Леса Йеллоустона могут стать полями
Из-за пожара, потепления и засухи леса Йеллоустона могут стать полями к середине века.
Пожары в Йеллоустонском национальном парке начали сгорать в июне 1988 года. Естественная черта ландшафта, руководители парка ожидали, что пожары утихнут к июлю, когда дожди исторически залили леса и долины первого в мире национального парка.
Но дождей не было. Необычно жарко, сухо и ветрено в этом году, еще больше пожаров вспыхнуло и вспыхнуло в парке и вокруг него до сентября. К тому времени пострадали 36 процентов Йеллоустона. Усилия по борьбе с пожаром превысили 120 миллионов долларов.
Йеллоустоун переживает большие пожары каждые 100–300 лет, и его флора и фауна адаптированы. Сосны Ложа столба, подобные тем, что находятся на возвышенностях парка, имеют сосновые шишки, которые открываются в огне, высвобождая семена для пополнения послеожогового леса . Но для созревания деревьев и восстановления лесов требуется время — время, когда меняющийся климат лишает леса последних трех десятилетий.
Новое исследование, опубликованное в журнале Ecological Monographs под руководством Уинслоу Хансена и его бывшего научного руководителя Университета Висконсин-Мэдисон, профессора интегративной биологии Моники Тёрнер, показывает, что некоторые леса Йеллоустона теперь могут быть переломными. Они могут быть заменены пастбищами к середине этого века.
«Это ужасно в некоторых отношениях», — говорит Тернер. «Мы не разговариваем много лет назад. Сегодняшние студенты будут в середине карьеры. Такое ощущение, что будущее быстро приближается к нам».
Хотя работа Тернера в Йеллоустоне за последние 30 лет помогла нам лучше понять устойчивость лесов и помогла землеустроителям планировать будущее, Хансен заинтересовался тем, смогут ли леса идти в ногу с климатическими прогнозами.
Большие пожары больше не являются редкостью на Западе, и уже Йеллоустоун в среднем почти на 2 градуса Фаренгейта теплее, чем это было всего 60 лет назад. Леса парка могут оказаться на грани резких перемен, когда их устойчивость может внезапно сокрушиться.
«Пожары вызваны жаркими и сухими условиями, и ожидается, что эти тенденции сохранятся», — говорит Хансен, в настоящее время аспирант Института Земли в Колумбийском университете. «Нам нужны ответы сейчас, чтобы лучше предвидеть будущие изменения».
Чтобы добиться этого, он и Тернер тщательно отобрали участки в Йеллоустоне, чтобы определить, насколько хорошо саженцы деревьев могут развиваться в более теплых и сухих условиях, таких как прогнозируемые на середину столетия, на основании четвертого доклада об оценке Международной группы экспертов по изменению климата. Прямо сейчас более низкие возвышенности парка обеспечивают естественную симуляцию этих проекций.
«Мы нашли места на ландшафте, где сегодняшний климат отражает то, что мы ожидаем увидеть в субальпийских лесах через 50 лет», — объясняет Хансен. Они также включили участки в недавно сожженных лесах на более высоких отметках в качестве контроля.
Хансен собирал почвы в двух недавно сожженных областях, анализировал почвы на предмет качества, такого как текстура и pH, а затем помещал их в землю на участках исследований на низких и высоких высотах. Он также установил датчики для ежечасного сбора данных о температуре и влажности поверхности почвы и посадил собранные вручную местные семена пихты Дугласа и домика на каждом участке почвы на исследовательских участках. За три года он измерил количество и высоту саженцев деревьев, которые росли и выжили.
Дугласовые ели лучше приспособлены для выращивания на сухих теплых почвах, чем кедровые, и чаще встречаются на более низких высотах. Тем не менее, исследование показало, что саженцы обоих видов деревьев появились и выжили только на высотных участках, где температура на поверхности почвы составляла от 52,5 до 59 градусов по Фаренгейту. На участках исследований с низкой высотой температура почвы регулярно превышала этот диапазон, а почвы высыхали. До 92 процентов семян никогда не укоренились, а те, которые были, умерли в течение трех лет.
«Это было не просто небольшое сокращение, — говорит Тернер, — это была неудача в установлении на более низких высотах».
В отдельном эксперименте Хансен вытащил почвы из тех же районов, где произошли пожары, обратно в Мэдисон, штат Висконсин, и поместил их в помещение в кампусе под названием Биотрон, которое может воссоздать практически любую среду на планете. Он хотел более точно определить, какие комбинации температуры и влажности почвы влияют на посадку саженцев деревьев после пожара.
В каждой комнате он моделировал вегетационные периоды начала 20-го века, середины 21-го века и конца 21-го века до 2080 года, которые варьировались от относительно влажного до засухоподобного и теплого. После нескольких недель планирования он и его жена Энн Олссон потратили 19 часов подряд на расстановку комнат.
«Для калибровки потребовалось огромное количество усилий», — говорит Тернер.
Каждые четыре дня, с помощником студента Райаном Фицсиммонсом, Хансен вручную поливал семена во всех 1000 горшках. Каждые две-три недели они измеряли всхожесть проростков, их рост и смертность.
Хотя они и не планировали этого, температура почвы в Биотроне была на 10 градусов по Фаренгейту ниже, чем в полевых условиях, главным образом потому, что образцы почвы в полевых условиях были изолированы окружающими почвами. Между прочим, это позволило им изучить, как оба вида деревьев реагировали на условия, схожие с районами возвышенности Йеллоустона сегодня.
«В то время это было катастрофически», — говорит Хансен, но эксперимент «Биотрон» показал, что саженцы появились только тогда, когда почва достигла минимальной теплой температуры и что будущее потепление могло бы фактически улучшить регенерацию после пожара на более высоких высотах.
В исследовании был охвачен весь диапазон температур вегетационного периода, при которых происходит надежное размножение рассады, и было установлено, что прогнозируемые температуры середины столетия значительно выходят за пределы этого диапазона.
«Это вызывает беспокойство, если мы ожидаем, что в будущем произойдет надежная регенерация деревьев на большей части Йеллоустона», — говорит Хансен.
Как эколог, он понимает, что ландшафты и экосистемы динамичны; он настороженно относится к оценочным суждениям. Тем не менее, Хансен вырос недалеко от Йеллоустона и начал изучать экологию, наблюдая за лесными певчими птицами вокруг парка. Он обеспокоен за будущее области.
«Леса важны как с социальной, так и с экологической точек зрения», — говорит он. «Регион Большого Йеллоустона может стать совершенно другим местом для жизни и посещения в течение следующих нескольких десятилетий».
Некоторые виды адаптируются, а другие нет, говорит Тернер, который в 19 лет работал смотрителем в парке. По мере того, как меняются растительные сообщества, изменяются и животные.
Ее исследовательская группа продолжает работать над лучшим пониманием порогов, лежащих в основе глубоких изменений. Теперь они также используют сложные модели, чтобы попытаться опередить их, в том числе результаты исследования Хансена.
«Эксперименты помогают вам понять часть механизма, но вам также нужны полевые наблюдения и компьютерное моделирование, чтобы исследовать ряд условий, которые вы не можете выполнить в полевых условиях», — говорит Тернер. «С порогом лучший способ узнать, что ты там, — это пересечь его».
Но нам может не нравиться то, что на другой стороне, говорит она. Эти изменения, вероятно, будут более значительными, чем думают люди. Мы должны лучше предсказывать их. «Мы не можем ждать десятилетиями».
