Ученые ожидают, что деревья будут продвигаться вверх по склону по мере повышения глобальной температуры, смещая линию деревьев - горную зону, где деревья становятся меньше и в конечном итоге перестают расти - на более высокие высоты. Другими словами, субальпийские леса будут следовать своему климату вверх по горам.
Но новое исследование, опубликованное 15 декабря в журнале Global Change Biology, предполагает, что это может быть не так для двух субальпийских видов деревьев в западной части Северной Америки. Согласно исследованию, ель Энгельмана может не перемещаться на более высокие высоты при повышении температуры, а ее нижняя граница высоты может отступить вверх по склону, поэтому ее общий ареал может сократиться. А выносливая и гибкая сосна может продвигаться вверх в более теплом климате, но, скорее всего, такими же медленными темпами, как и в сегодняшнем климате.
Исследование было проведено учеными из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли Министерства энергетики (Berkeley Lab), Калифорнийского университета в Мерседе, Геологической службы США, Калифорнийского университета в Беркли и Университета Колорадо в Боулдере.
Их удивительные выводы основаны на открытии того, что два вида могут пострадать от потепления на самых ранних стадиях их жизни, даже на холодной, высокогорной опушке леса. Кроме того, семена деревьев, растущих в настоящее время на верхней границе ареала вида, могут плохо себя чувствовать на больших высотах. Эти идеи могут помочь ученым улучшить модели, которые предсказывают, куда и как быстро будут перемещаться субальпийские леса в условиях потепления климата.
Предположение о том, что деревья будут следить за своим климатом, недооценивает трудности, с которыми они сталкиваются при наборе саженцев. На этом этапе шансы складываются против деревьев, даже в нормальных условиях, и мы обнаружили, что потепление снижает шансы молодых деревьев даже больше», - говорит руководитель исследования Лара Куэпперс, ученый из отдела наук о климате и экосистемах лаборатории Беркли и исследовательского института Сьерра-Невады Калифорнийского университета в Мерседе.
«Это означает, что существует реальный риск того, что изменение климата может опередить миграцию деревьев - некоторые деревья могут не успевать за своим климатом», - добавляет Купперс. «Саженцы - это будущее леса, поэтому очень важно знать, как на них повлияет потепление».
Ученые заинтересованы в том, чтобы предсказать, что произойдет с субальпийскими лесами по мере потепления климата, потому что смещение границы между биомами леса и альпийской тундры имеет большое значение для водных ресурсов гор, углеродного цикла и климата планеты.
«Саженцы деревьев, растущие в альпийской полосе деревьев, являются индикатором раннего воздействия изменения климата на среду обитания в горах», - говорит Мэтт Гермино, эколог из Геологической службы США, участвовавший в исследовании. «Реакция саженцев деревьев на тщательно контролируемые согревающие процедуры открывает для лесов окно в более теплый мир».
Чтобы пролить свет на будущее субальпийских лесов, ученые поставили эксперименты в Niwot Ridge, экологическом исследовательском центре в Скалистых горах Колорадо. Они сосредоточились на влиянии потепления на первые четыре года жизни деревьев. Они также объяснили роль локальной генетической адаптации, изучая семена, собранные с низких и высокогорных участков в пределах ареалов деревьев. Оба эти фактора, рекрутирование сеянцев и генетическая адаптация, недостаточно хорошо представлены в моделях, предсказывающих реакцию видов на потепление.
Ученые посадили семена на трех участках: один на низком краю субальпийского леса, другой на высокогорном краю леса (текущая линия деревьев) и третий участок в альпийской зоне где деревья не растут.
На каждом участке высадили по 20 садов, разделенных на четыре группы. Одну группу обогревали с марта по ноябрь инфракрасными обогревателями. Это привело к раннему таянию снега и повышению температуры почвы и рассады на несколько градусов, что имитирует последствия изменения климата. Вторую группу обогревали и поливали, третью только поливали, а четвертую контрольную группу не трогали. Исследователи засаживали сады каждую осень с 2009 по 2013 год и следили за их развитием до 2014 года.
Вопреки ожиданиям, они обнаружили, что потепление снижает выживаемость рассады обоих видов на всех трех высотах в течение первого года жизни. Ученые ожидали, что выживаемость упадет на более низком участке, где температура превысит нормальный климат для деревьев, но не выше, где ожидается, что потепление поможет саженцам. Они связывают эту более низкую приживаемость с более засушливыми условиями, вызванными потеплением, что отрицательно сказалось на выживаемости рассады.
Показатели выживаемости для двух видов разошлись после первого года. Для мягкой сосны ученые обнаружили некоторые преимущества потепления на некоторых участках, но их недостаточно, чтобы обратить вспять негативные последствия первого года жизни. Таким образом, спустя четыре года потепление не оказало заметного влияния на выживаемость.
«Из этого мы делаем вывод, что гибкая сосна может сохраняться на своем нынешнем месте и расширяться вверх по склону в альпийскую зону, но она не будет расти быстрее в более теплом климате», - говорит Куэпперс.
Для ели Энгельмана негативное влияние потепления сохранялось в течение четвертого года. Кроме того, ни один прогретый саженец не дожил до 4-летнего возраста на низинном участке. Это означает, что потепление может воспрепятствовать восходящей экспансии вида и привести к тому, что нижняя граница его ареала сожмется вверх по склону.
Еще одним сюрпризом стало то, что ученые обнаружили, что семена, собранные в более низких районах, лучше приживаются в альпийской зоне, чем семена, собранные в высокогорных районах. Это также может замедлить распространение субальпийских деревьев вверх по склону, поскольку семенам с более низких высот трудно «перепрыгнуть» через более высокие деревья и закрепиться над текущей линией деревьев.
«В целом, наши результаты показывают, что саженцы очень уязвимы к климатическим изменениям, и это следует учитывать, когда мы прогнозируем, что произойдет с субальпийскими лесами в условиях потепления климата», - говорит Куэпперс.