Голодные гусеницы — недооценённый фактор выбросов углерода
Исследование Кембриджского университета показало, что периодические массовые вспышки численности листогрызущих гусениц могут улучшать качество воды в близлежащих озёрах, но также способны увеличить выбросы углекислого газа из этих озёр.
Вспышки численности гусениц инвазивной непарной бабочки-шелкопряда, Lymantria dispar dispar, и бабочки-палатки, Malacasoma disstria, происходят в умеренных лесах не реже чем раз в пять лет. Насекомые поглощают так много листьев, что последующее уменьшение листопада и увеличение количества насекомых экскрементов, как выяснилось, в огромных масштабах изменяет круговорот питательных веществ, особенно углерода и азота, между сушей и близлежащими озёрами.
Богатый азотом насекомых экскремент, называемый фрассом, может смываться в воду озера и действовать как удобрение для микробов, которые затем выделяют углекислый газ в атмосферу в процессе метаболизма. Исследователи предполагают, что в годы вспышек большое количество фрасса будет стимулировать рост производящих парниковые газы бактерий в озёрах в ущерб водорослям, которые удаляют CO2 из атмосферы.
«Эти насекомые — по сути, маленькие машины, превращающие богатые углеродом листья в богатый азотом помёт. Помет попадает в озёра вместо листьев, и это значительно меняет химию воды — мы считаем, что это усилит роль озёр как источников парниковых газов», — заявил профессор Эндрю Таненцап из Кембриджского университета, старший автор статьи.
Расширение ареала на север и рост численности насекомых ожидаются по мере изменения климата. Это увеличивает риск вспышек численности листогрызущих насекомых в северных лесах в будущем, что потенциально может привести к выделению больших объёмов CO2 из близлежащих озёр.
Это смещение на север также вызывает беспокойство, потому что на севере больше пресноводных озёр. Кроме того, ожидается, что изменение климата будет благоприятствовать широколиственным лиственным деревьям вокруг озёр, что усилит эффект от насекомых.
Исследование показало, что в годы вспышек численности насекомых площадь листьев в лесах сокращалась в среднем на 22%. При этом в близлежащих озёрах содержалось на 112% больше растворённого азота и на 27% меньше растворённого углерода по сравнению с годами без вспышек. Эффекты были наиболее выражены, когда в водосборных бассейнах озёр была высокая доля лиственных широколиственных деревьев, таких как дубы и клёны, которые гусеницы предпочитают хвойным деревьям, таким как сосны.
Для получения результатов исследователи объединили 32-летние государственные данные по вспышкам численности насекомых и химическому составу воды в 12 озёрных водосборах в Онтарио (Канада), а также спутниковые данные дистанционного зондирования о типе леса и ежемесячном покрытии листовой поверхности. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.
Считается, что это самое масштабное исследование влияния вспышек численности насекомых на динамику углерода и азота в пресных водах. Предыдущие исследования были настолько локальными, что было трудно выявить общие закономерности.
Предыдущее 26-летнее исследование 266 озёр в Северном полушарии показало, что углерод естественным образом накапливается в водах этих озёр в процессе, называемом «побурением». Эта тенденция объясняется рядом факторов, включая изменение климата, восстановление после исторических кислотных дождей и вырубки лесов. Сравнение новых результатов с этими данными показало, что вспышка листогрызущих гусениц может фактически компенсировать целый год накопления углерода в близлежащих озёрах, значительно улучшая качество воды.
В годы без вспышек листогрызущих насекомых углерод и азот обычно попадают в озёра из разлагающегося листового и хвойного опада и достигают пика осенью. В годы вспышек исследование обнаружило, что в близлежащих пресноводных озёрах содержалось в среднем на 27% меньше растворённого углерода.
«Вспышки численности листогрызущих насекомых могут уменьшить содержание растворённого углерода в воде озера почти на треть, когда деревья вокруг озера в основном лиственные. Просто удивительно, что эти насекомые могут оказывать такое сильное влияние на качество воды», — сказал Сэм Вудман, исследователь из Кембриджского университета и первый автор отчёта.
Он добавил: «С точки зрения качества воды это хорошо, но с климатической точки зрения — довольно плохо, однако их полностью упускают из виду в климатических моделях».