもしれません。

米国農務省の植物耐寒性ゾーンマップは、気候変動が米国を暖めるにつれて、これらのゾーン(さまざまな植物種が繁殖する可能性が最も高い地域)が北にシフトしていることを示しています

{vembed Y=4pSYC8g5oVM}

今後数十年で、トウヒやモミなどの多くの寒さを愛する樹種は、それらが処理できないときに豊富ではなくなります 温暖な気候に関連する新たな課題。 米国北東部では、サトウカエデやブナなどの在来種が、オークやヒッコリーなどのさらに南の在来種に徐々に置き換わっていきます。 そして、などの外来種 ノルウェー楓は、これらの混乱を利用して、道端や近隣から森林に分散しています。

気候変動が季節の変化を示すために植物が依存する信号を変えるにつれて、同様の変化が多くの場所で起こっています。

著者について

リチャード・B・プリマック、生物学教授、 ボストン大学

この記事はから再公開されます 会話 クリエイティブコモンズライセンスの下で 読む 原著.