Защо намаляването на снежната покривка може да доведе до по-голям екологичен щети

Изменението на климата често предизвиква образи на топлина, суша и урагани. Но според последната американска оценка на климата, публикувана на 23 ноември 2018 г., зимите са се затоплили три пъти по-бързо от лятото в Североизтока през последните години. Тези промени също водят до значителни ефекти.

В исторически план над 50% от северното полукълбо е имало снежна покривка през зимата. Сега по-високите температури намаляват дълбочината и продължителността на снежната покривка през зимата. Много хора приемат, че зимата е латентно време за организмите в студения климат, но десетилетия на изследвания сега показват, че климатичните условия в зимния период, особено снежната покривка, са важни регулатори на здравето на горските екосистеми и организми, които живеят в тях.

В частност, работата ни през последното десетилетие показва, че намаляването на снежната покривка може да влоши здравето на дърветата и да намали способността на горите да филтрират въздуха и водата. Нашето последно проучване установи, че продължителното затопляне на зимата може значително да намали снежната покривка в североизточните щати на САЩ, което води до значително намаляване на растежа на дърветата и съхранението на въглерод в горите.

Сняг като одеяло

Ние изследваме северните гори от твърда дървесина, в които доминират захарната клен, жълтата бреза и американските букови дървета и обхващат 85 000 квадратни мили, от Минесота и южно-централната Канада на изток до канадските морски провинции и североизточните щати. Тези гори са известни със своите живи цветове на есента. Те генерират приходи чрез привличане на туристи, туристи, ловци и туристи, както и подкрепа на производството на дървен материал и кленов сироп. Те също така осигуряват важни екологични услуги, като съхраняване на въглерод и поддържане на качеството на водата и въздуха.

Когато зимата навлиза в този регион, при температури, които често потъват доста под нулата, всеки вид се нуждае от изолация, за да се справи. Корените на дърветата и почвените организми като насекомите разчитат на дълбока снежна вата за защита от студ - буквално снежно покривало. Дори при температури под нулата, ако снегът е достатъчно дълбок, почвите могат да останат незамръзнали.

Шест десетилетия на проучвания от експерименталната гора Hubbard Brook в Ню Хемпшир - едно от най-дългите проучвания навсякъде - показват, че снежната зима намалява. Изследванията, проведени от други учени, показват, че ако тази тенденция се запази, тя ще увеличи вероятността от цикли на замразяване и размразяване на почвата с вредно въздействие върху здравето на горите.

Защо северните гори се нуждаят от сняг

Повече от 10 години сме манипулирали снежната зима в Хъбард Брук, за да проучим ефектите от прогнозираното изменение на климата върху северните твърди гори. В началото на зимата тръгваме навън след всеки снеговалеж, за да премахнем снега от експерименталните ни парцели. След това анализираме как загубата на този изолационен слой засяга дърветата и почвата.

Открихме, че в участъци, където се премахва сняг, замръзването прониква на крак или повече надолу в почвата, докато рядко се простира на повече от два инча дълбочина в близките референтни парцели с непроменена снежна покривка. И точно както циклите на замразяване-размразяване създават дупки в градските улици, замразяването на почвата замръзва и убива корените на дърветата и уврежда оцелелите.

Това увреждане на корена предизвиква каскада от екологични реакции. Мъртвите корени се разлагат и стимулират загубите на въглероден диоксид от почвата. Дърветата заемат по-малко хранителни вещества от почвата, акумулират в листата си токсичния елемент алуминий и произвеждат по-малко растеж на клоните. Азотът, ключов хранителен елемент, може да се измие от почвите. Почвените насекоми стават по-малко и разнообразни.

Намаляване на снежната покривка оказва влияние върху растежа на дърветата

В нашия най-скорошен доклад, нашите климатични и хидроложки модели показват, че площта на горите в североизточните Съединени щати, които получават изолационен снежен сняг, може да намалее с 95% до 2100 година. Днес 33 000 квадратни мили гори в северната част на Ню Йорк и Ню Йорк Англия обикновено има снежна чанта за няколко месеца през зимата. До 2100 година тази област може да се свие до петна по-малка от 2 000 квадратни мили - около една пета от размера на Върмонт.

Този спад без съмнение ще навреди на индустриите за ски и снегоходки и ще изложи североизточните пътища на повече цикли на замразяване и размразяване. Той също така ще засегне значително растежа на дърветата.

За да се оцени връзката между снежната покривка и растежа на дърветата, ние използвахме специализирана куха свредло, наречена стъпало, за да се премахнат дървесните сърцевини от слама от многобройни стъбла на захарната клен. Всяко от тези дървета е имало или естествен зимен сняг, или пет поредни години, в които сме премахнали ранната зима. Когато оперирахме ядрата и ги видяхме под микроскоп, те разкриха годишни пръстени за растеж, които можем да използваме, за да разберем как всяко дърво реагира на околната среда.

Само за първите две години нашите анализи показват 40% спад в растежа на захарната клетка от парцели без снежна покривка. През следващите три години темповете на растеж останаха с 40 до 55%. За разлика от това, в нашите референтни парцели не е имало спад на растежа на захарните кленове, където корените на покритите със сняг дървета в средата на зимата. Тези резултати са съпоставими с коренната смъртност, която други изследователи са наблюдавали в предишен експеримент за отстраняване на сняг в Hubbard Brook.

В Hubbard Brook, захарните кленове могат да съставляват повече от половината от годишната акумулация на горска биомаса. Следователно промените в климата, които намаляват снежната зима и увеличават замразяването на почвата, могат да намалят темповете на растеж на горите в северните гори с 20% само чрез тяхното въздействие върху тези дървета. Но ние знаем, че жълтата бреза също страда от корен в отговор на замръзване на почвата, така че нашата оценка за промени в растежа на цялата гора вероятно ще бъде ниска.

Може ли по-високите температури на сезона на отглеждане да компенсират поне частично тези щети, като стимулират темповете на растеж на дърветата, както показват някои изследвания? Много малко работа е направена, за да се разбере как горите в сезонно покритите райони ще реагират на интерактивни ефекти от изменението на климата през различните сезони. За да запълним тази празнина, през 2013 г. в Hubbard Brook създадохме експеримента за климатичните промени през сезоните.

В този проект използваме заровени нагревателни кабели за затопляне на горски почви с 9 градуса по Фаренхайт (5 градуса по Целзий) през сезона без сняг от април до ноември. През зимата ние използваме комбинация от затопляне с погребани нагревателни кабели и лопата за сняг, за да предизвика цикли на замразяване и размразяване на почвата. Нашите резултати досега показват, че увреждането на корена и намаляването на растежа на дърветата, причинени от цикъла на замръзване-размразяване през зимата, не се компенсират от затоплянето на почвите през вегетационния период.

Нашата работа показва колко често пропусканите промени в зимния климат могат да повлияят на горските екосистеми. Загубата на снежна покривка може да намали растежа на горите, улавянето на въглерода и задържането на хранителни вещества, което ще има важни последици за изменението на климата и качеството на въздуха и водата през цялата година.

Тази статия първоначално е била публикувана на разговор от Андрю Рейнман и Памела Темплър. Прочетете оригиналната статия тук.