Когда средиземноморское растительное разнообразие выигрывает от лесных пожаров
Летом по телевидению и в газетах часто показывают впечатляющие виды лесных пожаров в средиземноморских лесах. Эти пожары обычно воспринимаются как угроза для людей, их домов и имущества. Однако что, если лесные пожары необходимы для поддержания здоровья некоторых лесных растений? Может быть, некоторые растения даже нуждаются в лесных пожарах? Ученые изучили этот странный вопрос, исследуя типы и количество видов растений, которые появляются после лесных пожаров. Результаты оказались удивительными. Наибольшее биоразнообразие цветущих растений в лесу было обнаружено сразу после лесного пожара. Чем старше лес, тем больше растет деревьев, которые мешают выживать более мелким растениям. Деревья могут препятствовать росту цветковых растений из-за конкуренции за ресурсы, включая свет, воду и питательные вещества. Эти результаты позволяют найти решения, которые позволят лесам сохранить высокий уровень биоразнообразия растений и при этом защитить людей от угрозы лесных пожаров.
Могут ли лесные пожары быть полезными?
Представьте себе, что вы идете летом по холмистому средиземноморскому лесу, окруженному долинами с виноградниками. Внезапно появляется пламя, которое быстро распространяется и уничтожает все на своем пути! Пожарные пытаются потушить пламя. Леса такого типа встречаются в Средиземноморье во Франции, Испании, Португалии, Греции, Израиле, Калифорнии, Чили и Австралии. Эти регионы имеют схожий климат и растительность и характеризуются жарким, сухим летом, которое часто способствует возникновению лесных пожаров. Лесные пожары представляют собой известную угрозу для людей, их имущества и домов. Кроме того, эти пожары могут приводить к выбросу парниковых газов и загрязняющих атмосферу частиц сажи.
Но что, если такое горение полезно и для лесов? Возможно ли, чтобы леса нуждались в лесных пожарах? Сегодня лесные пожары, как правило, возникают по вине человека, либо случайно, либо в результате преступных действий. Но на протяжении миллионов лет, задолго до появления первых людей, лесные пожары возникали от удара молнии [ 1 ]. В отличие от многих животных, растения не могут спастись от пламени лесных пожаров. Если лесные пожары уничтожают все на своем пути, оставляют ли они после себя безжизненный, пустынный пейзаж? Будут ли растения снова цвести и вырастут ли деревья? Сможет ли лесная экосистема восстановиться после пожара? Ученые ответили на эти вопросы, изучив, как средиземноморская растительность восстанавливается после лесных пожаров.
Изучение реакции леса на лесной пожар
Наблюдение за сгоревшим лесом до тех пор, пока не появятся высокие старые деревья, требует много времени - процесс восстановления занимает не менее 100 лет. Решением проблемы является изучение лесов, которые сгорели в разные даты и, следовательно, находятся на разных стадиях после последнего пожара - некоторые молодые, некоторые среднего возраста, а некоторые более старые [ 2 ].
Чтобы оценить количество видов растений (так называемое богатство) в лесном подлеске и их обилие (что в совокупности называется биоразнообразием), ученые установили большие рамки на определенных участках лесной подстилки (рис. 1A). Затем они определили и отметили растения, присутствующие в рамках (рис. 1B,C). Вернувшись в лабораторию, они перенесли список видов и их численность в компьютер, чтобы произвести сложные расчеты биоразнообразия (рис. 1D).
Чтобы узнать возраст лесов, ученые использовали два метода (рис. 2). Если лесной пожар произошел после 1970 года, ученые искали его дату в публичных записях. Если пожар случился до 1970 года, ученые измеряли возраст самых старых алеппских сосен [ 3 ]. Поскольку большинство этих сосен начали расти после лесного пожара, подсчет древесных колец этих сосен можно было использовать для определения даты лесного пожара ([ 4 ]; рис. 2). Как уже говорилось, леса долго восстанавливаются после лесных пожаров. Высоким деревьям требуется более 100 лет для созревания. Восстановление леса происходит в несколько этапов (Рисунок 3).
Ранние этапы: От 0 до 20 лет после лесного пожара
Сразу после лесного пожара большинство растений сгорает или выжигается, а земля покрывается углем и пеплом. Выживают лишь немногие высокие деревья, обычно только те, которые находятся на краях пожара. Спустя 1-2 года мы можем наблюдать множество видов трав, цветущих растений и кустарников. Видов гораздо больше, чем до пожара! Как пожар может привести к такому большому видовому богатству?
На самом деле лесные пожары не подавляют растения. Под землей находится множество семян, корней, стеблей и луковиц, которые были защищены от жара пожара благодаря изоляционным свойствам почвы. Эти спящие растения выигрывают от гибели деревьев, которые раньше задерживали свет, необходимый для роста маленьких растений. Растущим растениям больше не нужно конкурировать с деревьями за первый дождь, который выпадает после пожара, и они также получают пользу от пепла, который содержит много питательных веществ. Благодаря удалению древесного полога на землю попадает больше света, и растения могут прорастать, расти и обильно цвести. Таким образом, в молодом лесу можно собрать наибольшее количество ресурсов, что обеспечивает наибольшее видовое богатство растений.
На ранних этапах после лесного пожара мы находили небольшие растения, такие как тимьян, розмарин, цистус, эуфорбии и орхидеи, а также саженцы алеппских сосен, смешанные с травами. Эти саженцы выросли из семян, выпущенных алеппскими соснами, которые выжили на краях лесных пожаров. Через 15 лет алеппские сосны вырастут выше среднего человеческого роста. Другие деревья и кустарники, такие как дубы, клены, вишни Сент-Люси и фисташки, производят энергичные новые стебли из обгоревших пней в процессе, который называется прорастанием.
Средняя стадия: 20-80 лет после лесного пожара
Через 30 лет в подлеске преобладают сосны. Некоторые сосны высотой с дом, и их пологи забирают большую часть солнечного света. Под землей корни алеппских сосен забирают так много воды и питательных веществ, что другим растениям трудно выжить - конкуренция со стороны деревьев слишком сильна для многих растений подлеска. Выживают самые конкурентоспособные растения, а остальные погибают.
Под пологом сосен мы обнаружили два вида дубов: белый дуб (который теряет листья каждую осень) и остролистный дуб (вечнозеленый). Эти дубы остались меньше сосен, хотя они сразу же выросли из обгоревших пней или деревьев. Они растут медленно, потому что находятся в тени сосен и поэтому получают меньше света.
Поздние стадии: Через 80-130 лет после лесного пожара
История дуба и сосны похожа на историю черепахи и зайца. Сосна похожа на зайца, потому что быстро растет и доминирует на ранних стадиях развития леса. Дуб похож на черепаху, ему требуется время для роста, но в конце концов он берет верх. Алеппские сосны живут недолго, часто из-за грибков, которые гниют их стволы. По мере того как сосны умирают, конкуренция со стороны дубов уменьшается. В конечном итоге дубы занимают доминирующее положение под пологом леса примерно через 100 лет после лесного пожара.
Листва дубов, особенно остролистных, напоминает зонтик, который забирает большую часть света и создает темную тень, препятствующую росту сосен. Кроме того, у дубов эффективная корневая система, которая хорошо находит воду даже в засуху. Конкуренция с дубами слишком велика для большинства растений подлеска - на этом этапе в подлеске может расти лишь несколько видов. Таким образом, в старых дубовых лесах количество видов растений самое низкое. Интересно, что большинство растений, растущих в подлеске поздних лесов, присутствовали и на ранних стадиях. Исчезнувшие растения все еще присутствуют под почвой в виде семян, луковиц, корней и стеблей. Эти растения ждут нового лесного пожара, чтобы прорасти и вырасти.
Как мы можем помочь лесам оставаться диверсифицированными?
Итак, мы убедились, что лесные пожары позволяют многим растениям прорастать или расти - растениям, которые в старых лесах подавлены или вытеснены. Таким образом, лесные пожары в средиземноморских лесах полезны для видового богатства и роста растений. Но лесные пожары также опасны для людей, их домов и имущества. Как же сбалансировать необходимость защиты людей с необходимостью сохранения биоразнообразия лесов и связанных с ним преимуществ? Например, лесные пожары благоприятствуют насекомым-опылителям, таким как пчелы [ 5 ], благодаря видовому богатству цветущих растений через несколько лет после пожара. Одно из решений может заключаться в том, чтобы позволить лесным пожарам распространяться спонтанно в районах, где нет людей и где горение может способствовать биоразнообразию леса.
Помните, что пожар - это естественный процесс в пожароопасных экосистемах, например в средиземноморских климатических регионах по всему миру. Виды и экосистемы эволюционировали вместе с пожарами, и многие виды демонстрируют черты, позволяющие им справляться с пожарами, например деревья, которые рано размножаются; методы защиты семян и стеблей от огня, например толстая кора и способность прорастать из пней или корней, или быстрый рост сразу после пожара [ 6 ]. На уровне экосистемы для сохранения биоразнообразия необходима разумная частота пожаров. Если пожары будут слишком редкими, биоразнообразие снизится; если же пожары будут слишком частыми, растения могут не восстановиться.
В поздних лесах есть несколько редких растений, мхов, грибов и животных, которых нет в ранних стадиях леса. Это биоразнообразие в поздних лесах остается малоизученным, поскольку поздние средиземноморские леса встречаются редко. Похоже, что в какой-то степени старые леса также вносят свой вклад в биоразнообразие, поскольку в них существуют особые условия, важные для редких видов и, в конечном итоге, важные для окружающей среды [ 7 ]. Поэтому нам нужны все типы лесов - от молодых и биологически разнообразных лесов, появившихся в результате лесных пожаров и других естественных нарушений, до старых лесов с ограниченным, но уникальным биоразнообразием. Самые здоровые ландшафты сбалансированы и содержат все типы экосистем. Польза от лесных пожаров для лесов должна быть сбалансирована с их риском для людей. Баланс между преимуществами и угрозами может помочь нам сохранить все виды в лесном ландшафте, включая человека.
