Nie było nas, był las. W naszym klimacie ekosystemy leśne są końcowym etapem sukcesji ekologicznej – to znaczy, że jeżeli pozostawimy dany teren bez ingerencji człowieka, to prędzej czy później powstanie tam las. I będzie się zmieniać. Bo, jak mówią biolodzy, jedyną stałą cechą lasu jest jego zmiana. Łatwo zgadnąć, że jej głównym motorem jest obecnie ocieplenie klimatu. Pierwszy raz jednak naukowcy porównali, jak wpływa ono na skład gatunkowy roślin różnych typów ekosystemów.
Wyniki międzynarodowych badań, których współautorem jest prof. dr hab. inż. Bogdan Jaroszewicz z Białowieskiej Stacji Geobotanicznej Wydziału Biologii Uniwersytetu Warszawskiego, wykazały, że tempo zmian w europejskich lasach, ale także na łąkach i szczytach górskich, nie nadąża za ociepleniem klimatu. Po raz pierwszy biolodzy ustalili też, że istnieją znaczące różnice w reakcji roślinności poszczególnych typów ekosystemów.
Spis powszechny wczoraj i dziś
Globalne zmiany znacząco wpływają na bioróżnorodność, modyfikują zasięgi występowania wielu gatunków i typów ekosystemów, w miarę jak rośliny podążają za swoimi wymaganiami temperaturowymi.
Publikacja w Nature skupia się na zjawisku termofilizacji, czyli stopniowym zastępowaniu gatunków roślin przystosowanych do chłodnego klimatu przez gatunki ciepłolubne. Naukowcy badali zmiany wywoływane przez ocieplenie klimatu w europejskich lasach, na łąkach i szczytach górskich.
– Nasze badanie było oparte na spisach roślinności wykonanych czasami nawet 70 lat temu, a następnie powtórzeniu tych spisów, dokładnie w tym samym miejscu. Tego typu dane są dość rzadkie, bo powierzchni, które są na stałe zaznaczone w terenie i można ze stuprocentową pewnością do nich wrócić, jest stosunkowo niewiele – mówi prof. Bogdan Jaroszewicz.
Dlatego badacze brali pod uwagę także powierzchnie określane jako „nibystałe” (quasi permanent plots). Są to miejsca, które albo mają bardzo dokładne koordynaty geograficzne, albo – zwłaszcza w górach – konkretny opis (np. „od głazu na skraju urwiska, na północ 10 m”), często uzupełniony o dokumentację fotograficzną lub szkic.
Opisy pozwalają relokować takie powierzchnie z dość dużą precyzją i choć nie są one dokładnie wpasowane w historyczne granice, to liczne badania dowiodły ich wiarygodności.
A jak powstaje spis roślinności? W terenie wyznacza się powierzchnię, której wielkość zależy od ekosystemu. Na łąkach z reguły chodzi o kilkadziesiąt, w lasach – nawet 200-400 metrów kwadratowych.
– Wyznaczoną powierzchnię bardzo szczegółowo przegląda botanik, rejestrując występujące na niej gatunki. Następnie szacunkowo określa się jaki procent powierzchni badawczej jest pokryty przez każdy z nich – wyjaśnia prof. Jaroszewicz.
W badaniu przeanalizowano dane o występowaniu 1919 gatunków roślin na 6067 powierzchniach (4372 leśnych, 1209 łąkowych i 486 górskich) w całej Europie, od Irlandii po Ukrainę i od Norwegii po Hiszpanię.
– Korzystaliśmy z trzech dużych ogólnoeuropejskich baz danych, zawierających historyczne i współczesne informacje ze spisów roślin. Są to tematyczne bazy danych dla lasów, ekosystemów łąkowych i górskich – mówi współautor analizy.
Na każdej z powierzchni oszacowano tempo postępującej termofilizacji. Okazało się, że była napędzana głównie przez wzrost liczby gatunków ciepłolubnych na terenach łąkowych, spadek liczby gatunków przystosowanych do zimniejszych warunków na szczytach górskich oraz oba procesy w lasach. Ponadto tempo termofilizacji na szczytach było nawet pięciokrotnie wyższe niż w lasach i na łąkach.
Rozmieszczenie 6 067 ponownie zbadanych quasistałych i stałych działek w lasach, na łąkach i szczytach alpejskich w całej Europie. Pokrywa leśna (zielona) i trawiasta (żółta) opierają się na danych CORINE Land Cover 2018. Dane wysokości (szary) pochodzą z NASA Jet Propulsion Laboratory. Źródło: www.nature.com/articles/s41586-025-09622-7
Puszcza Białowieska. Fot. FarbenfroheWunderwelt /Flickr
Długi ekosystemu
Robi się cieplej, więc skład gatunkowy ekosystemu dostosowuje się do nowych warunków termicznych. Znając wymagania roślin, biolodzy są w stanie określić średnią temperaturę, która jest dla nich optymalna. Dodaje się w tym celu temperatury występujące w całym zasięgu danego gatunku i wylicza średnią.
– Zakładamy, że roślinne zespoły powinny nadążać za zmianą klimatu. Jeżeli ocieplenie następuje np. o 1°C, to gatunki powinny się tak wymienić, żeby było mniej tych, które występują w chłodniejszych warunkach, a więcej charakterystycznych dla cieplejszego klimatu. Zmiana powinna być podobna do wielkości zmiany temperatury. Tymczasem jeżeli uwzględnimy rzeczywiste ocieplenie, które wynika z fizycznych pomiarów i porównamy z termiczną charakterystyką zespołów roślinnych, to okazuje się, że one zostają dość daleko za ociepleniem – mówi biolog z UW.
Naukowcy określają to zjawisko mianem „długu klimatycznego”. Jednak – jak po raz pierwszy pokazało badanie opisane w Nature – jego wielkość może się znacząco różnić, w zależności od miejsca, w którym żyją rośliny.
– Największy dług klimatyczny stwierdziliśmy w ekosystemach leśnych. Przypisujemy to temu, że w lasach głównym czynnikiem, określającym lokalny mikroklimat, jest pułap drzew. Powoduje on, że zimą w lesie jest trochę cieplej, ale latem – dużo chłodniej. Dług klimatyczny w lasach wynika głównie z tego, że drzewa buforują zmiany temperatury – wyjaśnia prof. Jaroszewicz.
Żaden dług nie pozostaje bez konsekwencji. Im większy dług klimatyczny, tym większe niebezpieczeństwo, że ekosystem przestanie funkcjonować, że rozpadną się zależności między gatunkami.
– Wraz z postępującym ociepleniem klimatu w ekosystemach leśnych będą ustępować różne gatunki drzew. Będzie dochodzić do zamierania całych drzewostanów, a więc ustąpi efekt buforowania temperatury przez korony drzew i runo leśne zostanie wymienione. Ekosystemy będą się drastycznie zmieniać, a mówiąc kolokwialnie: po prostu rozpadać – podkreśla badacz.
Zbiorowiska roślin z narastającym długiem klimatycznym będą narażone w większym stopniu np. na wymieranie lokalnych gatunków. W końcu bowiem i ten dług musi zostać spłacony.
– Spłata będzie polegała na tym, że dane zbiorowisko roślinne swoim składem gatunkowym przystosuje się do aktualnych warunków klimatycznych. Problem w tym, że rośliny mają stosunkowo ograniczone zdolności do rozprzestrzeniania się, a więc także do kolonizowania nowych terenów. A zatem te przyszłe ekosystemy, po spłacie długu klimatycznego, będą prawdopodobnie uboższe w gatunki – mówi prof. Bogdan Jaroszewicz.
Analizy przewidują, że w perspektywie lat 2061–2080, m.in. brzoza, sosna i świerk, znajdą się poza swoim optimum klimatycznym. Zdjęcia: Max Sudyin /Unsplash; lucciarts. /Pexels; Austin Park /Unsplash
Wydłużony okres spłacania
Rozbieżności w tempie termofilizacji w różnych środowiskach można częściowo przypisać różnicom w długości życia roślin, przy czym zbiorowiska złożone z gatunków, które żyją krócej potencjalnie reagują szybciej na ocieplenie klimatu.
– Dług klimatyczny może wynikać z długu wymierania. Niektóre gatunki roślin żyją bardzo długo i nadal są w ekosystemach obecne, nawet jeżeli warunki zmieniły się już na tyle, że nie są w stanie się odnawiać albo trwają na krawędzi swojej niszy klimatycznej, czyli obszaru, na którym warunki klimatyczne pozwalają na występowanie danego gatunku – podkreśla prof. Jaroszewicz.
Analizy spisów roślinności pokazały, że każdy typ środowiska reaguje na swój własny sposób i aby wyjaśnić różnice, należy wziąć pod uwagę więcej czynników niż tylko samą temperaturę.
W ekosystemach górskich na przykład ubyło zarówno trochę gatunków ciepłolubnych, jak i zaadaptowanych do chłodnych warunków.
– Przypuszczamy, że to efekt suszy, która miała miejsce w ostatnich latach. Powtórzony spis wyłapał efekt utraty różnorodności biologicznej, ale wywołanej przez suszę, a nie tylko przez ocieplenie. Aczkolwiek susza też jest elementem zmiany klimatu – wyjaśnia naukowiec z UW.
W rodzimych lasach trend generalnie jest taki, że coraz mniej widać gatunków o wysokiej specjalizacji, czyli przystosowanych do skrajnych warunków, na przykład bardzo ubogich siedlisk.
Może to mieć związek z tzw. zmianą globalną, czyli działalnością człowieka. A konkretnie z odkładaniem w glebie azotu pochodzącego z zanieczyszczeń atmosferycznych, który jest m.in. produktem spalania paliw, a także pochodzi z przemysłu i nawozów stosowanych w rolnictwie.
Związki azotu spływają do rzek i użyźniają ekosystemy, do których nie były przeznaczone. W efekcie rośliny, które kiedyś nie mogły występować na bardzo ubogich siedliskach, w tej chwili mogą się tam rozwijać.
– Co więcej, azot powoduje, że pułap koron drzew zwiera się coraz bardziej, bo one się rozrastają. A to sprawia, że mniej światła, a więc też i mniej ciepła, dociera do dna lasu. Stąd zanikanie gatunków ciepło- i światłolubnych w lasach, wbrew ociepleniu klimatu. W dodatku większość gatunków runa leśnego wykazuje tendencję do migracji w kierunku bogatszych, żyźniejszych gleb. To jest na razie silniejszy czynnik zmian niż czynnik termiczny. Niewątpliwie też ma to wpływ na wielkość długu klimatycznego i możliwość jego spłaty – podkreśla prof. Bogdan Jaroszewicz.
Zmiana klimatu przyspiesza i trudno jest w tym momencie oszacować jej efekty w przyszłości. Nie wiemy chociażby, jak będzie się kształtować temperatura. A każdy gatunek po swojemu na ocieplenie klimatu reaguje.
– Reakcja nie jest liniowa. Gatunek, który w tej chwili wydaje się nie reagować na wzrost temperatury, może po przekroczeniu jeszcze 0,1 stopnia ocieplenia raptem wymrzeć. Zanikania poszczególnych gatunków drzew na dużą skalę nie widać, bo one należą do gatunków długo żyjących. Choć można przywołać przykład zamierania całych drzewostanów świerkowych. Leśnicy mówią, że to jest efekt gradacji kornika drukarza, który rzeczywiście zabija świerki. Ale kornik drukarz jest wtórnym czynnikiem, bo atakuje drzewa osłabione suszą i zbyt wysokimi dla świerka temperaturami – opowiada prof. Jaroszewicz.
Naukowiec przypomina analizy przedstawiane w 2018 r. przez zespół prof. Marcina Dyderskiego z PAN, które kreśliły mroczną wizję przyszłości naszych lasów. Zgodnie z nimi, w perspektywie lat 2061–2080, gatunki stanowiące dziś w Polsce ponad 75% drzewostanów leśnych, czyli m.in. sosna, świerk i brzoza, znajdą się poza swoim optimum klimatycznym.
Nie oznacza to, że będą od razu zamierać, ale warunki klimatyczne nie będą sprzyjać ich występowaniu. Staną się też bardziej podatne na wpływ rozmaitych czynników, takich jak susza czy ataki różnych organizmów, które się nimi żywią.
Buczyna. Prof. Bogdan Jaroszewicz w Parku Narodowym Hainich w Niemczech. Fot. Katarzyna Stojek
Ogródek na szczycie
– W ekosystemach leśnych zmiany normalnie mają charakter fluktuacyjny. Zachodzi zmiana in plus czy in minus, a później stan powinien wrócić do jakiejś średniej. Natomiast problematyczne są współczesne zmiany, które sprawiają, że nasze ekosystemy leśne przestały być stabilne, rezylientne – podkreśla prof. Jaroszewicz.
Rezyliencja to zdolność ekosystemu do powrotu do poprzedniego stanu po jakimś zakłóceniu. Opublikowane w Nature analizy miały na celu nie tylko diagnozę stanu, ale także ułatwienie opracowania strategii zwiększenia odporności ekosystemów i złagodzenia skutków utraty bioróżnorodności.
– Możemy próbować utrzymywać ekosystemy, przynajmniej leśne, w miarę w stabilnym stanie. Należałoby w tym celu przejść na rodzaj gospodarowania drzewostanami określany mianem „lasu ciągłego”. Nawet jeżeli wycinamy drzewa, to powinniśmy usuwać pojedyncze lub tylko niewielkie grupy, i to najlepiej tam, gdzie już na dole jest odnowienie, żeby ono bardzo szybko zamknęło z powrotem pułap lasu. Ale oczywiście to jest też sposób na pogłębianie czy konserwowanie długu klimatycznego – mówi biolog.
W odniesieniu do łąk, które lepiej nadążają za klimatem, można by opracować częstotliwość wykaszania czy sposób wypasania łąk, sprzyjające sprawnej i szybkiej wymianie gatunków.
– Tam żyją gatunki bardziej krótkowieczne niż w lesie. Nie ma też buforującego czynnika drzewostanowego, a więc najlepiej byłoby po prostu utrzymać łąki w dużej różnorodności. Najgorzej jest z ekosystemami szczytów górskich, bo tam chyba nie jesteśmy w stanie nic zrobić. Może jedynie dokonywać tak zwanej asystowanej migracji – mówi badacz.
W ekosystemach górskich problem tkwi w tym, że gatunki przystosowane do chłodnych warunków wędrują w górę. Ale kiedy dojdą pod szczyt, już wyżej wędrować nie mogą.
– Może należałoby je sztucznie przenosić na inne wyższe szczyty albo nawet do innych masywów górskich, wyższych czy położonych w zimniejszym klimacie, żeby dać im szansę przetrwania. Nazywam to „ogródkową” ochroną przyrody. Dany gatunek zabieramy i próbujemy uprawiać gdzie indziej. A żeby go tam zachować, prawdopodobnie będziemy musieli o niego dbać, przynajmniej na początku. Jest to podejście trochę kontrowersyjne, ale żyjemy w czasach, które wymagają bardzo szerokiej palety działań, jeżeli chcemy naszą przyrodę uratować – podkreśla prof. Jaroszewicz.
Czytaj więcej na: serwisnaukowy.uw.edu.pl
prof. dr hab. inż. Bogdan Jaroszewicz pracuje w Białowieskiej Stacji Geobotanicznej Wydziału Biologii Uniwersytetu Warszawskiego. Jego zainteresowania naukowe obejmują różne aspekty ekologii, a badania skupiają się na poznawaniu czynników i procesów kształtujących ekosystemy leśne, ich różnorodność biologiczną i dynamikę. Stałymi elementami w badaniach, które prowadzi są klimat i jego zmiany oraz wpływ użytkowania ekosystemów leśnych przez człowieka na ich różnorodność biologiczną, a także wpływ różnorodności lasów na zdrowie i dobrostan człowieka.
Materiał Partnera