Виртуальные леса показали: случайное распределение деревьев повышает продуктивность

Новое исследование, опубликованное в Nature Communications, показывает, как расположение видов деревьев в лесу может оптимизировать функционирование экосистемы и её продуктивность.

Исследование провели учёные из Немецкого центра интегративных исследований биоразнообразия (iDiv), Лейпцигского университета, Йенского университета имени Фридриха Шиллера и Национального центра научных исследований Франции (CNRS), используя полевые данные и компьютерное моделирование.

Учёные смоделировали виртуальные леса с разными схемами посадки деревьев: блочную, мини-блочную, в один и два ряда, а также полностью случайное распределение.

В моделировании использовались реальные данные эксперимента BEF-China (Bиоразнообразие-Функционирование экосистем), включая модели роста деревьев, сбор опада и измерение скорости разложения. Это позволило смоделировать влияние пространственного расположения на продуктивность деревьев и круговорот азота и углерода.

Преимущества случайного расположения

Исследование показало, что расположение видов деревьев — сгруппированное или случайное — влияет на продуктивность. Эта пространственная неоднородность видов влияет на то, как питательные вещества циркулируют в экосистеме.

Моделирование показало, что случайная схема посадки увеличивает биомассу деревьев на 11% по сравнению с кластеризованной. Более равномерное распределение видов способствует равномерному распределению опавших листьев, что ускоряет рециклинг питательных веществ и органического вещества.

Скорость разложения углерода через девять месяцев также увеличивалась с ростом пространственной неоднородности: с 36,5% разложившегося углерода в блочных схемах до 47,1% в случайных. Посадка в ряды стала компромиссом между экологической выгодой и удобством управления лесом, показав разложение 40,4% углерода.

Ключевым фактором также является общее видовое разнообразие. Более разнообразные леса демонстрировали более высокий круговорот азота и углерода, обеспечивая разнообразные ресурсы для организмов-разложителей.

Практическая ценность посадки в ряды

С практической точки зрения, исследователи отмечают необходимость баланса между экологической выгодой и управлением лесом. Хотя случайная посадка максимизирует экологические результаты (биоразнообразие, круговорот питательных веществ, секвестрация углерода), посадка в ряды предлагает управляемый компромисс, упрощая такие задачи, как прореживание и заготовка.

В будущем учёные планируют провести долгосрочные полевые эксперименты для проверки результатов моделирования в реальных условиях. Это поможет разработать новые подходы к лесовосстановлению и устойчивому лесному хозяйству.