Уточнение моделей для прогнозирования экосистемных услуг в горных лесах
Тропические горные экосистемы, включая горные леса, мало изучены, но обладают значительным биоразнообразием и предоставляют важные экосистемные услуги, такие как водоснабжение и участие в регулировании температуры и климата. Существующих данных о горной растительности и её динамике недостаточно для уверенного моделирования её взаимодействия с атмосферой в условиях изменения климата.
Новое исследование, опубликованное в журнале Plant Ecology & Diversity международной группой учёных, проливает свет на эти вопросы.
Авторы статьи утверждают, что эффективным способом преодоления этого разрыва было бы создание «трансдисциплинарной сети» для изучения естественной динамики горных экосистем и их реакции на глобальные изменения на местном, региональном и континентальном уровнях в рамках социально-экологической системы.
«Наши результаты показывают, что для моделирования горных кластеров в Южной Америке доступно очень мало необходимой информации. Нам нужны более специфические данные, особенно если мы хотим включить социально-экологическое разнообразие. Мы выступаем за создание сети участков, представляющих гетерогенность социальных и экологических условий в горных экосистемах, чтобы количественно оценить их недооцененную роль в циклах углерода и воды, а также других экосистемных услугах», — пояснил Ласло Карой Надь, первый автор статьи.
Тропические горные экосистемы Южной Америки
Тропические леса в горных районах на высоте более 1000 метров над уровнем моря варьируются от влажных (например, Серра-ду-Мар в Бразилии или части Анд, прилегающие к западной Амазонии) до сезонно-сухих (например, биом Атлантического леса или межгорные долины Анд).
Горная растительность включает как леса, так и безлесные территории. Рост деревьев ограничен на больших высотах и при низких температурах, но изменение климата изменит структуру и функционирование этих экосистем. Например, в Андах много районов горных лесов, но текущие темпы потепления там в три раза выше, чем в других частях Южной Америки, и к концу этого века температура в регионе может повыситься на 6 °C.
В горах Южной Америки также есть большие безлесные территории, где землепользование изменилось на сельское хозяйство и пастбища. В этом контексте субтропические и тропические горы Южной Америки являются высокоприоритетными для прогнозирования воздействия будущего климата на структуру и функционирование этих экосистем с точки зрения климатической обратной связи и потенциального использования экосистемных услуг.
В исследовании, основанном на семинаре в Кампинасе, учёные проанализировали сеть участков горных экосистем в Южной Америке, каталогизировав и обобщив существующие знания для использования в будущем моделировании вклада этих участков в региональные и глобальные циклы углерода и воды.
«Выбор территорий должен быть стратифицирован на основе климата и биогеографии с учётом исторического и культурного контекста землепользования. Всё это показывает разнообразие ситуаций, которые необходимо проанализировать в социально-экологических терминах, чтобы синтезировать доступные знания и найти путь для создания масштабного проекта», — сказал Надь.
Методология
Исследование охватило восемь участков в Андах и на юго-востоке Бразилии. Только на двух из них (в Венесуэле и Бразилии) имелись климатические, экологические и экофизиологические данные, пригодные для использования в качестве параметров для динамических глобальных моделей растительности (DGVMs) — компьютерных программ, моделирующих изменения растительности и связанных с ней биологических и гидрологических циклов в ответ на изменение климата на десятилетия вперёд.
Данные о биомассе деревьев были доступны для шести участков. Учёные провели предварительную оценку с использованием DGVM под названием JULES (Joint UK Land Environment Simulator), чтобы выявить пробелы в доступных данных и их влияние на параметризацию и калибровку модели. Этот анализ выявил связанное с температурой снижение чистой первичной продукции горных лесов, дыхания и распределения ресурсов в надземную биомассу, а также увеличение запасов углерода в почве с высотой.
Одна из трудностей для исследователей этих регионов — получение данных для определения перехода между горным лесом и безлесной альпийской растительностью.
«Если мы объединим моделистов и полевых исследователей, знающих лес, мы сможем решить, что работает для каждого участника, выявить особенности и понять, как они могут взаимодействовать. Крайне важно, чтобы эти два сообщества взаимодействовали, чтобы результаты моделирования можно было проверять на эмпирических данных», — отметил Надь.
Следующие шаги включают продолжение разработки моделей с иберо-американскими коллегами и тремя европейскими группами моделистов. Все эти группы работают на разных масштабах, включая глобальный, скорректированный для горных условий, и ландшафтный, который может учитывать землепользование.
«Характеристики гор требуют особого подхода. Например, следует анализировать, как рост деревьев ограничивается производством растительных тканей в сравнении с ограничением фотосинтезом».
Сейчас работа включает объединение различных участников, включая строящуюся сеть социально-экологических обсерваторий для Анд (ROSA), и определение участков для изучения на следующем этапе проекта.