Листопадни дървета през зимата – как прибират храната от листата

Листопадните дървета през зимата живеят без листа, но не и без запаси. Преди да ги изхвърлят, те вземат обратно средно около 45% от азота и 47% от фосфора, които са вложили в листата (Plants (MDPI), чрез PubMed Central).

Тези числа идват от измервания върху 61 дървета от 10 широколистни вида в североизточен Китай, така че са ориентир, а не правило за всяка гора (Plants (MDPI), чрез PubMed Central). Българските буки и дъбове не са измервани в тази работа, а методът на сравнение между видовете е труден и затова цифрите се четат внимателно (Лундски университет).

Колко от храната на листото се връща в дървото

Листото е фабрика, пълна с белтъци, а белтъците съдържат азот. Дървото разгражда част от тях още докато листото е живо и пренася продуктите към клони, ствол и корени (Plants (MDPI), чрез PubMed Central).

Ефективността варира широко. Азотът се връща от 21% до 60% според вида, фосфорът от 27% до 78% (Plants (MDPI), чрез PubMed Central). Останалото пада на земята заедно с листото и по-късно се връща в почвата чрез разлагането му (Лундски университет).

По наше изчисление по данни на изследването, при средните 45,3% над половината азот (около 55%) остава в окапалите листа (Plants (MDPI), чрез PubMed Central).

Защо листата първо променят цвят

Зеленият хлорофил е най-богатият на азот пигмент, затова разграждането му е част от прибирането на запасите. В сенесцентните листа общият хлорофил е спаднал средно с 71%, а каротеноидите с 46% (Plants (MDPI), чрез PubMed Central). Жълтото и оранжевото се виждат, когато зеленото отстъпи, защото каротеноидите са били в листото през цялото лято.

Червеното е друга история. Антоцианините се образуват наесен и в изследваните дървета са били открити само при три вида (Plants (MDPI), чрез PubMed Central). Прогнозният модел поставя пигментите на първо място сред факторите за връщането на азота, със 62,0% относителна важност, пред енергийните запаси (24,9%) и времето на стареене (13,1%).

Това е корелация, не доказана причина. Авторите работят с наблюдения на едно място и сами призовават за многогодишни опити с промяна на условията (Plants (MDPI), чрез PubMed Central).

Как листото се откъсва от клона

Откъсването е отделен процес от стареенето. Дървото изгражда на дръжката на листото специална зона, често седмици или месеци преди листото да падне (bioRxiv (Харвардски университет и Университет Пърдю)). В нея клетките са дребни и плътно подредени, а ензими омекотяват клетъчните стени. От страната на клона се образува защитен слой, наситен с корк и лигнин, който запечатва раната.

В преглед, който още не е минал рецензия, изследователи от Харвард и Пърдю проследяват четири вида в Индиана през 2020 г. Две листопадни дървета, жълтият коркови дърво и гинкото, постигат пълна готовност за опадане около 133–134 дни след лятното слънцестоене (bioRxiv (Харвардски университет и Университет Пърдю)). Гинкото тогава е запазило едва около 14% от хлорофила си, докато при кореновото дърво остават около 42%.

Изводът ни е, че сигналът за опадане не следва простия часовник на цвета. Две листа със същия цвят може да са в различна степен на готовност да се откъснат (bioRxiv (Харвардски университет и Университет Пърдю)).

Ясенът губи повече от брезата

Сравнението между видовете показва колко различно дърветата се справят със същата задача. В шведско изследване на четири вида, на 40-годишни насаждения от дъб, липа, ясен и бреза, ефективността зависи силно от вида и от елемента (Лундски университет).

Ефективността на връщане на елементите по видове при четирите дървесни вида (Лундски университет):

Стойностите в таблицата са от шведското изследване на четирите вида (Лундски университет).

Източник: Hagen-Thorn и др., Лундски университет, Forest Ecology and Management, 2006 (Лундски университет)

Брезата връща по наше изчисление по данни на изследването почти два пъти повече азот от ясена (69 към 36 процента) (Лундски университет). Ясенът губи и повече хранителни вещества от листата още през лятото, с дъжда, който ги измива, като в случая с калия това са около 30% от съдържанието на зелените листа.

Как кората и пъпките издържат на мраз

Прибраната храна е само половината от зимната стратегия. Другата е да не замръзне самото дърво. Във вечнозеления рододендрон, използван като моделно растение, листата достигат устойчивост до около минус 34 градуса след есенно закаляване, срещу около минус 7 градуса преди него (PLOS One).

Различните тъкани използват различна тактика. Листата и кората понасят образуването на лед извън клетките, а дървесната паренхимна тъкан и пъпките избягват леда, като охлаждат водата си под нулата без да замръзва (PLOS One). Закаляването сменя и белтъците. При рододендрона 54 протеинови петна се променят, като нараства делът на дехидрини и белтъци, свързани със студа, а намалява този на фотосинтезните.

Дърветата, които растат у нас, не са директно измервани в тези работи, затова механизмите са общи за дървесните растения, а точните стойности за българските видове остават предмет на отделни изследвания (PLOS One). Дървесните видове като цяло понасят много по-силен мраз от тревистите. Дървесните могат да се закалят и под минус 50 градуса, докато тревистите издържат около минус 20 до минус 30.

Топла есен и ранен слана променят сметката

По-топла есен би могла да удължи прозореца за прибиране на запасите, защото листата остават по-дълго активни (Plants (MDPI), чрез PubMed Central). Късното опадане обаче рискува сланата да прекъсне процеса и да остави част от азота в листата.

Гледан в обратната посока, примерът с храста Lonicera × purpusii показва какво става, когато студът изпревари дървото. Готовността му за опадане стигнала само около 68%, преди слана да убие останалите листа (bioRxiv (Харвардски университет и Университет Пърдю)). При дъба Quercus falcata, който задържа сухи листа през зимата, тя не надхвърлила 9–12%.

Какво се вижда в гората в ноември

Неголяма разходка е достатъчна, за да се сравнят видовете. Погледнете кои дървета вече са голи, кои още държат жълти листа и кои, като дъбовете, запазват сухи листа по клоните. Тази разлика отразява реално различна стратегия, а не просто закъснение (bioRxiv (Харвардски университет и Университет Пърдю)).

Листата на земята не са отпадък. Паданите листа са най-големият сезонен път на хранителни вещества към горската почва, а съставът им зависи от това колко дървото е прибрало преди това (Plants (MDPI), чрез PubMed Central, Лундски университет).

Ако се занимавате с озеленяване, видът има значение: градските дървесни проекти разчитат на листопадни видове, чиито листа се връщат в почвата с различен състав на хранителните вещества (Лундски университет).