Как землепользование и питательные вещества влияют на сокращение дубовых лесов

Новое исследование под руководством эколога из Университета Джорджии впервые проливает свет на роль нарушений землепользования и условий питания в сокращении дубовых лесов. Наиболее перспективной стратегией для решения этой проблемы является сокращение вырубки.

Дубы дают высококачественную древесину, поддерживают сложную пищевую сеть и устойчивы к засухе и огню. Однако в последние годы численность дубов сокращается, в то время как такие виды, как клён и тюльпанное дерево (лириодендрон), увеличиваются. Исследование, проведённое под руководством Нины Вурцбургер и опубликованное в Journal of Applied Ecology, впервые оценивает, как история землепользования и повышенное содержание азота могут создавать условия, неблагоприятные для дуба, но благоприятные для его конкурентов.

Долгосрочное влияние деревьев

Исследователи изучили новые данные, а также стратегии землепользования, применявшиеся на протяжении почти столетия в Гидрологической лаборатории Ковита в западной части Северной Каролины.

Бассейн Ковита площадью 1626 гектаров был местом проведения долгосрочной программы экологических исследований (LTER). Учёные Лесной службы США заложили там постоянные пробные площади в 1930-х годах, которые периодически наблюдались. Бассейн был выборочно вырублен в начале XX века, что дало первый набор данных о землепользовании. С 1958 по 1968 год участок земли был расчищен, выжжен и преобразован для сельскохозяйственного использования, а затем заброшен. Третьим сценарием была сплошная вырубка в 1970-х годах.

Кроме существующих данных, Вурцбургер собрала новые данные о робинии лжеакации (чёрной акации) — местном виде, который быстро распространяется после нарушения, но сохраняется лишь пару десятилетий, прежде чем его вытеснят другие деревья. Она исследовала, создаёт ли присутствие робинии — которая фиксирует азот в почве — условия питания, неблагоприятные для дуба, но благоприятные для его конкурентов.

Важным фактором является то, как деревья получают питательные вещества в зависимости от типов грибов, с которыми они образуют микоризу. Деревья ассоциируются либо с арбускулярными микоризными (AM), либо с эктомикоризными (ECM) грибами. Согласно преобладающей теории, каждый тип создаёт почвенные условия, благоприятные для себя. Дубы и гикори — доминирующие ECM-виды, а клён и тюльпанное дерево — AM-виды.

Исследование показало, что обильное, хотя и кратковременное, присутствие деревьев робинии после нарушения создаёт питательные условия, благоприятные для AM-видов (клён, тюльпанное дерево) и неблагоприятные для ECM-видов (дуб, гикори). Эти эффекты могут длиться десятилетиями.

Фактор огня

Одна из стратегий, делающих почву более благоприятной для дубов, — это огонь. Выжигание помогает удалить клён и тюльпанное дерево, которые не приспособлены к огню, и возвращает азот в атмосферу. По словам Вурцбургер, дубовые леса, которые сейчас сокращаются, горели бы относительно часто на протяжении тысяч лет.

Исключение огня плюс увеличение количества азота означает, что на востоке США клён и тюльпанное дерево увеличивают своё доминирование за счёт дубов и гикори. Это делает управление земельными ресурсами стратегией с наибольшим потенциалом для сохранения дубовых лесов.

Однако результаты исследования показали, что дубы в Ковите сокращаются при всех сценариях землепользования. Сценарий заброшенного сельского хозяйства полностью благоприятствовал клёну и тюльпанному дереву, которые теперь доминируют в лесу. После сплошной вырубки лес теперь наполовину состоит из дубов и гикори.

Выборочная рубка привела к наименьшим изменениям — клён и тюльпанное дерево теперь составляют треть биомассы леса, но это вдвое больше, чем было в 1930-х годах.

Выводы исследования также имеют значение для методов заготовки древесины с сохранением дубов. Влияние робинии на дубы не всегда отрицательно. «Выборочная рубка деревьев на низком уровне была единственным сценарием, при котором дуб увеличивался, когда робиния присутствовала в прошлом», — сказала Вурцбургер. — Это предполагает, что может существовать оптимальное условие для восстановления дуба — не слишком много света и достаточно азота, чтобы помочь им противостоять конкурентам».