Ученые перемещают леса на север

Помощь в миграции может быть единственным способом для некоторых деревьев спастись от жары.

Фото: Кэрол М. Хайсмит / Buyenlarge / Getty

Эта статья была первоначально опубликована в журнале Knowable Magazine.

Бодрым сентябрьским утром шаги Брайана Палика тихо приземляются на тропинку в мерцающем свете под сенью красных сосен в знаменитом Нортвудсе Миннесоты. Зрелая смолистая или красная сосна ( Pinus resinosa) , которую скандинавские эмигранты, которых особенно много в Миннесоте также называют сосной Норвежской или обыкновенной, представляет собой высокое прямое дерево, которое хорошо растет в холодную зиму и прохладное лето. Это официальное дерево штата Миннесота и ценная цель деревообрабатывающей промышленности.

Но дни доминирования красной сосны здесь могут померкнуть. В ближайшие десятилетия изменение климата может сделать красную сосну и другие деревья Нортвудса более уязвимыми к разрушительным сочетаниям более продолжительного и теплого лета и менее холодной зимы, а также засух, ураганов, лесных пожаров и нашествия насекомых. Изменение климата изменяет экологические условия в холодных регионах быстрее, чем деревья успевают адаптироваться или мигрировать.

Палик, лесной эколог из Северной исследовательской станции Лесной службы Министерства сельского хозяйства США, останавливается и указывает на новичка под пологом красной сосны: широколиственное лиственное дерево, горький ореховый гикори, высотой со слоновий глаз, имеет восьми летний возраст и высоту около 10 футов. «Все идет очень хорошо, — говорит он.

Этот гикори с горьким орехом, вероятно, не должен процветать в экспериментальном лесу Катфут в северо-центральной части Миннесоты, недалеко от Гранд-Рапидс. Скорее всего, все началось с рассады в питомнике в Иллинойсе, на юге, где сильные морозы менее экстремальны. Обычно, если адаптированный к югу саженец посажен в неподходящем холодном климате, как этот, он может подвергнуться риску повреждения морозом, и его выживание находится под угрозой. Но пышная зеленая листва новичка излучает хорошее самочувствие.

Это многообещающий знак в проекте, который направлен на сохранение роста лесов в условиях глобального потепления.

В экспериментальном лесу Катфут в 2016 году Лесная служба посадила саженцы восьми видов деревьев из семян, собранных в лесах на расстоянии нескольких сотен миль дальше к югу, в рамках эксперимента, которым руководит Палик. В этом северном регионе произрастают четыре вида: сосна белая восточная, дуб красный северный, дуб репейник и клен красный. Четыре вида менее распространены или не являются местными: белый дуб, горький орех, гикори, черная вишня и сосна пондероза.

Два десятилетия назад этим южным саженцам, вероятно, было бы трудно процветать здесь. Сегодня Палик и его команда могут видеть успех почти всех южных деревьев, которые они посадили. «Они идут как бандиты, — говорит он, — что указывает на то, что климат для них подходящий», хотя исследователи еще не знают о долгосрочном здоровье саженцев. У семи из восьми видов выживаемость составляет от 85 до 90 процентов.

«Климат, типичный для южной Миннесоты 20 лет назад, сейчас наблюдается в северной Миннесоте», — говорит Палик. Климатические условия переместились примерно на 200 миль на север всего за два десятилетия.

Проект Палика представляет собой эксперимент по миграции лесов, перемещению деревьев, чтобы помочь лесным массивам адаптироваться и процветать, несмотря на нагревание их среды обитания из-за изменения климата. Лесники, выступающие за ассистированную миграцию, как правило, не стремятся спасти конкретные виды; Вместо этого, перемещая деревья, они хотят помочь поддерживать продуктивные леса для получения множества преимуществ, таких как хранение углерода, фильтрация воды, среда обитания диких животных, рекреационная красота и древесина.

Эксперименты с ассистированной миграцией требуют иного мышления о природе. В то время как экологическое восстановление, как правило, обращается к прошлому в поисках подсказок по восстановлению деградировавших мест, лесники, изучающие возможность миграции на основе моделей прогнозирования изменений климата, высаживают в нынешних условиях виды деревьев, характерные для регионов с более теплым климатом, которые могут иметь больше шансов на процветание в более теплых условиях будущего.

Лесопромышленные компании уже давно перемещают деревья, чтобы улучшить производство древесины на частных землях. Но лесохозяйственные управляющие до сих пор с осторожностью относились к проектам ассистированной миграции в целях сохранения государственных земель. Большинство их проектов были экспериментальными и небольшими по масштабу, как правило, перемещали популяции деревьев на относительно короткие расстояния в северные части их родных ареалов.

Однако в настоящее время исследования в области ассистированной миграции в целях охраны природы становятся все более смелыми в связи с растущей обеспокоенностью по поводу будущего разрушения лесов из-за изменения климата. И это движение растет на международном уровне, исследования проводятся в Испании, Канаде и Мексике. Сегодня исследование Палика является одним из 14 исследовательских проектов в сети под названием «Адаптивное лесоводство для изменения климата» (ASCC). Большинство лесников, которые экспериментируют с ассистированной миграцией, сажают деревья дальше на север или сажают деревья с более низких высот на более высоких высотах.

Участки по всей Северной Америке включают западные лиственнично-смешанные хвойные леса в Национальном лесу Флэтхед в Монтане; разнообразные сосново-лиственные леса в Центре Джонса в Ичоуэе, штат Джорджия; елово-пихтовые леса Колорадского государственного леса; и смешанные сосново-лиственные леса исследовательского леса Петавава, в Онтарио, Канада. Некоторые ученые Лесной службы, в том числе Палик, ожидают, что ассистированная миграция превратится из предмета исследований в стандартную стратегию управления.

В соответствии с этой тенденцией, Лесная служба и многие другие федеральные агентства и агентства штатов рассматривают возможность пересмотра своей политики, чтобы приспособиться к этой стратегии. Например, Служба охраны рыбных ресурсов и дикой природы США рассматривает возможность разрешить руководителям лесного хозяйства перемещать виды за пределы их исторического ареала.

Искусственное перемещение леса, по мнению некоторых биологов, сопряжено с рисками. Перемещенные виды могут стать инвазивными или нарушить экологический баланс леса. Но, по словам Палика, «риск последствий того, что мы не будем пытаться перемещать виды из-за изменения климата, выше».

Ассистированная миграция была впервые предложена в 1980-х годах, когда некоторые биологи предположили, что условия обитания могут меняться слишком быстро, чтобы виды могли идти в ногу со временем. Более поздние предложения призывают к перемещению исчезающих видов в новые места обитания, где у них будет больше шансов на процветание: например, мексиканские серые волки в северную Аризону, Нью-Мексико или Техас, или голубые бабочки Карнера дальше на север от южного Мичигана.

Тем не менее, Палик и другие ученые-лесоведы работают над другим решением для сохранения природы. Они хотят спасти леса, находящиеся в стрессовом состоянии, от дальнейшего упадка или даже исчезновения, посадив большое количество деревьев, более приспособленных к южному климату, тем самым разнообразив лесные массивы, чтобы их полог мог выжить.

«Леса быстро умирают и медленно растут», — говорит Ли Э. Фрелих, лесной эколог и директор Центра лесной экологии Университета Миннесоты. По мере того, как изменение климата продолжается, говорит он, некоторые леса могут исчезнуть, заменяясь вторгающимися лугами, которые не обеспечивают тех типов среды обитания диких животных и других преимуществ, которые обеспечивают здоровые леса. «Ваш единственный вариант в этом случае, — говорит он, — это завозить новые виды или жить с тем, что предложит сама природа». В случае экстремального изменения климата заменой погибшму северному лесу на довольно длительный период, «скорее всего, будет не лес, а кустарниковая растительность».

Изменение климата уже способствовало быстрой потере лесов. В последние десятилетия леса на всех лесных континентах страдали от сильной жары и засухи, усугубленных изменением климата, говорит Хенрик Хартманн, экофизиолог из Института защиты лесов имени Юлиуса Кюна в Германии, ведущий автор обзора вымирания лесов в Ежегодном обзоре биологии растений за 2022 год.

Экстремальные явления являются естественной частью истории жизни леса, и деревья обычно приспосабливаются к ним, но на этот раз все по-другому. «Этих крайностей было достаточно, чтобы деревья оказались на грани или за гранью функционирования», — говорит Хартманн.

Земли с холодной зимой, такие как Нортвудс Миннесоты, непропорционально сильно страдают от изменения климата, которое вызывает более короткие зимы, более сухое лето и более длительные сезоны пожаров.

В Миннесоте один из самых холодных климатов в Нижних 48 Соединенных Штатах, потому что она находится под сильным влиянием Арктики. Но с 1979 года Арктика нагревалась в четыре раза быстрее, чем остальная часть Земли, и сейчас в штате одна из самых быстро нагревающихся зим в Нижних 48 штатах. С 1970 года средняя зимняя температура в Миннесоте увеличилась почти на 5 градусов по Фаренгейту.

Миннесота необычна тем, что на ее границах территории находятся четыре основные зоны с разным типом растительности: в Нортвудсе в основном доминируют хвойные деревья холодного климата; в центральной части штата лиственные деревья умеренного пояса, такие как дубы и клены; на юго-востоке штата преобладают луга прерий и осиновые рощи, которые на западе и юго-западе в наши дни преимущественно сменили сельскохозяйственные угодья.

Сейчас эти границы размываются. Лиственные деревья умеренного пояса начали вторгаться в подлесок хвойных деревьев в Нортвудсе, потому что потепление климата начало благоприятствовать им. Многие древесные виды Нортвудса, в том числе красная сосна, вероятно, будут терять все больше и больше своего пригодного для жизни южного ареала по мере продолжения потепления. Когда деревья Нортвудса исчезнут со сцены в южном ареале. Исследователи опасаются, что миграция лиственных деревьев, которые могли бы заменить их, будет происходить слишком медленно, чтобы можно было без активного вмешательства человека, сохранить на этой территории непрерывные лесные массивы.

В то же время экология Нортвудса становится все более хрупкой. По мере того, как изменение климата продолжается, гигантские полосы северных хвойных деревьев подвергаются все большему риску. С большой вероятностью они могут внезапно исчезнуть из-за летального воздействия сочетания засухи, вызванной меняющимся климатом, пожаров, нашествия насекомых и других стрессов. Многие местные северные виды деревьев не смогут естественно возобновиться в традиционных локациях, из-за несоответствия слишком быстро изменившимся климатическим и лесорастительным условия региона.

Недавно Фрелих и его коллеги изучили ряд возможных последствий повышения температуры, в значительной степени зависящего от сценариев выбросов углекислого газа, на леса Миннесоты к 2070 году. Повышение температуры на 1 градус Цельсия выше средней температуры с 1979 по 2013 год позволит широколиственным лесам еще больше вторгнуться в Нортвудс. При повышении температуры на 6 градусов по Цельсию прерии покроют большую часть Миннесоты, а в северо-восточном углу выживут только широколиственные леса.

Во всем мире деревья перемещаются на север и юг, а также вверх и вниз по горам в долгосрочной перспективе в ответ на изменение климата, их семена разносятся ветрами и переносятся животными.

По словам Хартманна, многим лесам может потребоваться тысячелетие, чтобы достичь равновесия на новом месте. На самом деле это не проблема для лесов, которые в конечном итоге мигрируют; Напротив, это проблема для людей. По выходным в Германии люди гуляют по холмам и горам, а также по лесам, что очень популярно в качестве отдыха, говорит Хартманн. Но теперь, по его словам, «все они в шоке — кажется, что луна и лес мертвы».

Ожидание появления новых видов деревьев может занять некоторое время: большинство из них начинают плодоносить только после достижения 25 летнего возраста. «Если мы хотим получить все услуги [леса], аналогичные тем, которые были у нас всего десять лет назад, то мы, возможно, захотим подумать о том, чтобы получить еще несколько вариантов», — говорит Хартманн. «Мы должны думать о сохранении леса вообще, а не того леса, который мы привыкли видеть».

Это то, что имела в виду Джули Эттерсон, эволюционный генетик из Университета Миннесоты в Дулуте, когда она вместе с Мередит Корнетт, в то время работавшей в Nature Conservancy, и Дэвидом Абазсом из Университета Миннесоты, основала Проект миграции лесов. Эттерсон была обеспокоена тем, что сокращение местных деревьев создаст возможности для инвазивных видов растений, и искала способ сохранить леса, постепенно перемещая южные деревья. Проект «Лесная миграция» направлен на создание регионального рынка адаптированных к климату саженцев деревьев, выращенных местными фермами и питомниками, на основе принципов исследований Эттерсона и Корнетта.

Для одного исследования Эттерсон и его коллеги приобрели саженцы красного дуба и дуба репейника, выращенные из семян, собранных в двух климатических зонах: одной на севере Миннесоты, а другой ближе к центру штата. Рабочие высадили саженцы на 16 участках в двух северных семенных зонах в рамках проекта по восстановлению лесов Nature Conservancy, и деревья измерялись в течение трех лет. Красный дуб, полученный из южных семян, адаптированный к немного более теплому климату, обладал более высокой выживаемостью, более быстрым ростом и другими преимуществами по сравнению с северным типом. Результаты для южного дуба, хотя и более смешанные, также были несколько лучше, чем для северного дуба.

Эксперименты Эттерсона по ассистированной миграции, проведенные в сотрудничестве с Nature Conservancy, а также общественными и племенными агентствами, обеспечивают научную основу для включения адаптированных к климату деревьев в усилия по восстановлению лесов, проводимые в штате: в 2023 году, например, Nature Conservancy посадила 1,4 миллиона саженцев по всей северной Миннесоте в рамках многосторонней цели по посадке 10 миллионов саженцев на общественных землях к концу 2024 года. При посадке рабочие отбирают около трех четвертей саженцев традиционным способом: семена собирают в климатической зоне, выращивают на рассаду в этой зоне и высаживают в этой же зоне. Остальные сеянцы происходят из родительских семян, собранных в лесах южнее.

«Мы используем те из них, которые, по мнению науки, находятся в лучшем положении, чтобы стать победителями в адаптации к изменению климата», — говорит Крис Данхэм, заместитель директора по устойчивости лесов в Nature Conservancy в Дулуте. Но они поворачивают циферблат медленно, говорит он, «потому что есть много неизвестных, связанных с природными системами».

Циферблат медленно вращается по другой причине: питомники в штате не могут обеспечить достаточное количество местных саженцев, чтобы удовлетворить растущий спрос на «климатически оптимизированные» деревья. Таким образом, Абаш начал организовывать более широкую цепочку поставок сборщиков семян, производителей саженцев и покупателей, и поставил перед собой пятилетнюю цель расширить Кооператив фермеров и лесоводов до сети из 100 фермеров и питомников, каждый из которых будет выращивать 10 000 саженцев деревьев, адаптированных к югу и выращенных на местном уровне, в год. Затем программа расширит количество договоров купли-продажи с агентствами по восстановлению, такими как окружные департаменты лесного хозяйства.

Благодаря всему этому, Проект лесной миграции будет рекомендовать, какие молодые деревья где посадить, обозначая их как зеленые, желтые или красные. Обозначения основаны на результатах исследований Эттерсона, вкладе экспертов и различных видах ассистированной миграции.

Саженцы, обозначенные как зеленые, считаются безопасными для посадки в северной Миннесоте, потому что они уже процветают там. Южные саженцы местных видов будут высажены дальше на север, но в пределах их исторического ареала. Это называется «вспомогательная миграция населения».

Деревья, обозначенные как желтые, требуют большей осторожности. Это и есть «вспомогательная миграция ареала» — перемещение видов за пределы их текущего исторического ареала, чтобы идти в ногу с изменением климата. Этот процесс также имитирует то, что может сделать естественное распространение семян. «Это виды, которые могут просто ползать в нашей области или иметь очень маленькие популяции в нашей области», такие как болиголов восточный и бук американский, говорит Абазс.

Эти южные саженцы с большей вероятностью станут устойчивыми деревьями. Среди прочего, адаптированные к климату деревья могут цвести раньше в течение года и заканчивать рост позже осенью, захватывая более длительные периоды фотосинтеза.

Наконец, деревья, обозначенные как красные в рамках Проекта лесной миграции, будут теми, которые не смогут естественным образом распространить семена в северную Миннесоту, потому что расстояние слишком велико. Перемещение этой категории деревьев будет считаться «миграцией вспомогательных видов». Например, саженцы из самой южной Миннесоты или северной Айовы будут обозначены как красные. «Это те, которые мы не рассматриваем на данный момент», — говорит Абазс.

Один из видов, перемещенных Паликом в экспериментальный лес Катфут, получил бы красный рейтинг в соответствии с этими правилами. Но Палик делает ставку на дерево как на будущее бесценное хвойное дерево для северной Миннесоты.

Палик взял саженцы сосны пондероза из семян, собранных на северо-западе Небраски, в сотнях миль к югу и западу, и посадил их на экспериментальных участках для исследовательских целей. Хотя выжила лишь пятая часть из них, те, что выжили, процветают. Его эксперимент предполагает, что сосна пондероза — высокое дерево с длинной хвоей, используемое для производства древесины, но адаптированное к более теплому, сухому лету и более умеренной зиме — может когда-нибудь процветать в северной Миннесоте, если красная сосна исчезнет.

Широколиственные деревья умеренного пояса будут продолжать расти в Нортвудсе, но они не могут заменить характерные сосновые леса, которые определяют, как много жителей Миннесоты посещают этот регион, говорит Палик.

Многие лесозаготовители в конечном итоге могут столкнуться с выбором: рассмотреть возможность перемещения южных деревьев в северные районы или в конечном итоге получить менее продуктивные лесные массивы для древесины и других целей.

По словам Палика, крайне важно, чтобы мы работали над сохранением полезных лесных массивов. «Леса в конце века не будут лесами вашего деда», — говорит он. — Но это будет лес, который унаследуют твои внуки.

Ученые перемещают леса на север – в Атлантику (theatlantic.com)