Хотя сахарные клены Мичигана извлекают выгоду из стимулирующего рост воздействия соединений азота в окружающей среде, эти выгоды не полностью компенсируют дополнительные стрессы, связанные с выращиванием в более сухом климате в будущем, согласно новому исследованию Мичиганского университета. привело исследование.
Сахарные клены, известные своей огненной осенней листвой и являющиеся основным источником кленового сиропа, являются преобладающей породой деревьев в северных лиственных лесах восточной части Северной Америки. Они встречаются в основном на влажных, хорошо дренированных почвах и чувствительны к засухе.
Некоторые климатические прогнозы для района Верхних Великих озер в ближайшие десятилетия предполагают повышение температуры и повышение вероятности летней засухи, условия, которые могут оказаться стрессовыми для сахарных кленов и других деревьев.
Но по мере того, как климат продолжает меняться, леса во всем мире также подвергаются воздействию повышающихся уровней соединений азота, стимулирующих рост, вырабатываемых автомобилями, электростанциями, фабриками, сельским хозяйством и другими антропогенными источниками. Этот антропогенный азот считается загрязнителем, но также оказывает удобряющее действие на деревья, способствуя их росту.
Климатологи и лесные экологи давно задавались вопросом, будет ли удобряющего эффекта азота, полученного человеком, достаточно, чтобы компенсировать дополнительный стресс, вызванный более теплым и сухим климатом. На этот вопрос сложно ответить, и предыдущие исследования дали противоречивые результаты.
Новое исследование под руководством U-M, основанное на 20-летних данных из четырех лесных участков на обоих полуостровах Мичиган, приходит к выводу, что осаждение азота в результате деятельности человека «не полностью компенсирует негативные последствия выращивания в более сухом прогнозируемом климате».."
В ближайшие десятилетия жители Мичигана должны ожидать снижения роста сахарных кленов по всему штату, согласно исследованию, которое запланировано к онлайн-публикации в журнале Ecology 17 января. И если самые экстремальные климатические прогнозы для регион окажется правдой, сахарные клены в конечном итоге - в течение столетий - полностью исчезнут с Нижнего полуострова штата.
«Добавление азота немного помогает, но недостаточно», - говорит эколог из Университета Мексики Инес Ибаньес, ведущий автор исследования.
«В экстремальных климатических условиях увеличение содержания азота не сможет компенсировать снижение роста сахарных кленов из-за нехватки воды», - сказал Ибаньес, доцент Школы окружающей среды и устойчивого развития и в кафедра экологии и эволюционной биологии.
Понимание того, как различные виды деревьев будут реагировать на более теплые и сухие условия, необходимо для составления точных прогнозов будущего роста лесов. И это важно знать, потому что леса мира удаляют около четверти удерживающего тепло углекислого газа, ежегодно выбрасываемого в атмосферу в результате сжигания ископаемого топлива..
Если рост лесов замедлится в ответ на климатические стрессы, то эти деревья будут удалять меньше углекислого газа, что усугубит проблему потепления. А северные леса по всему миру являются особенно важными «поглотителями» углерода, удаляя огромные количества углерода из воздуха и сохраняя его в древесине деревьев и лесных почвах.
«Большая часть углерода, хранящегося на земле, находится в лесах», - сказал лесной эколог из Университета штата Массачусетс и соавтор исследования Дональд Зак, профессор Школы окружающей среды и устойчивого развития и кафедры экологии и эволюционной биологии. «И то, как леса будут расти в будущем, повлияет на количество антропогенного углекислого газа, который останется в атмосфере. Это, в свою очередь, будет иметь обратную связь с глобальными температурами.
"Вот почему эти вопросы о росте лесов так важны. И единственный способ получить ответы на некоторые из них - это долгосрочные экологические исследования, используемые в этом исследовании."
Чтобы оценить совокупное воздействие антропогенного осаждения азота и изменения климата на рост деревьев, Ибаньес, Зак и их коллеги использовали данные финансируемого из федерального бюджета исследования осаждения азота на четырех участках исследования лиственных лесов Мичигана, в том числе на одном на биологической станции UM недалеко от Пеллстона, штат Мичиган.
Эти четыре участка разделены на 300 миль и охватывают распространение северных лиственных лесов с севера на юг, от западно-центральной части Нижнего полуострова до северо-западной части Верхнего полуострова. Мичиганское исследование градиента было организовано в 1987 году для изучения влияния климата и атмосферных отложений на рост лесов и экосистемные процессы в районе Великих озер. Зак - один из главных исследователей проекта.
С 1994 года исследователи проекта добавляли твердый нитрат натрия, соединение азота, используемое в удобрениях, в почву на некоторых участках Мичиганского исследования градиента, чтобы имитировать уровни осаждения азота, ожидаемые к концу этого века. Большая часть азота, выбрасываемого в атмосферу людьми, позже возвращается на Землю в виде дождя, снега и пыли.
В исследовании, опубликованном в журнале Ecology, исследователи проанализировали комбинированное воздействие осаждения азота, летней температуры и влажности почвы на рост сахарных кленов. Они использовали записи 1016 деревьев, собранных за период с 1994 по 2013 год.
Широкий масштаб исследования градиента в Мичигане, его необычная экспериментальная схема и новые статистические инструменты позволили исследователям отделить влияние азота, полученного человеком, на рост деревьев от влияния, связанного с температурой и ограничением воды, что было ранее изучено. не могу, сказал Зак.
Результаты показывают, что во всех случаях добавление азота ускоряло измеренный рост деревьев, эффект, который усиливался по мере повышения температуры и снижения влажности почвы. Кроме того, исследователи смоделировали будущие темпы роста каждого дерева в соответствии с двумя климатическими сценариями, ранее разработанными для района Верхних Великих озер.
Сценарий Первый предполагает умеренные изменения к 2100 году: повышение температуры на 1,3 градуса по Фаренгейту и увеличение летних осадков на 14 процентов. Этот сценарий предполагает, что глобальные выбросы углекислого газа в конечном итоге изменятся и начнут снижаться.
Сценарий 2 предполагает, что нынешние уровни выбросов углекислого газа сохранятся в будущем, что приведет к более экстремальным климатическим изменениям в регионе: повышение температуры примерно на 10 градусов по Фаренгейту и 40-процентное уменьшение летних осадков к 2100 году.
Компьютерное моделирование показало, что при первом сценарии рост сахарного клена немного пострадает, особенно в более теплых южных районах. Результаты по Сценарию 2 показали значительное и постоянно значимое снижение роста сахарного клена на всех четырех участках и на всех участках, как обработанных азотными удобрениями, так и необработанных участках. Трехкратное снижение темпов роста возможно в условиях второго сценария.
В соответствии со вторым сценарием сахарные клены в конечном итоге исчезнут с Нижнего полуострова Мичигана, хотя изменения, вероятно, произойдут в течение нескольких столетий, сказал Ибаньес. Если это произойдет, северный лиственный лес с преобладанием сахарного клена и бука может быть заменен дубово-гикориевым лесом, который лучше приспособлен к засушливым условиям, но не удаляет столько углерода из атмосферы.
«Связывание углерода - это огромная услуга, которую нам оказывают леса, и она очень важна для любого вида регулирования климата в будущем», - сказал Ибаньес. «Если засушливые условия снизят продуктивность лесов Мичигана в будущем, пострадает и их способность поглощать углерод».