Lubimy różnorodność roślin i zwierząt w lasach, dziwią nas majowe przymrozki. Na ten temat mają coś do powiedzenia również naukowcy. W czasopismach „Science” i „Proceedings of the National Academy of Sciences” ukazały się artykuły, które omawiają przekształcenia w przyrodzie powodowane zmianami klimatu. Współautorem tych publikacji jest prof. Bogdan Jaroszewicz z Białowieskiej Stacji Geobotanicznej Wydziału Biologii UW.

Klimat się ociepla, ale las ma potencjał do samoobrony

Międzynarodowy zespół badawczy, kierowany przez dr. Floriana Zellwegera ze Szwajcarskiego Federalnego Instytutu Leśnictwa i Uniwersytetu w Cambridge, opublikował w „Science” pracę wykazującą, że w ekosystemach leśnych tempo zmian zachodzących w zespołach roślin jest skorelowane z tempem zmian mikroklimatu dna lasu, a nie z tempem ocieplenia makroklimatu. Naukowcy tłumaczą, że wynika to z właściwości warstwy koron drzew, która stanowi bufor między wnętrzem lasu a otoczeniem. Mikroklimat wewnątrz lasu strefy klimatu umiarkowanego jest w okresach ciepłych nawet o kilka stopni Celsjusza chłodniejszy niż klimat terenów otwartych. Siła tego buforowania zależy od składu gatunkowego drzew, tempa przyrostu oraz od ich śmiertelności.

Badania, które zaowocowały artykułem w „Science”, prowadzone były przez międzynarodowy zespół naukowców, w tym badaczy z kilku polskich uniwersytetów: Warszawskiego, Rzeszowskiego i Wrocławskiego oraz Rolniczego im. Hugona Kołłątaja w Krakowie. Analizy polegały na powtórzeniu historycznych spisów roślin runa leśnego na stałych powierzchniach, wykonanych w 56 regionach Europy, na blisko trzech tysiącach powierzchni badawczych i uzupełnione bezpośrednimi pomiarami temperatur pod koronami drzew.

W części badanych ekosystemów leśnych różnica między makroklimatem a mikroklimatem leśnym zwiększała się, ponieważ rosło również zwarcie koron drzew, co najprawdopodobniej jest spowodowane zwiększoną dostępnością azotu pochodzącego z zanieczyszczeń atmosferycznych (azot umożliwia bujniejszy rozwój drzew).

W innych badanych ekosystemach trend jest jednak odwrotny: susze, coraz częściej pojawiające się silne wiatry oraz ataki owadów i grzybów powodują zamieranie i wywracanie się drzew, otwieranie się okapu lasu i gwałtowne zmniejszenie się jego zdolności do buforowania temperatur. To prowadzi do ocieplania się mikroklimatu takich drzewostanów w tempie dużo szybszym niż przeciętne ocieplenie makroklimatu i jeszcze bardziej zwiększa dysonans między warunkami termicznymi a składem gatunkowym runa leśnego (nieodpowiedniość warunków termicznych dla składu gatunkowego runa leśnego). W efekcie, coraz więcej gatunków leśnych żyje w warunkach termicznych dalekich od optimum, co zwiększa ryzyko ich wymierania.

Wraz z przewidywanym wzrostem temperatur, wiele lasów będzie zagrożonych utratą zwarcia drzewostanów w wyniku zamierania drzew i wycinania drzew zamierających, a to z kolei może poważnie zagrozić różnorodności biologicznej lasów narażonych na gwałtowny wzrost temperatur.

Dwie strategie przystosowania roślin do późnych przymrozków

W tekście opublikowanym w Science naukowcy wyjaśniają określone kwestie związane z klimatem, natomiast artykuł w „Proceedings of the National Academy of Sciences” (PNAS) ma charakter prognostyczny. Przedstawiona została w nim prognoza występowania szkód od późnych przymrozków wiosennych, którą opracował zespół pod kierownictwem dr. Constantina M. Zohnera ze Szwajcarskiego Federalnego Instytutu Technologii i Uniwersytetu Monachijskiego. Z zespołem współpracował prof. Bogdan Jaroszewicz z Białowieskiej Stacji Geobotanicznej, ale też badacze z innych polskich jednostek: Instytutu Dendrologii PAN, Instytutu Badawczego Leśnictwa, Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu, Lasów Państwowych.

Prognoza wykazała wzrost prawdopodobieństwa uszkodzeń drzew i krzewów w wyniku przymrozków na obszarze ok. 35% europejskich i ok. 26% azjatyckich lasów strefy umiarkowanej. W Ameryce Północnej strefa zagrożona wzrostem uszkodzeń obejmuje tylko ok. 10% tamtejszych lasów umiarkowanych, co – jak wykazują naukowcy – wynika z odmiennych strategii przystosowawczych tamtejszych gatunków.

Taka obserwacja była możliwa dzięki długoletniej analizie częstotliwości występowania wiosennych przymrozków w latach 1959-2017 oraz odporności na nie prawie 1500 gatunków drzew i krzewów rosnących w strefach klimatu umiarkowanego i borealnego. Dzięki tej analizie naukowcy dostrzegli, że rośliny wykształciły dwie różne strategie przystosowania do przymrozków. W regionach o wysokiej regularności występowania przymrozków, np. wschodniej części Ameryki Północnej, rośliny rozwijają liście późno, dopiero po ustabilizowaniu się odpowiednio wysokich temperatur. Natomiast w dużej części lasów strefy umiarkowanej Europy i Azji, gdzie przymrozki występują nieregularnie, rośliny wykształciły strategię mniej ostrożną: rozwijają liście wraz z pierwszym znacznym wzrostem temperatur.

Oko na las

Wnioski zawarte w obu artykułach mają też zastosowanie praktyczne. Wyniki badań opisanych w Science pozwalają z większą wiarygodnością prognozować reakcje różnorodności biologicznej lasów na ocieplenie klimatu, ale również na zmiany w użytkowaniu krajobrazu czy na działania podejmowane w ramach gospodarki leśnej, które prowadzą do powstawania nowych warunków termicznych w lesie. Na tej podstawie można stwierdzić, że działania podejmowane w lasach powinny w jak najszerszym stopniu uwzględniać ich wpływ na lokalny mikroklimat w celu zapobieżenia negatywnemu wpływowi na różnorodność biologiczną i funkcjonowanie ekosystemów.

Z kolei odkrycie różnych strategii przystosowawczych roślin do późnych przymrozków może pozwolić na podjęcie decyzji o kształtowaniu struktury i składu gatunkowego drzewostanów, które zminimalizuje przyszłe ryzyko uszkodzeń drzew i strat ekonomicznych powodowanych przez późne przymrozki.