Varför fallande snötäckning kan indikera större miljöskada att komma

Klimatförändringar framkallar ofta bilder av värme, torka och orkaner. Men enligt den senaste amerikanska klimatbedömningen, släppt den 23 november 2018, har vintrarna värmts tre gånger snabbare än somrarna i nordöstra de senaste åren. Dessa förändringar ger också betydande effekter.

Historiskt har över 50 procent av norra halvklotet haft snötäcke på vintern. Nu varmare temperaturer minskar djupet och varaktigheten av vinter snöskydd. Många människor antar att vintern är en vilande tid för organismer i kalla klimat, men årtionden av forskning visar nu att vinterklimatförhållandena - särskilt snowpack - är viktiga regulatorer av skogsekosystemens hälsa och organismer som bor i dem.

Framför allt har vårt arbete under det senaste decenniet visat att minskande snötäckning kan påverka trädhälsan och minska skogens förmåga att filtrera luft och vatten. Vår senaste studie konstaterar att fortsatt vinteruppvärmning kan kraftigt minska snödäckningen över nordöstra USA, vilket medför stora nedgångar i trädtillväxt och skogsförvaring.

Snö som filt

Vi studerar nordliga lövskogar, som domineras av sockerlönn, gula björk och amerikanska bokträd och spänner över 85 000 kvadratkilometer, från Minnesota och södra centrala Kanada österut till kanadensiska maritima provinser och nordöstra USA. Dessa skogar är kända för sina livfulla höstfärger. De genererar intäkter genom att dra turister, vandrare, jägare och campare och stödja trä- och lönnsirapindustrier. De ger också viktiga ekologiska tjänster, som förvaring av kol och upprätthållande av vatten och luftkvalitet.

När vintern bryter mot denna region, med temperaturer som ofta dyker långt under frysning, behöver alla arter isolering för att klara sig. Trädrötter och jordorganismer som insekter är beroende av djup snowpack för skydd mot kyla - en bokstavlig snöre. Även om temperaturen är under noll, kan snöet vara fritt om snö är tillräckligt djupt.

Sex decennier av forskning från Hubbard Brook Experimental Forest i New Hampshire - en av de längsta spårstudierna någonstans - visar att vintersnowpacken sjunker. Forskningen som utförs av andra forskare tyder på att om denna trend fortsätter ökar sannolikheten för markfrysning-tina cykler, med skadliga effekter på skogens hälsa.

Varför nordliga skogar behöver snöa

I mer än 10 år har vi manipulerat vinterspår på Hubbard Brook för att studera effekterna av projicerade klimatförändringar på norra lövskogar. På vintern går vi utomhus efter varje snöfall för att ta bort snö från våra experimentella tomter. Då analyserar vi hur att förlora det här isolerande skiktet påverkar träd och jord.

Vi har funnit att i plottar där vi tar bort snö, tränger tränga någon fot eller mer ner i jorden, medan den sällan sträcker sig mer än två inches djup i närliggande referensplottor med oförändrad snowpack. Och precis som frysning-tina cykler skapar potholes i stadens gator, aborrerar jordfrysning och dödar trädrötter och skadar dem som överlever.

Denna rotskada utlöser en kaskad av ekologiska svar. Döda rötter sönderdelas och stimulerar förluster av koldioxid från jorden. Träd tar upp färre näringsämnen från jorden, ackumulerar det giftiga elementet aluminium i sina löv och producerar mindre grentillväxt. Kväve, ett viktig näringsämne, kan tvätta sig ur marken. Jordens insektsamhällen blir mindre rikliga och mångsidiga.

Minskande snöpack påverkar trädtillväxten

I vår senaste tidning visar våra klimat- och hydrologiska modeller att skogsområdet i nordöstra USA som får isolerande midwinter snowpack kan minska med 95 procent år 2100. Idag ligger 33 000 kvadrat miles skogar över norra New York och New England har typiskt snowpack i flera månader på vintern. Vid år 2100 kunde detta område krympa till en lapp mindre än 2000 kvadratkilometer - ungefär en femtedel av Vermonts storlek.

Denna nedgång kommer utan tvekan att skada skid- och snöskottsindustrin och exponera nordöstra vägar till fler frysnings-tina cykler. Det kommer också att väsentligt påverka trädtillväxten.

För att bedöma förhållandet mellan snowpack och trädtillväxt, använde vi en specialiserad ihålig borr som kallades en inkrementell borrare för att avlägsna halmformiga träkärnor från flera sockerlönstammar. Var och en av dessa träd upplevde antingen en naturlig vintersnäcka eller fem på varandra följande år, där vi tog bort tidigt vinterspår. När vi slipade kärnorna och såg dem under ett mikroskop avslöjade de årliga tillväxtringar som vi kunde använda för att förstå hur varje träd svarade på sin miljö.

Inom de första två åren visade våra analyser en minskning av sockerlönnsökningen med 40 procent från tomter utan snowpack. Tillväxttakten förblir deprimerad med 40 till 55 procent under de kommande tre åren. Däremot fanns det ingen tillväxtnedgång i sockerlönträd i våra referensområden där snötäckta träd rötter i midvintern. Dessa resultat är jämförbara med rotdödlighet som andra forskare observerade i ett tidigare snöförflyttningsexperiment vid Hubbard Brook.

På Hubbard Brook kan sockerkartor stå för mer än hälften av årlig ackumulering av skogs biomassa. Följaktligen kan klimatförändringar som minskar vinterens snöfall och ökar jordfrysningen minska skogsutvecklingen i skogsregionen i norra skogsindustrin med 20 procent, bara genom deras påverkan på dessa träd. Men vi vet att gul björk också drabbas av rotskador som svar på jordfrysning, så vår uppskattning av förändringar i hela skogstillväxten är sannolikt låg.

Kan varmare växthusstemperaturer kompensera åtminstone delvis för denna skada genom att stimulera takttillväxten, som vissa undersökningar föreslår? Mycket litet arbete har gjorts för att förstå hur skogar i säsongsbundna snötäckta regioner kommer att reagera på interaktiva effekter av klimatförändringen över årstiderna. För att hjälpa till att fylla detta gap etablerade vi klimatförändringen över säsongsexperimentet på Hubbard Brook 2013.

I det här projektet använder vi begravda värmekablar för att värma skogsmarken med 9 grader Fahrenheit (5 grader Celsius) under den snöfria säsongen från april till november. På vintern använder vi en kombination av uppvärmning med begravda värmekablar och snöskottning för att inducera markfrysning-tina cykler. Våra resultat hittills visar att rotskador och minskad trädtillväxt orsakad av vinterjordfrysning-tina cykler inte kompenseras av markuppvärmning under växtsäsongen.

Vårt arbete visar hur ofta förbisedda förändringar i vinterklimat kan påverka skogsekosystemen. Att förlora snowpack kan minska skogstillväxt, koldioxidutsläpp och näringsinnehåll, vilket kommer att få viktiga konsekvenser för klimatförändringar och luft- och vattenkvalitet året runt.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation av Andrew Reinmann och Pamela Templer. Läs den ursprungliga artikeln här.