Возврат почвенной влаги при замерзании–оттаивании существенно способствует весенней фенологии на потепляющем Циньшань-Тибетском плато

Почему весна наступает раньше на высоком плато Азии

По обширным пастбищам Циньшань–Тибетского плато в последние десятилетия приходит весеннее «зеленение» раньше. Раннее распускание листьев важно, потому что оно ускоряет рост растений, вынимает больше диоксида углерода из воздуха и меняет путь переноса воды с суши в атмосферу. Это исследование показывает, что упущенный из виду фактор — вода, выталкиваемая и перераспределяемая в почве при ее замерзании и оттаивании — является важной причиной того, почему растения на этом «Третьем полюсе» Земли просыпаются все раньше.

Скрытый водяной двигатель под мерзлой землей

В холодный сезон верхний слой почвы на плато неоднократно замерзает и оттаивает. По мере продвижения фронта замерзания вниз он тянет жидкую воду вверх, концентрируя влагу в корневой зоне прежде, чем все замерзнет. Когда приходит весеннее тепло, лед сначала тает в верхнем слое и внезапно снабжает корни растений приливом жидкой воды. Авторы называют влагу, которая возвращается в верхний слой почвы таким образом, «возвратом почвенной влаги». Используя данные с 32 участков, собранные в период с 2003 по 2024 год, они отделили эту воду, вызванную замерзанием–оттаиванием, от обычных весенних осадков, чтобы выяснить, как каждый источник влияет на время начала вегетационного сезона, или «весеннее зеленение».

Измерение того, насколько вода действительно важна

Чтобы разделить эффекты разных источников воды, команда разработала новую методику, отслеживающую, как почвенная влага преодолевает водный стресс растений. Они применили идеи энергетико-водного баланса, чтобы определить критический уровень почвенной влаги, ниже которого растения в основном ограничены дефицитом воды, и выше которого главным ограничением становятся доступное освещение и тепло. Сравнивая реальные весенние кривые влажности почвы с эталонной кривой, представляющей, как почва высыхала бы без новых поступлений, они оценивали, какая часть весеннего прироста влаги пришла от процесса замерзания–оттаивания и какая — от дождей. Затем эти показатели связали с спутниковыми и наземными записями о времени первого появления зелени растительности в каждом году.

Вода от замерзания–оттаивания важнее дождя и тепла

По всему плато вода, приводимая в движение замерзанием–оттаиванием, оказалась самым сильным фактором, сдвигающим начало вегетационного сезона вперед. В среднем она объясняла около одной пятой наблюдаемого раннего сдвига весны — больше, чем весенняя температура воздуха и больше, чем прямой эффект весенних осадков. На участках с толстыми «активными слоями» — сезонно оттаивающей зоной над вечномерзлотой, которая может превышать два метра — чувствительность была особенно высокой: при глубине этой зоны более примерно 2,2 метра влияние поверхностной почвенной влаги, поступающей в результате замерзания–оттаивания, увеличивалось примерно на треть. Вместе с тем исследование показало, что польза от добавочной влаги ограничена. Когда почвы становились слишком влажными, у растений вероятно возникали дефицит кислорода и потери питательных веществ, что замедляло или даже обращало вспять ускорение весеннего зеленения.

Изменяющаяся земля — меняющийся углеродный баланс

По мере того как вечномерзлота оттаивает, активный слой углубляется и путь движения воды по почвенному профилю меняется. Изначально талые воды из более глубокого льда могут пополнять средние слои почвы и помогать снабжать верхние горизонты во время циклов замерзание–оттаивание. Однако при превышении порога в 2,2 метра более глубокие каналы и измененная структура почвы позволяют воде сильнее уходить вбок или вниз, вместо того чтобы возвращаться к поверхности. Исследование показывает, что даже при таких изменениях вода от замерзания–оттаивания остается ключевым триггером раннего зеленения, в то время как весенние дожди становятся более значимыми в регионах с толстым активным слоем. Раннее зеленение, в свою очередь, тесно связано с усиленным весенним поглощением углерода: в большинстве участков годы с более ранней весной совпадали с годами повышенного поглощения углерода землей из атмосферы.

Что это значит для будущего «Азиатской водонапорной башни»

Результаты подчеркивают: поведение весенних экосистем плато определяется не только температурой. Природный «саморегулирующийся» водный механизм в почве, управляемый замерзанием–оттаиванием, в настоящее время помогает растениям раньше начинать рост и ежегодно поглощать больше углерода. Но продолжающееся потепление и деградация вечномерзлоты могут постепенно ослаблять этот механизм, изменяя количество воды, достигающей корневой зоны весной. Этот сдвиг способен вызвать цепную реакцию в региональных водных ресурсах и углеродном балансе по всей Азии. Сохранение устойчивости почв и включение динамики возврата почвенной влаги при замерзании–оттаивании в климатические и земные модели будет критически важным для прогнозирования будущих изменений здоровья экосистем и безопасности водных ресурсов в бассейнах ниже по течению.

Цитирование: Zhao, H., Sun, S., Song, C. et al. Freeze-thaw-driven soil moisture return significantly contributes to spring phenology on the warming Qinghai-Tibet Plateau. Nat Commun 17, 3981 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-71956-1

Ключевые слова: весенняя фенология, замерзание–оттаивание почвы, Циньшань–Тибетское плато, вечномерзлота, поглощение углерода