Skovbrande kan permanent ændre Alaskas skovsammensætning

Den her sommer, Alaska har oplevet rekordhøje temperaturer og ødelæggende naturbrande. Hvis sådanne begivenheder bliver hyppigere, hvordan kan det påvirke vores nordligste skove? Et team af forskere ledet af Department of Energy's Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) forudsagde, at kombinationen af ​​klimaændringer og øgede brande vil få de ikoniske stedsegrønne nåletræer i Alaska til at blive skubbet ud til fordel for løvfældende løvtræer, som fælder deres blade sæsonmæssigt.

Ved hjælp af en velafprøvet økosystemmodel kaldet ecosys, de forudsagde, at i 2100 vil den relative dominans af stedsegrønne nåletræer (sortgran) falde med 25%, og ikke-træagtige urteagtige planter som mos og lav vil falde med 66%, mens løvfældende løvtræer (asp) bliver dominerende, næsten fordoblet i udbredelsen. Med så store fald, dette skift i vegetationen vil højst sandsynligt have efterklang for hele økosystemet og klimaet.

"Udvidelse af de løvfældende løvskove i et varmere klima kan resultere i flere økologiske og klimatiske feedbacks, der påvirker kulstofcyklussen i de nordlige økosystemer, "sagde Zelalem Mekonnen, en postdoktor i Berkeley Lab, der var første forfatter til undersøgelsen.

Papiret, "Udvidelse af Løvfældende Skove med Høj Latitude Drevet af Interaktioner mellem Klimaopvarmning og Ild, "blev offentliggjort i dag i Naturplanter . Undersøgelsen blev finansieret som en del af DOE's Office of Science gennem Next-Generation Ecosystem Experiment-Arctic project og omfattede medforfattere fra UC Irvine, universitetet i Alberta, og Woods Hole Research Center. NGEE-Arctic søger at få en forudsigelig forståelse af det arktiske terrestriske økosystems feedback til klimaet og er et samarbejde mellem forskere ved Oak Ridge National Laboratory, Berkeley Lab, Los Alamos nationale laboratorium, Brookhaven National Laboratory, og University of Alaska Fairbanks.

"Vi forudsiger, at skovsystemet fortsat vil være en nettovask for kulstof, hvilket betyder, at det vil optage mere kulstof, end det udsender, "sagde medforfatter William J. Riley, en seniorforsker i Berkeley Lab's Earth &Environmental Sciences Area. "Men vil det være mere eller mindre en synk? Vores næste undersøgelse vil kvantificere budgetterne for kulstof og overfladeenergi. Denne undersøgelse fokuserede mere på, hvordan vegetationstyper forventes at ændre sig."

Ændringer i skovdækketype vil påvirke mange vigtige økosystemprocesser. For eksempel, en stigning i løvfældende løvtræer, der mister deres blade hvert år, i modsætning til evergreens, kan resultere i hurtigere mikrobiel nedbrydning og øget transpiration (tab af fugt gennem blade); begge disse processer introducerer forstærkende tilbagemeldinger til klimaopvarmning. På den anden side, højere overfladereflektans kan have en kølende effekt, når der udsættes mere sne på grund af færre stedsegrønne træer; hvad mere er, løvfældende træer er mindre brandfarlige end stedsegrønne træer. Forskerne forudsagde beskedne virkninger på netto kulstofbudgetter og vil analysere det yderligere i det fremtidige arbejde.

Riley tilføjede, at undersøgelsen indeholdt mange trin for at bekræfte, at resultaterne fra ecosys var gyldige. "Vi vurderede modelydelsen i forhold til mange aktuelle observationer af skovdækning og kulstofcykelmålinger, og mod langsigtede ændringer under naturlig klimaændring, " han sagde.

Kombination af ild plus klimaopvarmning kan ændre skove om 40 år

Klimaændringer rammer især de nordlige breddegrader på grund af fænomenet arktisk forstærkning, en positiv feedback, der får temperaturen til at stige hurtigere end det globale gennemsnit. Mens de gennemsnitlige globale temperaturer forventes at stige omkring 4 grader Celsius inden 2100 i et "business as usual" scenario, nogle nyere undersøgelser forudsiger meget større stigninger for Arktis.

I hvilket omfang brande vil stige er endnu mere usikkert. Så forskerne modellerede fire scenarier, fra en nulforøgelse i forbrændingsarealet til en stigning på 150% i 2100. Scenarierne blev taget fra offentliggjorte undersøgelser, der tegnede sig for faktorer som varmere temperaturer og stigninger i lynnedslag.

Det, man ved om brande, er de virkninger, de har på skovøkosystemet. "Brande uddyber det aktive lag, som er den jordzone, der forbliver ufrosset, "sagde Riley." Det fører til en stigning i jordens næringsstoffer til rådighed for planter. Stigninger i jordens næringsstoffer favoriserer løvfældende planter, hvilket er en af ​​grundene til, at vi forudsiger, at de vil klare sig så godt under et opvarmende klima. Højere løvfældende trædækning er sket under tidligere klimaer; paleokologiske undersøgelser af de sidste 10, 000 år tyder på, at Alaskas skove har gennemgået lignende skift i dominerende træarter. "

En anden faktor, der favoriserer løvfældende løvfældende frem for stedsegrønne nåletræer, er, at deres blade nedbrydes hurtigere, fører til en hurtigere kulstofomsætning, som bestemmer de tilgængelige næringsstoffer i økosystemet. "Når du får en hurtigere omsætning, du får flere løvfældende planter, "Riley sagde." Det er en selvforstærkende mekanisme. "

Selvom tidligere undersøgelser har undersøgt, hvordan klimaforandringer vil påvirke boreale skove, Riley sagde, at dette var den første til at overveje de komplekse interaktioner mellem planter, jord, og næringsstoffer - både over og under jorden - og hvordan de udvikler sig over tid. "Denne undersøgelse er en mere detaljeret og mekanistisk forklaring på disse processer, " han sagde.

Andre faktorer, der favoriserer løvfældende løvtræer i et fremtidigt varmere klima, er deres større evne til regenerering efter frøplanter og deres evne til at vokse hurtigt og dermed konkurrere om lys. "Planter har forskellige strategier for at overleve under forskellige miljøforhold, "Sagde Mekonnen.

Undersøgelsen fandt ud af, at både klimaændringer og øget brand var påkrævet for at producere løvfældende løvtræers dominans. På tværs af brand testede scenarier, hvor brande steg, dette skift forventedes at finde sted omkring år 2058. Hvis der skete opvarmning uden øget brand eller omvendt, modellen fandt ud af, at stedsegrønne nåletræer forblev den dominerende Alaskan -trætype gennem det 21. århundrede.

En anden skovkomponent, der vil blive påvirket, er dyreliv. "Løvfældende løvtræer har en stor baldakin, der dækker underliggende vegetation, potentielt faldende urteagtig plantedækning. Disse planter, især mos, er meget vigtige foder til dyrelivet, "Sagde Mekonnen.

Hvad mere er, modelleringsteknikken kan bruges til at undersøge, hvordan klimaændringer og brand vil påvirke andre geografiske områder. "Vores modelleringsmetode kan anvendes i andre nordlige regioner, fordi de grundlæggende mekanismer, der styrer denne dynamik, er ens overalt, "Sagde Mekonnen.