Untuk tanaman berkayu seperti rhododendron ini, waktu keluarnya daun musim semi adalah keseimbangan antara memaksimalkan musim tanam dan menghindari musim dingin yang terlambat. Richard Primack, CC BY-ND

Pola cuaca di seluruh AS terasa seperti naik roller coaster selama beberapa bulan terakhir. Desember dan Januari jauh lebih hangat dari rata-rata di banyak lokasi, diikuti Februari gelombang dingin yang intens dan pemanasan dramatis.

Jika Anda pernah melihat semak lilac dihancurkan oleh tumpukan salju, kemudian bertunas di hari yang hangat hanya beberapa minggu kemudian, Anda mungkin bertanya-tanya bagaimana tanaman dapat mentolerir kondisi ekstrem seperti itu. saya belajar bagaimana perubahan iklim mempengaruhi waktu kejadian musiman dalam siklus hidup tumbuhan, burung, dan serangga di Massachusetts, jadi saya tahu bahwa spesies telah berevolusi di sini untuk menangani cuaca New England yang terkenal dapat berubah. Tetapi iklim yang memanas mengganggu pola cuaca dan menguji kemampuan banyak spesies untuk beradaptasi.

Toleransi dingin

Pada hari-hari musim dingin yang brutal ketika suhu jauh di bawah titik beku, hewan berhibernasi di bawah tanah atau berkumpul di tempat yang dilindungi. Tapi pohon dan semak harus duduk di sana dan mengambilnya. Jaringan di batang, cabang, dan akarnya masih hidup. Bagaimana mereka bertahan hidup dalam cuaca dingin yang membekukan?

Pada musim gugur, tumbuhan berkayu di banyak bagian Amerika Utara mulai tumbuh bersiap untuk musim dingin. Saat daunnya berubah warna dan gugur, ranting, cabang, dan batangnya mulai kehilangan air. Akibatnya, sel mereka mengandung konsentrasi gula, garam, dan senyawa organik yang lebih tinggi.

Ini menurunkan titik beku sel dan jaringan, dan memungkinkan mereka bertahan pada suhu jauh di bawah titik beku normal air. Trik ini ada batasnya, jadi peristiwa dingin yang ekstrem masih dapat membunuh tanaman tertentu.

Akar pohon dan semak sebagian besar tetap tidak berubah dan tidak aktif selama musim dingin, mengandalkan isolasi dari salju dan tanah untuk perlindungan. Sebagian besar, suhu tanah di sekitar akar tetap pada atau di atas titik beku. Tanah, daun-daun berguguran, dan lapisan salju yang membandel melindungi tanah di atas akar dan mencegahnya kehilangan panas.

Bahaya mengejutkan dari musim semi yang membeku

Setelah tanaman tahan terhadap musim dingin yang dingin, awal musim semi membawa bahaya baru. Tanaman harus keluar sedini mungkin di musim semi untuk memanfaatkan sepenuhnya musim tanam. Tapi ini melibatkan pemompaan air ke daun mereka yang sedang berkembang, yang mengurangi konsentrasi gula, garam dan senyawa organik di jaringan mereka dan menghilangkan perlindungan musim dingin mereka dari dingin.

Setiap spesies memiliki a karakteristik waktu leaf-out. Spesies yang berdaun awal seperti blueberry dan willow adalah penjudi dari kerajaan tumbuhan. Spesies selanjutnya, seperti oak dan pinus, adalah tipe yang berhati-hati dan konservatif. Untuk spesies apa pun, keluar terlalu dini merupakan risiko karena embun beku yang terlambat dapat merusak atau membunuh daun muda.

Bunga juga rentan terhadap embun beku musim semi yang tidak terduga karena mengandung banyak air. Jika bunga dari pohon buah-buahan, seperti apel, mati karena embun beku, pohon tersebut tidak akan menghasilkan buah di musim panas. Musim dingin yang terlambat juga dapat menyebabkan musim berbunga pendek yang mengecewakan untuk tanaman hias yang berbunga awal seperti forsythias dan magnolia.

Tanaman panggilan bangun

Untuk mencegah embun beku dan tetap memanfaatkan musim tanam penuh, pohon dan semak telah mengembangkan tiga cara untuk mengetahui kapan waktunya mulai tumbuh di musim semi.

Pertama, tanaman memiliki persyaratan musim dingin yang dingin: Mereka bertahan pada dormansi musim dingin sampai mereka terkena sejumlah hari musim dingin yang dingin. Sifat ini membantu mereka menghindari daun atau berbunga selama periode hangat yang tidak normal di pertengahan musim dingin.

Kedua, tanaman juga memiliki persyaratan pemanasan musim semi yang mendorong pertumbuhan setelah mereka mengalami sejumlah hari hangat di setiap musim semi. Fitur ini membantu mereka mulai tumbuh segera setelah cukup hangat.

Ketiga, beberapa tumbuhan juga memiliki a penyinaran respon, yang berarti mereka bereaksi terhadap lamanya waktu mereka terkena cahaya dalam periode 24 jam. Ini mempersiapkan mereka untuk keluar saat hari semakin panjang dan hangat di musim semi. Pohon beech memiliki persyaratan pemanasan dan respons fotoperiode, tetapi persyaratan suhunya jauh lebih kuat, sehingga mereka tumbuh setelah beberapa hari yang hangat di akhir musim semi.

Menariknya, pohon Amerika Utara seperti maple merah dan birch hitam lebih berhati-hati dan konservatif daripada pohon Eropa dan Asia Timur. Cuaca di Amerika Utara bagian timur lebih bervariasi, dan ancaman embun beku di akhir musim semi lebih tinggi di sini daripada di wilayah tersebut. Akibatnya, pohon Amerika Utara telah berevolusi menjadi daun beberapa minggu kemudian dibandingkan dengan pohon sejenis dari Eropa dan Asia Timur.

Perubahan iklim mengacaukan sinyalnya

Tanaman sangat selaras dengan sinyal suhu, sehingga pemanasan yang didorong oleh perubahan iklim membuat lebih sulit bagi banyak spesies untuk menahan musim dingin yang dingin dan musim semi yang membeku. Karena suhu musim semi menjadi lebih hangat daripada di masa lalu, pohon seperti apel dan pir dapat merespons dengan daun dan berbunga beberapa minggu lebih awal dari biasanya. Ini dapat meningkatkan kerentanan mereka terhadap cuaca beku yang terlambat.

Daun-daun di pohon ceri ini telah rusak akibat embun beku yang terlambat. Richard Primack, CC BY-ND

Musim dingin yang terlambat seperti itu menjadi lebih umum karena perubahan iklim mengganggu kestabilan aliran jet, membawanya turun lebih jauh ke selatan, membawa semburan cuaca yang sangat dingin.

Pada tahun 2007, periode yang sangat hangat di bulan Maret memicu pohon untuk keluar melintasi Amerika Serikat bagian timur dan tengah. Embun beku yang keras pada bulan April lalu membunuh daun dan bunga muda pohon ek, hickories, dan spesies pohon lainnya. Pohon-pohon tersebut dapat menghasilkan daun kedua, tetapi tidak dapat sepenuhnya menggantikan daun yang telah hilang, yang kemungkinan besar menghambat pertumbuhan mereka untuk tahun itu.

Hama serangga juga meningkatkan ancaman bagi tanaman. Cuaca musim dingin yang keras menahan banyak serangga yang ditemukan di iklim utara, seperti hemlock adelgid berbulu dan penggerek abu zamrud. Saat musim dingin menjadi lebih ringan, serangga ini lebih mungkin untuk bertahan hidup, bergerak lebih jauh ke utara, menyebabkan wabah besar dan merusak pohon.

Musim dingin yang lebih hangat juga menyebabkan lebih banyak hari ketika tanah kosong. Bentak dingin yang terjadi bila tidak ada lapisan isolasi kaleng salju membekukan tanah dan mematikan akarnya. Cabang pohon dan semak kemudian mati kembali karena akar yang rusak tidak dapat memasok cukup air dan nutrisi. Dalam kasus ekstrim, tanaman bisa mati.

Peta Zona Ketahanan Tanaman Departemen Pertanian AS menunjukkan bahwa zona ini - area di mana berbagai spesies tanaman paling mungkin berkembang - bergeser ke utara karena perubahan iklim menghangatkan AS

{disematkan Y=4pSYC8g5oVM}

Dalam beberapa dekade mendatang, banyak spesies pohon yang menyukai dingin seperti cemara dan cemara akan berkurang jumlahnya jika tidak dapat ditangani. tantangan baru terkait dengan iklim yang lebih hangat. Di AS Timur Laut, spesies asli seperti maple gula dan beech akan berangsur-angsur digantikan oleh spesies asli dari selatan jauh, seperti oak dan hickories. Dan spesies non-asli, seperti Norwegia maples, memanfaatkan gangguan ini untuk menyebar ke hutan dari pinggir jalan dan lingkungan sekitar.

Pergeseran serupa terjadi di banyak tempat karena perubahan iklim mengubah sinyal yang diandalkan tanaman untuk menandai perubahan musim.

Tentang Penulis

Richard B. Primack, Profesor Biologi, Boston University

Artikel ini diterbitkan kembali dari Percakapan di bawah lisensi Creative Commons. Membaca Artikel asli.

ing