Как поднимающаяся граница леса влияет на альпийские озера
Ученые из EPFL и ряда европейских университетов впервые провели количественное исследование изменений, которые почвенное органическое вещество из лесов вызывает в высокогорных и высокоширотных озерах после растворения в воде.
В результате глобального потепления граница леса (treeline) поднимается по всему миру, в зависимости от региона, на 10–100 метров в год, приближая леса к высокогорным и высокоширотным озерам. Это неизбежно повлияет на обе экосистемы.
Впервые ученые детально изучили возможные последствия на молекулярном уровне. Их выводы, опубликованные в Nature Communications, показывают, что подъем границы леса может изменить состав растворенного органического вещества (DOM) в таких озерах и повлиять на биогеохимию воды.
Было обнаружено, что природные бактерии, подвергшиеся воздействию этого нового углерода, могут стать менее эффективными в производстве биомассы, что создает потенциальный источник выбросов парниковых газов. Это открытие особенно важно, учитывая тысячи подобных озер на планете.
Почвенный органический углерод имеет разный состав в альпийских лугах и лесах. До сих пор не было ясно, как почвенный углерод будет реагировать после попадания в озера.
Эти озера уже содержат небольшое количество DOM, которое служит ресурсом для природных бактерий. Но по мере продвижения границы леса состав почвы вокруг озер изменится, и во время дождя или таяния снега органический углерод будет попадать в водоемы.
Именно этот процесс изучала международная команда, включая эколога и биогеохимиста EPFL Ханнеса Петера из лаборатории речных экосистем (RIVER) в исследовательском центре ALPOLE.
Озера в северной Финляндии и Австрийских Альпах
Озерные бактерии обычно реагируют на DOM одним из двух способов: либо используют его для роста и производства биомассы, либо перерабатывают неэффективно, выделяя CO2. Исследователи провели полевые эксперименты на высокоширотном озере в северной Финляндии и высокогорном в Австрии, дополнив их лабораторными анализами.
«Мы добавили в пробы озерной воды почвенное DOM из зон выше и ниже границы леса и наблюдали за реакцией бактерий», — объясняет Петер. «Ответ был таким: при воздействии DOM из зоны ниже границы леса бактерии выделяли больше CO2».
Анализ отдельных молекул углерода
Команда использовала высокоточный прибор в партнерском университете Германии для анализа. Эта технология позволила изучить каждую молекулу DOM индивидуально.
«Мы идентифицировали более 2500 молекул в составе DOM и смогли понять, какие из них бактерии метаболизируют быстрее всего. Изучив весь процесс разложения, мы пришли к выводу, что бактерии в альпийских озерах могут выделять больше CO2 при подъеме границы леса», — говорит Петер.
Картирование расширения лесов в Швейцарских Альпах
Другая группа ученых из центра ALPOLE также изучает последствия смещения границы леса. Аспирант Тьен-Ань Нгуен и коллеги разработали программу на основе ИИ, которая картирует расширение лесов в Швейцарских Альпах за 80-летний период.
Программа, доступная в открытом доступе, наглядно показывает, как граница леса сместилась вверх в Альпах Во и Вале. Алгоритмы были обучены на тысячах фотографий 1946–2020 годов от Федерального управления топографии Швейцарии.
Исследование, опубликованное в Remote Sensing of Environment, впервые картирует продвижение альпийской границы леса в таком крупном масштабе и с такой детализацией. Программа демонстрирует скорость изменений, вызванных повышением температур и забрасыванием сельхозземель, и будет использована для количественной оценки эффекта этих факторов.