Пятилетнее экспериментальное потепление указало на потенциальную угрозу тайге

Пятилетний полевой эксперимент в бореальных лесах Миннесоты выявил чувствительность доминантных древесных видов к повышению температуры окружающей среды — все они откликнулись на потепление ранним стартом вегетации. Если такое будет происходить в естественных условиях на больших площадях, то связи между видами в таежных экосистемах будут перестраиваться и даже разрываться, а риск захвата деревьев инвазивными видами насекомых вырастет, говорится в статье, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Тайга — самый большой сухопутный биом на планете, ее бореальные леса составляют почти треть от всех лесов мира. Считается, что таежные древесные породы (и особенно хвойные) крайне уязвимы к климатическим изменениям. В то же время, они играют одну из ведущих ролей в глобальной стабилизации климата, так как связывают большое количество углерода из атмосферы и надолго фиксируют его в трудноразлагаемой лесной подстилке.

Влияние изменения климата на хвойные и смешанные леса изучать непросто: как правило, все потепления в окружающей среде носят локальный характер и проявляются экстремальным образом в течение коротких промежутков времени, а для корректных выводов необходимо наблюдать за стабильным потеплением и проводить сравнения затронутых им растений с незатронутыми.

Ученые под руководством Ребекки Монтгомери (Rebecca A. Montgomery) из Университета Миннесоты провели многолетний полевой эксперимент для наблюдения за откликом бореальных древесных пород на повышение температуры окружающей среды. Они выбрали 10 видов деревьев — шесть лиственных (два вида дуба, два вида клена, тополь и береза) и четыре хвойных (два вида сосны, ель и пихта), которые росли на трех участках. На первом из них (контрольном) температура соответствовала температуре окружающей среды, на втором ее поддерживали на уровне выше на 1,7 градуса Цельсия, а на третьем — выше на 3,4 градуса Цельсия, причем прогревали на двух тестовых участках не только воздух, но и почву. Фенологические параметры (дата и количество распустившихся почек, появление листьев) фиксировались дважды в неделю во время вегетационных сезонов с 2009 по 2013 годы.

Сдвиги начала вегетации (на сколько дней раньше положенного она наступает с шагом в +1 градус Цельсия). Одна точка соответствует одному из изученных видов: белые точки — вечнозеленые породы деревьев, а черные точки — лиственные.

Наибольший сдвиг начала вегетации произошел весной 2012 года у тополя осинообразного (Populus tremuloides): она наступила на 13 дней раньше при потеплении на 1,7 градуса Цельсия и на 15 дней раньше при потеплении на 3,4 градуса Цельсия (p<0,0001). Напротив, сизая ель (Picea glauca), красный клен (Acer rubrum) и веймутова сосна (Pinus strobus) не покрылись почками раньше обычного в 2013 году. В среднем за пять лет все виды деревьев в условиях потепления начали вегетировать раньше. Недостаток солнечного света оказался критичным для бумажной березы (Betula papyrifera), сосны Банкса (Pinus banksiana), веймутовой сосны (Pinus strobus), и крупноплодного дуба (Quercus macrocarpa) — созревание почек на них в затененных условиях задерживалось по сравнению с условиями хорошего освещения (p<0,0001).

Изменение фенологических факторов растительности под действием повышения температур служит маркером для множества изменений в экосистеме, которые затронут рост и продуктивность растений, их выживаемость в случае наступления резких заморозков, а также здоровье и изобилие травоядных консументов и успех инвазивных видов. Проведенное исследование показало, что основные виды деревьев в бореальных лесах (и особенно хвойные) отличаются высокой чувствительностью к повышению температуры, а это неизбежно приведет к перестройке взаимодействий между видами и нарушит равновесие в экосистемах.

Климатические изменения по-разному отражаются на группах живых организмов: недавнее исследование показало, что они оказались выгодными для большинства насекомых-вредителей, а вот многих морских обитателей заставили покинуть экваториальные широты и переместиться в направлении полюсов.