Исследование: Потепление может замедлить миграцию деревьев вверх по склонам

Ученые ожидают, что по мере роста глобальных температур деревья будут продвигаться вверх по склонам, смещая границу леса — высотную зону, где деревья становятся мельче и в конце концов перестают расти — на большие высоты. Другими словами, субальпийские леса последуют за своим климатом в горы.

Однако новое исследование, опубликованное 15 декабря в журнале Global Change Biology, предполагает, что для двух видов субальпийских деревьев западной части Северной Америки это может быть не так. Согласно исследованию, ель Энгельмана может не перемещаться на большие высоты при потеплении, а её нижняя граница распространения может отступать вверх по склону, что приведет к сокращению общего ареала. Выносливая сосна гибкая может продвигаться вверх в более теплом климате, но, вероятно, с той же медленной скоростью, что и в современных условиях.

Исследование провели ученые из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (Berkeley Lab) Министерства энергетики США, UC Merced, Геологической службы США (USGS), UC Berkeley и Университета Колорадо в Боулдере.

Их неожиданные выводы основаны на обнаружении, что оба вида могут страдать от потепления на самых ранних стадиях жизни, даже на холодной верхней границе леса. Кроме того, семена деревьев, растущих сейчас у верхней границы ареала вида, могут плохо приживаться на больших высотах. Эти данные могут помочь ученым улучшить модели, предсказывающие, куда и как быстро будут перемещаться субальпийские леса в условиях потепления.

«Предположение, что деревья будут следовать за своим климатом, недооценивает трудности, с которыми они сталкиваются на стадии появления всходов. Шансы против деревьев на этом этапе высоки даже в нормальных условиях, а мы обнаружили, что потепление еще больше снижает шансы молодых деревьев на выживание», — говорит руководитель исследования Лара Кепперс, ученый из отдела климата и наук об экосистемах Berkeley Lab и Института исследований Сьерра-Невады UC Merced.

«Это означает, что существует реальный риск того, что изменение климата может опередить миграцию деревьев — некоторые деревья могут не успевать за своим климатом», — добавляет Кепперс. «Всходы — это будущее леса, поэтому очень важно понять, как потепление повлияет на них».

Ученых интересует прогноз судьбы субальпийских лесов при потеплении, потому что сдвиг границы между лесным и альпийским тундровым биомами имеет серьезные последствия для горных водных ресурсов, углеродного цикла и климата планеты.

«Всходы деревьев, растущие у альпийской границы леса, являются индикатором раннего воздействия изменения климата на горные местообитания», — говорит Мэтт Джермино, эколог Геологической службы США (USGS), участвовавший в исследовании. «Реакция всходов деревьев на тщательно контролируемые условия потепления дает нам окно в более теплый мир для лесов».

Чтобы пролить свет на будущее субальпийских лесов, ученые провели эксперименты на хребте Нивот, экологическом исследовательском участке в Скалистых горах Колорадо. Они сосредоточились на влиянии потепления на первые четыре года жизни деревьев. Они также учли роль локальной генетической адаптации, изучая семена, собранные в низко- и высокогорных районах в пределах ареалов деревьев. Оба эти фактора — появление всходов и генетическая адаптация — слабо отражены в моделях, предсказывающих реакцию видов на потепление.

Ученые высадили семена на трех участках: у нижней границы субальпийского леса, у верхней границы леса (нынешней границы леса) и в альпийской зоне, где деревья не растут.

На каждом участке они разбили 20 экспериментальных площадок, разделенных на четыре группы. Одна группа нагревалась с марта по ноябрь инфракрасными нагревателями. Это раньше таяло снег и повышало температуру почвы и всходов на несколько градусов, имитируя эффекты изменения климата. Вторая группа нагревалась и поливалась, третья — только поливалась, а четвертая контрольная группа оставалась без воздействия. Исследователи высаживали семена каждую осень с 2009 по 2013 год и наблюдали за их развитием до 2014 года.

Вопреки ожиданиям, они обнаружили, что потепление снизило выживаемость всходов обоих видов на всех трех высотах в течение первого года жизни. Ученые ожидали снижения выживаемости на нижнем участке, где температуры поднялись выше обычного климата для деревьев, но не выше, где потепление, как ожидалось, должно было помочь всходам. Они связывают эту более низкую выживаемость с более сухими условиями, вызванными потеплением, которые негативно повлияли на выживаемость сеянцев.

После первого года показатели выживаемости для двух видов разошлись. Для сосны гибкой ученые обнаружили некоторую пользу от потепления на некоторых участках, но недостаточную, чтобы компенсировать негативные эффекты первого года. Таким образом, через четыре года не было заметного влияния потепления на выживаемость.

«Из этого мы делаем вывод, что сосна гибкая имеет потенциал для сохранения на своем нынешнем месте и расширения вверх по склону в альпийскую зону, но в более теплом климате она не будет расширяться быстрее», — говорит Кепперс.

Для ели Энгельмана негативное влияние потепления сохранялось до четвертого года. Кроме того, ни один из нагреваемых сеянцев не выжил до 4 лет на участке у нижней границы. Это означает, что потепление может препятствовать расширению ареала вида вверх и привести к сокращению его нижней границы вверх по склону.

Еще одной неожиданностью стало то, что семена, собранные в низинах, выживали в альпийской зоне лучше, чем семена, собранные на больших высотах. Это также может замедлить продвижение субальпийских деревьев вверх, поскольку семенам с нижних высот трудно «перепрыгнуть» через деревья, растущие выше, и закрепиться выше нынешней границы леса.

«В целом наши результаты показывают, что всходы чрезвычайно уязвимы к изменчивости климата, и это следует учитывать при прогнозировании будущего субальпийских лесов в условиях потепления», — заключает Кепперс.