Выживаемость сеянцев деревьев в экстремальную погоду зависит от размера семян и условий лесной подстилки

Глобальное изменение климата приводит к увеличению экстремальных осадков — от сильной засухи до ливней, — и ожидается, что оба явления станут более частыми в XXI веке. Эти мощные погодные явления уже влияют на среду обитания человека и сильно трансформируют природные экосистемы.

Чтобы понять, как периоды экстремальных дождей или засухи повлияют на укоренение лесных видов деревьев и их будущее распространение, исследователи из Университета Вермонта (UVM) изучили влияние экстремальных режимов осадков на выживаемость сеянцев в северном лиственном лесу. Результаты, опубликованные в Ecology, показывают, что выживаемость зависит от совокупного влияния условий семенного ложа, размера семян и вариаций осадков, а не просто от наличия засухи или ливней. Были задокументированы различия в выживаемости среди 10 видов деревьев.

Влияние экстремальных дождей и засухи

В полевом эксперименте в Исследовательском лесу UVM в Джеррико исследователи манипулировали количеством осадков. Они тестировали выживаемость сеянцев первого года жизни, выращенных из семян, при трёх сценариях экстремальных осадков (засуха, засуха с эпизодами сильных дождей и частые сильные дожди) наряду с исторической нормой осадков.

Выживаемость посеянных семян сильно зависела от количества полученных осадков. Хотя осадки повышали выживаемость сеянцев, когда они следовали после засухи, даже экстремальные ливни не могли компенсировать нехватку воды за сухой период. Это исследование подчеркивает потенциальные последствия прогнозируемых более спорадических осадков с длительными засушливыми периодами для будущего лесовосстановления.

Влияние семенного ложа

Условия семенного ложа на лесной подстилке критически важны для выживания сеянцев. Исследователи тестировали два типа ложа: нетронутое (с неповреждённой почвой, покрытой листовым опадом и слоем гумуса) и скарифицированное (с разрыхлённой верхней почвой и обнажённой минеральной почвой).

В этом исследовании тип семенного ложа оказался более чем в два раза важнее для определения выживаемости сеянцев, чем режим осадков. Сеянцы на скарифицированных ложах имели в семь раз более высокую выживаемость, чем на нетронутых. Вредные эффекты экстремальной засухи или ливней компенсировались способностью сеянцев выживать с большей вероятностью на обнажённых почвах.

Различия между видами деревьев

Исследовались местные виды деревьев, включая те, чья численность, как ожидается, вырастет в ответ на изменение климата: американский бук, американский каштан, гикори горький, берёза чёрная (сладкая), черёмуха поздняя, тсуга канадская, сосна веймутова, дуб северный, клён сахарный и берёза жёлтая.

Чувствительность к влаге варьировала среди видов и зависела от размера семян. В условиях засухи, чем крупнее семя, тем устойчивее сеянец. Размер семени не был фактором выживания во влажных условиях.

Режим осадков (влажный или сухой) не изменил выживаемость для видов с крупными семенами (дуб северный, американский каштан, гикори горький, американский бук, черёмуха поздняя). Виды с мелкими семенами (клён сахарный, сосна веймутова, тсуга канадская, берёза чёрная, берёза жёлтая) имели лучшую выживаемость во влажных условиях, чем в сухих.

Комбинация обильных осадков и скарифицированного семенного ложа улучшила выживаемость этих мелкосеменных, чувствительных к влаге видов на 28%.

На выживаемость более зрелых четырёхлетних саженцев, выращенных в питомнике, режим осадков не повлиял. Их выживаемость была намного выше, чем у сеянцев первого года, особенно для мелкосеменных видов.

Исследователи предполагают, что в будущем климате с длительными засушливыми периодами, прерываемыми интенсивными ливнями, виды с мелкими семенами будут чувствовать себя хуже. Более толерантные к широкой изменчивости осадков виды, такие как дуб северный, могут быть лучше адаптированы к новым условиям.