В горах Уайт в Нью-Гэмпшире ручьи рассказывают нам историю о восстановлении лесов после кислотных дождей и вырубки. Согласно новому исследованию, опубликованному в Proceedings of the National Academy of Sciences, долгосрочный химический анализ водосборных бассейнов показывает, что восстанавливающиеся леса добывают питательные вещества из горных пород. Хотя это приводит к улучшению pH в близлежащих ручьях, оно также истощает почвы, делая леса менее устойчивыми к будущему загрязнению.
Методы исследования
Команда учёных проанализировала более 60 лет данных из экспериментального леса Хаббард Брук, созданного Лесной службой США в 1950-х годах для экологических и гидрологических исследований. Как и на большей части северо-востока, на лес сильно повлияли кислотные дожди до принятия поправок к Закону о чистом воздухе 1990 года.
Исследовались три водосборных бассейна: один, где вырубка была проведена в 1983 году и затем была позволена для восстановления, другой — где в 1999 году применяли силикат кальция в попытке нейтрализовать последствия кислотных дождей, и контрольный бассейн, который только испытывал воздействие кислотных дождей.
Результаты исследования
При анализе данных о химии ручьёв в этих бассейнах исследователи обнаружили неожиданный результат: с 1987 года ручей в бассейне, где была проведена вырубка, был гораздо менее кислым, чем соседние контрольные бассейны, несмотря на идентичное воздействие кислотных дождей.
«Ручей в бассейне, где была проведена вырубка, экспортировал гораздо больше кремния и кальция из своего водосборного бассейна, чем любой из его соседей», — объясняет ведущий автор Эмили Бернхардт из Университета Дьюка. «Выращивающиеся леса высвобождали больше кальция и кремния с течением времени, чем водосборный бассейн, в который было внесено более 100 000 фунтов гранулированного силиката кальция».
Леса, восстанавливающиеся в истощённых питательными веществами вырубленных водосборных бассейнах, использовали свои корни для добычи минералов с неожиданной скоростью.
«И вырубка леса, и кислотные дожди удалили из экосистем большое количество питательных веществ, — говорит Бернхардт. — В местах, где происходили оба явления, как в бассейне с вырубкой, растущие деревья испытывают нехватку необходимых для роста питательных веществ и инвестируют в рост под землёй, чтобы построить корни и подпитать микробы, которые могут извлечь необходимые им питательные вещества из подстилающей породы».
Выводы
Усиленное выветривание минералов корнями деревьев, таких как американский бук, поддерживает леса. Когда корни деревьев «добывают» минералы апатита для получения фосфора, они также высвобождают менее ограниченные питательные вещества, такие как кальций и силикат, которые вымываются в близлежащие ручьи. В ручьях наблюдается улучшение pH, в то время как почвы испытывают снижение плодородия.
Потеря кальция и других питательных веществ из почв в результате добычи их деревьями усугубляет долгосрочную потерю этих питательных веществ из-за кислотных дождей и вырубки лесов и может сделать эти леса менее устойчивыми к будущему поступлению кислотного загрязнения из атмосферы.
«Основные катионы, такие как кальций, помогают лесной почве нейтрализовать кислотные осадки, — говорит соавтор Чарльз Дрисколл из Сиракузского университета. — Потеря этих питательных веществ означает, что эти экосистемы чрезвычайно уязвимы к любому возобновлению поступления кислоты в результате сжигания ископаемого топлива или других источников или будущей вырубки».
С момента вырубки в 1980-х годах в бассейне с вырубкой произошло значительное изменение видового состава деревьев, с резким сокращением численности сахарного клёна и доминированием американского бука, вида, умеющего добывать минералы.
«Лес, который восстанавливается в бассейне с вырубкой, не такой, как лес, который был там раньше, или леса, которые всё ещё существуют в соседних невырубленных водосборных бассейнах», — говорит Бернхардт. «Сахарному клёну, в частности, было трудно расти в бедных питательными веществами почвах, и он был в значительной степени заменён буком, который уязвим к болезням листьев бука и болезням коры бука».
Потери сахарного клёна могут сильно ощущаться в таких местах, как Нью-Гэмпшир, где производство кленового сиропа является важной частью культуры и экономики.
Долгосрочные исследования лесов и водосборных бассейнов, такие как Хаббард Брук, необходимы для понимания того, как экологические стрессоры, такие как кислотные дожди, вырубка лесов и изменения видового состава, проявляются в течение десятилетий и формируют здоровье лесов и пресной воды. Они также помогают нам оценить эффективность экологической политики и методов управления.
Исследование впервые показало, что такие нарушения экосистем, как кислотные дожди и вырубка лесов, могут усиливать подземное выветривание в течение длительного периода, оказывая трансформационное воздействие на здоровье почв и прилегающих ручьёв.
«Роль растительности в высвобождении питательных веществ из горных пород хорошо известна, — говорит Крис Соломон из Института исследований экосистем Кэри, соавтор исследования. — Но необычно иметь достаточно длинный ряд данных, чтобы наблюдать эти процессы в действии».
Результаты этого уникального долгосрочного исследования показывают, что в регионах мира, пострадавших от кислотных дождей, долгосрочное наследие вырубки лесов делает восстанавливающиеся леса всё более уязвимыми к будущему подкислению.
Выводы стали возможны благодаря непрерывным измерениям, проводившимся в течение шести десятилетий поколениями учёных.
Предоставлено Институтом исследований экосистем Кэри.
Другие новости по теме
- Первая структура ключевого белка вируса герпеса высокого разрешения открывает путь к созданию новых противовирусных препаратов
- Развитие стратегий сохранения морских черепах путём определения зон повышенного риска столкновений с судами
- Исследование показывает, что динозавры в Нью-Мексико процветали до самого конца
- Учёные поражены находкой огромного количества льда там, где на Марсе должна быть сухо как кость
- Исследование показало, что разнообразные популяции летучих мышей зимуют в скальных местообитаниях Финляндии
- Серые волки на побережье демонстрируют неожиданное охотничье поведение с неизвестным воздействием на экосистему
- Учёные обнаружили удивительную связь между Юпитером и формированием Земли!
- Южноамериканский динозавр с длинной шеей мог легко стоять на двух ногах, показало компьютерное исследование
- Исландия была единственной страной в мире без комаров — теперь их нашли троих.
- Новая технология редактирования генов использует бактериальные ретроны для исправления больших участков ДНК
Другие новости на сайте
- Поиск безнейтринного двойного бета-распада требует шумоподавляющих наушников
- Ассоциация сумо Японии отмечает своё 100-летие, но ритуалы этого вида спорта играют гораздо более древнюю роль, формируя представления о стране.
- Спутник GOES-19 сделал редкий снимок: Земля на фоне Солнца
- BMW тестирует систему отслеживания HVO100 для сокращения выбросов CO₂ автопарками
- Первая структура ключевого белка вируса герпеса высокого разрешения открывает путь к созданию новых противовирусных препаратов
- «Молекулярная плотина» останавливает утечки энергии в нанокристаллах и повышает эффективность светоуправляемых реакций
- BMW тестирует систему отслеживания HVO100 для сокращения выбросов CO₂ автопарками
- Во время последнего закрытия правительства угольные электростанции увеличили выбросы вредных веществ, пока регуляторы были отправлены в вынужденный отпуск.
- Нанофиброзная мембрана: устойчивое решение для фильтрации воды
- Химики создали общедоступный инструмент, который позволяет по-новому взглянуть на РНК внутри клеток