Леса могут адаптироваться к изменению климата, но недостаточно быстро

Американские леса ожидают трудные времена. Изменение климата повышает температуры и снижает уровень влажности по всей стране, что является губительной комбинацией для деревьев.

Исследователи из UC Santa Barbara и Университета Юты попытались определить, как лесные экосистемы могут развиваться в ближайшем будущем. Авторы объединили математические модели с данными, собранными Лесной службой США и физиологами растений, чтобы понять уязвимость лесов к засухе.

Их выводы показывают, что, хотя большинство лесов обладает потенциалом для адаптации к более жарким и сухим условиям, они меняются недостаточно быстро, чтобы избежать надвигающегося стресса. Исследование, опубликованное в Global Change Biology, служит ориентиром для будущих лесных исследований, а также руководством для охраны и управления.

«Мы были обеспокоены, обнаружив, что леса меняются недостаточно быстро, чтобы избежать усиления водного стресса из-за изменения климата», — сказал первый автор Грег Кветин. — «Но есть надежда, поскольку большинство лесов в континентальной части США содержат достаточное функциональное разнообразие, чтобы повысить свою засухоустойчивость за счет сдвигов в видовом составе».

Есть несколько способов адаптации лесов к более сухим условиям. Отдельные деревья могут изменить свою активность, физиологию и экспрессию генов. Уже присутствующие в экосистеме засухоустойчивые виды также могут стать доминирующими. Может измениться и состав леса, когда более выносливые виды мигрируют, а уязвимые виды вымирают. Эволюция также может изменить виды посредством естественного отбора, хотя этот эффект будет незначительным в течение следующего столетия для таких долгоживущих организмов.

Кветин и его соавторы исследовали, достаточно ли уже присутствующих в лесах страны признаков и видов, чтобы они могли акклиматизироваться к будущему изменению климата без массовой гибели. Большая часть данных поступила от программы Forest Inventory and Analysis — всеобъемлющей базы данных Лесной службы США о состоянии лесов страны, стандартизированной с 2000 года.

Эта база включает инвентаризационные участки леса с данными о местоположении, видах, размере, плотности и здоровье деревьев, а также о росте, смертности и вырубке. Исследователи также использовали данные из Xylem Functional Traits Database, где собраны измерения физиологии деревьев и гидравлических признаков, сопоставив эту базу с лесной инвентаризацией.

Команда разработала модель, имитирующую реакцию леса на усиление водного стресса. Модель предсказывает фотосинтез (или поглощение CO₂), дыхание, рост (выделение CO₂), а также стресс растений. Они также включили метод оптимизации, чтобы изучить, как изменения площади листьев могут смягчить стресс, вызванный изменением условий окружающей среды.

«Все имеющиеся данные свидетельствуют о том, что площадь листьев — это самый большой рычаг, который отдельные деревья могут использовать для управления водным стрессом», — сказал соавтор Ли Андерегг. Леса в более сухих районах, как правило, имеют более разреженные кроны, в то время как леса во влажном климате могут позволить себе густую листву.

Исследователи обнаружили, что многие леса Америки обладают способностью к адаптации. Модель показала, что 88% лесов в континентальной части США имеют достаточное разнообразие признаков и видов для акклиматизации к изменению климата, и они уже начинают это делать. Однако большинство адаптировалось не так быстро, как предсказывала модель, необходимая для избежания усиления водного стресса и последующей гибели.

«Тревожно, что мы не видим необходимых сдвигов, которые, по прогнозам нашей модели, должны произойти», — сказала соавтор Анна Тругман. — «Но я думаю, что еще есть место для надежды». Например, биоразнообразие выделялось своей способностью смягчать воздействие изменения климата на конкретный лес.

«Деревья медлительны, как мы знаем», — продолжила Тругман. — «Я видела темп тех энтов во "Властелине колец"».

«Они все еще проводят Энтмот в данный момент», — добавил Андерегг.

Более высокие концентрации диоксида углерода вносят в расчеты команды осложняющий фактор. Растения теряют воду через те же поры, которые они используют для поглощения CO₂. Поэтому, если в атмосфере больше CO₂, растения могут уменьшить размер этих устьиц и при этом получать необходимый им для фотосинтеза углерод. Это уменьшает количество воды, испаряющейся с их листьев.

Но атмосфера также становится суше в условиях потепления климата, объяснил Андерегг, поэтому листья теряют больше воды. Это сложная система с большой неопределенностью и компенсирующими факторами, для распутывания которой требуются сложные модели. И энергия, затрачиваемая на транспортировку этой воды, отнюдь не пренебрежимо мала, как обнаружили авторы в предыдущей статье.

Команда сейчас собирает собственные данные об изменениях в физиологии деревьев после климатически обусловленных пожаров в Национальном парке Секвойя, пытаясь эмпирически проверить, насколько деревья могут регулировать свою физиологию. Авторы также исследуют, могут ли деревья полностью избежать будущего водного стресса за счет изменения площади листьев, и что является более ограничивающим фактором: максимизация поглощения углерода или избегание стресса.

Леса уже начинают меняться. Более разреженные кроны станут более распространенными по мере высыхания атмосферы. Вероятно, в лесах также будет иной видовой состав, чем был исторически. Все эти факторы также влияют на накопление углерода в лесах. В настоящее время леса связывают около 30% антропогенных выбросов, но группа недавно обнаружила, что эта цифра, вероятно, уменьшится в условиях изменения климата.

Критически важными станут стратегии управления, способствующие адаптации лесов. «Нам нужно думать об этих лесах не как о статичных объектах, которые должны оставаться такими, как сейчас, а как о здоровых системах, которые должны меняться, чтобы идти в ногу с климатом», — сказал Андерегг. Содействие постепенным изменениям поможет предотвратить резкие, катастрофические изменения, такие как лесные пожары и массовая гибель, которые пагубны для лесов, дикой природы и людей, живущих поблизости.

Менеджеры ресурсов могли бы начать засаживать территории более засухоустойчивыми видами и проводить контролируемые выжигания для поддержания здоровья лесов. Но, прежде всего, нам необходимо смягчить последствия изменения климата, заявили авторы.

Наше будущее зависит от траектории выбросов общества. Адаптация к климату не легче, чем его смягчение, отметил Кветин. И чем меньше изменение климата, тем меньше адаптации требуется.