Mgła, porosty i bilans wody u Eulychnia breviflora

Kaktus w zasięgu oceanicznej mgły

Na skalistym wybrzeżu w Pan de Azúcar kolumnowe gałęzie Eulychnia breviflora są miejscem osiedlania porostów. W pracy Stantona i współautorów użyto nazwy E. saint-pieana, uznawanej obecnie w POWO za synonim E. breviflora. Z pędów i cierni zwieszają się m.in. Ramalina usnea oraz przedstawiciele Usnea. Ich plechy, czyli ciała porostów, zwiększają powierzchnię kontaktu rośliny z wilgotnym powietrzem. Badanie dotyczyło przybrzeżnej populacji pod wpływem mgieł, oddzielonej od skrajnie suchych obszarów w głębi pustyni. [Stanton i wsp. 2014] [2-WWW]

Epifity rozwijają się na powierzchni gospodarza i korzystają z niej jako miejsca osiedlenia. W badanym układzie mogą przechwytywać krople zawieszone w powietrzu, zatrzymywać wodę oraz ograniczać nagrzewanie pędu. Bilans zależy od kilku dróg przepływu. Woda może pozostać w poroście, odparować z jego powierzchni albo dotrzeć do podłoża. Równocześnie zmienia się tempo tracenia wody z wilgotnej gleby i atmosferyczne zapotrzebowanie na parowanie. [Stanton i wsp. 2014]

Przechwytywanie kropli i woda docierająca do gleby

Mgła niesie już utworzone, drobne krople ciekłej wody. Wiatr przynosi je do powierzchni pędów, cierni i plech. Zderzenie kropli z tą powierzchnią oraz jej zatrzymanie stanowią dopływ wody z mgły. Rosa powstaje inną drogą, przez skraplanie pary na dostatecznie chłodnej powierzchni. W doświadczeniu rozważano przede wszystkim wpływ epifitów na przechwytywanie mgły oraz późniejsze zatrzymywanie i parowanie wody. [Stanton i wsp. 2014]

Aby oddzielić rolę samej struktury od procesów żywej rośliny, zbudowano trzy pary modeli kolumnowych pędów. Miały około 75 cm wysokości, zieloną osłonę i elementy naśladujące ciernie. Jeden model w parze pokrywano porostami, drugi pozostawał bez nich. Porównywano wodę w glebie pod modelami oraz na otwartej powierzchni. Modele dostarczały do podłoża więcej wilgoci niż otwarte miejsce, jednak gleba pod modelami z porostami była suchsza niż pod odpowiednikami bez porostów. [Stanton i wsp. 2014]

Ten wynik wynika z rozdzielenia przechwycenia i przekazania wody. Plechy mogą zatrzymać część cieczy, zanim spłynie ona do korzeni. Sam wzrost powierzchni pokrytej epifitami nie określa więc ilości wody, która zasili glebę. Autorzy połączyli doświadczenie z modelami z pomiarami na żywych roślinach, aby zbadać także drugą stronę bilansu, tempo wysychania otoczenia. [Stanton i wsp. 2014]

Usunięcie porostów z dwóch ekspozycji

W marcu 2008 r. wybrano 15 kaktusów o wysokości 1–2 m, tworzących pięć dopasowanych trójek. W każdej trójce jedna roślina zachowała epifity, u drugiej usuwano je z północnej połowy, a u trzeciej z południowej. Taki układ pozwalał zestawić utratę osłony po stronie silniej nasłonecznionej z jej usunięciem po stronie bardziej zacienionej. Zabieg ograniczano do epifitów, dbając o zachowanie powierzchni kaktusa. [Stanton i wsp. 2014]

Po rzadkim deszczu w maju 2010 r. gleba przy roślinach pozbawionych epifitów od północy wysychała szybciej niż przy roślinach kontrolnych. Usunięcie ich od południa nie dawało takiej różnicy względem kontroli. Dotyczyło to pomiarów grawimetrycznych po konkretnym opadzie. Część automatycznego monitoringu gleby zakłóciły wezbrania wody, co ograniczyło dostępny zapis. Wynik wskazuje zależność korzyści z osłony od ekspozycji i nasłonecznienia. [Stanton i wsp. 2014]

Chłodniejsze powietrze przy powierzchni pędu

Przy czterech parach powierzchni z epifitami i bez nich rejestrowano temperaturę oraz wilgotność powietrza. Obliczano deficyt ciśnienia pary wodnej, VPD. Jest to różnica między ciśnieniem pary przy nasyceniu w danej temperaturze a jej rzeczywistym ciśnieniem w powietrzu. Wyższy VPD oznacza większą atmosferyczną zdolność odbierania wody z wilgotnej powierzchni. Temperatura i wilgotność działają tu wspólnie, ponieważ cieplejsze powietrze może przy nasyceniu zawierać więcej pary. [Stanton i wsp. 2014]

W tabeli zestawiono średnie z pomiarów porównawczych przy pędzie. Dzień zdefiniowano jako godziny 7–19. Z epifitami średnia temperatura dzienna była o 2,2°C niższa, a średni VPD wynosił 0,69 kPa wobec 1,02 kPa bez osłony. Wartości dotyczą lokalnej przestrzeni pomiarowej, czterech par czujników oraz okresów rejestracji badania. Nie są średnią temperaturą całego siedliska. [Stanton i wsp. 2014]

W nocy różnice części wskaźników były niewielkie, a dla średniego VPD nieistotne statystycznie. Najwyraźniejsza zmiana wiązała się z porą dzienną, gdy odsłonięta powierzchnia silniej się nagrzewała. Porosty tworzą osłonę przed promieniowaniem, zmieniają ruch powietrza blisko pędu i okresowo przechowują wodę. Łączny efekt tych właściwości odpowiadał chłodniejszemu i wilgotniejszemu mikrośrodowisku. [Stanton i wsp. 2014]

Co w tym układzie oszczędza wodę

Woda zatrzymana w porostach może później wrócić do atmosfery podczas ich wysychania. Lokalnie zwiększa to wilgotność, a wraz z zacienieniem obniża VPD. Wolniejsza wymiana powietrza w osłoniętej przestrzeni utrudnia szybkie odprowadzanie pary. Woda może zatem pozostawać dłużej w mikrośrodowisku, nawet gdy mniejsza jej część natychmiast dociera do gleby. Ten mechanizm wyjaśnia, dlaczego model z porostami i żywy kaktus po deszczu mogą wskazywać różne aspekty tego samego bilansu. [Stanton i wsp. 2014]

Pomiary bezpośrednio wykazały zmianę mikroklimatu i różnice wysychania gleby. Autorzy interpretowali je jako możliwość sprawniejszego wykorzystania dostępnej wody przez gospodarza. W tej części doświadczenia nie mierzono strumienia transpiracji ani wymiany gazowej kaktusa, więc oszczędności nie wyrażono jako procentu zmniejszenia jego całkowitego zużycia wody. Proponowana ochrona fotosyntezy przed silnym światłem pozostaje dodatkowym wyjaśnieniem wymagającym własnego pomiaru. [Stanton i wsp. 2014]

Mikrośrodowisko jako część siedliska

Przybrzeżne stanowisko składa się z powierzchni o różnym nasłonecznieniu, przepływie powietrza i dostępie do mgły. Do tego układu porosty wnoszą trwałą zmianę geometrii pędu oraz okresowy zasób zatrzymanej wody. Dla E. breviflora w Pan de Azúcar znaczenie miało połączenie osłony i wilgotności przy powierzchni. Podłoże oraz korzenie pozostawały częścią skalistego, przewiewnego środowiska. Fizjologię tej rośliny opisuje zatem zarówno dopływ wody, jak i warunki, w których jest ona później tracona. [Stanton i wsp. 2014]

W skali rodzaju takie lokalne różnice towarzyszą silnemu rozdzieleniu przybrzeżnych płatów roślinności. Badania filogenetyczne wiążą historię Eulychnia z przemiennym zwiększaniem i ograniczaniem ciągłości wilgotniejszych siedlisk. Doświadczenie z porostami wyjaśnia konkretną zależność działającą blisko pędu, a rekonstrukcja biogeograficzna dotyczy zmian zasięgu całych linii w czasie. Oba poziomy pokazują znaczenie przestrzennego rozkładu dostępnej wody. [Stanton i wsp. 2014] [Merklinger i wsp. 2021]