Stepă

tundra

Acoperirea vegetației de stepă este dominată de ierburi care cresc în soluri uscate (Eroglu și colab. 2012). În acest regim, erbivorele cresc disponibilitatea nutrienților prin accelerarea ciclului de nutrienți. Aceasta crește producția primară. În perioada Pleistocenului, stepele arctice au susținut erbivore mari care pășunează, cum ar fi mamuții, bizonii și iacii (Zimov 2005). Astăzi, ierburile susțin în continuare populația de reni/caribu. În prezent, comunitățile de stepă din Yakutia, Siberia sunt limitate la terasele de deasupra câmpiilor inundabile și a versanților orientați spre sud ale văilor râurilor (Yurtzev 1982).

Tundră

Acoperirea vegetației tundrei este dominată de mușchi și arbust, cum ar fi mesteacănii pitici și sălcii care cresc în soluri înundate de apă. Ecosistemul are o producție primară mai redusă și ciclul nutrienților, astfel rata de creștere este lentă. Creșterea mușchiului este limitată de umiditate, astfel încât solul umed și cu nutrienți slabi promovează și susține creșterea mușchiului.

Conducătorii și cauzele schimbării regimului

Ierbivorul a provocat schimbări de vegetație la scară largă în întreaga Arctică (Speed ​​și colab. 2009; Bråthen și colab. 2007; van der Wal 2005; Srivastava și Jefferies 1996). Ierbivorii călcă vegetația și depun fecale pe soluri limitate de nutrienți, ceea ce promovează creșterea ierbii, susținând populația de erbivori. În absența erbivorelor, gunoiul de iarbă crește, determinând creșterea umidității solului, ceea ce reduce disponibilitatea nutrienților, favorizând creșterea mușchilor neplăcuți.

Clima poate acționa ca un factor de schimbare prin schimbarea temperaturii aerului, care este asociată cu modificările umidității solului. Umiditatea solului este o componentă cheie în susținerea acoperirii cu mușchi sau iarbă. Creșterea mușchiului este mai limitată de apă decât de nutrienți. Cu toate acestea, substanțele nutritive sunt mai disponibile în soluri mai uscate care favorizează creșterea ierbii. În prezent, clima se schimbă, pe termen lung, dacă stepa, tundra sau alt regim vor domina ecosistemele arctice în condiții incerte.

Cum funcționează schimbarea de regim

Treceți de la Stepă la Tundra
Stepa dominată de iarbă este menținută prin călcarea și aportul de nutrienți din fecalele erbivore. Solurile îmbogățite favorizează creșterea acoperirii cu iarbă (Shaver și colab. 1986). Iarbele au o influență puternică asupra umidității solului, deoarece usucă solul prin transpirație ridicată (Zimov 2005). Condițiile solului uscat sunt asociate cu disponibilitatea crescută a nutrienților care intensifică creșterea ierbii (Nadelhoffer și colab. 1991).

În absența erbivorelor, acoperirea mușchilor crește creând soluri înregistrate în apă (Zimov 1995). Solurile înregistrate în apă împiedică descompunerea materiei organice, astfel încât disponibilitatea nutrienților scade, ceea ce limitează creșterea ierburilor și, prin urmare, favorizează în schimb creșterea mușchiului (Zimov 1995). Pe măsură ce creșterea mușchiului crește, densitatea erbivorelor este redusă și mai mult, deoarece mușchiul are o valoare nutritivă mai mică.

Tundra dominată de mușchi este susceptibilă de călcare, o tulburare cauzată de erbivore mari; prin urmare, acoperirea mușchilor crește odată cu densitatea redusă a erbivorilor (van der Wal 2001). Mușchii determină o creștere a umidității solului. Combinația de umiditate ridicată a solului creează condițiile pentru solurile înregistrate în apă, stabilind condiții optime pentru creșterea mușchiului (Zimov 1995).

Treceți de la Tundra la Stepă

Clima este principalul factor care ar putea readuce tundra înapoi în stepă; acest lucru se datorează faptului că pășunii mari nu mai există și ecosistemele arctice sunt vulnerabile la schimbările climatice. Creșterea temperaturilor aerului ar adânci stratul de dezghețare al permafrostului și ar crește evaporarea. Prin urmare, nutrienții congelați din sol ar deveni disponibili, ceea ce ar favoriza creșterea ierbii; în plus, temperaturile mai ridicate vor spori descompunerea materiei organice și, prin urmare, disponibilitatea nutrienților. Apoi, ierburile vor crește evaporarea. Cu toate acestea, condițiile de sol umed ar putea fi rezistente, deoarece topirea permafrostului va face disponibilă apa înghețată. Dacă nu există condiții de scurgere, umiditatea va oferi un mediu adecvat pentru mușchi care vor izola temperaturile solului și apoi vor topi permafrost topirea.

Creșterea temperaturilor va crea dinamici pe ecosistemele arctice care sunt dificil de prezis. Cu toate acestea, dovezile recente arată că tundra s-ar putea transforma în diferite tipuri de vegetație (de exemplu, teren arbustiv, pădure, lac, pajiști) în funcție de condițiile locale (Karlsson și colab. 2011). Ierburile de stepă vor predomina în zonele mai uscate, dar mai probabil ca pete într-un mozaic, deoarece erbivorele mari care au menținut condițiile de stepă în timpul Pleistocenului, nu sunt prezente.

Impactul asupra serviciilor ecosistemice și bunăstării umane

Treceți de la Stepă la tundră

Trecerea de la stepă la tundră a avut un impact mare asupra aprovizionării cu alimente. Izolația termică a tundrei previne topirea permafrostului, ceea ce previne destabilizarea și prăbușirea infrastructurii (Schaefer 2012). Creșterea temperaturii aerului din cauza schimbărilor climatice adâncește stratul activ de permafrost. Cu toate acestea, solurile acoperite de mușchi, permafrostul sunt mai puțin susceptibile la degradare (Ivanova 2003), acest serviciu ecosistemic este esențial, deoarece permafrostul conține aproape de două ori mai mult carbon decât atmosfera de astăzi și efectele sale ar fi ireversibile la scara timpului uman (Schaefer și colab.). 2012).

Bunăstarea popoarelor indigene nomade, cum ar fi Nenets, Enets, Sami, Nganasans și Selkups, sunt conectate la Arctica, care oferă oportunități pentru pășunat și surse de hrană, precum și ecosisteme care coproduc servicii ecosistem culturale, adică producerea și conservarea cunoștințelor, practicilor și credințelor indigene, precum și producția de cunoștințe științifice (Huntington 2013). Turismul este, de asemenea, un serviciu de ecosistem cultural care va fi afectat.

Tundra la pas

Serviciile ecosistemului cultural vor fi, de asemenea, afectate; conservarea cunoștințelor, practicilor și credințelor indigene legate de tundră s-ar pierde, afectând bunăstarea Nenets, Enets, Sami, Nganasans și Selkups (Huntington 2013).

Opțiuni de gestionare

Pentru a preveni mutarea stepei în tundră, emisiile de gaze cu efect de seră trebuie reduse pentru a evita efectele schimbărilor climatice. Valoarea limitei planetare pentru concentrația atmosferică de CO2 este cu 350 ppm peste nivelul preindustrial (Rockstrom și colab. 2009). Acest lucru a fost susținut în continuare de acordul COP21, un tratat semnat pentru a limita creșterea temperaturii la 1,5 o C în comparație cu nivelurile preindustriale. Aceste eforturi nu sunt suficiente pentru a preveni bucla de feedback, eliminarea emisiilor fiind singura soluție. În Artic, strategiile de gestionare a terenurilor pot aborda bucla de feedback la nivel local. Într-un studiu, realizat de Post și Pederson (2008), o investigație experimentală pe 5 ani a răspunsului comunității de plante arctice la încălzire, a arătat că încălzirea sub presiune continuă de pășunat de la muskoxeni nu diferă de compoziția plantelor fără încălzire, sugerând că gestionarea erbivorelor mari poate să fie un aspect important pentru atenuarea răspunsului ecosistemului la viitoarele schimbări climatice

În prezent se încearcă restaurarea ecosistemului de stepă Pleistocen pe o întindere spațială limitată în Siberia. Parcul Pleistonce al lui Sergey Zimov, 160 km 2, încearcă să restabilească ecosistemul de stepă prin reintroducerea megafaunei în Siberia de Nord (Republica Yakutia). Zimov (2005) și colegii săi au încercat să testeze dacă ipoteza „erbivor-cheie” poate fi verificată, deoarece climatul holocen de astăzi ar trebui să fie optim pentru vegetația de stepă pleistocenă. Megafauna formată din reni, elanii, caii yakuti, boi de mosc și bizoni ar influența vegetația și compoziția solului, călcând pe pajiști și returnând nutrienții în sol prin gunoiul lor de grajd (Zimov 2005). Sistemele de rădăcini de iarbă stabilizează solul și călcarea reduce albedo-ul, expunând solul la temperaturi mai reci, ambele ar împiedica topirea permafrostului.