Влияние глобального изменения климата на лесные экосистемы

Пространственное и временное распределение осадков и температур – главные факторы, определяющие распределение древесных растений на Земле. Температура воздуха влияет на физиологические процессы в растениях, и, в долговременном плане, на численность населения и уровень общественного развития. Температура определяет урожай и качество семян и фруктов, воздействуя на такие процессы, как цветение, распускание почек, созревание фруктов и шишек (Козловски, Палларди, 1997). Весенние и осенние изменения температуры воздуха также влияют на смягчение и отвердение хвои (Guak et al., 1998). Температура определяет процессы экосистемного уровня, такие как деградация и минерализация почвы. Непрямые эффекты, ассоциируемые с нагревом, могут быть даже более ощутимы, чем прямая связь температуры с ростом растений, - в субполярных биоценозах, где вероятен нагрев мерзлотного слоя (Mooney et al., 1999). Местные леса приспособлены к локальным особенностям климата. Однако, в случае значительного изменения климата, адаптация к местному неизменному климату может сыграть отрицательную роль для устойчивости.
Недостаток или избыток воды определяет течение наиболее важных процессов, связанных с биохимией питания. В частности, заболоченные леса чувствительны к изменениям гидрологического режима. Поскольку лесные экосистемы обычно занимают регионы, где нехватка влаги не имеет (или почти не имеет) место, распределение водных ресурсов в пространстве и времени представляется критическим для углеродного баланса и является одним из главных компонентов моделей, используемых для предсказания глобальных климатических изменений.
Изменения в распределении и численности растительных и животных видов отражаются в уровнях рождаемости и смертности, особенностях роста и распространения особей в популяции. Климат и почва определяют наличие и рост растений. Климат влияет на распределение и численность видов животных, определяя наличие ресурсов, плодовитость и выживание (Hansen, Rotella, 1999). Изменения в режимах воздействия, а также конкуренция и сотрудничество с другими видами также влияют на распределение животных и растений. Исключительно важную роль также играет человеческая деятельность.
Глобальное изменение климата может, прежде всего, повлечь изменение взаимоотношений между породами. Вероятнее всего, эти перемены проявятся на стадии лесовозобновления в зоне таежных лесов. На северной границе лесов лиственница является первопроходцем, но высокая требовательность к условиям освещения не дает ей возможности конкурировать с другими породами в тех районах, где для них имеются приемлемые климатические и почвенные условия. Поэтому при изменении климата лиственница на части своего ареала может смениться елью и пихтой, а в ряде случаев и сосной (Второе национальное сообщение, 1998). Для ели глобальное повышение температуры само по себе не сможет изменить условий роста и воспроизводства. Однако, изменение количества осадков может оказать на нее негативное влияние, особенно в зонах южной тайги и смешанных лесов. Для лиственных пород вероятное изменение климата будет менее значимо, чем для хвойных – по непосредственному воздействию. Однако, уничтожение хвойных, стимулируемое климатическими изменениями (вспышки массового размножения вредителей и болезней, пожары и др.), освобождает пространство для развития осины, березы, ольхи, ивы (косвенное воздействие).
При изучении влияние изменения климатических условий на леса и естественные охраняемые территории в Мексике отмечается ухудшение условия для существования растительности (повышение аридности) (Villers-Ruiz, Trejo-Vazquez, 1998). Ожидается исчезновение 13% лесов умеренно-холодного и умеренно-жаркого климата. С другой стороны, увеличится доля сухих тропических лесов, а также тропических лесов гумидных и субгумидных.
Вертикальное продвижение пихты субальпийской и ели Энгельмана отмечается на хорошо прогреваемых горных склонах Нью-Мексико (Dyer, Moffett, 1999). Оценка произведена с использованием серии аэрофотоснимков с 1930-х гг. На северо-восточном склоне горы граница леса и луга относительно стабильна.
При моделировании климатических преобразований во Французских Альпах и Французском Средиземноморье (повышение средней температуры на 3°C и незначительное увеличение объема осадков) на радиальный рост 5 древесных пород в 24 популяциях установлено, что только немногие из 24 популяций оказались чувствительны к изменениям климата (Keller et al., 2000). Все они расположены на границе их экологического ареала и могут быть разделены на две группы. Первая состоит из высокогорных популяций и реагирует увеличением роста, индуцируемым потеплением климата во время вегетационного периода. Вторая состоит из одной популяции сосны обыкновенной в Средиземноморье и реагирует сильным снижением роста из-за летнего водного стресса. Однако, индивидуальная реакция деревьев в виде радиального прироста без учета ценотических и экосистемных связей не может хорошо прогнозировать динамику популяции. Особенно это касается популяций, вошедших в первую группу.
При изучении реакции растений на изменение климата чрезвычайно важным является фенологическая реакция. В литературе отмечается отсутствие однозначной ожидаемой реакции на глобальное потепление (Минин, Гутников, 2000).
До определенного предела биота демпфирует направленные воздействия внешних фак­торов (в нашем случае климата) без существенных измене­ний структуры и целостности, и внешне ее реакция может достаточно продолжительное время в явной форме не прояв­ляться или даже возможна обратная реакция. Очевидно, что на протяжении эволюции мно­гочисленные вариации климата в ту или другую сторону пе­реживались биотой именно таким способом (Ведюшкин, Колосов, Минин, Хлебопрос, 1995; Ведюшкин, Колосов, Минин, Хлебопрос, 1995).
В связи с потеплением климата, продолжающимся на Аляске с начала 1800-х гг., северная граница леса, образуемая елью, продвинулась в более высокие широты (Juday et al., 1999). Распространение деревьев дальше на север или выше в горы сдерживается лишь недостаточной приживаемостью самосева, чему препятствует и тундровый покров прилегающих к лесной границе территорий. Потепление климата в сочетании с увеличением количества летних осадков способствует продвижению ели в некоторых районах. Однако там, где осадков выпадает недостаточно (граница леса, проходящая по небольшим возвышенностям рядом с лугопастбищными угодьями) можно наблюдать исчезновение ели и наступление лугов или осинников.
Следует иметь ввиду установленную в географических культурах (Корткерос, северная Россия) закономерность - развитие семян в северных популяциях сосны обыкновенной и ели европейской происходило несколько быстрее, чем в южных популяциях(Fedorkov, 2001). Согласно модели Сарваса деревья, переносимые из более холодных регионов с более коротким сезоном роста в более теплые регионы с более продолжительным сезоном роста, развивают флоральные органы раньше, чем переносимые из более теплых регионов или местные породы.
В целом можно выделить ряд параметром ответной реакции лесных экосистем на изменение климата:

• Смещение зон в т.ч. в горах;
• Потеря лесов сопровождается определенным ущербом для гидрологических систем, увеличением эрозии почв;
• Разрушение лесов, вызывающее выброс углерода в атмосферу, может способствовать глобальному потеплению;
• Уменьшение биоразнообразия;
• Изменение продуктивности;
• Увеличение экстремальности увлажнения (заболачивание, иссушение);
• Рост пожарной опасности;
• Снижение количества и качества семян;
• Влияние на возобновление (особенно хвойных);
• Увеличение вредоносности болезней и вредителей;
• Снижение устойчивости из-за увеличения частоты неблагоприятных краткосрочных явлений (периодов аномально теплой погоды и заморозков, сильных ветров, снегопадов и т.п.);