Отмирание леса - Forest dieback

Йизерские горы в Центральной Европе в 2006 г.
Отмирание деревьев из-за непрекращающейся засухи в Саксонском Фогтланде в 2020 году

Отмирание леса (также « Waldsterben », немецкое заимствованное слово ) - это состояние деревьев или древесных растений, при котором периферические части погибают либо патогенами , либо паразитами, либо такими условиями, как кислотные дожди , засуха и т. Д. Эти эпизоды могут иметь катастрофические последствия, такие как снижение устойчивости экосистемы, исчезновение важных симбиотических отношений и пороговых значений. Некоторые переломные моменты для прогнозов основных изменений климата на следующее столетие напрямую связаны с исчезновением лесов .

Определение

Лес отмирание относится к явлению стендом деревьев , теряющих здоровье и умирающих без очевидной причины. Это состояние также известно как упадок леса, повреждение леса, усыхание на уровне полога и усыхание на уровне древостоя. Обычно это влияет на отдельные виды деревьев, но также может повлиять на несколько видов. Отмирание - это эпизодическое событие, которое может принимать разные места и формы. Он может быть по периметру, на определенной высоте или рассредоточен по всей лесной экосистеме.

Отмирание леса проявляется по-разному: опадание листьев и хвои, изменение цвета листьев и хвои, истончение крон деревьев, мертвые насаждения деревьев определенного возраста и изменения корней деревьев. Он также имеет множество динамических форм. Древостой может проявлять легкие симптомы, экстремальные симптомы или даже смерть. Упадок лесов можно рассматривать как результат продолжающегося, широко распространенного и серьезного отмирания нескольких видов в лесу. Текущее сокращение лесов можно определить по: быстрому развитию отдельных деревьев, появлению в различных типах лесов, продолжительному распространению (более 10 лет) и распространению по всему естественному ареалу пораженных видов.

История

Много исследований было проведено в 1980-х годах, когда в Германии и на северо-востоке Соединенных Штатов произошло серьезное отмирание. Предыдущие случаи отмирания были ограничены на региональном уровне, однако, начиная с конца 1970-х годов, упадок пришелся на леса в Центральной Европе и в некоторых частях Северной Америки. В частности, ущерб, нанесенный лесам в Германии, был другим, поскольку сокращение было серьезным: ущерб был широко распространен на различные породы деревьев. Процент пораженных деревьев увеличился с 8% в 1982 г. до 50% в 1984 г. и оставался на уровне 50% до 1987 г. Было предложено множество гипотез по поводу этого отмирания, см. Ниже.

В ХХ веке в Северной Америке произошло пять заметных случаев увядания древесины лиственных пород . Они произошли после созревания леса, и каждый эпизод длился около одиннадцати лет. Наиболее суровое усыхание лесов умеренного пояса было направлено на белую березу и желтую березу . Они пережили эпизод, который начался между 1934 и 1937 годами и закончился между 1953 и 1954 годами. Это следовало за волновой картиной, которая сначала появилась в южных регионах и переместилась в северные регионы, где вторая волна была очевидна между 1957 и 1965 годами в Северном Квебеке.

Отмирание также может повлиять на другие породы, такие как ясень , дуб и клен . В частности, сахарный клен пережил волну отмирания в некоторых частях Соединенных Штатов в 1960-х годах. Вторая волна произошла в основном в Канаде в 1980-х годах, но ей также удалось достичь Соединенных Штатов. Эти отмирания были численно проанализированы, чтобы исключить естественную гибель деревьев . Предполагается, что зрелый лес более восприимчив к экстремальным экологическим нагрузкам .

Возможные причины усыхания лесов

Компоненты лесной экосистемы сложны, и выявление конкретных причинно-следственных связей между отмиранием и окружающей средой - сложный процесс. За прошедшие годы было проведено множество исследований, и были согласованы некоторые гипотезы, такие как:

  • Короед : Короеды используют мягкие ткани дерева для укрытия, пропитания и гнездования. Их прибытие обычно включает также другие организмы, такие как грибы и бактерии. Вместе они образуют симбиотические отношения, при которых состояние дерева ухудшается. Их жизненный цикл зависит от наличия дерева, когда они откладывают в них яйца. После вылупления личинка может вступить в паразитические отношения с деревом, где она питается им и перекрывает циркуляцию воды и питательных веществ от корней к побегам.
  • Состояние грунтовых вод : исследование, проведенное в Австралии, показало, что такие условия, как глубина и соленость, потенциально могут помочь предсказать отмирание до того, как оно произойдет. В одном биорегионе при увеличении как глубины, так и солености возрастало древостой лесов. Однако в другом биорегионе в том же районе исследования, когда глубина увеличивалась, но вода имела более низкую концентрацию солей (т.е. пресная вода), увеличивалась гибель.
  • Засуха и тепловой стресс: предполагается, что засуха и тепловой стресс вызывают отмирание. Их очевидная причина заключается в двух механизмах. Первая - гидравлическая неисправность - приводит к нарушению транспортировки воды от корней к побегам дерева. Это может вызвать обезвоживание и, возможно, смерть. Второе, углеродное голодание, возникает, когда растение реагирует на тепло закрытием устьиц. Это явление перекрывает доступ углекислого газа, тем самым заставляя растение полагаться на хранящиеся соединения, такие как сахар. Если жара будет продолжительной и если у растения закончится сахар, оно умрет от голода.
  • Патогены ответственны за многие случаи отмирания. Трудно изолировать и точно определить, какие патогены ответственны и как они взаимодействуют с деревьями. Например, Phomopsis azadirachtae - это гриб рода Phomopsis , который был идентифицирован как ответственный за отмирание Azadirachta indica (Neem) в регионах Индии. Некоторые эксперты рассматривают отмирание как группу болезней с не совсем понятным происхождением, на которые влияют факторы, предрасполагающие деревья к инвазии в стрессовых условиях.

Некоторые другие гипотезы могут объяснить причины и последствия отмирания. Согласно договоренности между научными обменами Германии и США в 1988 году:

  • Подкисление почвы / токсичность алюминия : по мере того, как почва становится более кислой, выделяется алюминий, повреждая корни дерева. Некоторые из наблюдаемых эффектов: снижение поглощения и транспорта некоторых катионов, снижение дыхания корней , повреждение мелких питающих корней и морфологии корней, а также снижение эластичности клеточных стенок . Это было предложено профессором Бернхардом Ульрихом в 1979 году.
  • Комплексное заболевание высокогорья : сочетание высоких уровней озона, кислотных отложений и недостатка питательных веществ на больших высотах приводит к гибели деревьев. Высокие концентрации озона повреждают листья и хвою деревьев, а питательные вещества вымываются из листвы. Цепочка событий со временем увеличивается. Это было предложено группой профессоров: Бернхардом Принцем, Карлом Рефуэссом и Хайнцем Цеттлем .
  • Красно-игольчатая болезнь из ели : Эта болезнь вызывает иглы капли и коронное истончение. Иглы приобретают цвет ржавчины и опадают. Это вызвано листовыми грибами, которые являются вторичными паразитами, поражающими уже ослабленные деревья. Это было предложено профессором Карлом Рефюссом.
  • Загрязнение : повышенный уровень концентрации атмосферных загрязнителей вредит корневой системе и приводит к накоплению токсинов в новых листьях. Загрязняющие вещества могут изменить рост, снизить фотосинтетическую активность и уменьшить образование вторичных метаболитов . Считается, что низкие уровни концентрации могут считаться токсичными. Это было предложено группой профессоров под руководством Петера Шютта.
    • Органические загрязнители воздуха : в этом подразделе рассматриваются органические соединения. Серьезно обсуждаются три соединения: этилен , анилин и динитрофенол . Даже при низких уровнях эти органические химические соединения вызывают: аномальное опадание листвы, скручивание листвы и гибель всходов. Это предложил Фриц Фюр.
  • Избыточное отложение азота: повышенный уровень азота и аммония , которые обычно содержатся в удобрениях , может иметь следующие возможные эффекты: он может подавлять полезные грибы, задерживать химические реакции, нарушать нормальный баланс между ростом побегов и корней и увеличивать вымывание почвы . Однако экспериментальных доказательств нет. Это предложил Карл Олаф Тамм. См. Также: Загрязнение питательными веществами

Последствия отмирания лесов

Вымирание лесов может быть вызвано множеством факторов, однако, если они случаются, они могут иметь определенные последствия.

  • Грибковое сообщество: эктомикоризные грибы образуют симбиотические отношения с деревьями. После нашествия короеда может произойти их отмирание. Этот процесс может снизить фотосинтез, доступность питательных веществ, скорость и процессы разложения. Как только это происходит, симбиотические отношения, о которых упоминалось ранее, подвергаются негативному влиянию: сообщество эктомикоризных грибов уменьшается, а затем отношения полностью исчезают. Это проблематично, поскольку выживание некоторых растений зависит от их присутствия.
  • Химический состав почвы : химический состав почвы может измениться после эпизода отмирания. Это может привести к увеличению насыщения основанием, поскольку оставшаяся биомасса высвобождает определенные ионы, такие как кальций , магний и калий . Это можно рассматривать как положительное последствие, поскольку насыщение основаниями важно для роста растений и плодородия почвы. Следовательно, это означает, что химический состав почвы после отмирания даже может помочь в восстановлении кислых почв.

Изменение климата

Изменения среднегодовой температуры и засуха являются основными факторами, способствующими усыханию лесов. По мере того как больше углерода выделяется из мертвых деревьев, особенно в лесах Амазонки и бореальных лесов, в атмосферу выбрасывается больше парниковых газов . Повышенный уровень парниковых газов увеличивает температуру атмосферы. Прогнозы отмирания различаются, но угроза глобального изменения климата только увеличивает скорость отмирания.

  • Пониженная устойчивость: деревья могут быть устойчивыми. Однако это может измениться, когда экосистема пострадает от засухи. Это приводит к тому, что деревья становятся более восприимчивыми к заражению насекомыми, что приводит к их отмиранию. Это проблема, поскольку, согласно прогнозам, изменение климата приведет к увеличению засухи в некоторых регионах мира.
  • Пороговые значения: существует ряд пороговых значений, связанных с усыханием лесов, таких как «биоразнообразие [...], экологическое [...] состояние и функция экосистемы». Поскольку изменение климата может вызывать отмирание в результате множества процессов, эти пороговые значения становятся все более и более достижимыми, если в некоторых случаях они способны вызвать процесс положительной обратной связи: когда базальная площадь в экосистеме уменьшается на 50%, Далее следует видовое богатство эктомикоризных грибов. Как упоминалось ранее, эктомикоризные грибы важны для выживания определенных растений, превращая их отмирание в механизм положительной обратной связи.
  • Переломные моменты : ученые не знают точных переломных моментов изменения климата и могут только оценить временные рамки. Когда наступает переломный момент , небольшое изменение в деятельности человека может иметь долгосрочные последствия для окружающей среды . Две из девяти переломных точек для прогнозов основных изменений климата на следующее столетие напрямую связаны с исчезновением лесов. Ученые обеспокоены тем, что исчезновение лесов в тропических лесах Амазонки и в вечнозеленых бореальных лесах станет переломным моментом в следующие 50 лет.

Смотрите также

использованная литература