Deze zomer, Alaska heeft te maken gehad met recordhoge temperaturen en verwoestende bosbranden. Als dergelijke gebeurtenissen vaker voorkomen, hoe kan dat onze meest noordelijke bossen beïnvloeden? Een team van onderzoekers onder leiding van het Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) van het Department of Energy voorspelde dat de combinatie van klimaatverandering en toegenomen bosbranden ervoor zal zorgen dat de iconische groenblijvende naaldbomen van Alaska worden verdrongen ten gunste van breedbladige loofbomen. die hun bladeren seizoensgebonden afwerpen.

Met behulp van een goed getest ecosysteemmodel genaamd ecosys, zij voorspelden dat tegen het jaar 2100 de relatieve dominantie van groenblijvende naaldbomen (zwarte spar) met 25% zal afnemen en niet-houtachtige kruidachtige planten zoals mos en korstmos met 66%, terwijl breedbladige loofbomen (esp) dominant worden, bijna een verdubbeling van de prevalentie. Met zulke grote dalingen, deze verschuiving in vegetatie zal hoogstwaarschijnlijk weergalmen hebben voor het hele ecosysteem en klimaat.

"Uitbreiding van de loofbossen in een warmer klimaat kan resulteren in verschillende ecologische en klimatologische terugkoppelingen die de koolstofcyclus van noordelijke ecosystemen beïnvloeden, zei Zelalem Mekonnen, een postdoctoraal onderzoeker van Berkeley Lab die de eerste auteur van de studie was.

De krant, "Uitbreiding van loofbossen op hoge breedtegraden aangedreven door interacties tussen klimaatopwarming en vuur, " werd vandaag gepubliceerd in Natuur Planten . De studie werd gefinancierd als onderdeel van DOE's Office of Science via het Next-Generation Ecosystem Experiment-Arctic-project en omvatte co-auteurs van UC Irvine, de Universiteit van Alberta, en Woods Hole Research Center. NGEE-Arctic probeert een voorspellend inzicht te krijgen in de feedback van het Arctische terrestrische ecosysteem aan het klimaat en is een samenwerking tussen wetenschappers van het Oak Ridge National Laboratory, Berkeley-lab, Los Alamos Nationaal Laboratorium, Brookhaven Nationaal Laboratorium, en de Universiteit van Alaska Fairbanks.

"We voorspellen dat het bossysteem een ​​netto-put voor koolstof zal blijven, wat betekent dat het meer koolstof zal opnemen dan het uitstraalt, " zei co-auteur William J. Riley, een senior wetenschapper in Berkeley Lab's Earth &Environmental Sciences Area. "Maar zal het min of meer een gootsteen zijn? Onze volgende studie zal de koolstof- en oppervlakte-energiebudgetten kwantificeren. Deze studie richtte zich meer op hoe vegetatietypes naar verwachting zullen veranderen."

Veranderingen in het type bosbedekking zullen veel belangrijke ecosysteemprocessen beïnvloeden. Bijvoorbeeld, een toename van loofbomen, die elk jaar hun bladeren verliezen, in tegenstelling tot evergreens, kan leiden tot snellere microbiële afbraak en verhoogde transpiratie (het verlies van vocht door bladeren); beide processen introduceren versterkende feedback voor klimaatopwarming. Anderzijds, hogere oppervlaktereflectie kan een verkoelend effect hebben wanneer er meer sneeuw wordt blootgesteld vanwege minder groenblijvende bomen; Bovendien, loofbomen zijn minder brandbaar dan groenblijvende bomen. De onderzoekers voorspelden bescheiden effecten op de netto koolstofbudgetten en zullen dat in toekomstig werk verder analyseren.

Riley voegde eraan toe dat de studie veel stappen omvatte om te bevestigen dat de resultaten van ecosys geldig waren. "We evalueerden de modelprestaties tegen veel huidige waarnemingen van bosbedekking en koolstofcyclusmetingen, en tegen langetermijnveranderingen onder natuurlijke klimaatvariatie, " hij zei.

Combinatie van vuur plus klimaatopwarming kan bossen in 40 jaar veranderen

Klimaatverandering treft vooral de noordelijke breedtegraden als gevolg van het fenomeen Arctische versterking, een positieve feedback die ervoor zorgt dat de temperatuur sneller stijgt dan het wereldwijde gemiddelde. Terwijl de gemiddelde mondiale temperatuur tegen 2100 naar verwachting met ongeveer 4 graden Celsius zal stijgen in een "business as usual"-scenario, sommige recente studies voorspellen veel grotere stijgingen voor het noordpoolgebied.

De mate waarin branden zullen toenemen, is nog onzekerder. Dus de onderzoekers modelleerden vier scenario's, van nul toename van het brandoppervlak tot een toename van 150% in 2100. De scenario's zijn ontleend aan gepubliceerde onderzoeken waarin rekening werd gehouden met factoren zoals warmere temperaturen en toename van blikseminslagen.

Wat wel bekend is over branden, is de impact die ze hebben op het bosecosysteem. "Vuren verdiepen de actieve laag, dat is de zone van de bodem die niet bevroren blijft, " zei Riley. "Dat leidt tot een toename van de beschikbare voedingsstoffen in de bodem voor planten. Toename van voedingsstoffen in de bodem is gunstig voor bladverliezende planten, dat is een van de redenen waarom we voorspellen dat ze het zo goed zullen doen in een opwarmend klimaat. Hogere bladverliezende boombedekking is gebeurd onder eerdere klimaten; paleoecologische studies van de laatste 10, 000 jaar suggereren dat bossen in Alaska vergelijkbare verschuivingen hebben ondergaan in dominante boomsoorten."

Een andere factor die de voorkeur geeft aan breedbladige bladverliezende bomen boven groenblijvende naaldbomen, is dat hun bladeren sneller ontleden, wat leidt tot een snellere omzetting van koolstof, die de beschikbare voedingsstoffen in het ecosysteem bepaalt. "Naarmate je sneller omzet, je krijgt meer bladverliezende planten, "Zei Riley. "Het is een zichzelf versterkend mechanisme."

Hoewel eerdere studies hebben onderzocht hoe klimaatverandering de boreale bossen zal beïnvloeden, Riley zei dat dit de eerste was die rekening hield met de complexe interacties tussen planten, bodem, en voedingsstoffen - zowel boven als onder de grond - en hoe ze zich in de loop van de tijd ontwikkelen. "Deze studie is een meer gedetailleerde en mechanistische verklaring van deze processen, " hij zei.

Andere factoren die de voorkeur geven aan breedbladige loofbomen in een toekomstig warmer klimaat zijn hun grotere vermogen tot regeneratie van zaailingen na brand en hun vermogen om snel te groeien en dus te strijden om licht. "Planten hebben verschillende strategieën om te overleven onder verschillende omgevingsomstandigheden, ' zei Mekonen.

Uit de studie bleek dat zowel klimaatverandering als meer vuur nodig waren om de dominantie van breedbladige loofbomen te produceren. Over de geteste brandscenario's waarbij branden toenam, die verschuiving zou naar verwachting plaatsvinden rond het jaar 2058. Als opwarming plaatsvond zonder toename van het vuur of omgekeerd, het model ontdekte dat groenblijvende coniferen tot in de 21e eeuw het dominante boomtype in Alaska bleven.

Een andere boscomponent die zal worden aangetast, is de natuur. "Breedbladverliezende bomen hebben een groot bladerdak dat de onderliggende vegetatie bedekt, mogelijk afnemende kruidachtige plantbedekking. Die planten, vooral mos, zijn zeer belangrijk voedsel voor dieren in het wild, ' zei Mekonen.

Bovendien, de modelleringstechniek kan worden gebruikt om te bestuderen hoe klimaatverandering en brand andere geografische gebieden zullen beïnvloeden. "Onze modelleringsaanpak is toepasbaar op andere noordelijke regio's omdat de fundamentele mechanismen die deze dynamiek beheersen overal vergelijkbaar zijn, ' zei Mekonen.