Лес может адаптироваться к изменению климата, но недостаточно быстро

Американским лесам уготованы тяжелые времена. Изменение климата приводит к повышению температуры и снижению уровня влажности по всей стране, что не является выигрышной комбинацией для деревьев.

Исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и Университета штата Юта стремились определить, как наши лесные экосистемы могут развиваться в ближайшем будущем. Авторы объединили математические модели и данные, собранные Лесной службой США и физиологами растений, чтобы понять уязвимость лесных массивов к засухе.

Их результаты показывают, что, хотя большинство лесов могут адаптироваться к более жарким и засушливым условиям, они меняются недостаточно быстро, чтобы избежать надвигающегося стресса. Исследование, опубликованное в Биология глобальных измененийслужит эталоном для будущих исследований леса, а также руководством по сохранению и управлению.

«Мы были обеспокоены тем, что леса меняются недостаточно быстро, чтобы избежать увеличения дефицита воды из-за изменения климата», — сказал первый автор Грег Кетин, ассистент научного сотрудника отдела географии UCSB. «Но есть надежда, поскольку большинство лесов в континентальной части США содержат достаточно функционального разнообразия, чтобы повысить их засухоустойчивость за счет изменений в видовом составе».

Леса могут адаптироваться к более засушливым условиям несколькими способами. Отдельные деревья могут изменять свою активность, физиологию и экспрессию генов в соответствии с новыми условиями, с которыми они сталкиваются. Засухоустойчивые виды, уже присутствующие в экосистеме, также могут стать более доминирующими. Состав леса также может меняться: более выносливые виды мигрируют, а более уязвимые виды вымирают. Эволюция также может изменять виды посредством естественного отбора, хотя в следующем столетии эффект для таких долгоживущих организмов будет незначительным.

Кетин и его соавторы исследовали, достаточно ли признаков и видов, уже присутствующих в лесах страны, для того, чтобы они акклиматизировались к будущим изменениям климата без массовой смертности. Большая часть данных была получена из программы инвентаризации и анализа лесов, комплексной базы данных, управляемой Лесной службой США, о состоянии лесных массивов страны, стандартизированной с 2000 года.

Эта база данных включает в себя лесоустроительные участки, на которых задокументировано местонахождение, вид, размер, плотность и состояние деревьев, а также их рост, смертность и лесозаготовки. Кветин и его коллеги также использовали данные из базы данных Xylem Functional Traits Database, где собраны измерения физиологии деревьев и гидравлических характеристик, сопоставив эту базу данных с инвентаризацией леса.

Наконец, команда разработала модель, имитирующую реакцию леса на увеличение водного стресса. Модель предсказывает фотосинтез (или CO₂ в), дыхание и рост (CO₂ out), а также стресс растений. Они также включили метод оптимизации, чтобы посмотреть, как изменения площади листа могут опосредовать стресс, вызванный изменением условий окружающей среды.

«Все данные на сегодняшний день свидетельствуют о том, что площадь листьев — это просто самый большой рычаг, который отдельные деревья могут использовать для управления водным стрессом», — сказал соавтор Ли Андерегг, доцент кафедры экологии, эволюции и морской биологии. Леса в более засушливых районах имеют тенденцию к более редким навесам, в то время как леса в более влажных странах могут позволить себе густую листву.

Исследователи обнаружили, что многие леса Америки способны адаптироваться. Модель показала, что 88% лесов в континентальной части США обладают чертами и видовым разнообразием, необходимыми для адаптации к изменению климата, и они начинают это делать. Однако большинство из них не адаптировались так быстро, как предсказывала модель, чтобы избежать повышенного водного стресса и последующей смертности.

«Вызывает беспокойство тот факт, что мы не видим необходимых сдвигов, которые, как предсказывает наша модель, должны произойти», — сказала соавтор Анна Тругман, доцент кафедры географии. «Но я думаю, что еще есть место для надежды». Например, биоразнообразие выделяется своей способностью смягчать воздействие изменения климата на данный лес.

«Как мы знаем, деревья передвигаются медленно», — продолжил Тругман. «Я видел скорость этих энтов во «Властелине колец»».

«В данный момент они все еще держат Entmoot», — добавил Андерегг.

Более высокие концентрации углекислого газа вносят путаницу в расчеты команды. Растения теряют воду через те же поры, которые они используют для поглощения углекислого газа. Так что, если есть больше CO₂ в атмосфере растения могут уменьшить размер этих пор и по-прежнему получать углерод, необходимый им для фотосинтеза. Это уменьшает количество воды, вытекающей из их листьев.

Но в потеплении атмосфера также более сухая, объяснил Андерегг, поэтому листья теряют больше воды. Это сложная система с большим количеством неопределенностей и компенсирующих факторов, для распутывания которой требуются детализированные модели. И энергия, затраченная на транспортировку этой воды, далеко не ничтожна, как обнаружили авторы в предыдущей статье.

В настоящее время команда собирает собственные данные об изменениях в физиологии деревьев после климатических пожаров в Национальном парке Секвойя, пытаясь эмпирически проверить, насколько деревья могут приспособиться к своей физиологии. Авторы также изучают, могут ли деревья полностью избежать водного стресса в будущем за счет изменения площади их листьев, и является ли максимальное увеличение выбросов углерода или предотвращение стресса более ограничивающим фактором.

Леса уже начинают меняться. Более редкие навесы станут более распространенными по мере того, как атмосфера станет более сухой. Лесные массивы также, вероятно, будут иметь другое сочетание видов, чем это было исторически. Все эти факторы также влияют на накопление углерода в лесах. В настоящее время леса поглощают около 30% антропогенных выбросов, но группа недавно обнаружила, что этот показатель, вероятно, уменьшится при изменении климата.

Стратегии управления, которые поощряют адаптацию лесов, будут иметь решающее значение. «Мы должны думать об этих лесах не как о статичных вещах, которые должны существовать такими, какие они есть прямо сейчас, а как о здоровых вещах, которые должны меняться, чтобы не отставать от климата», — сказал Андерегг. Содействие постепенным изменениям поможет предотвратить резкие, катастрофические изменения, такие как лесные пожары и гибель людей, которые наносят ущерб лесам, дикой природе и живущим поблизости людям.

Менеджеры по ресурсам могли бы начать засаживать участки более устойчивыми к засухе видами и проводить предписанные выжигания, чтобы оздоровить лесные массивы. Но больше всего нам нужно смягчить последствия изменения климата, считают авторы.

Наше будущее зависит от траектории выбросов общества. Кветин отметил, что адаптация к изменению климата не проще, чем смягчение последствий изменения климата. А меньшее изменение климата означает меньшую потребность в адаптации.