Восстанавливающиеся леса добывают питательные вещества из горных пород

Исследование измеряло химический состав и поток воды в ручьях на протяжении более 60 лет, чтобы понять, как вырубка лесов и кислотные дожди влияют на лесные и речные экосистемы. Автор: Джордан Джессоп.

В Белых горах Нью-Гэмпшира ручьи рассказывают историю о восстановлении лесов после кислотных дождей и вырубки. Согласно новому исследованию в Proceedings of the National Academy of Sciences, долгосрочная химия водосборных бассейнов показывает, что восстанавливающиеся леса добывают питательные вещества из горных пород. Хотя это приводит к улучшению pH в близлежащих ручьях, это также истощает почвы, делая леса менее устойчивыми к будущему загрязнению.

Исследовательская группа проанализировала более 60 лет данных из экспериментального леса Хаббард-Брук, созданного Лесной службой США в 1950-х годах для экологических и гидрологических исследований. Как и большая часть северо-востока США, лес сильно пострадал от кислотных дождей до принятия поправок к Закону о чистом воздухе 1990 года.

Исследователи обнаружили неожиданный результат: с 1987 года ручей в вырубленном водосборном бассейне был значительно менее кислым, чем в соседних контрольных участках, несмотря на одинаковое воздействие кислотных дождей.

«Ручей в вырубленном водосборном бассейне экспортировал значительно больше кремния и кальция, чем его соседи. Эти восстанавливающиеся леса со временем выделяли больше кальция и кремния, чем водосборный бассейн, обработанный более 45 тоннами гранулированного силиката кальция», — объясняет ведущий автор Эмили Бернхардт из Университета Дьюка.

Вид с воздуха на исследуемые водосборные бассейны в экспериментальном лесу Хаббард-Брук вскоре после сплошной вырубки водосборного бассейна 5 (слева) в 1983–1984 годах. Автор: Архив фотографий Хаббард-Брук

Усиленная добыча минералов: хорошо для ручьев, плохо для почв

Леса, восстанавливающиеся в истощенных питательными веществами вырубленных районах, использовали свои корни для добычи минералов с неожиданной скоростью.

«И заготовка древесины, и кислотные дожди удалили большое количество питательных веществ из экосистем. В местах, где происходило и то, и другое, восстанавливающиеся деревья голодают по питательным веществам и инвестируют рост под землей, чтобы строить корни и питать микробы, которые могут извлекать необходимые питательные вещества из подстилающих горных пород», — говорит Бернхардт.

Когда корни деревьев «добывают» апатитовые минералы для фосфора, они также высвобождают менее ограничивающие питательные вещества, такие как кальций и силикат, которые смываются в близлежащие ручьи. Это улучшает pH ручьев, но снижает плодородие почв.

«Потеря этих питательных веществ означает, что эти экосистемы чрезвычайно уязвимы для любого нового поступления кислоты от сжигания ископаемого топлива или будущих вырубок», — говорит соавтор Чарльз Дрисколл из Сиракузского университета.

Исследователь Института Кэри Тэмми Вустер берет пробу из ручья зимой. Автор: Крис Соломон / Институт экосистемных исследований Кэри

Клены заменяются буком

С момента вырубки в 1980-х годах в водосборном бассейне произошел серьезный сдвиг в видах деревьев: резко сократилось количество сахарного клена и доминирующим стал американский бук — вид, хорошо приспособленный к добыче минералов.

«Лес, который восстанавливается в вырубленном водосборном бассейне, не такой, как лес, который был там ранее. Сахарный клен, в частности, с трудом восстанавливается в бедных питательными веществами почвах и в значительной степени заменен буком, который уязвим для болезней листьев и коры бука», — отмечает Бернхардт.

Потери сахарного клена могут сильно ощущаться в таких местах, как Нью-Гэмпшир, где производство кленового сиропа является важной частью культуры и экономики.

Исследователь Лесной службы США Эми Бейли с частью более чем 60-летней коллекции проб воды, собранных и проанализированных в рамках исследования. Автор: Джо Клементович / Фонд Хаббард-Брук

Результаты, ставшие возможными благодаря долгосрочному мониторингу

Долгосрочные исследования лесов и водосборных бассейнов, подобные Хаббард-Брук, необходимы для понимания того, как экологические стрессоры — такие как кислотные дожди, обезлесение и сдвиги видов — развиваются в течение десятилетий и влияют на здоровье лесов и пресных вод.

«Роль растительности в высвобождении питательных веществ из горных пород хорошо известна, но необычно иметь достаточно длительную запись данных, чтобы наблюдать эти процессы в действии», — говорит соавтор Крис Соломон из Института экосистемных исследований Кэри.

Результаты этого уникального долгосрочного исследования показывают, что в регионах мира, пострадавших от кислотных дождей, долгосрочное наследие обезлесения делает восстанавливающиеся леса все более уязвимыми к будущему закислению.