С 2013 года небольшой участок леса на севере Нью-Гэмпшира обогревается с помощью закопанных кабелей. Эксперимент призван имитировать влияние изменения климата на температуру почвы. Теперь, спустя десятилетие искусственного потепления, учёные получают представление о том, как могут измениться лиственные леса в будущем.
Предыдущие исследования
Предыдущие исследования лиственных лесов показали, что изменение климата может ускорить рост деревьев весной и летом, увеличивая объём углерода, который хранят деревья, и делая их ключевыми участниками борьбы с изменением климата. Однако более тёплый мир будет также означать более тёплые зимы и меньше снега, что наносит вред тем же деревьям.
Новое исследование, опубликованное в «Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America», показывает, что изменение зим может нанести деревьям достаточно вреда, чтобы свести на нет преимущества роста, связанные с более тёплыми температурами. Климатические модели не учитывают это компенсирующее воздействие и могут переоценивать способность лесов на северо-востоке США бороться с изменением климата.
«Зимняя климатическая ситуация в системах, адаптированных к снегу и его изоляции, приведёт к снижению способности улавливать углерод», — сказала Памела Темплер, эколог леса из Бостонского университета и соавтор нового исследования.
Тёплое и холодное
Чтобы проверить, как изменение поведения снега в теплеющем лиственном лесу может повлиять на улавливание углерода, исследовательская группа измерила изменения биомассы у красных кленовых деревьев на трёх типах участков: один участок обрабатывался с помощью греющих кабелей в течение вегетационного периода, один — с помощью как обогрева, так и повторяющихся циклов замораживания-оттаивания зимой, и контрольные участки без обработки.
Каждый раз, когда с 2013 по 2022 год шёл снег, исследователи сгребали изолирующий снег со второго участка, подвергая почву воздействию морозного воздуха в течение 72 часов. Затем они оттаивали почву в течение 72 часов с помощью греющих кабелей.
Исследователи измеряли изменения в биомассе, косвенном показателе хранения углерода, с помощью металлических лент, фиксирующих диаметр стволов.
Циклы замораживания и оттаивания, смоделированные в исследовании, вероятно, станут более распространёнными с изменением климата, сказал Кайл Арндт, учёный-климатолог из Центра климатических исследований Вудвелла, который не участвовал в новом исследовании. «В таких северных лесах это будет происходить чаще».
«Что поражает здесь, так это то, что при добавлении эффекта зимнего изменения климата разница [между прогретыми и непрогретыми участками] исчезает», — сказал Арндт.
Циклы замораживания и оттаивания повреждают корни деревьев, ограничивая их способность поглощать питательные вещества, включая азот, а значит, деревья не могут расти так же, как после более стабильной зимы.
Участок с деревьями, который обогревался в вегетационный период, поглотил на 63% больше углерода, чем контрольные участки. Но участок с более тёплым вегетационным периодом и дополнительными циклами замораживания-оттаивания поглотил всего на 31% больше. Анализ данных о росте показал, что разница между этим участком и контрольным участком (без обогрева или циклов замораживания-оттаивания) не была статистически значимой.
«Что поражает здесь, — сказала Темплер, — это то, что при добавлении эффекта зимнего изменения климата разница [между прогретыми и непрогретыми участками] исчезает».
Результаты согласуются с предыдущим исследованием той же исследовательской группы, показавшим снижение надземного роста сахарного клёна на 40% при удалении изолирующего снега.
Арндт сказал, что результаты имеют смысл, и что особенно длинный набор данных придаёт достоверность выводам.
Результаты могут также иметь значение для круговорота питательных веществ в экосистеме, сказала Кэрол Адэр, эколог леса из Университета Вермонта, которая не участвовала в новом исследовании. Когда корни повреждаются циклами замораживания-оттаивания, весь азот, который они не могут поглотить, остаётся в почве и вымывается в водосборные бассейны во время весеннего таяния.
«Мы видим, что зимой происходит большая потеря питательных веществ», — сказала Адэр. Потеря питательных веществ, попадающих в поверхностные воды, может спровоцировать вредоносное цветение водорослей и даже создать петлю обратной связи, которая ещё больше снизит рост лесов. Осадки, обусловленные изменением климата, дождь со снегом и снеготаяние во время более тёплых зим усугубляют проблему.
Роль лесов в хранении углерода
Результаты показывают, что текущие модели климатической системы могут переоценивать, сколько углерода смогут поглощать леса средних и высоких широт в течение следующих пары веков, по мнению авторов.
«Без учёта этих циклов замораживания-оттаивания они будут переоценивать [накопление углерода] с течением времени», — сказал Арндт.
Исследователи изучили существующие модельные прогнозы и не нашли ни одного, который включал бы сложную динамику замораживания-оттаивания, выявленную на участках, сказал Эмерсон Конрад-Руни, докторант и эколог из Бостонского университета и ведущий автор нового исследования. «Как зимнее изменение климата может повлиять на лесные процессы, обычно не учитывается».
«Модели на самом деле 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 [накопление углерода] с течением времени».
«Если мы хотим понять, как будущие леса будут поглощать углерод, нам нужно знать, как они будут вести себя [в условиях меняющегося климата]», — сказала Темплер.
— Грейс ван Дилен (@gvd.bsky.social), штатный писатель
Citation: van Deelen, G. (2025), Warming winters sabotage trees’ carbon uptake, Eos, 106, https://doi.org/10.1029/2025EO250278. Published on [день месяц] 2025.
Text © 2025. AGU. CC BY-NC-ND 3.0
Except where otherwise noted, images are subject to copyright. Any reuse without express permission from the copyright owner is prohibited.