По мере роста деревьев доля сердцевины в их структуре увеличивается и в конечном итоге составляет большую часть биомассы. Устойчивость сердцевины к гниению зависит от типа и количества защитных химических веществ (экстрактивных веществ), содержащихся в ней. Скорость накопления сердцевины и содержание экстрактивных веществ являются основными факторами, определяющими долговечность деревьев и способность лесов к долгосрочному хранению углерода.
Развитие сердцевины у самых высоких видов деревьев — секвойи вечнозелёной (красное дерево) — представляет особый интерес
Первичные (старовозрастные) леса секвойи обладают глобальной максимальной биомассой, и большая часть их надземного углерода хранится в сердцевине. По сравнению с первичными лесами, секвойи во вторичных (молодых) лесах часто образуют сердцевину с более низким содержанием экстрактивных веществ и худшей устойчивостью к гниению. Следовательно, потенциал долгосрочного хранения углерода во вторичных лесах секвойи не эквивалентен потенциалу первичных лесов. Но так ли это на протяжении всего ареала секвойи, протянувшегося на 460 миль?
Новая статья, опубликованная в журнале «Forest Ecology and Management», исследует развитие сердцевины во вторичных лесах секвойи, расположенных в 18 точках, представляющих три различных региона.
* В «северном» регионе обширные леса, где доминируют секвойи, и прохладный, влажный, туманный климат;
* в «центральном» регионе леса фрагментированы в результате застройки и имеют прохладный, но менее туманный климат;
* «маргинальный» регион охватывает южные и восточные пределы ареала, где изолированные рощи испытывают более тёплые, сухие и менее туманные условия.
Мы взяли образцы у 77 доминирующих деревьев в возрасте от 96 до 202 лет. Деревья были исследованы, и взяты образцы сердцевины на разной высоте, чтобы количественно оценить прирост и развитие сердцевины.
Относительные концентрации экстрактивных веществ в сердцевине были оценены путём сравнения плотности в хорошо реплицированных парных образцах заболони и сердцевины. Мы обнаружили чёткие различия между северными и маргинальными деревьями, причём центральные деревья занимали промежуточное положение.
Северные деревья имеют наименьшую плотность древесины, наибольшие приросты объёма древесины, самое быстрое накопление биомассы сердцевины и наименьшее содержание экстрактивных веществ в сердцевине. Маргинальные деревья — полная противоположность: у них наибольшая плотность древесины, наименьшие приросты объёма древесины, самое медленное накопление биомассы сердцевины и наибольшее содержание экстрактивных веществ в сердцевине.
В то время как общая эффективность роста (биомасса, производимая ежегодно на единицу массы листьев) выше у северных деревьев и ниже у маргинальных, производство экстрактивных веществ демонстрирует противоположную картину. Это компромисс, при котором инвестиции в защиту сердцевины происходят за счёт производства заболони. Маргинальные деревья откладывают в два раза больше экстрактивных веществ в свою сердцевину, чем центральные деревья того же возраста, и в пять раз больше, чем северные деревья. Почему?
Это, вероятно, связано с климатом. Более тёплые и сухие условия не позволяют деревьям пополнять запасы воды в ночное время, оставляя недостаточное тургорное давление для камбия, чтобы производить новые клетки заболони. Экстрактивные вещества сердцевины могут быть альтернативным поглотителем фотосинтетических сахаров.
Что это значит с практической точки зрения?
Хотя верхние части стволов секвойи обычно имеют самую высокую плотность сердцевины и содержание экстрактивных веществ, это небольшая часть дерева. Большая часть сердцевины находится в стволе ниже ветвей. Плотное, хорошо защищённое «коронное дерево» имеет небольшую практическую ценность для производства древесины из-за небольших объёмов и множества сучков, но его экологическое значение требует учёта при управлении лесами, направленном на продвижение недревесных ценностей.
Более высокая плотность и содержание экстрактивных веществ в сердцевине на маргинальных участках должны сделать её гораздо более долговечной, чем эквивалентная масса, произведённая в центральных или северных участках, и, таким образом, идеальной для долгосрочного хранения углерода даже в восстанавливающихся лесах.
В последние годы маргинальные секвойи фактически производили больше экстрактивных веществ ежегодно, чем северные и центральные секвойи, несмотря на то, что общий прирост сердцевины у них был меньше. В пожароопасных маргинальных участках более плотная древесина и повышенное содержание экстрактивных веществ способствуют сохранению растительности, в которой доминируют секвойи.
Несмотря на разреженное распространение на крутых склонах, маргинальные леса секвойи сохраняют более высокую способность к долгосрочному хранению углерода, чем любая другая растительность в их окрестностях.
Мари Антуан и Стив Силитт посвятили свои научные карьеры восхождению, измерению и пониманию самых высоких и крупных деревьев в мире. Оба работают на кафедре лесного хозяйства, борьбы с пожарами и управления землями в Калифорнийском политехническом университете в Аркате, Калифорния, США. Стив занимает должность председателя Кеннета Л. Фишера по экологии лесов секвойи и является автором или соавтором более чем 60 научных статей. С 2001 года Стив и Мари вместе поднялись более чем на тысячу деревьев. Их работа была опубликована в журнале National Geographic Magazine (прибрежная секвойя, октябрь 2009 года; гигантская секвойя, декабрь 2012 года), а их ранние приключения по исследованию лесного полога были задокументированы в книге Ричарда Престона «Дикие деревья» (2007).
Три соавтора внесли существенный вклад в эту публикацию: Алана Чин, Эллисон Кэрролл и Марк Грэм.