Разрешение спора о влиянии фрагментации лесов на устойчивость экосистем

Фрагментация лесов — разделение крупных нетронутых лесных массивов на меньшие участки — стала критической проблемой глобальных изменений земного покрова в XXI веке. Она увеличивает протяженность опушек, что меняет структуру леса, его функции и экосистемные услуги, потенциально перестраивая устойчивость (резильентность). Однако вопрос о том, ослабляет или усиливает этот процесс устойчивость, долгое время оставался предметом спора.

С одной стороны, исследования экологического стресса предполагают, что фрагментированные опушки делают деревья более уязвимыми к жаре и сухости, снижая устойчивость. С другой, исследования конкуренции видов утверждают, что фрагментация ослабляет конкуренцию за ресурсы, благоприятствуя быстрорастущим пионерным видам, что может повысить устойчивость. Эти противоречивые теории до недавнего времени не были строго проверены в глобальном масштабе.

Международная команда ученых под руководством специалистов из Исследовательского центра экологических наук Китайской академии наук проанализировала спутниковые данные, чтобы количественно оценить влияние фрагментации на устойчивость лесов по всему миру.

Используя спутниковые данные о древесном покрове и вегетационных индексах, исследователи измерили фрагментацию через показатель плотности опушек — длины лесных кромок на единицу площади (более высокие значения указывают на большую фрагментацию).

Устойчивость лесов оценивалась в период с 2000 по 2020 год с помощью стандартной метрики: временной автокорреляции с одним лагом (TAC) для ядерного нормализованного разностного вегетационного индекса (kNDVI), полученного из данных спутника MODIS. Более высокие значения TAC сигнализируют о более низкой устойчивости.

Чтобы изолировать эффекты фрагментации от влияния древесного покрова, исследователи применили три метода — анализ частичной корреляции, моделирование структурными уравнениями на основе метода частичных наименьших квадратов (PLS-SEM) и статистическое бинирование данных — для глобальных ячеек сетки размером 2×2 градуса.

Их выводы, опубликованные в Nature Ecology & Evolution, показывают статистически значимые (P < 0.05) взаимосвязи между фрагментацией и устойчивостью для 77% фрагментированных лесов. При этом влияние на устойчивость варьировалось в зависимости от биома:

• Тропические и умеренные леса: Более сильная фрагментация (высокая плотность опушек) коррелировала с более слабой устойчивостью (высокий TAC), особенно в бразильской Амазонии, Центральной Африке и на севере США. Эта закономерность объяснялась значительным (P < 0.001) снижением фрагментацией охлаждающего и увлажняющего эффекта лесов, что повышало локальные температуры и сухость.
• Бореальные леса: Напротив, большая фрагментация была связана с повышенной устойчивостью (низкий TAC). Здесь фрагментация охлаждала локальные температуры, увеличивала влажность почвы, снижала сухость и улучшала доступность солнечного света — факторы, которые укрепляли устойчивость.

Исследование разрешает противоречивые гипотезы, демонстрируя специфичное для биомов воздействие, и подчеркивает роль фрагментации в прогнозировании реакции экосистем на нарушения. Оно также указывает на необходимость разработки адаптированных стратегий управления лесами для смягчения последствий изменения климата.