Согласно новому исследованию, меньшее количество снега приводит к тому, что деревья поглощают меньше углерода.
Двенадцать лет назад в лесу на севере Нью-Гэмпшира биолог Памела Темплер и её команда проложили нагревательные кабели под землёй у кленовых и буковых деревьев. Их цель — проверить, как изменение климата, особенно меньшее количество снега и более жаркое лето, может повлиять на рост деревьев и способность леса накапливать углерод. Участок земли в экспериментальном лесу Хаббард-Брук стал активной лабораторией.
Деревья поглощают и используют углекислый газ для роста, поэтому они являются одним из наших важнейших природных ресурсов для улавливания парниковых газов, таких как углекислый газ.
С тех пор как были проложены кабели, Темплер и её коллеги возвращались на открытую лабораторию несколько раз в год, наблюдая, как участки леса имитируют эффекты изменения климата, которые, по прогнозам, усугубятся в ближайшие десятилетия.
В новой статье, опубликованной в «Proceedings of the National Academy of Sciences», они показывают, что более высокие летние температуры увеличивают рост деревьев, но меньшее количество снега на земле значительно замедляет этот рост — это означает, что способность лесов Новой Англии накапливать углерод в будущих климатических сценариях, вероятно, переоценена.
«Мы знаем из прошлых работ, что уменьшение снежного покрова имеет несколько негативных последствий, и мы знаем, что температура повышается, а снежный покров сокращается», — говорит Темплер, профессор и заведующая кафедрой биологии в Бостонском университете.
«Мы хотели изучить взаимодействие между изменением климата в течение года и быть как можно более реалистичными в отношении будущего климата, который испытают наши леса».
Обычно мы думаем, что снег делает землю холоднее, но для лесной подстилки всё наоборот. Снег действует как одеяло — чем больше снега, тем лучше почва и корневые системы изолированы в течение зимы. Если на земле меньше снега, а воздух ниже нуля, почва будет замерзать, затем оттаивать по мере накопления снега, затем снова замерзать по мере его таяния, затем снова оттаивать в течение сезона.
В то же время ожидается, что более высокие летние температуры увеличат скорость роста деревьев из-за того, что тепло ускоряет разложение в почве.
Чтобы увидеть, как эти сдвиги в конечном итоге уравновешиваются, Темплер и её команда изучили, что происходит с деревьями в течение сезона.
«Когда мы думаем об изменении климата, это не только более высокие температуры летом или более высокие температуры в целом. Мы должны учитывать эти изменения в течение года, которые могут различаться от сезона к сезону», — говорит Эмерсон Конрад-Руни, аспирант пятого курса в лаборатории Темплер и ведущий автор статьи.
Экспериментальный лес состоит из шести участков, каждый размером 36 на 44 фута. В четырёх участках подземные кабели нагревают почву на 5 градусов Цельсия (9 градусов Фаренгейта), а на двух из этих участков зимой удаляют часть снега, чтобы вызвать цикл замораживания-оттаивания (два оставшихся участка остаются неизменными).
Конрад-Руни и другие сотрудники лаборатории посещали каждый участок несколько раз в год, чтобы проверить электрические компоненты и измерить дендрометрические ленты деревьев — подпружиненные металлические ленты, которые обвивают ствол дерева для измерения роста. Затем они могут использовать эти измерения для расчёта общей биомассы дерева и количества углерода, хранящегося в стволе.
Деревья на искусственно обогреваемых участках, которые были изолированы снегом, выросли на 63 % больше, чем деревья на неизменённых участках. Но деревья, которые пережили больше циклов замораживания-оттаивания и испытали меньшее количество снежного покрова, выросли за десятилетнее исследование только на 31 % больше. Это означает, что меньшее количество снега замедлило их рост и поглощение углерода примерно наполовину.
«Многие модели системы Земли, которые предсказывают, сколько углерода могут накапливать леса, не учитывают сложности зимнего изменения климата, которые мы здесь выделяем», — говорит Конрад-Руни.
«Это означает, что модели могут переоценивать углеродную ёмкость этих умеренных лесов».
Теперь, когда они увидели закономерности над землёй, их следующий шаг — заглянуть под почву. По словам Темплер, чередование замораживания и оттаивания создаёт нагрузку на корни деревьев, которые адаптированы к зимам в Новой Англии. Чтобы проверить это, в 2023 году Конрад-Руни установил под землёй толстые сетчатые цилиндры, называемые корневыми накопительными стержнями, для измерения скорости роста корней на каждом участке. После нескольких лет ожидания они проанализируют результаты эксперимента в конце этого года.
«Мы будем продолжать эту работу столько, сколько сможем», — говорит Темплер. «Нам так повезло, что у нас есть это долгосрочное исследование, потому что мы узнаём так много, чем дольше мы продолжаем. Сейчас мы видим реакцию деревьев, вызванную потеплением, но, возможно, это временно — возможно, деревья адаптируются, и их рост замедлится. Мы не знаем. В этом и заключается ценность долгосрочных данных».
Темплер и другие сотрудники BU обнаружили, что деревья растут с разной скоростью по краям леса и в городах, но неясно, являются ли эти эффекты временными или постоянными. Биологи и экологи, включая Темплер, активно выясняют, как синтезировать столь много меняющихся факторов — загрязнение воздуха, концентрацию углекислого газа, температуру, снежный покров, потерю насекомых, болезни, фрагментацию лесов — в нестабильном климате, чтобы наилучшим образом предсказать будущее нашей планеты.
«Происходит так много глобальных изменений одновременно», — говорит Темплер. «Невозможно охватить всё сразу, поэтому каждый из нас делает то, что может. Причина, по которой мы вообще смогли провести эту работу, заключается в том, что другие люди до нас следили за климатом. Внести свой вклад в долгосрочную науку с помощью этого исследования — это просто потрясающе».
Финансирование этого исследования поступило от Национального научного фонда.
Источник: Бостонский университет.