Choć o drzewach myślimy często jako osobnych, niezależnych od siebie bytach, pod wieloma względami przypominają one ludzkie społeczeństwa, w których wszyscy się wspierają lub konkurują ze sobą. Ich dobrostan zależy więc nie tylko od warunków zewnętrznych, ale również od skomplikowanej sieci powiązań, która zapewnia im wodę, niezbędne substancje odżywcze i informacje o niebezpieczeństwach. Im bardziej rozbudowana sieć, tym większa odporność. 

Na sieć składają się inne drzewa, rośliny, zwierzęta, ale przede wszystkim grzyby i bakterie. Współcześnie zdecydowana większość roślin naczyniowych (ponad 85%, Brundrett i Tedersoo, 2018) posiada sieć współpracujących z nimi grzybów i podobnie jak każdy człowiek, każde z nich ma swój własny niepowtarzalny mikrobiom, który wspiera ich funkcjonowanie oraz pomaga przetrwać trudne warunki (Arnold i in., 2025). 

Mykoryza – sieć nieskończonych korzyści

Jak to wygląda? Korzenie drzew lub innych roślin są połączone ze strzępkami tzw. grzybów mykoryzowych, w sposób przynoszący korzyści obu stronom (Tedersoo i in., 2020). Grzyby zapewniają roślinom lepszy dostęp do wody i soli mineralnych (głównie fosforu i azotu, choć nie tylko), ale również wspierają ich szeroko pojęte zdrowie – zwiększają tolerancję na zanieczyszczenia i metale ciężkie, wydzielają do gleby związki ograniczające zakażenia patogenami, czy zwiększają odporność na niekorzystne warunki, jak wysokie temperatury czy nieodpowiednie pH. Coraz więcej badań wskazuje również, że rozbudowana sieć mykoryzowa umożliwia przekazywanie substancji regulatorowych, związków węgla czy składników mineralnych pomiędzy roślinami, zapewniając w ten sposób ich komunikację.

Oczywiście, nie każdy gatunek grzyba pełni te same funkcje, jednak dzięki swej różnorodności stanowią dla roślin ogromne wsparcie. A co dostają w zamian za te niekończące się usługi? Przede wszystkim siedlisko życia i cukry produkowane przez drzewa w procesie fotosyntezy, a czasem również wodę czy związki niezbędne do przetrwania. Badania pokazują, że ta współpraca jest bardzo korzystna dla grzybów mykoryzowych, szczególnie w trudnych warunkach, gdzie radzą sobie dużo lepiej niż inne (Castaño i in., 2018).

W poszukiwaniu wody

Drzewa odparowują z liści nawet kilkaset litrów wody dziennie. Oczywiście główną rolę w jej pobieraniu odgrywają korzenie, jednak grzybnia bardzo im to ułatwia.

Strzępki grzybów są dużo drobniejsze od większości korzeni, a jednocześnie dużo dłuższe od włośników (najmniejszych z korzeni). Wnikają one w malutkie pory gleby, gdzie resztki wody pozostają nawet wtedy, kiedy nam wydaje się, że ziemia jest już wysuszona. Strzępki “zaciągają” wodę wraz z rozpuszczonymi w niej solami mineralnymi i transportują je do korzeni, skąd dalej są dystrybuowane są po całym drzewie.

Gdy się robi za sucho…

Co się jednak dzieje kiedy następuje prawdziwa susza i nawet w drobnych porach ziemi brakuje już wody? Drzewa zaczynają wtedy polegać na wodach gruntowych pobieranych przez sięgające kilka metrów w dół korzenie, a dodatkowo zaczynają ograniczać swoje zapotrzebowanie na wodę.

Rośliny produkują dla siebie cukry w procesie fotosyntezy, korzystając z energii słonecznej, wody oraz CO₂. Ten ostatni wnika przez specjalne struktury w liściach zwane aparatami szparkowymi, przez które jednocześnie wyparowuje woda. By ograniczyć utratę wody w czasie suszy, rośliny zamykają aparaty szparkowe, tym samym znacznie ograniczając możliwość pochłaniania CO₂, a przez to proces fotosyntezy i produkcję żywności. 

W krótszej perspektywie nie jest to groźne, gdyż drzewa magazynują cukry na “trudne czasy” w glebie i zarówno grzybnia, jak i same drzewa mogą z tych zapasów korzystać. Jeśli jednak susza przeciąga się na okres wielu miesięcy, to zarówno drzewa i grzyby zaczynają odczuwać skutki nie tylko braku wody, ale też żywności. Można powiedzieć, że zaczynają głodować. W przypadku drzew powoduje to ich osłabienie, większą podatność na patogeny czy ograniczanie transportu wody do niektórych konarów i ich zamieranie, a w przypadku grzybów kończy się obumieraniem fragmentów grzybni.

Dla drzew, uzależnionych od pomocy swoich grzybowych symbiontów, ma to w dłuższej perspektywie katastrofalne skutki. Nawet jeśli susza się skończy, to osłabiona, mniej różnorodna grzybnia to mniejsze wsparcie, co ma szczególne znaczenie w coraz mniej stabilnym klimacie. Dodatkowo, im dłużej trwa susza, tym bardziej korzenie rozbudowują się w głąb, gdzie z kolei jest słabszy dostęp do substancji mineralnych i odżywczych. Dlatego tak ważne jest dla drzew utrzymanie symbiotycznej grzybni.

Podstawowe zadanie – utrzymać mykoryzę

Utrzymanie dobrostanu grzybni wiąże się przede wszystkim z zapewnieniem im dostępu do wody. Gdy brakuje jej w płytszych warstwach gleby, korzenie transportują ją z głębokich warstw do grzybni znajdującej się bliżej powierzchni. Dzieje się to szczególnie w nocy, gdy parowanie w glebie i transpiracja wody z liści są niższe (nocą aparaty szparkowe są zamknięte, gdyż brakuje światła słonecznego i fotosynteza nie zachodzi), a przez to woda nie jest tak potrzebna i może być użytkowana w inny sposób. 

Dzięki temu procesowi możliwe jest utrzymanie grzybni nawet w czasie suszy czy w bardzo suchym klimacie (np. śródziemnomorskim). Dodatkowo, sprzyja to przetrwaniu roślin runa leśnego, które nie mają na tyle głębokich korzeni by czerpać wodę z wód gruntowych. Oczywiście, drzewa nie są w tym działaniu altruistyczne – po prostu bez wody grzybnia nie jest w stanie pobierać składników mineralnych, aminokwasów i cukrów zgromadzonych w glebie, a przez to stają się one niedostępne także dla drzew.

System utrzymywania mykoryzy jest na tyle skuteczny, że w warunkach suszy grzyby mykoryzowe utrzymują się dużo dłużej niż inne samodzielnie funkcjonujące grzyby takie jak pleśnie, drożdże czy saprotroficzne workowce. Dopiero gdy susze stają się ekstremalne lub długotrwałe i drzewa nie mają już żadnej wody do podziału, grzyby mykoryzowe zaczynają obumierać.

Przyszłość w czasach suszy

Jak widzimy, grzyby mykoryzowe są kluczowe dla utrzymania drzew – zapewniają im wodę, składniki mineralne, ochronę przed patogenami i złymi warunkami, a w przypadkach suszy dostęp do zgromadzonej w glebie żywności. Jednak przedłużająca się susza ma na nie negatywny wpływ, powodując ich zanikanie.

Oczywiście, przyroda nieustannie się zmienia i dostosowuje, więc mniej odporne na suszę gatunki grzybów będą zastępowane tymi bardziej odpornymi. Takich jest jednak zdecydowanie mniej, co oznacza, że w przypadku zadziałania innych, negatywnych czynników, możliwości dostosowania się grzybni i pełnienia jej wszystkich funkcji będą z czasem coraz bardziej ograniczone. 

Dodatkowym problemem pozostaje fakt, że mamy coraz niższe poziomy wód gruntowych, 

nie odnawiające zimą z powodu braku śniegu. Całkiem prawdopodobne więc, że drzewa będą coraz gorzej radzić sobie z suszą, nie mogą pokryć deficytów wody opadowej wodą gruntową. Problem będą pogłębiać nieprzewidywalne gwałtowne zjawiska pogodowe, które będą destabilizować ekosystemy – w tym działanie mykoryzy. Możemy się więc spodziewać, że część drzew nie będzie w stanie oprzeć się suszy, patogenom i gwałtownym zmianom pogodowym, a inne z kolei będą karłowacieć by być w stanie się utrzymać przy malejącej ilości wody.

Opis wpływu suszy na relacje grzybów mykoryzowych z drzewami bazuje na informacjach zawartych w podręczniku: Forest Microbiology vol.1 

The post Po co drzewom grzyby? appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Jemiołę pospolitą spotkamy w prawie całej Europie na ponad 450 taksonach (gatunkach i podgatunkach) drzew . W Polsce występują trzy odmiany zasiedlające różne gatunki drzew: jemioła typowa infekuje drzewa liściaste, rozpierzchła występuje głównie na sosnach i świerkach, podczas gdy jodłowa, u nas najrzadsza, atakuje głównie jodły (Szmidla i in. 2019). Choć wszystkie trzy zwiększają swój zasięg występowania, to obecnie szczególnie ekspansywna staje się jemioła rozpierzchła, mająca w pełnej sosen Polsce masę żywicieli, już teraz powodując uszkodzenia drzewostanów (Lech i in. 2020). Rozpowszechnia się ona na tyle szybko, że zaczęło to niepokoić zarówno naukowców jak i leśników.

Jak rozprzestrzenia się jemioła?

Według Raportu o stanie lasów 2020 i 2023, w 2017 jemioła rozpierzchła zajmowała masowo lasy o powierzchni 1,4 tys. ha. W 2023 było to już 133,2 tys ha (głównie na zachodzie Polski), co stanowi prawie 30% drzewostanów sosnowych obecnych w naszym kraju (Kartawik i in. 2023). Nie tylko u nas problem jemioły intensywnie narasta. W Brandenburgii między 2009 a 2015 liczba zarażonych drzew przez jemiołę rozpierzchłą zwiększyła się od 1% do 11% (Szmidla i in. 2019). 

Z czego wynika tak gwałtowna zmiana? Okazuje się że szybkiemu rozprzestrzenianiu się jemioły sprzyja duża dostępność drzew iglastych połączona z coraz bardziej widoczną w Europie zmianą klimatu. Ułatwiają je w szczególności wyższe temperatury wiosną, zmniejszone opady oraz susze (Szmidla i in. 2019). Dodatkowo, nasiona jemioły źle znoszą silne mrozy (poniżej -15℃), co jeszcze kilkanaście lat temu dość mocno ograniczało ich reprodukcję, a obecnie nie stanowi już problemu (Tikkanen i in. 2021). 

Jemioła genialnie wykorzystuje zmieniający się klimat dzięki efektywnym sposobom rozsiewania się. Jej owoce dojrzewają późną jesienią i zimą, stanowiąc świetne pożywienie dla ptaków (np. paszkota, kwiczoła czy jemiołuszki), które zjadają nawet 100 owoców dziennie, roznosząc je na mniejsze i większe odległości. Dodatkowo, owoce jemioły, spadając, przyklejają się do niższych gałęzi drzewa (dzięki pokrywającej nasiona lepkiej substancji), co umożliwia im zainfekowanie kolejnych konarów. Dzięki temu mogą się szybkio rozprzestrzeniać zarówno na jednym żywicielu, jak i na większe odległości (Szmidla i in. 2019).

Pozostaje więc pytanie – jak duży problem stanowi ekspansja jemioły?

Jemioła jest półpasożytem – pobiera wodę i składniki mineralne z zainfekowanego drzewa, a jednocześnie sama prowadzi fotosyntezę, produkując niezbędne dla siebie cukry. W sytuacji gdy wody w glebie jest pod dostatkiem, dodatkowy “wydatek” wodny na napojenie jemioły nie stanowi zbytniego problemu. Żywiciel musi jednak dzielić się zdobytą wodą z jemiołą nawet wtedy, gdy jest sucho. A w przeciwieństwie np. do sosen, jemioła wymaga jej bardzo dużo. 

Zainfekowanym drzewom, którym normalnie starczyłoby wody, zaczyna jej brakować, w efekcie czego włączają mechanizmy broniące przed suszą. Aparaty szparkowe zamykają się, co ogranicza parowanie z powierzchni liści i jej “zużycie”, ale jednocześnie ogranicza pobór CO₂ niezbędnego w procesie fotosyntezy. W efekcie fotosynteza jest mniej wydajna, przez co drzewo ma mniej “jedzenia” i wolniej przyrasta na grubość. Dodatkowo, transportowane wraz z wodą do jemioły składniki mineralne (np. magnez, żelazo) przestają być dostępne dla drzew w odpowiednich ilościach. A są one im potrzebne np. do produkcji chlorofilu niezbędnego do prowadzenia fotosyntezy, czy enzymów i hormonów niezbędnych do prawidłowego funkcjonowania całej rośliny. Jedne z badań wykazały, że sosny zainfekowane przez jemioły mają nawet do 40% mniej igieł oraz produkują 22-43% mniej cukrów w procesie fotosyntezy (Szmidla i in. 201).

W efekcie tych reakcji, a także całego łańcucha sprzężeń, drzewa zainfekowane przez jemioły (szczególnie w dużych ilościach) mogą gorzej kwitnąć i owocować, mieć słabsze nasiona, a ich gałęzie pozbawione wody, mogą łatwiej obumierać. Dodatkowo, żywiciele jemioły stają się mniej odporni na ataki patogenów i bardziej podatni na złe warunki pogodowe (np. susze, podtopienia, burze) (Szmidla i in. 2019). 

W związku z tym wszystkim jemioła staje się prawdziwym problemem, szczególnie dla przesuszonych drzewostanów sosnowych, które ze swej natury potrzebują niewiele wody i dla których utrzymanie wielkich kul jemioły wymaga jej zbyt wiele. Osłabione sosny mogą być dodatkowo bardziej podatne na ataki kornika ostrozębnego, przez co masowe gradacje lasów sosnowych będą coraz częstsze, co już powoli widać w zachodniej części naszego kraju.

Jak ograniczyć szkody powodowane przez jemiołę?

Co można zrobić? Choć wiele osób się nad tym głowi, na razie nie znamy dobrych sposobów na walkę z jemiołą. Herbicydy często szkodzą zarówno jemiole, jak jej gospodarzom. Wycinka jest w dużej skali niemożliwa do zastosowania, a jemioła bardzo szybko się rozprzestrzenia (Szmidla i in. 2019). Dodatkowym problemem jest fakt, że zarażenie jemiołą często jest widoczne dopiero gdy jest ona wystarczająco duża by móc ją zobaczyć z ziemi (co zajmuje jej kilka lat), powodując że szacowanie skali problemu, jak również próba eliminacji zarażonych drzew, jest bardzo trudna i wymagałaby dokładnego oglądania każdej z gałęzi drzewa (Piętka i in. 2023).

Jednym z podstawowych, choć długotrwałych sposobów na ograniczenie szkód jest powolna przebudowa drzewostanów tak, aby dominowały w nich gatunki odporne na ataki jemioły – np. buki i dęby. Niestety, te drzewa też się mierzą ze swoimi problemami wynikającymi ze zmiany klimatu. Jak będą więc wyglądały nasze lasy za kilkadziesiąt lat? Przyszłość pokaże, jednak niewątpliwie powinniśmy się przyzwyczaić do widoku drzew pokrytych wielkimi kulami jemioły czy coraz rzadszym widokiem czysto sosnowych lasów.

The post Jemioła podbija polskie lasy i ogrody appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Szymon Bujalski: Skąd naukowcy wiedzą, jak bardzo zmieniające się warunki klimatyczne zmienią wygląd naszych lasów?

Dr Marcin Dyderski: Wychodzimy od niszy klimatycznej, czyli obszaru, na którym dany gatunek mógłby występować, jeżeli klimat będzie mu sprzyjać. Chcemy sprawdzić, w jaki sposób będzie się ona zmieniać, jeżeli zmieni się też klimat. By to zrozumieć, od jakiegoś czasu pracujemy wraz z zespołem nad modelami rozmieszczenia gatunków. 

Na czym to modelowanie polega?

– W szerszej skali przestrzennej, na przykład kontynentu, to właśnie klimat jest głównym czynnikiem determinującym występowanie poszczególnych gatunków. Jeżeli wiemy, jaki jest klimat i gdzie dany gatunek może się pojawić, to możemy zrobić model matematyczny pokazujący obszar, na którym klimat sprzyja jego występowaniu. Jeżeli podepniemy pod to scenariusze przyszłej zmiany klimatu, możemy zobaczyć, gdzie dany gatunek obecnie występuje, ale w zmieniającym się klimacie znajdzie się już poza niszą. Lub na odwrót: gdzie obecnie go nie ma, ale może się pojawić, bo warunki klimatyczne będą już temu sprzyjały.

Które gatunki drzew będą się wycofywać z Polski?

I co wynika z waszych badań?

– Nasze badania dotyczą Europy. W 2018 roku ukazała się nasza praca, w której opracowaliśmy modele dla 12 gatunków drzew leśnych (Dyderski i in., 2017). Wyniki pokazały, że w perspektywie lat 2061-2080 gatunki, które stanowią w Polsce ponad 75% drzewostanów w lesie, znajdą się poza optimum klimatycznym. Te gatunki to sosna, świerk i brzozy. Powstałe na podstawie modeli mapy pokazywały Polskę w kolorze czerwonym nawet w ramach optymistycznego scenariusza RCP 2.6, zakładającego szybką redukcję emisji gazów cieplarnianych. Niektórzy zinterpretowali nasze wyniki jako fakt, że 75% polskich lasów zniknie.

Ale, jak rozumiem, tak nie będzie?

– Zgadza się, nie będzie. A powody są dwa.

Po pierwsze, kolor czerwony na mapie, czyli utrata optimum klimatycznego, nie oznacza, że te drzewa nam się z automatu będą zamierać, gdy zacznie się rok 2061. Oznacza to, że warunki klimatyczne nie będą sprzyjać ich występowaniu. Czyli że będą bardziej narażone na wszystkie czynniki biotyczne i abiotyczne [ożywione i nieożywione – na przykład kornik i susza]. Będą też bardziej podatne na ataki różnych organizmów, które się nimi żywią. Nasze modele dotyczyły sytuacji za około pół wieku, ale warto mieć na uwadze, że już dwa lata po ukazaniu się naszej publikacji leśnicy zaczęli coraz więcej mówić o tym, że sosna zwyczajna ma problemy. A stanowi ona przecież prawie 60% drzew w lasach w Polsce.

Znów ten słynny kornik?

– Kornik, choć nie drukarz, a ostrozębny – ale i jemioła. A dokładniej jeden z podgatunków jemioły, czyli jemioła pospolita (Viscum album ssp. austriacum). Jeżeli ktoś zobaczyłby tę jemiołę na sośnie jeszcze kilkanaście lat temu, byłoby to potraktowane jako ciekawostka. Teraz mamy do czynienia z milionem hektarów, na których ta jemioła występuje i jest dużym problemem, bo – jako półpasożyt – zabiera  sośnie wodę. Oznacza to, że sosna tej wody potrzebuje znacznie więcej. Ale jako ponieważ latem pada coraz mniej, dostaje jej coraz mniej.

Świerki i sosny będą zastępowane drzewami liściastymi

To przejdźmy do powodu nr 2: dlaczego 75% lasów w Polsce nie zniknie?

– Najistotniejszym czynnikiem jest to, że w miejsce tych gatunków ustępujących pojawią się takie, które znajdą tu swoje optimum klimatyczne. A będą to gatunki liściaste, głównie dęby i buk.

Później wraz z innymi badaczami opublikował pan nową pracę na ten temat.

– Do jej opracowania skłoniło nas to, że w ostatnich latach pojawiło się więcej danych o występowaniu gatunków. Opublikowano też szósty raport IPCC [Międzyrządowego Zespołu ds. Zmiany Klimatu], który dał nam nowe scenariusze emisji i trajektorie tego, jak zmieni się klimat.

W międzyczasie także my sami przygotowaliśmy też inną pracę, dotyczącą tylko robinii akacjowej (Puchałka i in., 2020). Tym razem przyjrzeliśmy się perspektywie nie tylko na lata 2061-2080, ale i 2041-2060. Sporym szokiem było dla nas to, że dużą część zmian, które przewidywaliśmy na późniejszy okres, objęła już ten wcześniejszy. To wszystko doprowadziło nas do tego, że zaczęliśmy przygotowywać nowe modele, właśnie w oparciu o szósty raport IPCC i o nowsze dane o rozmieszczeniu gatunków. W nowym badaniu, opublikowanym w 2023 r., wzięliśmy pod uwagę obce gatunki drzew z Ameryki Północnej (Puchałka i in., 2023), które część osób traktuje jako potencjalne lekarstwo na problemy z naszymi rodzimymi gatunkami. Gatunki te często osiągają duże rozmiary, dlatego  od kilkuset lat  próbuje się u nas wprowadzać. Niestety, wprowadzanie gatunków obcych wiąże się z tym, że jeżeli osiągną sukces, to rozprzestrzeniają się bardzo mocno i mają negatywny wpływ na ekosystemy.

Jakie są wnioski z badania?

– Do badania wybraliśmy 12 gatunków: 6 iglastych i 6 liściastych. Z perspektywy przyszłego leśnictwa duże nadzieje wiąże się zwłaszcza z tymi pierwszymi. Okazało się, że 5 z 6 gatunków iglastych raczej nie poradzi sobie w przyszłych warunkach klimatycznych – szczególnie w Polsce. W gronie tym są też gatunki, które produkują bardzo szybko dużą ilość drewna dobrej jakości. To świerk sitkajski, daglezja, żywotnik olbrzymi, jodła olbrzymia. Drzewa te będą w stanie utrzymać się w północno-zachodniej Europie, ale u nas w większości znajdą się poza niszą klimatyczną.

Natomiast liściaste gatunki inwazyjne obce będą trzymać się dobrze. Z naszych modeli wynika, że utrzymają optimum klimatyczne nawet przy najbardziej pesymistycznych scenariuszach emisji. To m.in. bożodrzew gruczołowaty, jesion pensylwański, dąb czerwony i czeremcha amerykańska.

Co to wszystko oznacza?

– Że będziemy mieli do czynienia z większą presją tych gatunków inwazyjnych i że nadal będą one stanowić problem. Szczególnie, że są w stanie wchodzić tam, gdzie nasze rodzime gatunki zaczynają zamierać i otwiera się luka w drzewostanie, która ułatwia im rozprzestrzenianie się.

Gatunki lasotwórcze i gatunki alternatywne – jakie mają perspektywy?

I jak się domyślam, wnioski te doprowadziły Was do kolejnego badania na ten temat.

– Zgadza się. Kilka tygodni temu ukazała się nasza najnowsza praca (Dyderski i in., 2025), w której powtórzyliśmy badania sprzed 6 lat, dodając kolejny zestaw gatunków. Łącznie przeanalizowaliśmy 20 gatunków, w tym 10 gatunków lasotwórczych – czyli takich, które dominują w drzewostanach i są często preferowane przez gospodarkę leśną. Poza gatunkami z pierwszej publikacji przyjrzeliśmy się też 10 gatunkom alternatywnym. Chodzi o gatunki rodzime dla Europy, w tym Europy Środkowej, które stanowią domieszkę w naszych lasach, szczególnie w tych naturalnych. Nie są one jednak przedmiotem zainteresowania leśników, nie są szczególnie pożądane w gospodarce leśnej. To na przykład klony, grab, lipy, wiązy. Powtórzyliśmy naszą dawną analizę w oparciu o nowsze dane o rozmieszczeniu i podpinając to pod prognozy z Szóstego raportu IPCC.

I okazało się, że 4 gatunki utracą ponad połowę swojego obecnego optimum klimatycznego. Te gatunki to sosna zwyczajna, świerk, jodła i modrzew, czyli wszystkie 4 analizowane gatunki iglaste, które są szczególnie ważne dla gospodarki leśnej w Polsce. Pozostałe 6 gatunków lasotwórczych straci między 30 a 50% optimum, podobnie jak 4 gatunki alternatywne. Ostatnie 6 gatunków alternatywnych straci zaś poniżej 30% optimum klimatycznego w całej Europie.

Jaki płynie z tego wniosek?

– Że gatunki alternatywne mogą być wykorzystane do tego, aby zwiększyć odporność lasów na zmianę klimatu. Mogą być też zamiennikiem dla gatunków, które będą miały trudniej.

Czy te procenty dotyczą również Polski, czy całej Europy?

– Europy. Jeżeli chodzi o Polskę, to modrzew, sosna, świerk i jodła utracą większość optimum klimatycznego. W większej skali będą występować głównie w górach i na Pomorzu.

Tylko tak jak już wspominałem – nie oznacza to, że one znikną całkowicie. Modele, które tworzymy, mają pewne ograniczenia. Przede wszystkim bazujemy na pikselu o wielkości 5×5 km, co oznacza, że nieuwzględniona jest w tym cała zmienność mikrosiedliskowa. Jeżeli wyobrazimy sobie północne stoki górskie i jakieś zagłębienia terenu, gdzie będzie akumulować się więcej wody, to tam te gatunki mają szansę przetrwać.

Nasze modele nie mówią też nic o tym, jak szybko dany gatunek będzie przyrastał lub zanikał, czy będzie miał problemy z reprodukcją, czy nie. Modele nie uwzględniają też czynników biotycznych i reżimu zaburzeń. Sosna, modrzew, brzoza to gatunki pionierskie, które pojawiają się po różnego rodzaju zaburzeniach.

Co to znaczy?

– Jeżeli na jakimś obszarze las zostanie nagle zniszczony – czy to przez pożar, czy huragan – to przez pewien czas wspomniane gatunki będą mogły się tam pojawić, wykorzystywać krótkie okno możliwości, które się otworzyło. Natomiast jeżeli chodzi o planowe działania, to może być z tym problem.

To co w zamian się pojawi w naszym kraju?

– Z gatunków lasotwórczych w optimum klimatycznym pozostaną na większości kraju dęby i buk, których znaczenie będzie coraz większe i w przyszłości będą stanowić główną część naszych lasów. Będą one zajmować miejsce sosny i świerka, zwłaszcza tam gdzie sadzone były na zbyt żyznych siedliskach.

Z naszego badania wyszło, że optimum klimatyczne będzie utrzymywać jawor, grab, czereśnia ptasia, wiąz polny, lipa szerokolistna. To gatunki, które w naszych lasach są, natomiast nie występują aż tak licznie jak te dominujące. One mogą wykorzystać szansę i zwiększyć swój udział. Dobre wyniki otrzymaliśmy też dla jesionu, jednak jak już wspominałem nasze modele nie uwzględniają czynników biotycznych. A od kilkunastu lat jesiony w Europie cierpią i zamierają z powodu inwazyjnego gatunku grzyba. Więc nawet jeżeli zmiana klimatu nie będzie powodowała utraty optimum klimatycznego i zamierania jesionu, to wykończy je ten grzyb. 

Zmiana składu gatunkowego lasów a usługi ekosystemowe

Jak zmieni się sytuacja w lasach w Polski z perspektywy usług ekosystemowych?

– Nasze lasy w przyszłości będą miały mniej gatunków iglastych, a więcej gatunków liściastych. To zaś będzie oznaczać zmianę widoczną już na oko, a więc mniejszą ilość światła docierającego do dna lasu. Lasy będą więc po prostu ciemniejsze. W związku z tym będzie ustępować wiele gatunków roślin, grzybów czy owadów, które potrzebują więcej światła, a co za tym idzie ciepła. Obejmie to np. wiele gatunków stanowiących pokarm, takie jak np. związane z sosnami podgrzybki, i wiele owadów wyspecjalizowanych do żerowania na pojedynczych gatunkach roślin.

Zagrożone są też gatunki w runie leśnym, co ma związek z przyspieszeniem wiosny i mniejszą ilością opadów w okresie wegetacyjnym. Zanikać będą chociażby oba gatunki borówek, którym się przyjrzeliśmy (Puchałka i in., 2023). Inna praca (Puchałka i in., 2023) też pokazuje, że ustępować będą rośliny zielne związane typowo z lasami liściastymi. Myślę, że w naszym kraju będziemy mieli problemy z gatunkami, które są przywiązane do borów, czyli do lasów sosnowych i do lasów świerkowych. Więcej będzie gatunków „wszędobylskich”, o szerokich skalach ekologicznych. 

Zmieni się również taka cecha, jak gęstość drewna. Gatunki posiadające większą gęstość drewna, czyli po prostu twardsze drewno, będą mniej narażone na utratę optimum klimatycznego. A w kontekście gospodarki leśnej gęstość drewna to istotny element wieloletniej strategii. Gatunki szybko rosnące mają z reguły mniejszą gęstość drewna, są więc bardziej opłacalne. To gatunki pionierskie i najczęściej właśnie gatunki iglaste.

Czyli możemy się spodziewać, że gatunki, które będą dominować w polskich lasach, będą rosły wolniej. Co to zmienia?

– Zmienia to tempo akumulacji węgla w biomasie drzew. W tej chwili trwa debata nad tym, co powinniśmy robić – czy promować gatunki, które akumulują więcej biomasy w krótkim czy dłuższym czasie. Tak czy inaczej możemy się spodziewać, że tempo akumulowania węgla przez lasy ulegnie zmniejszeniu. To zaś będzie wpływało na zdolność lasów do mitygacji zmiany klimatu.

Zmiana klimatu i zmiany gatunkowe a gospodarka leśna

Jak to wszystko wpłynie na gospodarkę leśną i ekonomiczny wymiar lasów?

– Z jednej strony będziemy mieli więcej gatunków liściastych, które dają twardszo drewno. Z drugiej strony już teraz większość drewna, które obecnie produkujemy, to jest jednak drewno iglaste, o innych właściwościach. Oznacza to, że przedsiębiorcy będą musieli się przestawić na inny model działania. Będą musieli chociażby przestawić park maszynowy na maszyny dobrze radzące sobie z twardszym drewnem.

Istnieje praca (Hanewinkel i in., 2013), która sugeruje, że w związku ze zmianą klimatu wartość ekonomiczna lasów w Europie spadnie. To praca sprzed 12 lat, która bazuje na tym, że więcej gatunków liściastych to dłuższy czas potrzebny do tego, by drzewa osiągnęły wymiary dające odpowiednią wartość ekonomiczną. I myślę, że w tym kierunku właśnie idziemy.

Z drugiej strony zawsze mam pewne obawy, by mówić o tym z przekonaniem, bo przecież nie wiemy, jak za kilkadziesiąt lat będzie wyglądał popyt na różne rodzaje sortymentów, na różne typy drewna. Tak jak celem gospodarki leśnej według starych podręczników była produkcja drewna wielkowymiarowego o dużej jakości, tak obecnie coraz więcej produkuje się surowca średniowymiarowego, przeznaczonego na przemiał, który nie musi osiągnąć aż tak dużych wymiarów. Rodzi się więc pytanie, jak będzie to wyglądało w przyszłości.

A pana zdaniem jak będzie?

– Wydaje się, że być może konieczne będzie obniżenie wieku rębności. Czyli drzewa w lasach gospodarczych będzie trzeba wycinać wcześniej, żeby móc z nich skorzystać. To zaś może przekładać się na to, że te drzewa nie dadzą tego, co mogłyby dać, gdyby pozostawiono je na dłużej, a klimat się nie zmienił.

Kolejna ważna rzecz dotyczy surowca o dobrej jakości, czyli jak najdłuższego kawałka pnia bez sęków, najlepiej o bardzo wąskich słojach przyrostów. Żeby otrzymać taki surowiec, najlepiej byłoby utrzymywać drzewostan w dużym zagęszczeniu. Natomiast im więcej mamy drzew na danej powierzchni, tym więcej one potrzebują wody. Jedną z metod, które proponuje się w leśnictwie południowoeuropejskim w celu ograniczania negatywnych skutków suszy, jest więc zmniejszanie zagęszczenia. Przy mniejszym zagęszczeniu drzewa mają większe gałęzie, czyli z automatu większe sęki. Pień nie jest prosty, tylko bardziej stożkowaty, co również wpływa na jakość. Jeżeli w Polsce pójdziemy w podobnym kierunku, może to wpłynąć na to, ile drewna i jakiej jakości będziemy pozyskiwać.

Adaptacja lasów do zmiany klimatu

Czy pana zdaniem lasy w Polsce powinny pełnić w równym stopniu funkcje ekosystemowe, jak i gospodarcze? Czy też pora wybrać którąś ze ścieżek?

– Z jednej strony mamy cel gospodarczy związany z produkcją drzewna, z drugiej cel związany z ochroną klimatu, czyli akumulacja węgla, z trzeciej cel związany z ochroną różnorodności biologicznej, a z czwartej – cele związane z funkcjami społecznymi lasów. Zmiana klimatu powoduje przy tym, że maleje liczba narzędzi, które ma do dyspozycji leśnik, by zadbać o te wszystkie cele.

Narzędzi?

– Czyli gatunków. W zeszłym roku ukazała się praca pokazująca, jak zmieni się pula gatunków, którymi może zarządzać leśnik pod kątem każdego ze wspomnianych celów. Okazało się, że w naszych warunkach zmniejszy się o około połowę. To pokazuje, że wspomniane wcześniej alternatywne gatunki naprawdę warto brać pod uwagę przy urządzaniu lasów.

Jak je dobierać?

– Świetnym rozwiązaniem jest spojrzenie na to, co obecnie odnawia się naturalnie, jakie gatunki obsiewają się same.

A wracając do różnych funkcji lasu…

– Moim zdaniem najważniejszą rzeczą dotyczącą zmiany klimatu jest to, że nie wiemy, jak mocno się zmieni. W naszych pracach staramy się pokazać cały zakres niepewności i uwzględniać różne scenariusze emisji – od tych najbardziej pesymistycznych do tych w miarę optymistycznych, czyli w rzeczywistości najmniej pesymistycznych. Jeżeli mamy dużą niepewność, to najmądrzejszym rozwiązaniem byłoby rozłożenie ryzyka na więcej niż jedną metodę, jedną strategię. Czasami te strategie mogą współdziałać, czasami są ze sobą sprzeczne. W mojej ocenie dobrym pomysłem byłoby zastosowanie systemu, w którym mamy lasy zarówno o dominującej funkcji ochronnej, jak i gospodarczej, ale i lasy wielofunkcyjne. Przedmiotem debaty pozostaje, ile procent lasów przeznaczyć na dane funkcje i w których miejscach.

Są sposoby, żeby wyliczyć?

– Są. Wiadomo jednak, że żadna z tych strategii nie będzie idealna, że zawsze będą grupy interesariuszy, które nie będą do końca z tego zadowolone. Dlatego według mnie przydałby się dobry projekt badawczy, którego celem byłoby ocenienie, w jakim miejscu realizacja każdej z tych funkcji jest możliwa w przyszłości, a w jakim niekoniecznie.

Na ile w ogóle leśnik może zarządzać i dostosować lasy do tych zmieniających się warunków? Czy to w dużej mierze nie będzie tak, że natura zadecyduje sama bez względu na to, jak bardzo próbowałby w nią ingerować człowiek?

– Leśnik ma do dyspozycji sporo narzędzi, jednak jest ograniczony zasadami hodowli lasu i planowaniem urządzeniowym. Mimo że w ostatnich latach sytuacja na tym polu się zmienia, nadal podejście tych przepisów jest mocno archaiczne i nie uwzględnia wszystkich prognoz.

Co mógłby więc zrobić leśnik, jeśli takie prognozy uwzględni? Przede wszystkim mógłby rozkładać ryzyko związane z hodowlą lasu na więcej niż jeden gatunek. Czyli odchodzić od lasów, w których sosna stanowi 50 czy 80% drzew, tak jak obecnie to wynika z zasad hodowli lasu na niektórych siedliskach. Pytanie, czy jesteśmy w stanie zaryzykować, że za 80 do 120 lat ta sosna – bo tyle wynosi obecnie wiek jej rębności – nadal będzie w stanie rosnąć. Moim zdaniem ryzyko jest zbyt duże. Lepiej zaryzykować, by urósł dąb czy buk o kiepskiej jakości, bo lepszy buk kiepskiej jakości niż żadna sosna. Dzięki temu ciągłość lasu zostanie zachowana. Pozostaje pytanie, jaką proporcję dębów, buka i sosny posadzić i jak to rozłożyć w wydzieleniu leśnym. Może to być chociażby 50% dębu, 30% sosny i 20% buka, ale to tylko przykład.

Osobne pytanie dotyczy tego, gdzie umieścić tą sosnę, a gdzie tego dęba? Leśniczy zwykle zna swój teren i zmienność mikrosiedliskową. Jest w stanie wskazać miejsca, w których dąb ma trochę lepsze szanse na przetrwanie, niż wynikałoby to z planów, bo na przykład gdzieś jest zagłębienie albo bardziej gliniasta gleba, która będzie w stanie lepiej trzymać wodę. Dlatego ważnym elementem strategii zwiększania odporności lasów jest zwiększenie swobody decyzyjnej przy wykonywaniu tych prac.

Kolejną rzeczą jest to, że plany urządzenia lasów, które są weryfikowane co 10 lat, powinny być bardziej dynamiczne i elastyczne. Powinny zakładać nie jeden cel hodowlany, a więcej alternatywnych ścieżek rozwoju, pozwalając na przykład na zmianę kierunku rozwoju drzewostanu w trakcie tego 10-letniego okresu.

Pomijając kwestie polityczne – o ile dobrze kojarzę, Lasy Państwowe operują na bardzo starych przepisach i założeniach, które powierzchownie traktują zmianę klimatu i inne dynamicznie zmieniające się warunki środowiskowe. To prawda?

– Zasady pomału się zmieniają, bo doszło już na przykład do lekkiej aktualizacji zasad hodowli lasu. No ale właśnie – lekkiej. Osobiście oczekiwałbym zwiększenia roli gatunków liściastych i zwiększenia elastyczności w planowaniu – tak, by nie bazować tylko i wyłącznie na gatunkach typu sosna i świerk, które od lat stanowią podstawę. Świadomość wśród leśników jest. W czasie rozmów często przyznają, że widzą, co się dzieje – widzą, że sosna i świerk nie mają szans. Wciąż brakuje jednak odzwierciedlenia tego w głównych dokumentach.

Ale warto powiedzieć też o tym, co zmienia się na lepsze. Duży postęp odnotowaliśmy w podejściu do odnowień naturalnych, czyli w uznawaniu tego, co samoistnie sieje się w danym wydzielaniu leśnym. Moi znajomi pracujący w urządzaniu lasu czy w Lasach Państwowych mówią, że coraz więcej odnowień naturalnych jest uznawanych, a więc po prostu traktowanych jako elementy dalszego planowania.

Rozmawiał Szymon Bujalski

Marcin Dyderski pracuje jako profesor w Instytucie Dendrologii Polskiej Akademii Nauk. Prowadzi badania dotyczące reakcji roślin na działalność człowieka, obejmujące wpływ gospodarki leśnej, zmian klimatycznych i inwazji biologicznych, w szczególności inwazyjnymi gatunkami drzew. Finalista Nagrody Naukowej POLITYKI 2021.

The post Z powodu zmiany klimatu lasy w Polsce… staną się ciemniejsze. Co zastąpi sosny i świerki? appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Mapa pokazująca, jakie znaczenie dla globalnego klimatu miałyby działania polegające na sadzeniu drzew, zależnie od lokalizacji. Uwzględniono zarówno efekt chłodzący, związany z pochłanianiem dwutlenku węgla przez roślinność, jak i ogrzewający, wynikający ze zmiany albedo (zwiększenia ilości pochłanianego na określonym terenie promieniowania słonecznego). 

Kolory na mapie pokazują efekt wypadkowy, przeliczony na równoważnik (ekwiwalent) pochłoniętego dwutlenku węgla w tonach (megagramach) ekwiwalentu CO₂ na hektar [MgCO₂eha^-1]. Dla ułatwienia porównania z innymi opracowaniami, skalę opisano także w jednostkach pochłoniętego ekwiwalentu węgla [MgCe ha^-1]. Barwy pomarańczowe i czerwone oznaczają wypadkowy wpływ ocieplający, niebieskie – wypadkowy wpływ chłodzący.

Źródło: Hasler i in. (2024)

W ramach akcji „Wykres na dziś” publikujemy wykresy i inne wizualizacje dotyczące zagadnień związanych ze zmianą klimatu. Mamy nadzieję, że prezentowane przez nas dane stanowić będą punkt wyjścia do szerokiej i opartej na faktach dyskusji na temat globalnego ocieplenia oraz możliwości jego ograniczenia. Akcję prowadzimy we współpracy z Komitetem ds. Kryzysu Klimatycznego Polskiej Akademii Nauk.

Zobacz wszystkie wizualizacje.

The post Wpływ zalesiania na klimat zależnie od lokalizacji  appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Bioróżnorodność pod ostrzałem a dobrostan ludzkości

Ludzkość czerpie korzyści z otaczającej przyrody pełnymi garściami. Ożywione i nieożywione składniki obecnych i dawnych ekosystemów zapewniają nam pożywienie, dach nad głową, rozwój gospodarczy, a także rozwój nauki i sztuki. Wciąż rosnąca presja na ekosystemy, której towarzyszą coraz bardziej zauważalne zmiany funkcjonowania systemu ziemskiego – w tym nasilająca się zmiana klimatu – wzmagają  powszechny niepokój i rodzą pytania o wyczerpywanie się zasobów i granice wytrzymałości biosfery. 

Powszechnie znanym skutkiem nacisku na ekosystemy jest utrata bioróżnorodności (bogactwa biologicznego), o której dobitnie świadczy wymieranie gatunków. W tej sytuacji niezwykle istotne są poszukiwania odpowiedzi na pytania o istotę i znaczenie bioróżnorodności dla człowieka, o zdolności biosfery do zaspokajania potrzeb populacji ludzkiej, o mechanizmy utraty bioróżnorodności oraz o możliwości złagodzenia nacisku na ekosystemy i ochronę bogactwa biologicznego. 

W cyklu trzech artykułów proponuję podjęcie rozważań na powyższe tematy. W pierwszym tekście zarysuję pojęcie gatunku i umieszczę obserwowany współcześnie spadek bogactwa gatunkowego w kontekście zmian bioróżnorodności w historii Ziemi, w drugim skupię się na mechanizmach utraty bioróżnorodności ze szczególnym uwzględnieniem roli zmiany klimatu, a w trzecim podejmę tematykę znaczenia bogactwa biologicznego i wskażę perspektywy jego ochrony.   

Bioróżnorodność niejedno ma imię 

Organizmy cechuje wielka złożoność i różnorodność. W stosunkowo „prostej” pojedynczej komórce bakteryjnej znajduje się od kilkuset do (najczęściej) kilku tysięcy genów, czyli odcinków materiału genetycznego, z których każdy zawiera informacje o białkach lub innych istotnych makrocząsteczkach biologicznych (Barton i inni 2007). Komórki grzybów, roślin i zwierząt cechuje zwykle jeszcze większy stopień złożoności, a ciało jednego osobnika może składać się z wielu bilionów (10¹²) komórek. Biolodzy wyróżniają także szereg ponadosobniczych stopni organizacji układów biologicznych, jak chociażby populacje, biocenozy, ekosystemy i sama biosfera.

Zróżnicowanie nauk biologicznych utrudnia uzgodnienie jednej obowiązującej definicji bioróżnorodności. Specjaliści z różnych dziedzin ujmują zagadnienia bogactwa biologicznego z perspektywy reprezentowanych przez siebie specjalności, zwracając zwykle uwagę na zróżnicowanie dużych cząsteczek biologicznych określanych jako makrocząsteczki (kwasy nukleinowe, białka i inne), gatunków oraz ekosystemów (Heydari i inni 2020). Aspekt gatunkowy, na którym skupimy w znacznej mierze nasze rozważania, przywołuje się często w pracach poświęconych wpływowi zmiany klimatu i innych elementów antropopresji na bogactwo biologiczne Ziemi (WWF 2020). Dotyczy on między innymi liczby gatunków zamieszkujących określone siedliska, liczebności populacji tych gatunków, a także zróżnicowania wielkości ich populacji (Heydari i inni 2020).

Gatunek, jaki jest, każdy widzi po swojemu

Pojęcie gatunku towarzyszy nam nie tylko w życiu codziennym, ale jest także istotne w naukach biologicznych. Posłużył się nim Karol Darwin w tytule (w treści oczywiście też) swojego fundamentalnego dzieła „O powstawaniu gatunków” wydanego w 1859 r., w którym wyłożył podstawy teorii ewolucji, która w swojej współczesnej postaci przenika nauki biologiczne i łączy je ze sobą (Ilustracja 3). Złożoność organizmów i powiązań między nimi, a także odmienność przedmiotów zainteresowań badaczy reprezentujących różne dziedziny biologii i nauk pokrewnych, utrudniają sformułowanie jednej definicji gatunku – podobnie jak w przypadku pojęcia bioróżnorodności. 

Możemy oczekiwać, że genetyk pracujący nad nowymi odmianami roślin uprawnych,  będzie inaczej rozumiał pojęcie gatunku, niż badacz historii życia na Ziemi (paleontolog), zajmujący się pozostałościami dawnych organizmów, których materiał genetyczny nie zachował się do naszych czasów albo wcale, albo jedynie w niewielkich fragmentach. Intuicyjnie wyczuwany jednak, że definicja gatunku powinna odwoływać się do podobieństwa lub pokrewieństwa osobników tworzących gatunek (biolog ewolucyjny powiedziałaby o podobieństwie w następstwie pokrewieństwa).

Najczęściej stosowana tzw. biologiczna koncepcja gatunku określa gatunki jako zbiory osobników faktycznie lub potencjalnie (dotyczy osobników żyjących daleko od siebie) krzyżujących się między sobą i izolowanych rozrodczo od innych takich grup (Ilustracja 4). (Barton i inni 2007; Futuyma 2008). Z oczywistych względów definicja ta odnosi się do gatunków żyjących współcześnie, paleontolodzy (badacze skamieniałości) klasyfikują gatunki wymarłe w oparciu o kryteria budowy ciała.

O powstawaniu gatunków 

Procesy powstawania gatunków noszą nazwę specjacji. W znacznym uproszczeniu jej mechanizm można wywieść z biologicznej koncepcji gatunku, która wskazuje na: 

1. obecność przepływu (mieszania się) genów w obrębie populacji należących do jednego gatunku (w wyniku rozmnażania płciowego geny obojga rodziców „spotykają się” w różnych układach w osobnikach potomnych),

2. brak przepływu genów między osobnikami należącymi do odrębnych gatunków.

W takim razie warunkiem koniecznym do powstania nowego gatunku będzie wyodrębnienie się z populacji osobników należących do jednego gatunku, takiej podgrupy (mniejszej populacji), która nie wykazuje (albo wykazuje jedynie sporadycznie) przepływu genów z populacją, od której pochodzi. 

Ustanie przepływu genów między obiema populacjami może zachodzić stosunkowo szybko (tak dzieje się najczęściej) lub stopniowo i powoli. Z chwilą ustania przepływu genów między obiema populacjami procesy ewolucyjne w każdej z nich zachodzą w sposób niezależny od siebie i odmienny. Jest to następstwem m.in. różnego kształtowania się warunków abiotycznych (klimatycznych, glebowych) lub biotycznych (biologicznych) w środowisku właściwym dla każdej z populacji.

W miarę upływu czasu procesy ewolucyjne zachodzące niezależnie w obu populacjach prowadzą do pogłębienia różnic między nimi, wzmocnienia izolacji rozrodczej (braku możliwości krzyżowania) i w końcowym efekcie do powstania dwóch odrębnych gatunków. Najczęstszym czynnikiem rozdzielający populację pierwotną na dwie części jest obecność fizycznej bariery (góry, rzeki, pasma lądu lub wód), która wymusza ustanie przepływu genów między populacjami (nowy gatunek powstaje w innym miejscu niż gatunek pierwotny, oddzielony od niego barierą). To najlepiej udokumentowany rodzaj specjacji, nazywany specjacją allopatryczną (starogreckie; allos – inny, greckie; patrida – ojczyzna) (Ilustracja 5). 

Odrębną grupę sposobów powstawania gatunków stanowią rozpowszechnione przede wszystkim u roślin procesy poliploidyzacji i hybrydyzacji (patrz: ramka poniżej). Najczęściej dochodzi najpierw do hybrydyzacji. Pomimo bezpłodności lub ograniczonej płodności, wynikającej z tego, że chromosomy nie posiadają par (chromosomy pochodzące od różnych gatunków mają odmienna budowę i nie mogą tworzyć par), mieszańce mogą przetrwać rozmnażając się wegetatywnie (ramka poniżej). W którymś pokoleniu następuje poliploidyzacja, w wyniku której chromosomy znów występują w parach. Tak powstały nowy gatunek jest płodny, ale nie może krzyżować się z osobnikami gatunków, z których pierwotnie powstał.

Bardzo, bardzo dawno temu…

Ziemia powstała około 4,6 mld lat temu z obłoku materii, który dał także początek innym ciałom niebieskim należącym do naszego Układu Słonecznego. Splot wyjątkowych okoliczności (masa Słońca, odległość Ziemi od Słońca, średnica i masa Ziemi, skład chemiczny wierzchniej warstwy skorupy ziemskiej, parametry orbity Ziemi i wiele innych) spowodował, że na powierzchni naszej planety mogła utrzymać się woda w stanie ciekłym. A to – jak się uważa – było warunkiem koniecznym do powstania życia opartego o związki węgla i jego przetrwania przez kilka miliardów lat (Kump i inni 2007). Najstarsze ślady pierwotnych bezjądrowych organizmów jednokomórkowych (archeony, bakterie) są znajdowane w skałach zachodniej Australii  liczących około 3,5 mld lat, powstanie pierwszych organizmów jednokomórkowych z materii nieożywionej miało zapewne miejsce nieco wcześniej (Knoll i inni 2016). 

Jak widzimy życie istniało na Ziemi przez większą część jej historii. Jednak przez znaczną część tego okresu warunki na powierzchni planety i sama biosfera zupełnie nie przypominały dzisiejszych. Chcąc wybrać się na wycieczkę po ekosystemach w Archaiku (Ilustracja 6) musielibyśmy zaopatrzyć się w specjalną aparaturę z uwagi na praktycznie brak tlenu w pierwotnej atmosferze, która zapewne składała się głównie z N₂ (azotu) i CO₂ (Kump i inni 2007; Knoll i inni 2016). 

Powstanie atmosfery tlenowej (ok. 2,7 mld lat temu) niezbędnej do funkcjonowania biosfery w obecnej postaci zawdzięczamy jednokomórkowym sinicom przeprowadzającym fotosyntezę tlenową, czyli proces, w którym dwutlenek węgla i woda są z pomocą energii słonecznej przetwarzane na wykorzystywaną przez organizm glukozę i tlen. Jednak dopiero około 600 mln lat temu stężenie tlenu w atmosferze osiągnęło poziom zbliżony do dzisiejszego (21%), co zbiegło się w czasie z powstaniem i gwałtownym różnicowaniem się organizmów wielokomórkowych (eksplozja kambryjska), którego pozostałości odnajdujemy w materiale kopalnym (Kump i inni 2007). 

Mówiąc o zmianach bioróżnorodności w historii Ziemi skupimy się tak naprawdę na danych pochodzących z ostatniego eonu historii Ziemi zwanego Fanerozoikiem, obejmującego 541 mln lat (Ilustracja 6), bo w zapisie kopalnym pozostało niewiele pozostałości po organizmach wcześniejszych.

Wszystko płynie – biologiczne panta rhei

Powstawanie życia miało miejsce na powierzchni Ziemi prawie 4 mld lat temu. Od tego czasu na powierzchni planety zachodzi nieprzerwanie ewolucja biologiczna, której ważną cechą jest ciągła zmiana. Zmianie warunków biotycznych towarzyszą zmiany warunków abiotycznych, w tym klimatycznych. 

Warunki biotyczne i abiotyczne pozostają w stosunku wzajemnej zależności. Pamiętamy, że rozpowszechnienie fotosyntezy tlenowej sinic (element biotyczny) wpłynęło na wzrost stężenia tlenu w atmosferze i w wierzchniej warstwie oceanów (element abiotyczny), co z kolei umożliwiło gwałtowną ekspansję wielokomórkowych organizmów o metabolizmie opartym o oddychanie tlenowe (element biotyczny). 

Ciągła zmiana warunków abiotycznych i biotycznych na powierzchni Ziemi jest normą. Oznacza to, że procesy powstawania i znikania genów, zmian liczebności populacji, powstawania i ginięcia gatunków, a także zmian powiązań między gatunkami tworzącymi ekosystemy, zachodzą nieustannie we wzajemnej zależności od warunków klimatycznych i innych zjawisk przyrody nieożywionej. To, co niepokoi nas najbardziej w obecnych czasach, to gwałtowność tych zmian, ich globalny charakter, a także przyczyna (wynik  działalności człowieka) i potencjalny wpływ na przyszłe losy ludzkości.

Bioróżnorodność w fanerozoiku – raz pod wozem raz na wozie

Pozostałości po wymarłych organizmach odnajdywane w zapisie kopalnym pozwalają badaczom wyciągać wnioski o zmianach bioróżnorodności biosfery w okresie ostatnich 600 mln lat (ramka poniżej). Zauważono, że oprócz okresów, gdy liczba rodzajów utrzymywała się na zbliżonym poziomie, istniały i takie, w których malała ona gwałtownie (wielkie wymierania) lub szybko się zwiększała (Ilustracja 7). Badacze wyróżniają zwykle pięć wielkich wymierań, z których największe miało miejsce na przełomie permu i triasu około 252 mln lat temu, gdy, jak się szacuje, wyginęło 96% gatunków morskich i 70% gatunków kręgowców lądowych (Ilustracja 6) (Penn i inni 2018).

Wielkie wymierania miały swoją przyczynę w zjawiskach zachodzących na skalę planetarną. Przyczyn wymierania permskiego upatruje się zwykle we wzmożonej aktywności wulkanicznej na terenie dzisiejszej Syberii, w następstwie której doszło do emisji wielkich ilości CO₂ do atmosfery i pogłębienia efektu cieplarnianego, co skutkowało znacznym zwiększeniem temperatury wód oceanicznych (Kump i inni 2007). Mechanizm wymierania mógł polegać na pojawieniu się stref beztlenowych na wielkich połaciach oceanu w następstwie wzrostu tempa metabolizmu organizmów morskich (tempo metabolizmu silnie wzrasta z temperaturą otoczenia w pewnym zakresie temperatur) i spadku rozpuszczalności tlenu w wodzie (rozpuszczalność tlenu w wodzie spada z temperaturą) (patrz też Klimat dawnych epok: wielkie wymierania) (Penn i inni 2018). 

Do wielkich wymierań istotnie przyczyniły się też zderzenia Ziemi z planetoidami. Przyjmuje się, że ostatnie (nie licząc grożącego obecnie) wielkie wymieranie, które miało miejsce 65 mln lat temu na przełomie kredy i trzeciorzędu, zostało wywołane zderzeniem z planetoidą, o czym świadczy min. podwyższona zawartość irydu w warstwach geologicznych z tego okresu na całym globie (Alvarez i inni 1980). Do wymierania mogła też przyczynić się wzmożona aktywność wulkaniczna na Półwyspie Indyjskim będąca źródłem olbrzymiej emisji CO₂ do atmosfery i drastycznej zmiany klimatu (Oregon State University 2010). 

Dramatyczne zmniejszanie się bioróżnorodności w następstwie działalności ludzkiej zagraża nam bezpośrednio i nawiązuje do kataklizmów z dziejów Ziemi. W kolejnym artykule zajmiemy się przyczynami i mechanizmami obecnego kryzysu bioróżnorodności ze szczególnym uwzględnieniem roli zmiany klimatu. 

The post Bioróżnorodność w dziejach Ziemi: powstawanie i wymieranie gatunków appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Szymon Bujalski: Jak zmiana klimatu wpływa na sytuację lasów i drzew w Polsce?

Dr hab. Krzysztof Świerkosz, prof. UWr: To proste pytanie, na które strasznie trudno udzielić odpowiedź, bo wpływają na nią różne splątane ze sobą czynniki. W Polsce południowo-zachodniej, gdzie mieszkam i prowadzę większość badań, zmiana klimatu jest już widoczna w lasach i zadrzewieniach. Wiele drzew ginie, zamiera lub choruje. Widać to nawet z samochodu. Bardziej na północy i wschodzie Polski, gdzie uwilgotnienie jest jak na razie wyższe, efekty zmiany klimatu są słabsze.

Dlaczego te drzewa giną?

Związane jest to nie tylko z samym podniesieniem się średnich temperatur, ale i obciążeniami, jakie to za sobą niesie. Tym pierwszym i najbardziej poważnym są coraz bardziej przedłużające się okresy suche. Mimo że mamy czasem okresy wilgotniejsze, jak np. zeszła jesień, to jednak w skali roku od kilku lat mamy do czynienia z suszą – w stosunku do średniego zaopatrzenia w wodę w naszej strefie klimatycznej cały czas jesteśmy na minusie. Zaczęło się to w 2015 r., od długiej i gorącej, prawie trzymiesięcznej suszy letniej, która bezpośrednio spowodowała zamieranie wielu gatunków drzew (zarówno młodych, jak i starych), a przede wszystkim świerków. 

Rok później jej efekt pojawił się w całej pełni. W 2016 r. całymi dziesiątkami hektarów – i to w bardzo krótkim czasie – zamierały świerczyny w Sudetach. W takim tempie, że leśnicy nie nadążali z ich usuwaniem. To był moment, kiedy chyba po raz pierwszy bałem się chodzić po lesie.

Dlaczego?

Z powodu liczby drzew, które stały w różnych miejscach „na pniu” i groziły zawaleniem w każdym momencie. Zamierały nawet świerki, które były ukryte pojedynczo w drzewostanach liściastych, przez co powinny znacznie dłużej mieć zaopatrzenie w wodę i lepiej radzić sobie w takich warunkach. Gdy zaczęliśmy przyglądać się temu zjawisku, okazało się, że świerki zamierają nie tylko z przyczyn klimatycznych, ale że za zmianami klimatu podążają rozmaite patogeny. I to kolejny czynnik.

Dotyczy nie tylko świerków, ale większości drzew w Polsce południowo-zachodniej. Przede wszystkim jesionów, które od pięciu, sześciu lat bardzo cierpią z powodu choroby grzybowej o nazwie Hymenoscyphus fraxineus. Na to wszystko nakłada się osuszanie gleby i ekspansja opieńki miodowej [rodzaj grzyba – przyp. red.]. Tak więc jesion ginie na naszych oczach, tak samo jak w latach 90. wyginęły w dużej mierze stare, przepiękne wiązy.

Drugim bardzo ważnym zagrożonym gatunkiem jest sosna. Susze spowodowały, że nagle pojawił się problem, którego wcześniej w zasadzie nie było.

Problem w postaci…?

Podgatunku jemioły, która nazywa się jemiołą sosnową. Ona zawsze występowała w borach sosnowych, ale pasożytowała w taki sposób, że za bardzo tym drzewom nie szkodziła. Postępujące ocieplenie klimatu spowodowało jednak, że lubiąca ciepłe warunki jemioła przenosi się coraz dalej na północ i zaczyna bardziej zagrażać drzewom, zresztą nie tylko sosnom. Według oficjalnych danych leśnych w 2019 r. prawie 190 tys. ha sośnin zostało uznane za narażone na szkody od jemioły. To coś, co się wcześniej nie zdarzało.

Poza tym potężną ekspansję notują patogeny owadzie. Nagle objawiły się korniki ostrozębne i cetyńce, do tej pory uważane za lokalne szkodniki bez dużego znaczenia. A do tego doszła jeszcze choroba grzybowa wywołująca zamieranie pędów, też importowana. I ten zespół owadzio-grzybowo-roślinny atakuje sośniny w całej Polsce, przede wszystkim tam, gdzie zostały osłabione już wcześniej przez susze.

I co to wszystko oznacza?

Jak wynika z analizy prof. Marcina Dyderskiego z zespołem, którą opublikowano w Global Change Biology jeszcze w 1998 r., nawet przy scenariuszu najmniejszych emisji gazów cieplarnianych sosna praktycznie straci nisze siedliskowe w Polsce. Oczywiście nie tylko ona, bo tak samo nisze traci świerk, któremu być może uda się zachować ewentualnie w najwyższych pasmach górskich, traci je modrzew, u którego zauważyłem ostatnio oznaki obumierania, traci brzoza, w przypadku której giną już teraz nawet młode, 20-30-letnie okazy – i to w ciągu jednego roku. Chodzi więc o gatunki, które uważamy za pospolite i typowe dla polskiego krajobrazu. Ale oznaki wymierania można też dostrzec u olch, topoli osiki, dębów czy jaworów.

Nie jest przy tym tak, że wszystkie te  gatunki znikną z Polski w 100%. One się zachowają, tyle że w znacznie mniejszym zakresie i w miejscach, w których utrzymają się wystarczająco korzystne warunki wilgotnościowe. Warto jednak podkreślić, że cechą wspólną tych wszystkich chorób grzybowych jest to, że bardzo dobrze rozwijają się latem w ciepłych i suchych warunkach. Do tej pory większość z chorób była związana z mokrą, wilgotną wiosną.

Drzewa chorują, bo patogenom łatwiej się w tych ciepłych warunkach rozwijać czy drzewom trudniej bronić?

Prawdopodobnie jedno i drugie.

Co jeszcze zagraża polskim lasom?

Na pewno warto wspomnieć o braku pokrywy śnieżnej w zimie i będących tego efektem suchych wiosnach, które mamy teraz bardzo często. Obecnie wszystko zależne jest więc od opadów deszczu. Tyle że w lecie zamiast normalnych opadów, które odbudowują wody gruntowe, mamy coraz większe i częstsze opady nawalne, co zresztą też jest kolejnym problemem, bo wzmaga erozję na stokach i w dolinach cieków.

O kolejnym długo nie mówiono, ale to zaczyna się zmieniać. Od kilkudziesięciu lat tak naprawdę cały świat nawożony jest azotem atmosferycznym. I to są potężne ilości. Jeszcze w latach 90. ubiegłego wieku przeprowadzono badania na Śnieżniku i stwierdzono, że co roku na hektar niemal dziewiczych borów górnoreglowych dostawało się 40 kg czystego azotu. To dawka, którą w zasadzie można by nawozić pole. W tej chwili Unia Europejska na skutek różnych działań dość mocno ograniczyła emisje, ale nawet w zeszłym roku region południowo-zachodniej Polski otrzymał około 12,5 kg czystego azotu na hektar.

Skąd ten azot się bierze?

Z atmosfery. Jego głównym źródłem jest spalanie paliw kopalnych, a przede wszystkim transport lotniczy. Podczas spalania paliw lotniczych wytwarza się sporo tlenków azotu, które potem łączą się z wodą i spadają na ziemię.

Jakie są tego konsekwencje?

A to zależy od tego, gdzie spadną. Jeśli w miejsca, gdzie gleba jest kwaśna, to jeszcze bardziej ją zakwaszą. Ten azot nie będzie wchodził do ekosystemu, nie będzie przetwarzany przez rośliny, ponieważ brakuje do tego innych pierwiastków, przede wszystkim fosforu. Natomiast na glebach żyznych azot jest wychwytywany przez rośliny i przetwarzany na formę przyswajalną. Obserwujemy wówczas bardzo wiele negatywnych zjawisk, a lasy mocno ubożeją.

Dlaczego?

Na skutek ekspansji gatunków azotolubnych, takich jak pokrzywa zwyczajna, malina właściwa, różne gatunki jeżyn czy leśne trawy i turzyce. W efekcie gatunki bardziej wymagające pod względem siedliskowym czy słabiej znoszące konkurencję zanikają. To zanikanie powolne, stopniowe, ale stałe. I ma miejsce w całej Europie.

Co istotne, beneficjentami tych zmian są także gatunki obce – np. w Polsce południowo-zachodniej to przede wszystkim niecierpek drobnokwiatowy, który właściwie występuje już we wszystkich zbiorowiskach leśnych do 600 m nad poziomem morza. W rezultacie dochodzi do paradoksalnych sytuacji, gdy robiąc monitoring siedlisk leśnych czy naskalnych, musimy obniżać ocenę świetnie zachowanego zbiorowiska leśnego w środku rezerwatu, ponieważ jest już w nim bardzo dużo niecierpka.

Zresztą to tylko jeden z tych gatunków. Niedawne opracowanie wykonane pod przewodnictwem prof. Władysława Danielewicza mówi o 180 gatunkach inwazyjnych, które są obecne w lasach Polski, z czego blisko 40 ma silny potencjał inwazyjny. To m.in. robinia akacjowa, czeremcha amerykańska, klon jesionolistny, rdestowce, nawłocie, kolczurka klapowana…

Z tych wszystkich przyczyn jak szybko wymierać będą gatunki drzew w polskich lasach?

Tego nie wiemy. Wszystko zależy od warunków klimatycznych, w tym intensywności susz i kumulacji azotu. Przewidujemy, że obecne zmiany będą raczej postępowały, a susz będzie coraz więcej i będą coraz bardziej długotrwałe.

I w takim scenariuszu…

… Lasy będą nam stopniowo zamierać. Ale nie sposób powiedzieć, ile lat to potrwa.

Drzewa, które się utrzymają, będą musiały dostosować się do nowych warunków?

Jak najbardziej. Przede wszystkim będą musiały rosnąć niższe. Już nie będą to duże drzewa po 50 czy 40 metrów, jakie jeszcze teraz znajdujemy w naszych lasach, ponieważ zaopatrzenie w wodę stanie się o wiele trudniejsze. To zresztą zjawisko, które obejmuje lasy na całym świecie. Przybywa sytuacji, gdy las zamiera i już się nie odradza, a w jego miejsce pojawia się coś na kształt zbiorowiska zaroślowego z niskimi drzewami – zdecydowanie już nie wysokiego lasu. Takie sytuacje zaczęły się zdarzać także u nas i zapewne będzie ich coraz więcej, między innymi na skutek ekspansji gatunków azotolubnych oraz obcych. Gdy leśnicy wchodzą w miejsce, gdzie np. wymiera jesion i wycinają drzewa, w miejscu tym często pojawia się nawłoć, która zarasta im cały zrąb. I koniec, nie ma szans na samoistne odnowienie lasu. Nie wiadomo, co wtedy z tym zrobić, bo nawłoci tak łatwo się nie wypleni.

Czy na sytuację drzew w polskich lasach wpływa też utrata siedlisk i bioróżnorodności?

W ostatnich kilku latach poznaliśmy bardzo niepokojące wyniki badań dotyczących liczebności bezkręgowców – nie tylko w lasach, ale w ogóle w Europie Środkowej. W 2017 r. Niemcy opublikowali badania opierające się o 27 lat obserwacji na terenie kilkudziesięciu rezerwatów przyrody. Okazało się, że biomasa owadów spadła o ponad 70%. Czyli zostało zaledwie 30% owadów sprzed 30 lat. A przecież owady to podstawa piramidy troficznej – jeżeli ich nie ma, to nie będzie wszystkich innych gatunków, które owadami się żywią. Spada więc liczebność płazów, gadów, ptaków owadożernych, a w efekcie liczba gatunków od tychże zależnych. Jeśli w lesie jest mniej owadów zapylających, to oczywiście spada też efektywność zapylania roślin. Postawienie uli niczego tutaj nie rozwiąże. 

W zeszłym roku ukazały się wyniki kolejnej serii takich badań, które były przeprowadzane już bezpośrednio w lasach. Wykazały one podobne zależności – różnorodność gatunkowa spadła o ok. 40%, biomasa też. W ciągu ostatnich 40 lat w Europie liczebność ptaków lęgowych spadła o 600 milionów osobników (sic!), i to mimo realnych działań zmierzających do ich ochrony. To oznacza, że w lasach mamy bardzo poważne zmiany, które zachodzą pod płaszczykiem zieleni, jaką widzimy. Gdy człowiek wchodzi do lasu, to myśli, że wszystko jest ok, bo przecież jest zielono, są kwiaty, są jakieś rośliny, są zwierzęta. Ale tak nie jest.

Jedne rośliny wymrą, pojawią się inne. Gdzie tu problem?

Problem w tym, że obraz wysokich i szumiących lasów z kolorowym kobiercem wiosennych kwiatów, który mamy zachowany głęboko w naszych sercach i umysłach, odejdzie w niepamięć. Takich lasów za 50 lat prawie już nie będzie albo będą ukryte na niewielkich obszarach gdzieś w górskich dolinach, gdzie będą najlepsze warunki klimatyczne. Większość lasów zamieni się jednak w niskie formacje 15-, 20-metrowe. Może niższe…. Stanie się tak, bo drzewa będą musiały oszczędzać wodę w okresach suszy, gdyż każde pompowanie wody w górę to dla nich potężny wysiłek energetyczny. No i jak już wspomniałem – w miejscu, w którym rośnie dziś las, coraz częściej nie będą już odradzać się „prawdziwe” lasy, tylko zbiorowiska zastępcze z udziałem gatunków obcych i nieleśnych.

Czy w związku z tymi zmianami stracimy coś jeszcze poza „głęboko zachowanym obrazem lasów”, o którym pan wspomina?

Przepowiadam moim kolegom leśnikom – bo nie wszyscy myślą tak, jak ci z Puszczy Białowieskiej – że są prawdopodobnie przedostatnim pokoleniem, które produkuje w Polsce drewno. Jeśli nie będzie tych wysokich lasów, tych borów sosnowych, upraw na niżu, to konsekwencje tego będą przecież ogromne. Być może nie spowoduje to całkowitego upadku gospodarki leśnej, ale na pewno przynajmniej jej bardzo poważne ograniczenie. Służby leśne za jakiś czas zamiast produkcji drewna będą zaś zajmowały się przede wszystkim tym, żeby w ogóle las był. Jakikolwiek. Choć stanie się tak już raczej nie za mojego życia.

Jak naturalne są polskie lasy?

Duża część naszych systemów leśnych jest ukształtowana sztucznie. Według danych leśnych ok. 13% lasów w Polsce ma pochodzenie naturalne. Wydaje mi się, że to dobre oszacowanie. Cała reszta to w jakiś sposób lasy antropogeniczne – najczęściej bezpośrednio sadzone przez człowieka albo takie, które porosły grunty opuszczone po gospodarce rolnej. Takie lasy mogą mieć nawet 100 lat, ale cały czas widać, że kiedyś były pod nimi ziemie uprawne. Nie są to zatem lasy, które zregenerowały się do końca. Tych prawdziwych mamy więc bardzo mało.

Jednocześnie Lasy Państwowe często przywołują argument, że procent pokrycia powierzchni Polski lasami stale rośnie. Zaraz po wojnie było to 20,8%, w roku 1970 już 27%, a teraz mamy ponad 30%. Jak rozumieć te dane?

To zależy od tego, jak definiujemy las. Jeżeli nazywamy nim każdy teren zadrzewiony, który znajduje się w zagospodarowaniu przez Lasy Państwowe, to tak, lasów przybywa. Ale miejmy na uwadze, że są to głównie zalesione grunty porolne. Z punktu widzenia przyrodniczego to nie są żadne lasy. I tyle.

Jak rozumiem dotyczy to także sosny, z której oficjalnie składa się ponad połowa lasów w Polsce.

A nawet ponad 60%. O ile oczywiście możemy to nazwać lasami – z punktu widzenia przyrodniczego duża część tych borów sosnowych to tyczkowiny i jednogatunkowe monokultury, które spełniają funkcje ekosystemu leśnego w bardzo ograniczonym zakresie.

Czy możemy w takim razie powiedzieć, ile mamy tych prawdziwych lasów?

To wspomniane przeze mnie około 13% powierzchni lasów o charakterze naturalnym w samej powierzchni leśnej, czyli około 3% powierzchni Polski. Problem polega na tym, że na tych 3%, oczywiście poza obszarami chronionymi, prowadzi się taką gospodarkę jak w lasach gospodarczych. Tak naprawdę wszystkie konflikty pomiędzy przyrodnikami a leśnikami dotyczą skrajnie niewielkiej powierzchni leśnej o wysokich wartościach przyrodniczych.

Jak teraz w Puszczy Karpackiej, Bukowej, Knyszyńskiej czy wcześniej w części Puszczy Białowieskiej.

Dokładnie. Rozumiem, że istnieje coś takiego, jak gospodarka leśna czy produkcja leśna, że mnóstwo osób od niej zależy, że drewno jako surowiec jest nam potrzebne. Nie oznacza to jednak, że musimy wpuszczać harwestery do rodzimej puszczy.

To o tyle „zabawne”, że mówimy o naprawdę niewielkich fragmentach lasu. Gdyby leśnicy je odpuścili, prawdopodobnie nie mieliby żadnych konfliktów z przyrodnikami. Z powodu działań w Puszczy Białowieskiej czy Puszczy Karpackiej ściągnęli jednak na siebie kolejny problem, czyli lasy miejskie i środowiska lokalnych aktywistów, którzy zaczynają o nie walczyć. Z kilku tego typu konfliktów parę lat temu dziś zrobiło się ich już ponad 300, co można zobaczyć na stronie Lasy i Obywatele. I choć obszary te mają często niewielką wartość przyrodniczą, to jednak mają wysoką wartość społeczną. Dlatego jeśli ludzie chcą o nie walczyć, to niech walczą. Zwłaszcza że w dzisiejszych czasach każde drzewo jest cenne.

Jak przygotowywać lasy na trudniejsze warunki? Trzeba sadzić drzewa bardziej dostosowane do nowych realiów?

Na gospodarce leśnej i sadzeniu drzew się nie znam. Jako botanik, przyrodnik, który obserwuje te zmiany na bieżąco, nie widzę jednak możliwości wprowadzania nowych gatunków drzew, których w Polsce jeszcze nie ma, by lepiej znosiły te zmiany. Z prostej przyczyny: nie znamy jeszcze żadnych gatunków, które znoszą jednocześnie susze letnie oraz majowe przymrozki. Gatunki południowe raczej więc odpadają.

Wyraźnie widać jednak, że w Polsce najbardziej zagrożone są główne gatunki gospodarcze. O wiele mniej narażone są te, które do tego celu się nie nadają, takie jak grab, klon polny, lipa szerokolistna, topola biała. Po tych gatunkach na razie nie widać, by jakoś specjalnie chorowały i ciężej znosiły zmiany klimatyczne. Choć oczywiście to wszystko może się zmienić w ciągu dwóch, trzech lat. Wystarczy, że pojawi się jakiś patogen.

Czyli co robić?

Najlepiej polegać na tym, co podsuwa nam sama natura. To po części nasze rodzime gatunki, o których właśnie wspomniałem. Ale po części to niestety także gatunki obce, których po prostu już się nie pozbędziemy, takie jak robinia akacjowa, klony jesionolistne, dęby czerwone, czeremcha amerykańska. One już z nami zostaną.

Dlatego przyszłość polskich lasów widzę raczej jako takie mieszane ekosystemy leśno-zaroślowe z dużą ilością gatunków obcych. Coraz częściej będziemy mieć w nich raczej krzaki niż drzewa, będzie dużo powierzchni z bylinami (także tymi obcymi), a lasy staną się bardziej prześwietlone,. Będą także uboższe, pozbawione gatunków rzadkich, które są sercem ochrony przyrody, choć jakieś ekosystemy będą jednak stanowić. I nic z tym wszystkim już nie zrobimy.

Dlaczego?

Bo żeby coś z tym zrobić, musielibyśmy usuwać gatunki obce na ogromną skalę. Zresztą najlepiej świadczy o tym projekt nowego rozporządzenia ministerstwa o gatunkach obcych, w którym wielu gatunków inwazyjnych po prostu nie umieszczono, ponieważ wymagałoby to ich aktywnego usuwania. Żeby pozbyć się ich z naszego kraju, całe społeczeństwo polskie przez najbliższe dwa, trzy lata musiałoby zajmować się wyłącznie usuwaniem obcych gatunków roślin. A przecież nie tylko rośliny mamy inwazyjne, także zwierzęta – i to mnóstwo. Musielibyśmy wyłapywać więc aleksandretty obrożne, raki marmurkowe i pręgowane, szopy pracze, norki amerykańskie, jenoty… A co z organizmami , których praktycznie nie widać – inwazyjnymi obunogami, mszakami czy grzybami patogenicznymi? Takie są konsekwencje tego, że zrobiliśmy coś, czego nie było na kuli ziemskiej od dobrych 200 milionów lat.

Co pan ma na myśli?

Pangea to był ostatni moment, kiedy wszystkie kontynenty były połączone razem, a flory i fauny z obu półkul mogły się swobodnie mieszać na bardzo długiej granicy. Gdy superkontynent rozpadł się około 200 milionów lat temu, kontynenty powędrowały osobno, a niektóre z nich zaczęły się stykać miliony lat później. Ludzkość zrobiła więc coś niezwykłego, bo połączyła ze sobą florę i faunę tych wszystkich kontynentów. Robiliśmy to przez wody balastowe, przez to, co przenosimy na ubraniach, przez świadome i nieświadome przenoszenie gatunków użytkowych lub ozdobnych, przez zawlekanie zarodników grzybów, … Teraz musimy żyć z konsekwencjami tego faktu.

Podobnie jak musimy żyć z konsekwencjami spalania paliw kopalnych. Wycinanie drzew to problem także w tym kontekście.

Węgiel jest akumulowany nie tylko w pniach drzew (o których zwykle toczy się dyskusja), ale w całym ekosystemie leśnym. 50% węgla, a według niektórych badań do 60%, jest akumulowanych w glebie leśnej. Z punktu widzenia ochrony klimatu i różnorodności biologicznej, wycinanie drzew i wykorzystywanie ich do spalania to najlepsza droga do samobójstwa ludzkości. Pozbywamy się jednego z ważnych narzędzi, które pomogłoby nam usunąć przynajmniej część dwutlenku węgla z atmosfery. Zamiast wspomagać ten proces i zwiększać liczbę drzew – nieważne czy w lasach, miastach czy przy drogach – to my je wycinamy. Naprawdę to słowo „sapiens” do nas zupełnie nie pasuje. 

Jeszcze bardziej niż samo wycinanie irytuje mnie przekonywanie, że drzewa to rzekomo odnawialna energia – biomasa. To jedno z największych kłamstw, z jakimi się zetknąłem. Równie dobrze można by powiedzieć, że olej palmowy jest ekologiczny, a papierosy nie powodują raka.

Istotniejsze jest to, że gdy wycinamy drzewa, to nie pochłoną one kolejnych kilogramów dwutlenku węgla, czy uwolnią wszystko, co mają zgromadzone?

Jedno i drugie. Jest rozpowszechnione przekonanie, że należy wycinać stare drzewa, bo młode pochłaniają więcej dwutlenku węgla. To nadinterpretacja pewnej pracy naukowej, której chyba nikt z cytujących ją osób nie przeczytał. Ale ja do niej zajrzałem i okazało się, że za drzewostany młode uznano te mające do 140 lat. Daliśmy sobie wcisnąć kit, że stuletni drzewostan to starodrzew, tymczasem w literaturze fachowej to wciąż drzewa młode, nadal wykazujące intensywny wzrost.

Pamiętajmy też, że młode drzewa co prawda rosną szybko, ale też bardzo szybko zamierają wskutek naturalnej konkurencji o światło. A do tego w ramach gospodarki leśnej usuwamy je oraz zakumulowany w nich węgiel, również poprzez spalanie w lokalnej elektrowni czy elektrociepłowni. Więc to nie jest żadna akumulacja.

Natomiast jeśli zostawimy drzewo w lesie, to ono wówczas w krótkim obiegu węglowym bardzo długo utrzymuje węgiel, którego przynajmniej połowa zostaje w biomasie leśnej. W glebach oraz w organizmach zwierzęcych i roślinnych ten obieg węgla cały czas funkcjonuje, a tylko niewielka jego część wraca z powrotem do atmosfery. Dlatego powinniśmy pozwolić drzewom pochłaniać dwutlenek węgla z atmosfery, zamieniać go w drewno, upadać, gdy nadejdzie na to czas, a następnie dalej przetrzymywać ten węgiel w postaci leżących, wolno rozkładających się pni. To byłoby racjonalne z naszego punktu widzenia z perspektywy najbliższych 100 lat. Tyle że nie potrafimy się wyzwolić z perspektywy najbliższych wyborów do parlamentu. Ta krótkowzroczność i brak perspektywicznego myślenia to wielki problem ludzkości. W ten sposób przyczyniamy się do naszej zagłady na różne sposoby. Pozbywanie się drzew i wycinanie starych lasów to jeden z nich. I wcale nie najmniej istotny. 

Rozmawiał Szymon Bujalski

Dr hab. prof. UWr Krzysztof Świerkosz  – zatrudniony przez Wydział Nauk Biologicznych Uniwersytetu Wrocławskiego, Muzeum Przyrodnicze. Autor lub współautor ponad 300 publikacji naukowych i popularnonaukowych z zakresu szeroko pojętej geobotaniki oraz ochrony przyrody. Jego zainteresowania badawcze związane były ze zróżnicowaniem zbiorowisk roślinnych i ochroną flory oraz mykoflory w Polsce południowo-zachodniej, obecnie jednak skupia się na zmianach zachodzących w zbiorowiskach leśnych i naturalnych ekosystemach nieleśnych pod wpływem zmiany klimatu, inwazji biologicznych i zanieczyszczenia środowiska. Brał czynny udział w kształtowaniu sieci Natura 2000 na terenie Polski, w tym jako ekspert Ministerstwa Środowiska oraz Komisji Europejskiej na Seminariach Biogeograficznych w Darowej (2006) i w Warszawie (2010). Autor lub współautor ponad 30 planów ochrony i planów zadań ochronnych dla parków narodowych, krajobrazowych, rezerwatów przyrody i obszarów Natura 2000.

The post Polskie lasy wymierają. Ekspert: „Ich obraz zachowany głęboko w naszych sercach i umysłach, odejdzie w niepamięć” appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Morskie ekosystemy stoją obecnie w obliczu szeregu zagrożeń, w tym przełowienia, zakwaszania i zanieczyszczenia plastikiem, ale okresy ekstremalnych temperatur mogą powodować gwałtowne, znaczne zmiany ekologiczne prowadzące do utraty ekosystemów, lokalnego wymierania, zredukowanych połowów i zmian w sieciach pokarmowych. 

Głównym problemem jest to, że oceany znacznie ogrzały się w wyniku antropogenicznej zmiany klimatu, więc morskie fale gorąca stają się częstsze i najprawdopodobniej zintensyfikują się w najbliższych dekadach. Tak jak atmosferyczne fale upałów mogą niszczyć uprawy, lasy i [przetrzebić] populacje zwierząt, morskie fale gorąca mogą dewastować ekosystemy w oceanach.

– mówi dr Dan Smale, badacz w brytyjskim Marine Biological Association.

Według Davida Diaza z Hiszpańskiego Instytutu Oceanograficznego, morskie fale gorąca są wręcz „odpowiednikiem podmorskich pożarów, w których fauna i flora ginie tak jakby została spalona” (zobacz też: Skwar w oceanie, część 1: coraz dłuższe morskie fale gorąca).  

Badania pokazują, że morskie fale gorąca powodują m.in:

• zamieranie lasów wodorostów,
• bielenie raf koralowych,
• spadek ilości fitoplanktonu na powierzchni oceanów ze względu na zwiększoną stratyfikację (uwarstwienie) wody, 
• mniejszą produktywność biologiczną morskich ekosystemów,
• masową śmierć morskich bezkręgowców na skutek stresu cieplnego,
• gwałtowne, duże zmiany zasięgów gatunków roślin oraz zwierząt i związane z tym zmiany struktur morskich społeczności,
• nieodwracalne zmiany fizjologiczne w organizmach,
• zmiany w zachowaniu zwierząt.

Skutki fal gorąca mogą być do tego odczuwane przez morskie ekosystemy jeszcze wiele miesięcy, a nawet lat po zakończeniu tego zdarzenia (Frölicher i in., 2018, Oliver i in., 2018, Juza i in., 2022).

Blada przyszłość korala szlachetnego

Jednym z pierwszych zdarzeń, którego skutki dla morskich organizmów udokumentowano, była trwająca około miesiąca fala gorąca w 2003 r. w północno-zachodniej części Morza Śródziemnego. Temperatury wody przekraczały wtedy wieloletnią średnią o ok. 3°C. Doprowadziło to do masowego zamierania organizmów żyjących na dnie m. in. koralowców takich jak koral szlachetny czy Paramuricea clavata, tworzących siedliska będące domem około 10% śródziemnomorskich gatunków roślin i zwierząt. Badania przeprowadzone w 15 lat po tym wydarzeniu pokazały, że koralowce te nie zregenerowały się, prawdopodobnie także z powodu kolejnych fal upałów (w latach 2009, 2016 i 2018). Wręcz  przeciwnie – część kolonii znalazła się na skraju lokalnego wyginięcia. Cristina Linares, profesorka na Wydziale Biologii Uniwersytetu w Barcelonie wskazuje, że

podczas tych fal upałów warunki temperaturowe na badanych obszarach osiągnęły ekstremalne poziomy, które są niezgodne z wymaganiami życiowymi tych koralowców, co prawdopodobnie spowodowało nowe epizody wymierania zdziesiątkowanych populacji, uniemożliwiając [im] regenerację. 

Morska fala gorąca w 2022 r., podczas której temperatury wody już w czerwcu i lipcu były w niektórych miejscach wyższe od średnich o 6^oC na pewno będzie kolejnym zdarzeniem negatywnie wpływającym na te organizmy. 

Choć przyszłość niektórych gatunków koralowców z Morza Śródziemnego wygląda kiepsko, to naukowcy wskazują, że istnieją obszary, gdzie z powodu różnych czynników ekstremalne zdarzenia będą pojawiać się rzadziej. Ochrona tych miejsc pozwoliłaby stworzyć pewnego rodzaju azyle, gdzie koralowce mogłyby mieć większe szanse  na regenerację, a tym samym możliwe byłoby ich dłuższe przetrwanie (Frölicher i in., 2018, Gómez-Gras i in., 2021. Juza i in., 2022).  

Martwe rafy koralowe w tropikach

Podobnie mało optymistyczna przyszłość rysuje się przed koralowcami tworzącymi płytkowodne tropikalne rafy. Ich blaknięcie powodują kilkutygodniowe okresy (zazwyczaj 4-8 tygodni), gdy woda jest cieplejsza niż średnia temperatura powierzchni w lecie. Morskie fale gorąca bez wątpienia więc przyczyniają się do tych epizodów. Co więcej, ze względu na ich zwiększoną częstotliwość, do wybielania raf koralowych dochodzi obecnie statystycznie co 6 lat (w  latach 80. było to 25-30 lat), gdy tymczasem okres ich regeneracji przekracza 10 lat. Brak możliwości regeneracji oznacza w nadchodzących dekadach coraz większe pogarszanie stanu zdrowia raf koralowych, tym bardziej, że nawet koralowce, które nie straciły zooksantelli (nadających im kolor jednokomórkowych glonów, z którymi żyją w symbiozie) są osłabione w wyniku stresu cieplnego i podatne na choroby. 

Obecnie żywe koralowce zajmują połowę obszaru w porównaniu do lat 50. Eksperci zgadzają się co do tego, że rafy koralowe, które przetrwają do końca XXI w. będą jedynie w niewielkim stopniu przypominać te, które żyją obecnie. Punkt krytyczny raf koralowych został bowiem przekroczony już w latach 80. XX w., gdy stężenie CO₂ w atmosferze osiągnęło ok. 350 ppm. Wynika to z faktu, że odpowiedź oceanów na dany poziom skumulowanych emisji gazów cieplarnianych jest opóźniona o kilka dekad. Dopiero teraz widzimy więc skutki zmian, które zostały „zafiksowane” ponad 40 lat temu. 

Natychmiastowe zmniejszenie emisji ograniczyłoby jednak niszczenie części raf koralowych w długim terminie, tym bardziej, że  wpłynęłoby także na intensywność morskich fal gorąca. W przypadku raf na Oceanie Spokojnym pozytywne efekty widoczne byłyby już w pierwszej połowie tego wieku. (zobacz: Skwar w oceanie, część 1: coraz dłuższe morskie fale gorąca) (Ruthrof i in., 2018, raport Global Environment Outlook 6, 2019, raport IPCC „Oceany i kriosfera w zmieniającym sie klimacie”, 2019, Eddy i in., 2021).

Ginące  lasy wodorostów

Koralowce i wodorosty, to tak zwane gatunki tworzące siedliska: dzięki nim powstaje środowisko życia dla innych organizmów, którym dostarczają pożywienia i schronienia. Ich odporność na zmianę klimatu, w tym możliwość odtwarzania się, ma więc kluczowe znaczenie dla przetrwania przez ekosystemy morskie różnych zaburzeń w dłuższym terminie. Niestety obserwacje pokazują, że nie tylko koralowce źle znoszą morskie fale gorąca.

Fala gorąca na początku 2011 r. na zachodnim wybrzeżu Australii, gdy anomalie temperatury powierzchni wody osiągały w niektórych miejscach nawet 5°C, doprowadziła m.in. do  masowej śmierci ryb. Z upływem czasu ujawniały się jednak także inne konsekwencje tego zdarzenia. Jedną z nich było zniknięcie lasów wodorostów wzdłuż setek kilometrów wybrzeża od Kalbarri do Perth. 

Analiza przeprowadzona 2 lata później pokazała, że porośnięty przez nie obszar skurczył się o ok. 40%. Pojawienie się w 2011 r. w przybrzeżnych wodach tropikalnych ryb i bezkręgowców, zmodyfikowało skład gatunkowy lokalnych zgrupowań. Ograniczyło to możliwość odtworzenia tych lasów i zostały one zastąpione na części wybrzeża innego rodzaju siedliskiem. Śmierć morskich roślin podczas tej fali gorąca spowodowała także uwolnienie znacznej ilości węgla organicznego do atmosfery oraz zmiany w ekosystemach „rozlewające się” w górę łańcuchów pokarmowych (zobacz też: Skwar w oceanie, część 1: coraz dłuższe morskie fale gorąca) (Pearce i in., 2011, Pearce i Feng, 2013, Wernberg i in., 2016, raport IPCC „Oceany i kriosfera w zmieniającym się klimacie”, 2019, Viglione, 2021). 

Jedną z ofiar tych zmian stały się butlonosy indyjskie, których lokalna populacja skurczyła się o ok. 10%. Zmniejszyła się także liczba rodzących się młodych. Z powodu masowego ginięcia bezkręgowców i ryb, które utraciły swoje miejsca do życia, delfinom po prostu zaczęło brakować pożywienia. Choć delfiny mają wysokie zdolności adaptacyjne – wykazują wysoki stopień plastyczności zachowań – to nawet one mogą przystosować się do zmian tylko gdy są one powolne. Jednak morska fala gorąca to – z punktu widzenia ekosystemów – zjawisko gwałtowne. Niedożywienie było również powodem spadku liczby lęgów pingwinów małych (z dwóch do jednego rocznie) oraz słabej kondycji piskląt w kolonii zamieszkującej Wyspę Pingwinią, leżącą na zachodnim wybrzeżu Australii (Pearce i in., 2011, Wild i in., 2019).

Ofiary morskiego gorąca: ryby, ptaki, wieloryby…

Brak odpowiedniego pożywienia był także podstawową przyczyną wysokiej śmiertelności różnych gatunków zwierząt w przypadku rekordowej morskiej fali gorąca w 2014-2016 r. na wschodnim Pacyfiku (tzw. The Blob). W jej trakcie maksymalna anomalia temperatury powierzchni wody w stosunku do 1981-2010 osiągała lokalnie i czasowo ponad 6 stopni (np. zimą 2015/2016 w Zatoce Alaski). Interakcje pomiędzy ciepłym oceanem a atmosferą doprowadziły m.in. do stłumienia silnych wiatrów, co osłabiło wynoszenie na powierzchnię zimniejszych wód z głębin (zobacz też: Skwar w oceanie, część 1: coraz dłuższe morskie fale gorąca) (Cornwall, 2019 , raport IPCC „Oceany i kriosfera w zmieniającym się klimacie”, 2019).

Wysokie temperatury wody, a tym samym utrzymujące się jej uwarstwienie i brak dopływu składników odżywczych z głębin, spowodowały spadek biomasy fitoplanktonu (o związku wysokich temperatur z uwarstwieniem oceanu przeczytasz w tekście Coraz większe rozwarstwienie oceanu). Pociągnęło to za sobą zniknięcie części żywiących się nim gatunków zooplanktonu, będących z kolei pokarmem mniejszych ryb. W roku 2015 odnotowano m.in. najmniejszą liczebność  kryla w 18-letniej historii obserwacji. 

Jednocześnie wraz ze wzrostem temperatury wody zwiększa się tempo metabolizmu zwierząt zmiennocieplnych, w tym ryb, a tym samym ich zapotrzebowanie energetyczne. Szacuje się, że ocieplenie wody w Zatoce Alaski o 2°C zwiększyło potrzeby pokarmowe głównych gatunków żyjących tu ryb drapieżnych sumarycznie o ponad 60%. Dodatkowo skutki fali gorąca mogą być wzmacniane przez zakwaszanie wody i ubytek tlenu. Aby chronić się przed negatywnymi oddziaływaniami tych zjawisk zwierzęta potrzebują dodatkowej energii z pożywienia. Zwiększone żerowanie drapieżnych ryb doprowadziło w konsekwencji do dalszego przetrzebienia ławic mniejszych ryb, które i tak były w słabszej kondycji z powodu niedożywienia. Ta sytuacja odbiła się bardzo negatywnie na rybożernych ptakach i ssakach morskich. Z głodu zginęło m.in. około 1 mln nurzyków zwyczajnych (ok. 1 /5 ich populacji). Są to najbardziej powszechne rybożerne ptaki rozmnażające się na półkuli północnej. Choć na ogół świetnie sobie radzą, takie ekstremalne sytuacje jak The Blob pokazały, że także one mają wyraźne granice możliwości przetrwania (Cornwall, 2019 , Piatt i in., 2020).

To wymieranie nurzyków było bezprecedensowym wydarzeniem na skalę światową jeśli chodzi o wielkość, rozległość i czas trwania. Dla porównania: w wyniku wycieku ropy naftowej ze statku Exxon Valdez w 1989 r. u wybrzeży Alaski zginęło szacunkowo 300 000 – 645 000 ptaków  morskich (z czego 3/4 to były nurzyki zwyczajne). Oprócz nurzyków ofiarami The Bloba padły dziesiątki lub setki tysięcy innych ptaków takich jak maskonury złotoczube czy nurniczki ciemne a także setki do tysięcy młodych uchatek kalifornijskich i wiele kotików meksykańskich. 

Na plażach Alaski i Kolumbii Brytyjskie znaleziono 79 długopłetwców i płetwali zwyczajnych wyrzuconych na brzeg (rekordowa liczba w historii obserwacji). Letnia populacja długopłetwców była w tych regionach w 2018 r. ponad 50% mniejsza niż 2013 r., obserwowano „kościste”, zagłodzone wieloryby, a w  latach 2014–2018 praktycznie nie pojawiły się żadne młode w Zatoce Lodowców (Cornwall, 2019 , Piatt i in., 2020).  Julia Parrish, profesorka Uniwersytetu Waszyngtońskiego, podsumowuje: 

Wszystko to – także masowe  zgony nurniczków zwyczajnych i  maskonurów złotoczubych – pokazuje, że świat cieplejszych oceanów to bardzo inne środowisko i bardzo inne ekosystemy wybrzeży dla wielu morskich gatunków

Toksyczne glony

Sytuację zwierząt w czasie „The Bloba” pogorszył jeszcze największy w historii zakwit toksycznych gatunków okrzemek (Pseudo-nitzschia) od  Kalifornii aż do Alaski w 2015 r. Produkowane przez nie toksyny takie jak saksitoksyna i kwas domoikowy przedostają się do łańcucha pokarmowego i są często wykrywane w organizmach szczytowych drapieżników morskich. W 2015 r. odnotowano rekordową obecność kwasu domoikowego w ssakach morskich i owocach morza. Związek kumulował się w m.in. sardelach, będących głównym pożywieniem nurzyków zwyczajnych. Choć nie było to główną przyczyną ich wysokiej śmiertelności, to na pewno przyczyniło się do pogarszania ich stanu zdrowia. Mogło mieć to też wpływ na długopłetwce, które także żerowały na sardelach (Zobacz też: Urlop z sinicami) (Cavole i in., 2016 , raport IPCC „Oceany i kriosfera w zmieniającym się klimacie”, 2019, Piatt i in., 2020, Santora i in., 2020).

Wojna o homary

Wysokie stężenie kwasu domoikowego w owocach morza spowodowało m.in. zamknięcie łowisk krabów od Waszyngtonu do Kalifornii. Wynikające z tego straty gospodarcze wyniosły od roku 2015 do lutego 2016 ok. 48 mln dolarów. Również rybołówstwo dalekomorskie odczuło konsekwencje „Bloba”, np. w Zatoce Alaski i na Morzu Beringa spadła kondycja i -w przypadku niektórych gatunków- także liczebność ważnych gospodarczo ryb drapieżnych takich jak dorsze czy halibuty. 

Ogólnie szacuje się, że z powodu ocieplenia oceanów połowy ryb spadły między rokiem 1930 a 2010 o ok. 15-35% w zależności od regionu. Straty gospodarcze z tym związane mogą dodatkowo rosnąć w wyniku morskich fal gorąca. Na przykład straty w połowach sardeli peruwiańskiej mogą sięgnąć według prognoz 600 milionów dolarów rocznie w połowie XXI w.. Szacuje się, że obecnie każde pojedyncze zdarzenie tego typu powoduje globalnie straty bezpośrednie przekraczające 800 mln dolarów i pośrednie powyżej 3,1 mld dolarów rocznie przez kilka lat. Spory gospodarcze z tego wynikające mogą prowadzić nawet do wzrostu napięć między państwami – najbardziej znanym przykładem są konflikty między USA i Kanadą dotyczące połowów homarów (zobacz też film Lobster War) (Mills i in., 2013, Cavole i in., 2016, Piatt i in., 2020, Cheung i in., 2021, Smith i in., 2021).

Ocieplenie oceanów i morskie fale gorąca wpływają na liczebność, śmiertelność, wzrost i fenologię morskich organizmów. Według szacunków na każdy 1°C globalnego ocieplenia biomasa morskich organizmów spada o ok. 5%. Ponieważ poszczególne gatunki w różnym stopniu radzą sobie ze zmieniającymi się warunkami środowiskowymi, przekształcaniu ulegają całe lokalne ekosystemy (Lotze i in., 2019). 

Naukowcy oceniają, że przy ociepleniu o 2–3,5°C intensywność, częstotliwość, czas trwania oraz zasięg przestrzenny morskich fal gorąca spowoduje bezprecedensowe i nieodwracalne zmiany w funkcjonowaniu i stabilności morskich ekosystemów. Może to prowadzić do pustoszenia całych fragmentów oceanów, które będą tracić możliwość świadczenia usług ekosystemowych takich jak sekwestrowanie (wychwyt i składowanie) węgla organicznego czy dostarczanie pożywienia dla ludzi (Oliver i in., 2018, Free i in., 2019). 

Jak to może wyglądać można było się przekonać np.  podczas fali gorąca w Kanadzie w czerwcu i lipcu 2021 r. Kombinacja wysokich temperatur powietrza oraz wód przybrzeżnych doprowadziła do zdziesiątkowania morskich bezkręgowców w tym małży tworzących siedliska. Na samym wybrzeżu wyspy Vancouver zginęła tak ogromna liczba bezkręgowców, że odtworzenie populacji niektórych gatunków małży czy rozgwiazd może zająć nawet dekadę. Biorąc pod uwagę, że zarówno morskie jak i atmosferyczne fale gorąca stają się częstsze, rodzi to pytanie, czy jest w ogóle szansa by te ekosystemy kiedykolwiek wróciły do pierwotnego stanu. W Zatoce Alaski część populacji roślin i zwierząt nadal daleko jest od kondycji, którą miały przez Blobem, a w niektórych miejscach Zatoki ekosystemy już uległy trwałemu przekształceniu (Mills i in., 2013, Suryan i in., 2021, Weitzman i in., 2021, Gabriele i in., 2022). 

W związku z nasilającym się globalnym ociepleniem, fale morskich upałów robią się coraz częstsze i coraz bardziej dotkliwe. Warto przy tym pamiętać, że rzadko są jedynym obciążeniem dla poszczególnych ekosystemów. Często nakładają się na inne problemy, np. zanieczyszczenie, rabunkową gospodarkę człowieka, zakwaszenie oceanu. Współwystępowanie tych czynników może powodować, że ekosystem, który poradziłby sobie z jednym z nich, ulega jednak degradacji.

Anna Sierpińska, konsultacja merytoryczna: prof. Jan Marcin Węsławski

The post Skwar w oceanie, część 2: zamierające ekosystemy appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Stres cieplny u ludzi i zwierząt

Jak pokazał przegląd badań, ludzie zaczynają odczuwać stres cieplny przy temperaturze powyżej ok. 23°C w warunkach wysokiej wilgotności oraz ok. 27°C w niskiej (niebieska linia na rys. 2). Różnica ta wynika ze spadku wydajności mechanizmu chłodzenia organizmu za pomocą pocenia się, który przy wyższej wilgotności powietrza działa mniej efektywnie (patrz Mokry termometr a nasze przetrwanie). Przy bardzo wysokiej wilgotności do śmierci może prowadzić długotrwałe wystawienie na temperaturę powyżej 32°C, a przy niskiej – 45°C (czerwona linia na rys. 2). Wśród działań pozwalających na złagodzenie skutków rosnących temperatur autorzy wskazują m.in. lepsze projektowanie miast, obejmujące zwiększanie ilości terenów zielonych w miastach, zapewnianie cienia, dobrze izolowane budynki czy jasne kolory dachów i ścian budynków.

Zwierzęta gospodarskie, takie jak krowy i świnie, mają zbliżoną do ludzkiej strefę komfortu termicznego (niebieska linia ciągła na rys. 3), ale np. owce lepiej czują się w nieco niższych temperaturach. Do śmierci znacznej części ssaków hodowlanych może prowadzić długotrwałe wystawienie przy bardzo wysokiej wilgotności na temperaturę powyżej 32°C, a przy niskiej wilgotności 45°C (czerwona linia na rys. 3).

Stres cieplny powoduje, że zwierzęta wolniej rosną, spada ich produktywność (np. wydajność mleczna), pojawiają się problemy z rozmnażaniem. Można próbować łagodzić to poprzez m.in. chłodzenie powietrza w budynkach gospodarczych. Odpowiedni dobór genetyczny pozwala także wyhodować rasy bardziej odporne na wysokie temperatury. Za przykład może służyć rasa bydła zebu indyjskie, wyhodowana w tropikalnych rejonach południowej Azji i posiadająca szereg dostosowań ewolucyjnych do gorących warunków – jednym z nich jest krótka i gładka okrywa włosowa pozwala na wydajniejsze chłodzenie organizmu, innymi wydajniejsze gruczoły potowe i wolniejszy metabolizm (Hansen, 2004).

Podobnie pochodzące z Rumunii kurczaki Transylwańskie (w Polsce znane też jako gołoszyjki), pozbawione piór na karku, lepiej tolerują upały niż inne gatunki drobiu.

Jak zboża znoszą upały?

Rośliny uprawne, w zależności od gatunku, silnie różnią się preferencjami termicznymi i odpornością na upały. Rośliny chłodnych stref klimatycznych, jak pszenica, lepiej sobie radzą w niskich temperaturach, podczas gdy rośliny ciepłolubne, jak kukurydza czy sorgo, choć dość wrażliwe na mrozy, są w stanie tolerować wyższe temperatury (patrz rysunek 5). Poważne zagrożenie stanowią epizody ekstremalnie wysokich temperatur, ale do zamierania lub spadku plonów mogą prowadzić także przedłużające się okresy temperatur podwyższonych (rysunek 6).

W ramach adaptacji do rosnących temperatur można zmieniać uprawy na gatunki bardziej ciepłolubne czy poszukiwać nowych, bardziej tolerancyjnych na upały odmian. Można zmieniać daty zasiewów tak, aby najbardziej wrażliwy okres wzrostu nie pokrywał się z okresami najwyższych temperatur, a także nawadniać uprawy, co pozwala roślinom na lokalne obniżanie temperatury, nawet o kilka stopni, za pomocą mechanizmu transpiracji.

Konsekwencje dla istot żywych

W obecnych warunkach klimatycznych groźne dla życia fale upałów występują na 12% powierzchni lądów, zamieszkałych przez 35% ludzkości (Mora i in., 2017). W zależności od scenariusza emisji gazów cieplarnianych do 2100 roku tereny te rozszerzą się na 48-74% powierzchni lądów. W przypadku braku migracji byłyby to teren zamieszkałe przez 44-75% ludzi. Podobnego wzrostu zagrożenia możemy oczekiwać u zwierząt nie przebywających w klimatyzowanych pomieszczeniach, upraw i innych istot żywych.

Jak konkludują autorzy analizy:

Fale upałów często występują w regionach będących spichlerzami świata (…), co ma negatywny wpływ na światowe bezpieczeństwo żywnościowe. W przypadku zrealizowania scenariuszy wysokich emisji gazów cieplarnianych, w gęsto zaludnionych regionach rolniczych Azji Południowej – dorzeczach rzek Ganges i Indus, gdzie mieszka jedna piąta ludności świata – do końca XXI wieku będą występować częste groźne dla życia fale upałów i temperatury mokrego termometru przekraczające 35°C. (Już teraz) coraz częstsze fale upałów w Australii […] zbierają żniwo wśród ludzi, upraw oraz zwierząt dzikich i gospodarskich. Na przykład w 2018 r. dwudniowa fala upałów, z temperaturami powyżej 42°C, zabiła jedną trzecią populacji (23 000) gatunku nietoperza Pteropus conspicillatus, znanego jako nietoperz okularowy. Postępujące globalne ocieplenie będzie stopniowo stawało się zabójcze dla innych gatunków, jeśli nie będą one w stanie unikać upałów, migrować lub w inny sposób chronić się przed ekstremalnym lub przedłużającym się stresem cieplnym. Adaptacja genetyczna do zmieniającego się klimatu często wymaga wielu pokoleń. Dla wielu wyższych form życia dostępny czas jest zbyt krótki. Jeśli obecne trajektorie w kierunku tzw. Ziemi cieplarnianej będą kontynuowane, wiele istot żywych może poważnie ucierpieć lub nawet całkowicie zniknąć.

Marcin Popkiewicz na podst. The upper temperature thresholds of life

The post Kiedy ciepła pogoda staje się problemem? appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Autorzy artykułu pt. „Observed increasing water constraint on vegetation growth over the last three decades” (Obserwowane nasilenie ograniczenia wzrostu roślin związanego z dostępnością wody w ciągu ostatnich trzech dekad), opublikowanego w czasopiśmie Nature Communications (Jiao i in., 2021) przeanalizowali wpływ dostępności wody na wzrost roślin w okresie 1982–2015. W badaniach wykorzystano technologie satelitarne, które dostarczyły informacji o szeregu wskaźników opisujących kondycję roślin. W publikacji skupiono się na trzech z nich: znormalizowanym różnicowym wskaźniku wegetacji NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) oraz dwóch wskaźnikach dotyczących suszy: scPDSI (self-calibrating Palmer Drought Severity – samo-kalibrującym wskaźniku suszy Palmera) oraz SPEI (Standardized Precipitation Evapotranspiration Index – standaryzowanym klimatycznym bilansie wodnym informującym o różnicy pomiędzy opadem i parowaniem potencjalnym). Analiza objęła część półkuli północnej powyżej 30 równoleżnika.

Niedobór wody na południe od 50 równoleżnika, nadmiar na północ od niego

Analiza porównawcza pomiędzy wskaźnikiem kondycji roślin (NVDI), a wskaźnikami dotyczącymi suszy pokazała obszary, gdzie w ostatnich trzech dekadach dominował niedobór wody (czerwone – im intensywniejszy kolor tym niekorzystniej) lub jej nadmiar (niebieskie).

Na mapach na rys. 2 widać, że Polska znalazła się w większości w obszarze niedoborów wody. Mogliśmy to obserwować choćby w ostatnich latach, gdy na znacznym obszarze kraju co roku występowała susza rolnicza (zwana też glebową). Patrząc szerzej na półkulę północną obserwacje wskazują, że obszary niedoboru wody dominują pomiędzy 30°N a 50°N, czyli w regionach z klimatem umiarkowanym. Obszary nadmiaru wody występują z kolei na szerokościach powyżej 50°N – jednak na tych obszarach większa ilość wody nie zwiększa plonów, ponieważ występują tu inne czynniki limitujące: ilość promieniowania słonecznego i temperatury zimą.

Deficyt wody w sezonie wegetacyjnym

Dane pomiarowe wyraźnie wskazują na kurczenie się obszarów z nadmiarem wody i powiększanie się tych z niedoborem. Co więcej, powiększanie obszarów zagrożonych suszą następuje na przestrzeni całego okresu wegetacyjnego (kwiecień-październik).

Czasem zbyt mało wody, czasem zbyt dużo

Analiza danych z różnych okresów pokazuje obszary, które na zmianę (nie koniecznie regularnie) doświadczają zarówno niedoborów jak i nadmiarów wody. Najwięcej jest ich w okolicach równoleżnika 50°N, co widać na poniżej mapie.

W strefie tej znajduje się też Polska. W praktyce oznacza to możliwość naprzemiennego występowania okresów zbyt suchych i zbyt mokrych dla rozwoju roślin, co jeszcze bardziej utrudnia adaptację roślin do zmieniających się warunków termiczno-hydrologicznych będących efektem antropogenicznej zmiany klimatu. Przykład takiego przejścia od okresu względnie mokrego do suchego na terytorium Polski widzimy m.in. w okresie maj 2020 – czerwiec 2021 roku.

Kumulujące się konsekwencje kolejnych susz

Co więcej, coraz częstsze i intensywniejsze susze (SPEI03 poniżej wartości –1,28 i scPDSI poniżej wartości –1) powodują, że wskaźnik kondycji roślin (NVDI) ma coraz niższe wartości przy tej samej wartości wskaźnika suszy. Inaczej mówiąc: każda kolejna susza pogarsza warunki rozwoju roślin. Autorzy nie wyjaśniają przyczyn, bo nie jest to przedmiotem badań przedstawionych w publikacji, ale biorąc pod uwagę złożoność ekosystemów i sieć powiązań pomiędzy nimi, jest to zapewne w części spowodowane stopniową degradacją gleby w konsekwencji kolejnych susz, w tym zmianami składu gatunkowego mikroorganizmów w nich występujących. Sucha gleba jest bardziej narażona na erozję wietrzną i utratę składników odżywczych. Do tego dochodzą czynniki takie jak sposób uprawy ziemi, niewłaściwe stosowanie środków ochrony roślin i nawozów czy erozja wodna przy opadach nawalnych. W efekcie skutki każdej kolejnej suszy kumulują się, co niekorzystnie wpływa na rozwój roślin. Przy braku adekwatnych działań adaptacyjnych skutki suszy stają się coraz bardziej odczuwalne.

Większa ilość CO₂ nie pomaga

Oczekiwany przez niektórych bujniejszy rozwój roślin z powodu większego stężenia CO₂spowodowałby, że zależność pomiędzy wskaźnikiem kondycji roślin, a wskaźnikami opisującymi suszę byłby nieistotna lub niewielka. Jednak opisywane badania nie potwierdzają tej hipotezy. Przeciwnie, wskazują na coraz silniejszą zależność pomiędzy tymi wskaźnikami. Oznacza to, że potencjalny bujniejszy rozwój roślin wspomagany większą ilością CO₂ jest hamowany niewystarczającą ilością wody (oraz innymi czynnikami, jak np. wzrost stężenia troposferycznego O₃), które zgodnie z prawem minimum Liebiga stają się czynnikami limitującymi wzrost roślin w wielu regionach półkuli północnej.

Wpływ lokalnych warunków meteorologicznych

Ostatnim elementem badań było powiązanie zależności pomiędzy wskaźnikami NVDI i SPEI03 (lub scPDSI) ze wskaźnikami warunków meteorologicznych: temperaturą powietrza, opadami, promieniowaniem słonecznym i ilością CO₂ w atmosferze. Po przeanalizowaniu tych wszystkich danych autorzy pracy uzyskali informację, który z tych czterech wskaźników był dominującym czynnikiem wpływającym na rozwój roślin dla wcześniej wyznaczonych obszarów nadmiaru lub niedobory wody.

Wyniki wskazują, że dominującym czynnikiem wpływającym na rozwój roślin w obszarach o niedoborze wody wegetacyjnej było promieniowanie słoneczne (30% powierzchni) i opady (29% powierzchni), a w obszarach o nadmiarze wody wegetacyjnej dominujące były opady (30% powierzchni) i promieniowanie (27%). Oznacza to, że na prawie 60% powierzchni zarówno z nadmiarem jak i niedoborem wody, czynnikami najbardziej wpływającymi na rozwój roślin w okresie nadmiaru lub niedoboru wody są wielkość opadów i ilość promieniowania słonecznego, zaś temperatura i stężenie CO₂ w powietrzu mają mniejsze znaczenie – dominują w około 20% obszarów. Temperatura jest najważniejszym czynnikiem w obszarach, gdzie notuje się rosnącą częstotliwość ekstremalnie gorących dni, które powodują uszkodzenie komórek roślin, przez co w obszarach z nadmiarem wody w sezonie wegetacyjnym temperatura z czynnika stymulującego rozwój roślin staje się czynnikiem ich wzrost ograniczającym. Polska również znalazła się w obszarze, gdzie korelacja NDVI-SPEI03 jest zależna od opadów i promieniowania.

Susze szkodzą wzrostowi roślin, coraz bardziej

W podsumowaniu autorzy wskazują na wyraźną tendencję wzrostową wpływu ograniczonego dostępu do wody na rozwój roślin (stres wodny) na półkuli północnej w ostatnich 30 latach. Ponadto wraz z postępującym ociepleniem klimatu regiony z niedoborem wody będą obejmowały coraz większą powierzchnię lądów co spowoduje zmniejszenie absorpcji dwutlenku węgla przez roślinność w strefie pozatropikalnej, a co za tym idzie wzmocni w ten sposób sprzężenie zwrotne klimatyczno-węglowe.

Coraz większa wrażliwość roślin na suszę wraz z przewidywaną rosnącą częstotliwością i dotkliwością suszy oraz rosnącym ograniczeniem w dostępie do wody będę prawdopodobnie jednymi z głównych czynników powodujących zmianę lądowego pochłaniania dwutlenku węgla z tendencji wzrostowej do spadkowej, co jest kolejnym skutkiem postępującej antropogenicznej zmiany klimatu.

dr Sebastian Szklarek, autor bloga Świat Wody, ekohydrolog z Polskiej Akademii Nauk

The post Wzrost roślin jest hamowany przez niedobory i nadmiar wody appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

W 2010 roku w książce poświęconej edukacji ekologicznej stwierdziłem: „Nasza biosfera jest chora. Mamy planetę, która zachowuje się jak zainfekowany organizm. Każdy element biosfery ulega destrukcji i to coraz szybciej. Przez ostatnie 25 lat nie został opublikowany żaden naukowy artykuł, który by zaprzeczył temu twierdzeniu”. Dzisiaj nasza globalna sytuacja ekologiczna wygląda jeszcze dramatyczniej. Zastanawiamy się coraz częściej, czy utraciliśmy już kontrolę nad stanem klimatu i sytuacją środowiskową na Ziemi. Żywe organizmy na naszej planecie wymierają w zastraszającym tempie. Naukowcy używają dramatycznych terminów dla jego opisania, jak np. „szóste wielkie wymieranie” (Ceballos i in., 2015) czy „defaunacja” (Ripple i in., 2017).

Zmiana klimatu istotną przyczyną wielkiego wymierania

Jakie rodzaje naszej aktywności najbardziej przyczyniają się do drastycznego pogorszenia warunków życia dla większości gatunków na Ziemi? Ocena tego jest o tyle ważna, że wskazuje nam, co w pierwszej kolejności musimy zmienić, pragnąc zatrzymać jego wymieranie. W 2016 roku w artykule w Nature zaprezentowano wyniki badań naukowców z Uniwersytetu Queensland w Australii oraz z Międzynarodowej Unii Ochrony Przyrody, w których autorzy przyjrzeli się głównym przyczynom wymierania gatunków (Maxwell i in., 2016). Analizie poddano sytuację blisko 9 tysięcy gatunków zagrożonych bądź będących blisko zagrożenia wyginięciem. Są one odnotowywane w Czerwonej Księdze prowadzonej przez Międzynarodową Unię Ochrony Przyrody (IUCN). Jako kluczowy czynnik, tzw. big killer, będący zagrożeniem dla największej liczby gatunków naukowcy podają nadmierną eksploatację środowiska naturalnego, wymieniając tu polowania, połowy, zbieractwo oraz wyrąb lasów.

Na drugim miejscu znalazło się szeroko rozumiane rolnictwo. W tej kategorii autorzy wymieniają uprawę roślin (których duża część idzie na paszę oraz biopaliwa), hodowlę zwierząt, akwakultury i lasy gospodarcze. Na trzecim miejscu znalazła się urbanizacja. Kolejne miejsca zajęły gatunki inwazyjne i choroby, zanieczyszczenie środowiska, zmiany w ekosystemach i zmiana klimatu. Choć zmiana klimatu w tym opracowaniu zajęła dopiero siódme miejsce, to autorzy podkreślają, że jej wpływ rośnie najszybciej i wkrótce może znaleźć się ona wśród wiodących czynników przyczyniających się do utraty bioróżnorodności (Maxwell i in., 2016). W raporcie Międzyrządowej Platformy ds. Różnorodności Biologicznej i Usług Ekosystemowych (IPBES) pt. The Global Ecosystem Assessment z 2019 roku zmiana klimatu wylądowała już na trzecim miejscu wśród kluczowych czynników doprowadzających do wymierania. Wyprzedzają je tylko zmiany w użytkowaniu gruntów i wód morskich oraz bezpośrednie wykorzystywanie roślin i zwierząt.

Rośliny i długo, długo nic

Rośliny stanowią fundament życia na Ziemi, bez nich nie mogłaby istnieć większość innych form życia, w tym nasz gatunek. Dla wielu organizmów rośliny stanowią źródło pokarmu, są schronieniem i podstawowym komponentem kształtującym siedlisko. Ewolucja spowodowała ogromne zróżnicowanie form ich budowy oraz przystosowanie do różnorodnych warunków środowiskowych panujących na Ziemi.

Rośliny stanowią największą część biomasy. Kilka lat temu zespół naukowców przeanalizował literaturę światową w poszukiwaniu informacji na temat biomasy poszczególnych grup organizmów (Bar-On i in., 2018). Uczeni zdefiniowali biomasę jako zawartość węgla w organizmach żywych, co odzwierciedla masę cząsteczek zbudowanych ze związków organicznych, takich jak białka i DNA, z wykluczeniem wody. Całkowita biomasa planety wynosi około 550 miliardów ton węgla (GtC). Aż 80% całkowitej biomasy stanowią rośliny (450 GtC). Drugą grupą w tej skali stanowią bakterie – 70 GtC. Kolejna grupa to grzyby, na które przypada 12 GtC. Masa zwierząt to zaledwie 2 miliardy ton węgla (1%), z czego połowę stanowią stawonogi .

Rola zmian klimatu w kreowaniu szaty roślinnej Ziemi

Klimat w ogromnym stopniu warunkuje występowanie określonych gatunków na danym terenie. Wpływ zmian klimatycznych na roślinność stanowi przedmiot dużego zainteresowania, ponieważ roślinność, oprócz swego podstawowego znaczenia (proces fotosyntezy realizowany przez rośliny jest podstawowym źródłem energii i materii organicznej w niemal wszystkich typach ekosystemów), odgrywa również znaczącą rolę w funkcjonowaniu ekosystemów czy produkcji żywności.

W przeciwieństwie do innych grup organizmów, rośliny mogą przemieszczać się jedynie poprzez rozprzestrzenianie się pyłków, nasion, kłączy itp., co spowalnia migrację i sprawia, że rośliny nie są w stanie szybko reagować na zmiany klimatu. Będąc organizmami osiadłymi są niestety również bardzo podatne na efekty szybkich zmian środowiskowych (Gordo, Sanz 2010). Wszystkie dostępne dowody wskazują, że zmiana klimatu już ma i będzie miała w obecnym stuleciu ogromny wpływ na różnorodność roślin, zarówno na poziomie krajobrazu, jak i ekosystemu, a także zarówno na poziomie gatunkowym jak i liczebności populacji. Jest niemal pewne, że zmiany temperatury i wysokości opadów będą wraz z innymi czynnikami mieć wpływ na szereg procesów biologicznych oraz występowanie poszczególnych gatunków i stan ekosystemów (Heywood i in., 2009).

Większość szaty roślinnej na Ziemi zmieni się do końca wieku

W pracy poświęconej prognozowanym zmianom roślinności Ziemi w reakcji na globalne ocieplenie, wywołane emisją gazów cieplarnianych, przeanalizowano wyniki blisko 600 badań paleobotanicznych z całego świata (Nolan i in., 2018). Badacze prześledzili tempo i charakter przemian roślinności, jakie dokonały się w okresie od ostatniego zlodowacenia (21 tys. lat temu) po czasy współczesne, poprzedzające nadejście ery industrialnej (rok 1800), a więc w okresie o dobrze poznanym przebiegu zmian temperatury. Następnie wyniki te posłużyły do prognozowania tempa i skali przemian roślinności w przyszłości, w odpowiedzi na istniejące scenariusze emisji gazów cieplarnianych i związane z tym, przewidywane wzrosty temperatur.

Od czasu epoki lodowej temperatura na Ziemi wzrosła o 4–7°C. Tymczasem scenariusze zmian klimatycznych przewidują, że jeśli nie ograniczymy radykalnie emisji gazów cieplarnianych, w ciągu najbliższych 100–150 lat temperatura wzrośnie o 4–5°C, co oznacza zmianę klimatu równie dużą, jak ta która dokonała się od czasu epoki lodowej do końca ery preindustrialnej – tyle że wielokrotnie szybszą. Przy scenariuszu emisji RCP2.6 (około 490 ppm CO₂ do 2100 roku, po czym nastąpi spadek) roślinność na Ziemi może ulec zasadniczej przemianie. Prawdopodobieństwo dużych zmian w składzie gatunkowym większości zbiorowisk na Ziemi sięga blisko 50%, natomiast prawdopodobieństwo znacznych zmian strukturalnych jest bliskie 30%. Natomiast w scenariuszu biznes-jak-zwykle (RCP8.5 – około 1370 ppm CO₂ do 2100 roku) prawdopodobieństwo zmiany składu gatunkowego i struktury roślinności sięga w obu przypadkach ponad 60% (Nolan i in., 2018).

Zmiany w fenologii roślin w wyniku zmian klimatycznych

Istnieje coraz więcej dowodów potwierdzających wpływ zmiany klimatu na fenologię roślin (periodycznymi zjawiskami takimi jak kiełkowanie, kwitnienie, owocowanie, zrzucanie liści, zapadanie w sen zimowy itp. – tzw. pojawy), interakcje międzygatunkowe, a także zmiany występowania poszczególnych gatunków, które spowodowane są skutkami zmian klimatycznych, jakie miały miejsce w ciągu ostatniego półwiecza w różnych krajach.

Najbardziej powszechną reakcją roślin na zmiany klimatyczne są zmiany w okresie zawiązywania pąków, kwitnienia, owocowania, wybarwiania i zrzucania liści. Początek kwitnienia zależy od wysokości temperatury, dlatego przewiduje się, że wzrost temperatury o kilka stopni może mieć bardzo istotne znaczenie (Suonan i in. 2019). Widoczne są zmiany terminów pojawów fenologicznych z powodu wcześniejszego nadejścia wiosny i lata. Od 1990 roku sezony pylenia wydłużyły się o 20 dni, ponadto rośliny wytwarzają o 21% więcej pyłku. W głównej mierze odpowiada za to zmiana klimatu (Anderegg i in. 2021). W regionie śródziemnomorskim takie przesunięcia fenologiczne, czyli zmiany w okresie rozwijania liści, kwitnienia i owocowania, obserwowane są już od kilku dekad (Gordo i Sanz 2009).

Zmiany w sezonowych wydarzeniach będą się nasilały. Zauważono, że gatunki wcześniej kwitnące reagują szybciej niż gatunki później kwitnące. Istnieje zatem obawa, że w związku z tym czasowa asynchronia między gatunkami roślin pogorszy się wraz ze zmianą klimatu (Lee i in. 2020). Powyższe skutkować będzie pogłębiającymi się zaburzeniami funkcjonowania ekosystemów, w których te gatunki występują, np. niedopasowaniem cykli życiowych owadów i w efekcie brakiem zapylenia. Temperatura wydaje się mieć większy wpływ na przesunięcie fenologiczne niż inne czynniki klimatyczne, takie jak nasłonecznienie, mróz, czy topniejący śnieg (Ibáñez i in. 2010). Chociaż zmiany wielkości opadów i dostępności wody mogą powodować złożone zmiany fenologiczne oraz mogą mieć dalekosiężne konsekwencje dla funkcjonowania i struktury ekosystemów i biosfery (Prevéy 2020). Zakres zmian warunków klimatycznych może przekroczyć zdolność wielu gatunków do adaptacji, szczególnie przy postępującej fragmentacji krajobrazów, stanowiącej przeszkodę w migracji.

Rośliny są producentami, usytuowanymi na dole piramidy troficznej (to one przetwarzają związki nieorganiczne na organiczne, wykorzystywane następnie przez inne organizmy). Ich zmiana fenologiczna może wpływać na wyższe grupy taksonomiczne, takie jak zapylacze czy drapieżniki. W konsekwencji zmiany w fenologii roślin mogą powodować niedopasowania między gatunkami pozostającymi z nimi w określonych zależnościach. To zaś może skutkować fundamentalnym zaburzeniem struktury interakcji ekologicznych (Prevéy i in., 2020; Smithers i in. 2018).

Zmiana klimatu zmienia warunki środowiskowe (np. temperaturę i wilgotność), w których żyją gatunki roślin, i wpływa na ekosystem jako całość, zmieniając w ten sposób interakcje między poszczególnymi gatunkami. Innymi słowy, zmiany środowiskowe i fenologiczne spowodowane zmianą klimatu wpływają na zmianę siedliska i wywołują ekologiczne zaburzenia w funkcjonowaniu ekosystemu, określając w ten sposób czy gatunek dostosuje się i przetrwa. Badacze podkreślają, jak ważne jest przewidywanie zmian fenologicznych roślin, gdyż może to dostarczyć informacji o tym, w jaki sposób interakcje i struktura ekologiczna danego ekosystemu zmienią się w przyszłości (Lee i in. 2020).

Zmiany klimatu zagrażają licznym gatunkom

W analizie z 2018 roku przedstawiono różne scenariusze dla bioróżnorodności do końca wieku w zależności od efektów Porozumienia Paryskiego z 2015 r. (Warren i in., 2018). Przebadano 80 000 gatunków roślin, ssaków, ptaków, gadów i płazów w 33 najbardziej bogatych, dzikich częściach świata (miejsca priorytetowe). Analiza pokazała, że przy braku skutecznej polityki klimatycznej, przy wzroście temperatury globalnej o 4,5°C w stosunku do czasów przedprzemysłowych utraconych może zostać blisko 50% gatunków (Rys. 8).

Autorzy przyjrzeli się sytuacji w poszczególnych ekosystemach. W najbardziej narażonych na zmianę klimatu lasach Miombo w Afryce Południowej lokalnie może wyginąć nawet 90% płazów, 86% ptaków i 80% ssaków. W Amazonii możemy stracić 69% gatunków roślin. W południowo-zachodniej Australii lokalnie może wyginąć aż 89% płazów. Na Madagaskarze szacunki mówią o wyginięciu 60% wszystkich gatunków. Realizacja Porozumienia Paryskiego i ograniczenie wzrostu temperatury do 2°C oznaczać będzie zmniejszenie różnorodności o 25%. Zasmucającą konstatacją płynącą z rysunku 7 jest ograniczona możliwość adaptacji gatunków poprzez zmianę miejsca bytowania. Z jednej strony dla gatunków, które są zdolne do migracji na nowe tereny, ryzyko lokalnego wymierania szacowane jest w tym scenariuszu na zaledwie ok. 20%, jednak z drugiej strony gatunki niezdolne do szybkiej migracji mogą nie przetrwać nawet w tym (relatywnie) optymistycznym scenariuszu (Warren i in., 2018).

Pamiętajmy, że naukowcy uwzględnili tu jedynie zmiany temperatury. Nie brali pod uwagę innych zagrożeń towarzyszących ociepleniu klimatu, takich jak ekstremalne zjawiska pogodowe, czy rozpowszechnienie się chorób. Ich wpływ może znacząco nasilić masowe wymieranie roślin i zwierząt.

Wiele gatunków roślin, które nie są obecnie zagrożone i nie figurują w Czerwonych Księgach poszczególnych krajów, może na skutek następujących zmian klimatycznych trafić na listę gatunków zagrożonych. Innym gatunkom może natomiast grozić wyginięcie ze względu na brak odpowiednich nisz, do których będą mogły migrować.

Trzeba podkreślić, że wiele bazujących na modelowaniu numerycznym prognoz reakcji roślin na zmiany klimatyczne powstawało w oparciu o bardziej optymistyczne scenariusze. Te bardziej pesymistyczne dotąd pomijano, uznając za mało realistyczne. Autorzy „Unijnej Strategii na rzecz bioróżnorodności 2030” podkreślają, że mimo pilnego imperatywu moralnego, gospodarczego i środowiskowego i podejmowanych dotąd wysiłków, natura znajduje się w stanie kryzysu. O ile nie podejmiemy skutecznych działań – znacznie ambitniejszych niż dotychczas – stan ten będzie się szybko pogłębiał. Pięć głównych bezpośrednich przyczyn utraty bioróżnorodności – zmiany w użytkowaniu lądów i mórz, nadmierna eksploatacja, zmiana klimatu, zanieczyszczenie i inwazyjne gatunki obce – powodują, że przyroda szybko znika.

W ciągu ostatnich czterech dekad światowe populacje dzikiej fauny i flory w wyniku działalności człowieka spadły o 60%, a prawie trzy czwarte powierzchni Ziemi uległo zmianie. Doświadczamy kryzysu w skali całej planety, i jeśli zależy nam na utrzymaniu stabilnego ekosystemu ziemskiego, musimy zatrzymać i odwrócić te trendy (patrz To nie jest „tylko” kryzys klimatyczny. To kryzys planetarny).

Obserwowane zmiany w roślinności na Ziemi w najbliższych dekadach nie będą jednorodne. Ekosystemy na wysokich szerokościach geograficznych i zbiorowiska alpejskie są szczególnie wrażliwe na zmiany temperatury i opadów (Panchen i Gorelick, 2017). Mogą one działać jak wczesne systemy ostrzegania, a ich poznanie pozwoli nam lepiej zrozumieć konsekwencje zmian globalnych (Suonan i in., 2019). W Europie południowej, szczególnie zaś w rejonie Morza Śródziemnego, możemy spodziewać się poważnych zakłóceń stabilności ekosystemów i zastępowania ich nowymi układami gatunków. Wiele z nich, w tym obecnie rzadkich i zagrożonych, występujących w wysoko wyspecjalizowanych siedliskach, po prostu zniknie.

W Polsce możemy spodziewać się pośredniej skali oddziaływania zmian klimatu na florę. Obserwując jednak dynamicznie zmieniający się klimat także w naszej części świata, prawdopodobnym jest coraz większy wpływ globalnego ocieplenia na szatę roślinną Polski. W 2019 roku naukowcy z Polskiej Akademii Nauk wystosowali dramatyczny apel o uwzględnienie w planowaniu gospodarki leśnej przewidywanych zmian klimatu i związanych z nimi zmianami zasięgów geograficznych poszczególnych gatunków drzew. Jedną z prawdopodobnych konsekwencji obecnego kryzysu klimatycznego będzie zmiana zasięgów geograficznych gatunków drzew, nie tylko tych rzadkich, ale i dominujących w naszym krajobrazie. W ciągu kilkunastu, najdalej kilkudziesięciu lat w wyniku zmian klimatu z terenu Polski mogą zniknąć takie gatunki drzew jak sosna zwyczajna, świerk pospolity, modrzew europejski czy brzoza brodawkowata. Drzewa te stanowią główny składnik drzewostanów na blisko 75% ich powierzchni (PAN, 2019). To pociągnie za sobą zagładę dla setek gatunków roślin, grzybów i zwierząt. Dla świerków już teraz jest w naszym kraju za ciepło i za sucho.

Gdy przychodzi fala upałów, nakładająca się na stan suszy, pożary lasów osiągają niespotykaną skalę – w ostatnich latach w Grecji, Portugalii, Szwecji, Kalifornii, czy Australii. W zamożnych, dobrze zorganizowanych krajach giną dziesiątki ludzi. To, że w Polsce tragedia taka nas ominęła, było kwestią szczęścia. Jak przyjdzie wyjątkowo silna fala upałów połączona z suszą, u nas też będą masowo płonąć lasy i ginąć ludzie. To wyłącznie kwestia czasu. Susza osłabia też drzewa, które stają się bardziej podatne na szkodniki.

Dlaczego tak ważne jest to co dzieje się w świecie roślin w wyniku postępujących zmian klimatu? Możemy znaleźć całą listę argumentów ukazujących zależność naszego gatunku od roślin. Los ludzki i roślin są ze sobą ściśle sprzężone. Carl Sagan, amerykański astronom i popularyzator nauki, ujął to w następujących słowach (Sagan 2001):

Chcąc nie chcąc, my, ludzie, jesteśmy powiązani ze sobą oraz ze wszystkimi roślinami i zwierzętami na całym świecie. Nasze życia łączą się ze sobą. (…) Rośliny, zwierzęta, mikroby bardzo długo pracowały wspólnie. (…) Skłonność do współdziałania wykształciła się w procesie ewolucji. Organizmy, które nie współdziałały z innymi, umierały. Współdziałanie to nasza natura. Klucz do przeżycia.

Czy zatroszczymy się o nasz świat, powstrzymamy zmiany klimatu i uchronimy miliony gatunków, także rośliny, od zagłady? Wierzę, że tak.

Prof. Piotr Skubała

The post Co czeka świat roślin w obliczu zmiany klimatu? appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.