Polscy naukowcy na łamach Science o koronach drzew i zmianach klimatycznych

Generowany przez zwarte korony drzew chłód chroni organizmy leśne przed ekstremalnymi temperaturami i ma znaczący wpływ na ich przystosowanie do globalnego ocieplenia – tak wynika z badań naukowców zaangażowanych w projekt Swiss Federal Institute for Forest, Snow and Landscape Research, opublikowanych w czasopiśmie Science. Do międzynarodowego zespołu należą pracownicy Wydziału Nauk Biologicznych Uniwersytetu Wrocławskiego, dr Kamila Reczyńska i dr hab. Krzysztof Świerkosz, oraz badacze z innych polskich ośrodków: Uniwersytetu Rolniczego im. Hugona Kołłątaja w Krakowie, Uniwersytetu Rzeszowskiego oraz Uniwersytetu Warszawskiego.

Las jako „klimatyczna kapsuła czasu”

Stacje pogodowe na całym świecie są zazwyczaj umieszczone na otwartych przestrzeniach, a pomiar temperatury odbywa się w nich na wysokości od 1,5 do 2 metrów od powierzchni gruntu (zatem nie w środowisku leśnym i nie blisko powierzchni ziemi, gdzie żyje znaczna część lądowych gatunków roślin i zwierząt). W rezultacie dane klimatyczne zebrane z otwartych przestrzeni mają w przypadku zbiorowisk leśnych jedynie ograniczone znaczenie i niewiele mówią o stopniu ich zagrożenia.

Międzynarodowy zespół badawczy kierowany przez Floriana Zellwegera z WSL oraz University of Cambridge uzyskał pierwsze szczegółowe dane dotyczące ocieplania się klimatu pod okapem drzew, ukazując tym samym różnice w przebiegu tego procesu w lesie i na otwartej przestrzeni. Było to możliwe dzięki pomiarom temperatury wykonanym we wnętrzu lasu w 100 różnych punktach, które następnie połączono w modelu matematycznym z danymi o zmianach w zwarciu koron drzew na przestrzeni nawet 80 lat, pochodzącymi z prawie 3 000 lokalizacji w Europie.

Wszyscy wiemy, że świat dookoła się zmienia, i wielu naukowców chce dowiedzieć się na czym dokładnie te zmiany polegają. Nas szczególnie interesuje, jak zmieniają się lasy – zarówno pod wpływem czynników naturalnych, globalnych zmian klimatycznych jak i presji człowieka – mówi dr hab. Krzysztof Świerkosz z Uniwersytetu Wrocławskiego. W tym celu wyszukujemy miejsca, które były dokładnie zbadane jakiś czas temu – sięgamy wstecz do lat 50. XX w. – i powtarzamy badania w tym samym miejscu.

W takich lokalizacjach wykonujemy tzw. zdjęcie fitosocjologiczne, które stanowi spis gatunków ze wszystkich warstw leśnych: drzew, krzewów i runa, na powierzchni 200-400 m² – wyjaśnia dr Kamila Reczyńska z UWr. Porównując zdjęcia archiwalne ze współczesnymi, sprawdzamy, jak zmieniła się roślinność – które gatunki zniknęły, a jakie się pojawiły – i przy użyciu specjalistycznego oprogramowania statystycznego staramy się dociec, dlaczego takie, a nie inne, zmiany zaszły. To standardowa procedura przy takich publikacjach.

Badania zbiorowisk leśnych wielu ludziom kojarzą się z podziwianiem nieskażonej przyrody i słuchaniem śpiewu ptaków. Rzeczywistość jednak nie jest taka romantyczna – większość badaczy wielokrotnie leczyła boreliozę, niektórzy zapalenie opon mózgowych.

Gryzą nas komary, meszki i strzyżaki, a na niżu coraz częściej spotykamy gniazda groźnych szerszeni. Coraz bardziej nieprzewidywalna staje się też pogoda, przynosząca gwałtowne burze i powalające drzewa wichry. To nie jest praca dla każdego – mówi Krzysztof Świerkosz.

W czasopiśmie Science naukowcy podają, że pomiary ocieplenia klimatu wykonane na otwartych przestrzeniach nie odzwierciedlają w wystarczającym stopniu zmian temperatury występujących pod okapem drzew. Jeśli zwarcie drzewostanu jest wysokie, buforuje ono zmiany klimatu, tworząc swoistą „kapsułę czasu”, gdzie ocieplenie nie zachodzi tak szybko. Jeśli drzewostan stanie się rzadszy, temperatura niższych warstw lasu gwałtownie wzrośnie. Jak wyjaśnia kierownik zespołu Florian Zellweger, jest to wiedza kluczowa dla zrozumienia wpływu zmian klimatu na różnorodność biologiczną lasów.

To, że świat przyrody reaguje na zmiany klimatyczne, nie jest dla nikogo zaskoczeniem. Skala, tempo tego procesu, a także zależności występujące między różnymi czynnikami a żywymi organizmami, są przedmiotem bezustannych badań.

Skala buforowania ocieplenia klimatu poprzez utrzymywanie stabilnego mikroklimatu w środowisku leśnym zaskoczyła jednak chyba nas wszystkich – mówi dr Kamila Reczyńska. Implikacje tego odkrycia mają też swoją ciemną stronę. Jeszcze do niedawna mogliśmy sądzić, że odsłonięcie dna lasu w trakcie wycinek – tak jak kiedyś – może zostać szybko zabliźnione dzięki rozwojowi nowych pokoleń drzew i powrotowi typowych roślin leśnego runa na wcześniej odsłonięte miejsca. Dowiedzieliśmy się natomiast, że ten proces może dziś przebiegać już inaczej. Typowe rośliny leśne mogą po prostu nie zdążyć powrócić i zostaną wyparte przez gatunki o wyższych wymaganiach cieplnych – a z innych, niedawno opublikowanych badań naszego zespołu wynika, że także azotolubnych i obcych geograficznie. Nasze lasy stają się więc coraz bardziej zubożałe i zagrożone – chyba że znacznie zmniejszymy presję, przynajmniej na najcenniejsze ich fragmenty.

Opóźnienia w adaptacji do zmian klimatu

Wszystkie organizmy mają optymalny zakres temperatur, w których najlepiej się rozwijają. Gdy klimat się ociepla, korzyści odnoszą gatunki ciepłolubne, wypierając te, dla których optimum termiczne znajduje się poniżej pewnej granicy. Ponieważ optymalna temperatura dla organizmów leśnych jest znacznie niższa niż rzeczywiste zmierzone temperatury w ich bezpośrednim otoczeniu, organizmy te pozostają w tyle, jeśli chodzi o dostosowanie do zmian klimatycznych.

W kontekście globalnych zmian klimatu wiele gatunków żyje w coraz mniej optymalnym zakresie temperatur – mówi Zellweger.

W konsekwencji, jeśli chroniąca runo przed nadmiernym ogrzewaniem warstwa koron zostanie utracona – naturalnie lub w wyniku interwencji człowieka – rośliny żyjące pod nią doświadczą dodatkowego drastycznego ocieplenia, na które nie są przygotowane. Wiele gatunków nie jest w stanie przystosować się wystarczająco szybko, są one wypierane przez gatunki ciepłolubne i mogą wymierać w skali lokalnej.

Biorąc pod uwagę spodziewany wzrost letnich fal upałów w Europie, prawdopodobnie zmieni to różnorodność biologiczną lasów i może, według badaczy, oznaczać problemy dla roślin i zwierząt przystosowanych do chłodniejszych i wilgotniejszych mikroklimatów leśnych. Zarządzający lasem powinni zatem wziąć pod uwagę wpływ prac leśnych na warunki klimatyczne we wnętrzu lasu, a tym samym na jego różnorodność biologiczną. Zbyt intensywne cięcia w naturalnych lasach liściastych powodują w nich gwałtowne i nieodwracalne zmiany.

Badania opisane w Science prowadzone są w wielu różnych ośrodkach na całym świecie, jednak w skali lokalnej dają różne wyniki. Dopiero synteza danych z wielu różnych punktów położonych w różnych krajach, a nawet na różnych kontynentach, zapewnia większy, całościowy obraz. Dlatego zajmujący się tą tematyką naukowcy łączą siły, tworząc duże bazy danych, nad którymi potem mogą wspólnie pracować. Ta, z którą związani są badacze z Uniwersytetu Wrocławskiego, nosi nazwę forestREplot i została utworzona 7 lat temu przez Forest & Nature Lab przy belgijskim Uniwersytecie w Gandawie. Do dziś rozrosła się do 4646 powierzchni na 87 stanowiskach położonych na terenie całej Europy i Ameryki Północnej.

Uniwersytet Wrocławski drzewo korona drzewa zmiany klimatyczne