Расширение арктических кустарников ограничено распространением семян и пожарами

Исследование роста арктической растительности показало, что распространение семян и пожары будут замедлять её экспансию на новые территории в долгосрочной перспективе, несмотря на более благоприятные условия из-за потепления.

Предыдущие оценки предсказывали, что арктические кустарники — низкие, густые кусты, покрывающие большую часть тундры — в конечном итоге займут около 39% некустарниковых площадей в Арктике. Однако новый анализ, проведённый Яньлань Лю, ведущим автором исследования и доцентом наук о Земле в Университете штата Огайо, показывает, что флора сможет расшириться лишь на 25% площади тундры к 2100 году.

Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, изучило закономерности роста кустарников в прошлом, а затем применило ряд экологических переменных, включая осадки, высоту над уровнем моря и дни с температурой выше 5°C, чтобы определить, что может произойти в будущем.

Учёные пришли к выводу, что хотя в последние десятилетия расширение кустарников положительно коррелировало с экологической пригодностью (вероятностью выживания вида в определённом месте), сейчас это уже не так.

Вместо этого изменения в расширении кустарников теперь в основном можно объяснить влиянием пожаров и распространением семян — когда семена кустарников переносятся в некустарниковые районы под действием гравитации, животными, ветром или даже океаническими течениями и дрейфующими льдами.

«Распространение и пожары гораздо важнее других экологических условий, поскольку даже если в данном месте достаточно тепло, кустарники не обязательно будут там расти, — пояснила Лю. — Вместо этого рост ограничен тем, могут ли семена достичь этого места или достаточно ли питательна почва для поддержания роста кустарников».

Лю добавила, что хотя пожар может вызвать гибель семян и всходов в краткосрочной перспективе, он также улучшает доступность питательных веществ в почве и способствует прорастанию.

Поскольку Арктика нагревается в два раза быстрее, чем в среднем по планете, учёные смогли обнаружить заметные изменения в распределении растительности за несколько десятилетий. В то время как предыдущие исследования обычно полагались на наблюдения и полевые модели для оценки этого роста, команда Лю использовала высокодетальные спутниковые снимки из продуктов данных эксперимента NASA Arctic-Boreal Vulnerability Experiment (ABoVE), чтобы наблюдать за расширением кустарников на Аляске и большей части западной Канады в период с 1984 по 2014 год.

На основе этих данных они спрогнозировали расширение кустарников в 2040, 2070 и 2100 годах. Исследование показало, что наблюдаемая картина распространения кустарников не будет следовать за моделями потепления в будущем, и что предыдущие модели, фактически, переоценивали будущий рост кустарников. Это расхождение можно объяснить, только учитывая такие факторы, как распространение семян и пожары, отметила Лю.

Отслеживание и прогнозирование расширения арктических кустарников особенно важно, поскольку их рост изменяет глобальный энергетический и углеродный баланс — то, сколько солнечной энергии и углекислого газа поглощается поверхностью Земли. По словам Лю, её исследование открывает новые возможности для изучения того, как растительная жизнь распространяется в других регионах мира.

«Это исследование — самый первый шаг к изучению крупномасштабного расширения кустарников в арктическо-бореальных регионах с высоким разрешением, — сказала Лю. — Наш анализ, основанный на данных, объясняет, что произошло, но следующий шаг — объяснить, почему».

В дальнейшем Лю планирует использовать динамические модели растительности для имитации того, как будет выглядеть распределение и структура растительности в будущем, а затем объединить наблюдения, чтобы сделать эти прогнозы более точными.