Czy lasy sobie poradzą?

Wyniki analiz drzew w różnym wieku rosnących w różnych warunkach siedliskowych wykazały, że drzewa – zwłaszcza w młodszych fazach rozwoju – potrafią modyfikować swój system korzeniowy, tak by był dopasowany do dostępności wody.

Ryc. 1. Podziemna architektura korzeni sosny – rekonstrukcja na podstawie skanu
radarem wielokanałowym.

W wielu regionach obserwujemy narastający deficyt wody, mimo że poziom opadów nie ulega istotnym zmianom. To znacznie wyższe niż dawniej temperatury sprawiają, że przy zbliżonym poziomie opadów w wyniku ewapotranspiracji (transpiracji przez rośliny i parowania) obserwuje się ujemny klimatyczny bilans wodny. Ewapotranspiracja przewyższa bowiem wielkość opadów, co zmniejsza dostępność wody dla roślin, w szczególności dla drzew.

Ten deficyt wody jest główną przyczyną zamierania drzew. Pierwsze symptomy tego zjawiska są zwykle widoczne w ich koronach. Obserwujemy pogorszenie stanu ulistnienia, częstsze pojawianie się pojedynczych zamierających drzew, a w skrajnych przypadkach obumieranie całych połaci lasu. W ostatnich latach zamieranie drzew stało się w Europie zjawiskiem masowym. Kluczowe procesy determinujące to zjawisko zachodzą jednak w dużej mierze pod powierzchnią gleby, w strefie systemów korzeniowych, ponieważ pierwotną przyczyną zamierania jest brak wody dostępnej dla korzeni drzew. O tym, czy drzewa są w stanie pobrać wystarczającą ilość wody w warunkach jej niedoborów, decyduje architektura systemu korzeniowego. W kontekście możliwości adaptacji drzew i lasów do zmiany klimatu rośnie znaczenie badań, które pozwalają zrozumieć zdolność adaptacji systemów korzeniowych do zmieniających się warunków środowiskowych. Na Uniwersytecie Rolniczym w Krakowie do nieinwazyjnego mapowania systemów korzeniowych drzew wykorzystujemy najnowocześniejszy wielokanałowy georadar (GPR).

Sosna pod presją klimatu

Sosna zwyczajna – gatunek o bardzo dużej amplitudzie ekologicznej i możliwościach adaptacyjnych dominuje w szerokim spektrum siedlisk. Jednak zmiana klimatu, a przede wszystkim susza, skutkuje osłabieniem kondycji drzew i coraz częstszym ich zamieraniem. Co może się wydać zaskakujące, szczególnie podatne na stres okazują się drzewa najstarsze i najwyższe, rosnące na najżyźniejszych i najwilgotniejszych siedliskach. Jest to spowodowane tym, że duże drzewa mają najwyższe zapotrzebowanie na wodę. Drugim powodem jest ograniczona możliwość adaptacji do coraz suchszych warunków, szczególnie ważna na siedliskach, które wcześniej były silniej uwilgotnione. Drzewa dostosowują systemy korzeniowe do warunków, w jakich wzrastają w młodości, jednak wraz z wiekiem możliwość adaptacji do nowych warunków maleje. Dotyczy to w szczególności sosny zwyczajnej, która kształtuje budowę swojego systemu korzeniowego tylko do pewnego wieku (zakłada się, że około 30-40 lat). Wiele dzisiejszych, najstarszych drzewostanów wzrastało i kształtowało swój system korzeniowy w warunkach klimatycznych i wilgotnościowych znacznie odbiegających od obecnych. Jeśli – jak wskazuje praktyka i literatura – zasadnicza część architektury systemu korzeniowego formuje się w pierwszych dekadach życia drzewa, to oznacza, że drzewostany, które „zaprojektowały” swoje korzenie w innym klimacie, wykazują obecnie podwyższoną wrażliwość na suszę. Mimo kluczowej roli systemów korzeniowych dla kondycji drzew i adaptacji do zmiany klimatu, badania nad nimi są wciąż bardzo rzadkie, ponieważ bardzo trudno jest przeprowadzać je klasycznymi metodami. Wymagają bowiem wykopywania całych drzew wraz z systemem korzeniowym, co jest niezwykle pracochłonne i kosztochłonne, a przede wszystkim badania takie są z natury destrukcyjne, przez co nie pozwalają na powtarzanie pomiarów na tych samych osobnikach. Przełom w tym względzie przynosi połączenie ambicji badawczych z najnowszą technologią, która umożliwia nieinwazyjne obrazowanie korzeni drzew.

Georadar nowej generacji – pionierskie mapowanie systemów korzeniowych

Ryc. 2. Zależność maksymalnej głębokości ukorzenienia sosny zwyczajnej od cech drzewa i warunków siedliskowych. Przedstawiono wpływ wieku, grubości drzewa (DBH), zagęszczenia drzewostanu (RSI) oraz typu gleby.

Na pilotażowe badania nad korzeniami drzew prowadzone z zastosowaniem multikanałowego systemu georadarowego GPR Stream C (IDS GeoRadar) otrzymałam grant NCN w programie MINIATURA. Rozwiązanie to umożliwiło wysokorozdzielcze zobrazowanie systemów korzeniowych w warunkach terenowych. W praktyce przeprowadziłam trójwymiarowe mapowanie systemów korzeniowych 27 drzew i identyfikację ich korzeni. Scharakteryzowałam ich architekturę, podając liczbę korzeni, maksymalną głębokość ukorzenienia i długość korzeni (Ryc. 1). Badania przeprowadziłam w drzewostanach sosnowych zróżnicowanych pod względem wieku i warunków siedliskowych – od siedlisk ubogich po bardzo żyzne.

Analizy wykazały wyraźne różnice w architekturze korzeni zależne od wieku drzew oraz warunków siedliskowych. W modelowaniu zmienności systemów korzeniowych wykorzystałam uogólnione modele addytywne (GAM), wskazując na silne, nieliniowe efekty wieku drzew, grubości (DBH), konkurencji (RSI) oraz typu gleby (Ryc 2).

W ujęciu funkcjonalnym przekaz jest czytelny: młodsze drzewa częściej wytwarzają głębsze i bardziej rozległe układy korzeniowe.

Wiek drzew a ich potencjał adaptacyjny

Wyniki analiz drzew w różnym wieku rosnących w różnych warunkach siedliskowych wykazały, że drzewa – zwłaszcza w młodszych fazach rozwoju – potrafią modyfikować swój system korzeniowy, tak by był dopasowany do dostępności wody. Zaobserwowałam jednak paradoks polegający na tym, że młodsze drzewa mają dłuższe korzenie niż drzewa starsze rosnące na tym podobnym siedlisku. Wskazuje to na bezpośrednie ograniczenia adaptacji systemów korzeniowych związane z wiekiem drzew. Adaptacja systemów korzeniowych jest możliwa, jednak w przypadku sosny zwyczajnej ograniczona do drzew najmłodszych. W praktyce oznacza to, że drzewostany, które dziś wchodzą w fazę najwyższej wrażliwości (duże rozmiary i wysokie zapotrzebowanie na wodę), nie są w stanie szybko skompensować ograniczeń wynikających z architektury korzeni ukształtowanych w odmiennych warunkach wilgotnościowych panujących przed dekadami. Jednak w mojej ocenie często powtarzany scenariusz, w którym sosna zwyczajna miałaby w perspektywie kilku dekad stać się w Polsce gatunkiem „ustępującym”, jest w skali kraju mało prawdopodobny. Również zastępowanie sosny gatunkami bardziej wymagającymi, jak dąb czy buk nie wydaje mi się realne, ponieważ gatunki te mają znacznie większe wymagania siedliskowe niż sosna zwyczajna, zwłaszcza wymagają znacznie żyźniejszych gleb. Uwzględniając to, że znaczna część polskich lasów rośnie na siedliskach ubogich i stosunkowo suchych, sosna pozostaje jednym z nielicznych gatunków zdolnych do stabilnego wzrostu. Zatem zastąpienie sosny gatunkami o wyższych wymaganiach siedliskowych na wielu obszarach leśnych po prostu nie jest możliwe.

Z perspektywy adaptacji bardziej prawdopodobna jest strategia, w której sosna zwyczajna pozostaje głównym gatunkiem uboższych siedlisk borowych, ale jest prowadzona w sposób świadomy, zróżnicowany i adaptacyjny. W lasach gospodarczych oznacza to m.in. planowanie wymiany pokoleń, ograniczanie presji konkurencyjnej przez stosowanie zabiegów pielęgnacyjnych oraz jeszcze bardziej powszechne stosowanie odnowienia naturalnego z uwzględnieniem lokalnych pochodzeń, lepiej adaptujących się do suszy.

Nowy standard w badaniach leśnych

Dyskusje o odporności lasów w warunkach zmian klimatu zbyt często zatrzymują się na tym, co łatwo dostrzegalne – na ocenie aparatu asymilacyjnego, zdjęciach satelitarnych i indeksach wegetacji. Są to narzędzia niezbędne, ale niewystarczające, jeśli chcemy kompleksowo zrozumieć mechanizmy odporności i adaptacji.

Pionierskie wdrożenie wykorzystania w badaniach leśnych wielokanałowego georadaru pokazuje, że można wreszcie badać korzenie drzew w sposób ilościowy, nieinwazyjny i porównywalny. To nie tylko postęp metodologiczny, ale potencjalnie jeden z brakujących, kluczowych elementów, bez których nie da się prowadzić wiarygodnej, długoterminowej strategii adaptacji polskich lasów do suszy. Uzyskane niedawno finansowanie projektu w programie NCN SONATA umożliwi mi rozszerzenie tych badań do skali krajowej i przeprowadzenie pomiarów na znacznie większej próbie drzewostanów reprezentujących szerokie spektrum siedlisk i wieku. Pozwoli to zweryfikować obserwowane zależności w różnych regionach i typach siedlisk oraz zbudować solidniejszą podstawę do wnioskowania o odporności sosny zwyczajnej w warunkach narastającego ryzyka suszy. Można oczekiwać, że uzyskane wyniki będą miały duże znaczenie poznawcze, ale również wymiar praktyczny dla zarządzania lasami.