В лесах умеренного пояса преимущества более тёплых вегетационных периодов в плане накопления биомассы нивелируются разрушительной изменчивостью зимней погоды — несоответствие, которое климатические модели могут не учитывать.

С 2013 года небольшой участок леса на севере Нью-Гэмпшира обогревается с помощью подземных кабелей. Этот эксперимент призван смоделировать влияние изменения климата на температуру почвы. Теперь, после десятилетия искусственного потепления, учёные могут получить представление о том, как леса умеренного пояса могут измениться в будущем.

Предыдущие исследования лесов умеренного пояса показали, что изменение климата может ускорить рост деревьев весной и летом, увеличивая объём углерода, который накапливают деревья мира, и делая их критически важными участниками борьбы с изменением климата. Однако в более тёплом мире зимы будут также теплее, а снега будет меньше, что негативно скажется на этих же деревьях.

Новое исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States America, показывает, что изменение климата может нанести деревьям значительный ущерб, который сведёт на нет преимущества для роста, связанные с повышением температуры. Климатические модели не учитывают это смещение и, возможно, переоценивают способность лесов на северо-востоке США бороться с изменением климата.

«Зимние изменения климата в системах, адаптированных к снегу и его изоляции, приведут к снижению способности связывать углерод», — сказала Памела Темплер (Pamela Templer), лесной эколог из Бостонского университета и соавтор нового исследования.

Жара и холод

Чтобы проверить, как изменение поведения снега в потеплевших лесах умеренного пояса может повлиять на секвестрацию углерода, исследовательская группа измерила изменения биомассы красных клёнов на трёх типах участков: один участок обрабатывался нагревательными кабелями в течение вегетационного периода, другой – как нагреванием, так и циклами замораживания-оттаивания зимой, и контрольный участок - без обработок.

Каждый раз, когда выпадал снег с 2013 по 2022 гг., исследователи сгребали изолирующий снег со второго участка, оставляя почву на морозном воздухе на 72 часа. Затем они размораживали почву в течение 72 часов с помощью нагревательных кабелей.

Исследователи измеряли изменения биомассы, косвенного показателя накопления углерода, с помощью металлических полос, фиксирующих диаметр стволов.

Смоделированные в исследовании циклы замораживания-оттаивания, вероятно, станут более распространёнными в связи с изменением климата, сказал Кайл Арндт (Kyle Arndt), климатолог из Центра климатических исследований Вудвелла, не принимавший участия в новом исследовании. «Ожидается, что в подобных северных лесах это будет происходить чаще».

Эти циклы замораживания и оттаивания повреждают корни деревьев, ограничивая их способность усваивать питательные вещества, включая азот, что означает, что деревья не могут расти так же интенсивно, как после более стабильной зимы.

Участок с деревьями, прогретый в вегетационный период, депонировал на 63% больше углерода, чем контрольный. Однако участок с более тёплыми вегетационными периодами и дополнительными циклами замораживания-оттаивания депонировал всего на 31% больше углерода. Анализ данных о росте показал, что разница между этим участком и контрольным (без потепления и циклов замораживания-оттаивания) статистически незначима.

«Примечательно, — сказала Темплер, — что при добавлении эффекта зимнего изменения климата разница [между прогретыми и не прогретыми участками] исчезает».

Результаты согласуются с предыдущим исследованием той же исследовательской группы, показавшим 40%-ное снижение надземного роста деревьев сахарного клёна после удаления изолирующего снега.

Арндт отметил, что результаты логичны, а особенно обширный набор данных подтверждает их достоверность.

Результаты также могут иметь значение для круговорота питательных веществ в масштабах экосистемы, считает Кэрол Адэр (Carol Adair), лесной эколог из Вермонтского университета, не принимавшая участия в новом исследовании. Когда корни повреждаются циклами замораживания-оттаивания, весь азот, который они не могут усвоить, остаётся в почве и вымывается в водосборные бассейны во время весеннего таяния снега.

«Мы наблюдаем значительную потерю питательных веществ [зимой]», — сказала Адэр. Питательные вещества, попадающие в поверхностные воды, могут спровоцировать вредоносное цветение водорослей и даже создать обратную связь, которая ещё больше замедлит рост лесов. Вызываемые изменением климата дожди, осадки в виде дождя на снег и таяние снега в тёплые зимы усугубляют проблему.

Роль лесов в хранении углерода

По мнению авторов, результаты показывают, что современные модели климатической системы могут переоценивать объём углерода, который леса средних и высоких широт смогут поглотить в течение следующих нескольких столетий.

Исследователи изучили существующие модельные прогнозы и не нашли ни одного, включающего сложную динамику замораживания-оттаивания, выявленную на графиках, сообщил Эмерсон Конрад-Руни (Emerson Conrad-Rooney), докторант и эколог Бостонского университета и ведущий автор нового исследования. «Как правило, в них не учитывается влияние зимнего изменения климата на лесные процессы».

«Модели фактически учитывают лишь некоторые из этих чистых положительных воздействий изменения климата на биомассу северных лесов», сказал Арндт. «Без учёта этих циклов замораживания-оттаивания они будут переоценивать [сохранение углерода] с течением времени».

«Если мы хотим понять, как будущие леса будут поглощать углерод, нам необходимо знать механизм их поведения [в условиях меняющегося климата]», — отметила Темплер.

 

Ссылка: https://eos.org/articles/warming-winters-sabotage-trees-carbon-uptake