Растительный мир горных районов Европы меняется неожиданным для ученых образом

Фото из открытых источников

Европейские горные растения осваивают более теплые регионы, поскольку повышение температуры меняет видовой состав, а темпы этого процесса определяются местными условиями. Результаты нового исследования опубликованы в журнале Nature Ecology & Evolution.

На высоких горных вершинах Европы произрастают растительные сообщества, включающие множество видов с небольшим географическим ареалом. По мере потепления климата растения, произрастающие на более низких и мягких высотах, могут распространяться в эти холодные местообитания.

В результате этого сдвига экологи называют его термофилизацией: растения, предпочитающие тепло, становятся более распространенными, в то время как растения, предпочитающие холод, теряют свои позиции. Европейский анализ, охватывающий 21 год, показал, что эти изменения широко распространены, однако одних лишь локальных факторов потепления редко бывает достаточно, чтобы объяснить их темпы.

Группа исследователей проанализировала 724 постоянных участка на 53 вершинах в 14 европейских горных регионах. Эти участки принадлежали к Глобальной инициативе по наблюдению и исследованию альпийских экосистем (GLORIA), сети, которая отслеживает горную растительность в течение длительных периодов времени. В период с 2001 по 2022 год группы специалистов четырежды обследовали участки, фиксируя, какие виды растений присутствовали и какую площадь занимал каждый из них.

Они также измеряли температуру почвы вблизи участков, часто каждый час, и использовали общие данные о температуре воздуха для каждой вершины. Исследователи рассчитали 10 показателей температуры, охватывающих годовые условия, лето, зиму и июнь. Для классификации растений по признаку принадлежности к более теплым или более холодным условиям использовался обычный высотный диапазон произрастания каждого вида.

На всех участках в 63 процентах случаев наблюдалось увеличение доли растений, связанных с теплом. Еще 33 процента изменили направление в противоположную сторону, а 4 процента не показали изменений, что свидетельствует о широкой тенденции с сильными локальными различиями.

Большинство показателей температуры также повысились. В целом, тенденция изменения температуры воздуха составляла в среднем около 0,9 градуса по Фаренгейту (0,51 градуса по Цельсию) за десятилетие, в то время как тенденция изменения температуры вблизи поверхности земли составляла в среднем около 0,8 градуса по Фаренгейту (0,44 градуса по Цельсию) за десятилетие.

«Наши данные ясно показывают, что растительность на вершинах европейских гор меняется и что виды, связанные с теплом, становятся все более распространенными», — сказал ведущий автор исследования Йоханнес Хаушартер из Венского университета. «Однако, судя по всему, темпы этих изменений зависят не только от повышения температуры».

Когда команда сравнила изменения в состоянии растений с изменениями температуры на отдельных участках, большинство связей оказались слабыми. За те же 21 год после корректировки с учетом большого количества сравнений четкая взаимосвязь наблюдалась только между средней зимней температурой воздуха и минимальной зимней температурой воздуха, что является гарантией от ошибочного принятия случайных закономерностей за достоверные.

Связь улучшилась, когда анализ позволил растениям реагировать спустя несколько лет после изменения температуры. Четырехлетняя задержка позволила установить связи для восьми из десяти основных показателей температуры, но эти показатели по-прежнему объясняли лишь около четырех процентов различий между участками.

Даже самые лучшие модели температуры объясняли менее 10 процентов локальной изменчивости. Потепление имело значение, но одних только температурных данных было недостаточно, чтобы объяснить, почему один участок быстро изменился, в то время как соседний участок изменился очень незначительно.

«Реакция альпийской растительности на изменение климата зависит не только от того, насколько потеплеет, но и от того, присутствуют ли уже другие виды, связанные с повышением температуры», — отметил Штефан Дуллингер, руководитель проекта в Венском университете.

Наиболее убедительным местным признаком было наличие растений, способствующих поддержанию необходимого уровня тепла, уже произрастающих рядом с участком. Когда подходящие виды находились достаточно близко, чтобы обеспечить семена или другой растительный материал, наблюдаемое сообщество с большей вероятностью смещалось в сторону более теплых условий.

Модели, учитывающие близлежащие виды и условия грунта, объясняли примерно 37 процентов различий между участками. Наличие поблизости растений, обеспечивающих тепло, объясняет большую часть этого улучшения, гораздо больше, чем любой отдельный показатель температуры.

На участках с большим количеством камней и осыпей, то есть щебня на горных склонах, смещения происходили медленнее. Открытая почва не оказывала стабильного эффекта, возможно, потому что открытый грунт предоставляет пространство для растений, но при этом указывает на неблагоприятные условия для их роста.

Климатический сигнал стал более очевидным, когда команда усреднила результаты по целым горным регионам. В регионах, где потепление было более выраженным, как правило, наблюдались более значительные сдвиги в сторону растений, связанных с потеплением, хотя отдельные вершины следовали разным траекториям.

«Если обобщить данные в более крупном пространственном масштабе, становится ясно, что в горных хребтах, которые потеплели сильнее, вершинная растительность также демонстрирует в среднем больший сдвиг в сторону видов, связанных с потеплением», — сказал Хаушартер. «Иными словами, чем сильнее потепление, тем больше видов, связанных с этим потеплением, но каждая вершина термического цикла реагирует несколько по-разному».

Эта общая закономерность подтверждает, что глобальное потепление является главной движущей силой, но она не доказывает, что потепление вызвало все изменения на каждом участке. Виды животных, обитающие поблизости, скальный покров и другие местные условия влияли на то, что происходило на земле.

В анализе предпочтения относительно высоты над уровнем моря использовались в качестве практической замены температурных потребностей каждого вида.

Высота над уровнем моря также отражает другие условия, поэтому этот показатель не может учесть все причины, по которым растение произрастает именно в этом месте, хотя альтернативные расчеты дали схожие общие результаты.

Команда не смогла в полной мере учесть изменения снежного покрова, доступности воды и другие факторы окружающей среды.

Кроме того, четыре проведенных исследования представляли собой скорее моментальные снимки, чем непрерывные данные о растениях, и такой наблюдательный подход позволял выявлять закономерности без доказательства прямой причинно-следственной связи.

«Долгосрочные программы мониторинга предоставляют бесценную информацию для понимания альпийских экосистем и их растительности», — сказал Харальд Паули из Австрийской академии наук. «Для того, чтобы лучше прогнозировать будущее биоразнообразия в высокогорных районах Европы, мы должны продолжать эти программы, а также расширять их масштабы, чтобы можно было более точно оценивать различные, зачастую взаимосвязанные факторы».

Полученные результаты показывают, почему для прогнозирования состояния растений в горных районах недостаточно одной лишь температурной карты. Им также необходима информация о близлежащих видах, состоянии почвы, снеге, влажности, а также о времени, необходимом растениям для появления и укоренения.

Растительность на вершинах европейских гор смещается в сторону растений, предпочитающих более теплый климат, но эти изменения различаются от места к месту. Долгосрочный мониторинг может помочь исследователям понять, как изменение климата и местные условия формируют эти горные сообщества.