На протяжении последних столетий, когда мы, люди, расчищали поля для ферм, строили дороги и автомагистрали и расширяли города, мы вырубали деревья. С 1850 года мы сократили мировой лесной покров на одну треть. Мы также изменили внешний вид лесов: большая часть лесов в мире теперь состоит из прерывистых фрагментов, при этом 20 процентов оставшегося леса находятся в пределах 100 метров от края, например, от дороги, заднего двора, кукурузного поля или автостоянки.
Ученые десятилетиями изучали фрагментированные леса, в основном для оценки их воздействия на дикую природу и биоразнообразие. Но недавно два ученых Колледжа искусств и наук Бостонского университета (CAS) - Эндрю Рейнманн (GRS'14), научный сотрудник с докторской степенью, и Люси Хутира, адъюнкт-профессор Земли и окружающей среды - обратили свое внимание на другую проблему: влияние фрагментов леса на накопление углерода и изменение климата. Они обнаружили, что широколиственные леса умеренного пояса, такие как насаждения красного дуба, распространенные в Новой Англии, поглощают больше углерода, чем ожидалось, по краям, но они также обнаружили, что эти края более подвержены тепловому стрессу. Исследование, финансируемое Национальным управлением океанических и атмосферных исследований, Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства и Национальным научным фондом и опубликованное в выпуске Proceedings of the National Academy of Sciences от 19 декабря 2016 года, предлагает как хорошие, так и плохие новости. новости о фрагментации леса. Это предполагает, что, хотя эти леса могут быть более ценными поглотителями углерода, чем считалось ранее, они также более чувствительны к изменению климата.
«Иметь точные оценки того, что делают эти деревья на краю - сколько углерода они забирают из атмосферы - действительно важно, когда мы думаем о нашем будущем климате», - говорит Рейнманн, ведущий автор исследования. бумага.
Годовая концентрация углекислого газа в атмосфере (CO2), мощного парникового газа и агента глобального потепления, увеличилась более чем на 40 процентов с начала промышленного Революция и продолжает расти. Леса играют важную роль в качестве поглотителя углерода, поглощая около 25 процентов выбросов CO2, которые мы, люди, выбрасываем в небо.
Большая часть нашего понимания динамики углерода в лесах исходит из изучения нетронутых сельских лесов, таких как Хаббард-Брук в Белых горах Нью-Гэмпшира и Гарвардского леса в Петершеме, Массачусетс, а не из изучения лесных фрагментов. «Когда вы фрагментируете лес, вы меняете многие условия произрастания оставшегося леса, - говорит Райнманн, - но мы не очень хорошо понимаем, как это изменение влияет на секвестрацию и хранение углерода."
Чтобы выяснить это, Райнманн и Хутира собрали данные с 21 фрагментированного лесного участка вокруг Бостона, насчитывающего около 500 деревьев. На восьми из этих участков они пошли еще дальше, взяв образцы кернов с деревьев диаметром более 10 сантиметров, всего 420 кернов с 210 деревьев. Они использовали ядра и другие данные, чтобы рассчитать, насколько быстро растут деревья. Размер и скорость роста дерева показывают, сколько углерода оно может поглотить, а также какой стресс оно испытывает.
Reinmann и Hutyra обнаружили, что фрагменты леса растут быстрее по краям, чем нетронутые леса, поглощая больше углерода, чем ожидалось. «Когда вы создаете эту кромку, вы, по сути, снижаете конкуренцию и высвобождаете такие ресурсы, как свет, вода и питательные вещества для деревьев», - говорит Райнманн, отмечая, что эффект распространяется примерно на 20 метров от кромки леса. Любопытно, что открытие может быть справедливо только для широколиственных лесов умеренного пояса, распространенных в Новой Англии, Аппалачах, Канаде и Европе. Тропические леса Амазонки имеют противоположный эффект, когда фрагментированы, с меньшей биомассой и меньшим запасом углерода по краям.
«Лесоводы и лесозаготовители давно поняли это интуитивно: если вы войдете и уменьшите конкуренцию за ресурсы, оставшиеся особи будут расти быстрее», - добавляет Хутира. «Новаторская часть этой работы заключалась в том, чтобы количественно оценить его по этим краям, посмотреть, как далеко он уходит в лес, и поместить его в контекст с тем, насколько важна эта фрагментация в той части мира - на юге Новой Англии - которая, как мы знаем, большой чистый поглотитель углерода."
Хотя это кажется победой для наших неоднородных лесов Новой Англии, вырубка лесов по-прежнему плохо влияет на поглощение углерода в целом. «Когда вы фрагментируете лес, оставшийся лес может немного компенсировать то, что было потеряно, но не полностью», - говорит Райнманн. «Так что, возможно, это не так ужасно с точки зрения выбросов углерода, как мы думали, но все же это плохо».
Эту (в некоторой степени) хорошую новость компенсирует другая находка газеты: эти опушки леса, более открытые ветру и солнцу, растут медленнее при стрессе от жары.
«Вы теряете много углерода в жаркие годы», - говорит Райнманн, который обнаружил, что «магическое число» для местных деревьев составляет около 27°C (80,6°F), что соответствует средней высокой температуре. в июле, наш самый жаркий месяц. «Но как только вы преодолеете этот порог, деревья будут расти намного медленнее», - говорит он. И действительно плохие новости: если региональные температуры будут продолжать повышаться устойчивыми темпами, нынешняя углеродная выгода, предлагаемая лесными опушками, может значительно снизиться. «Если этот поглотитель углерода внезапно перестанет работать, наши прогнозы будущего климата изменятся», - говорит Райнманн. «Таким образом, наше нынешнее понимание и экологические модели, которые не учитывают этого, упускают что-то важное».
Reinmann и Hutyra в настоящее время расширяют работу по изучению сельских лесов и до сих пор находят там еще большие результаты. Они также надеются использовать изображения с высоким разрешением и более точный химический анализ, чтобы более внимательно изучить образцы керна, чтобы увидеть, как рост и фотосинтез меняются в зависимости от дней, сезонов, тепловых волн и других стрессовых факторов окружающей среды. Больше данных может привести к созданию более качественных моделей, говорит Хутира.
По мере того, как мы продолжаем более активно управлять нашим ландшафтом, будь то мысли об интенсификации сельского хозяйства в Бразилии, расширении городов в Китае или масштабной городской застройке здесь, фрагментация ландшафта повсеместна. Скорее всего, она останется, если не увеличиваться», - говорит Хутыра. «И поэтому количественная оценка последствий всей этой фрагментации действительно важна для понимания долгосрочной и краткосрочной способности лесов продолжать поглощать углерод, а также для того, чтобы мы могли точно смоделировать это для прогнозирования будущего климата».