Чому зниження покриття снігом може вказувати на більший екологічний збиток

Зміна клімату часто викликає зображення тепла, посухи та ураганів. Але відповідно до останньої американської Національної оцінки клімату, опублікованої 23 листопада 2018 року, зима зігрілася втричі швидше, ніж літо на Північному сході в останні роки. Ці зміни також призводять до значних наслідків.

Історично склалося, що понад 50% північної півкулі взимку має сніжний покрив. Тепер більш високі температури знижують глибину і тривалість зимового снігового покриву. Багато людей припускають, що зима є сплячим часом для організмів у холодному кліматі, але десятиліття досліджень тепер показують, що зимові кліматичні умови, особливо сніговий, є важливими регуляторами здоров'я лісових екосистем і організмів, які живуть в них.

Зокрема, наша робота за останнє десятиліття показує, що зниження снігового покриву може погіршити стан здоров'я дерев і зменшити здатність лісів фільтрувати повітря та воду. Наше останнє дослідження показало, що продовження зимового потепління може значно зменшити сніжний покрив у північно-східних Сполучених Штатах, що призведе до значного зниження росту дерев та зберігання вуглецю в лісах.

Сніг як ковдра

Ми досліджуємо північні лісові ліси, в яких переважають цукровий клен, жовта береза ​​і американські букові дерева, і охоплюють 85000 квадратних миль, від Міннесоти та південно-центральної Канади на схід до канадських морських провінцій і північно-східних США. Ці ліси славляться своїми яскравими кольорами осінь. Вони приносять дохід, залучаючи туристів, туристів, мисливців і відпочиваючих, а також підтримують виробництво деревини та кленового сиропу. Вони також надають важливі екологічні послуги, такі як зберігання вуглецю та підтримка якості води та повітря.

Коли зима зазіхає на цей регіон, при температурі, яка часто опускається нижче нуля, кожен вид потребує ізоляції. Коріння дерев і грунтові організми, як комахи, покладаються на глибокий сніговий сніговий покрив для захисту від холоду - буквальне покривало снігу. Навіть при низьких температурах, якщо сніг досить глибокий, ґрунти можуть залишатися розмороженими.

Шість десятиліть досліджень експериментального лісу Хаббарда Брука в Нью-Гемпширі - одне з найдовших досліджень у будь-якому місці - показують, що сніжний снігопад знижується. Дослідження, проведені іншими вченими, показують, що якщо ця тенденція продовжуватиметься, це збільшить ймовірність циклів заморожування-відтавання ґрунту з шкідливим впливом на здоров'я лісів.

Чому Північні ліси потребують снігу

Протягом більше 10 років ми маніпулювали зимовим снігопадом у Хаббарда Брука, щоб вивчити вплив прогнозованих змін клімату на лісові ліси. На початку зими після кожного снігопаду ми вирушаємо на вулицю, щоб видалити сніг з експериментальних ділянок. Далі ми аналізуємо, як втрата цього ізолюючого шару впливає на дерева та грунт.

Ми виявили, що на ділянках, де ми знімаємо сніг, мороз проникає в грунт або більше ногою, в той час як він рідко поширюється більше ніж на два дюйми в сусідні ділянки з незміненим сніговим покриттям. І так само, як цикли заморожування-відтавання створюють вибоїни на вулицях міста, заморожування ґрунту і вбиває коріння дерев і завдає шкоди тим, хто виживає.

Цей корінний збиток викликає каскад екологічних реакцій. Мертві корені розкладаються і стимулюють втрати вуглекислого газу з ґрунту. Дерева займають менше грунту з ґрунту, накопичують у листках токсичний елемент алюмінію і виробляють менше росту гілок. Азот, ключове поживне речовина, може вимиватися з грунтів. Грунти комах-грунтів стають менш багатими і різноманітними.

Зниження снігопаду впливає на ріст дерев

У нашому останньому документі наші кліматичні та гідрологічні моделі показують, що площа лісів у північно-східних Сполучених Штатах, які отримують ізоляційний сніговий сніговий сніг, може знизитися на 95 відсотків до 2100 року. Англія зазвичай має сніжний сніг протягом декількох місяців взимку. До 2100 року ця територія може зменшитися до латки розміром менше 2 000 квадратних миль - приблизно на одну п'яту від розміру Вермонта.

Це зниження, безсумнівно, завдасть шкоди галузям катання на лижах і снігоходах і підніме північно-східні дороги до більш циклів заморожування-відтавання. Це також суттєво вплине на ріст дерев.

Щоб оцінити взаємозв'язок між сніговим снігом і ростом дерев, ми використовували спеціалізований порожнистий буровий наконечник, який називався інкрементним свердлом для видалення деревних ядра соломи з декількох стебел кленового цукру. Кожне з цих дерев переживало або природний зимовий сніговий сніг, або п'ять років поспіль, в яких ми знімали ранній зимовий снігопад. Коли ми відшліфували ядра і розглядали їх під мікроскопом, вони виявили щорічні кільця зростання, які ми могли б використовувати, щоб зрозуміти, як кожне дерево відповідало своєму середовищу.

Протягом перших двох років наш аналіз показав 40-відсоткове зниження росту цукрового клена з ділянок без снігопаду. Протягом наступних трьох років темпи зростання залишалися зниженими на 40-55%. На відміну від цього, не було зниження росту дерев цукрового клена в наших контрольних ділянках, де коріння засніжених дерев у середині зими. Ці результати порівнянні з кореневою смертністю, яку спостерігали інші дослідники в попередньому експерименті з видалення снігу в Хаббард Брук.

У Хаббарда Брука цукрові клени можуть становити більше половини щорічного накопичення лісової біомаси. Отже, зміни клімату, які зменшують сніжний сніг і збільшують заморожування ґрунту, можуть знизити темпи зростання лісу в північній лісовій області на 20% лише завдяки їх впливу на ці дерева. Але ми знаємо, що жовта береза ​​також страждає від коріння у відповідь на заморожування грунту, тому наша оцінка змін у прирості всього лісу, ймовірно, буде низькою.

Чи можуть теплі сезони зростання компенсувати хоча б частково за цей збиток, стимулюючи темпи росту дерев, як показує деяке дослідження? Дуже мало було зроблено для того, щоб зрозуміти, як ліси в сезонно засніжених регіонах будуть реагувати на інтерактивні наслідки зміни клімату по сезонах. Щоб допомогти заповнити цю прогалину, ми створили експеримент «Зміни клімату через сезони» на Hubbard Brook в 2013 році.

У цьому проекті ми використовуємо поховані опалювальні кабелі для прогрівання лісових ґрунтів на 9 градусів за Фаренгейтом (5 градусів за Цельсієм) протягом безсніжного сезону з квітня по листопад. Взимку ми використовуємо комбінацію зігрівання з заглубленими нагрівальними кабелями та лопаткою для снігу, щоб викликати цикли заморожування ґрунту. Наші результати досі показують, що пошкодження корінця та зниження росту дерев, викликані циклами заморожування-відтавання взимку, не компенсуються потеплінням грунтів під час вегетації.

Наша робота показує, як часто нехтувані зміни в зимовому кліматі можуть вплинути на лісові екосистеми. Втрата снігопаду може знизити зростання лісів, поглинання вуглецю та збереження поживних речовин, що буде мати важливі наслідки для зміни клімату та якості повітря і води протягом усього року.

Ця стаття спочатку була опублікована на бесіді Ендрю Рейнманна та Памели Темплер. Читайте оригінальну статтю тут.