A természetes növénytakaró, az erdő klímaérzékenysége 1
Bevezető 1
A fafajok migrációs lehetőségei 3
Klimaváltozás és a zárt erdőtakaró visszaszorulása 4
A vegetációs övek eltolódásának modellezése 5
A jelenleg folyó kutatások és eddigi tanulságaik 6
Idézett irodalom 7
Bevezető
A vegetáció, ezen belül az erdőtakaró jelentős szerepet játszik a földi klíma stabilizálásában és mérséklésében. Összetétele és kiterjedése a légköri CO2 megkötését, valamint a szárazföldek hő-háztartását befolyásolja. Az erdők energia-elnyelő képessége kedvezőbb, mint más területhasználati formáké (lomberdő albedója: 13-17%, száraz legelőé: 30-32%), és lényegesen magasabb a megtermelt és az ökoszisztémában hosszabb időre elraktározott élő és holt szervesanyag mennyisége is. Az erdőterületek szénraktározó szerepe különösen a mérsékelt öv humidabb részén, valamint a boreális övben jelentős.
Mindamellett rá kell mutatni arra, hogy bár az erdőtakaró hatása az antropogén eredetű klímaváltozás korlátozásában kétségtelenül szignifikáns, de annak kiegyenlítésére nem elegendő. Ezt az erdő szénforgalomban betöltött szerepe jól érzékelteti. Az elemzések szerint a hazai erdőkben évente megkötött szén mennyisége összesen 5,7 Mt/év; ebből 3,2 Mt/év-re tehető az a mennyiség, amely a föld feletti faanyagba épül be, és ezáltal hosszabb távon kivonódik a szén körforgásából (Führer - Molnár, 2003). Ugyanakkor a jelenleg Magyarországon évente kibocsátott széndioxid elemi széntartalma kb. 16 Mt, vagyis mintegy ötszöröse a faanyagban lekötött mennyiségnek.
Egybehangzó vélemények szerint az antropogén eredetű klímaváltozás a terresztris (szárazföldi) vegetáció összetételére, ezen belül az erdőtakaróra jelentős hatást fog gyakorolni. Számos helyen foglalkoznak az előre jelzett klímaszcenáriók hatására átalakuló vegetáció modellezésével. A jelenlegi koncentráció háromszorosára emelkedett CO2 szint esetére pl. a Potsdam-i PIK intézet modellje szerint mediterrán örökzöld cserjések tenyésznek majd Angliában, az Alpok fenyveseit lombos erdők váltják fel, a fátlan puszták pedig elfoglalják az egész Kárpát medencét, sőt megjelennek Közép-Németországban és Lengyelországban is. Ilyen óriási léptékű változásokra való felkészülés különös gondot okoz az erdőgazdálkodásban, amely az értékes, őshonos lombos keményfák esetében 100 év feletti üzemtervezési szakaszokat alkalmaz. Még a várható helyzet pontos ismeretében is gazdaságilag megvalósíthatatlan feladatot jelentene a faállományok tömeges átalakítása, lecserélése. Ugyanakkor nagy hiba lenne az erdők veszélyeztetettségét egyedül gazdasági vagy ökológiai kérdésként kezelni, hiszen az erdőt nem lehet elválasztani kulturális, esztétikai és emocionális szempontoktól sem. Az erdők léte az európai ember számára az életminőség egyik fontos eleme.
Magyarországon az erdőtakaró sorsa különös érdeklődésre tarthat számot több okból. Egyrészt erdőből a közép-európai átlagnál kevesebb van (Magyarország erdősültsége 19%, míg a környező országok átlaga 37%), másrészt a makroklimatikus viszonyok az ország területének jelentős részén (elsősorban az Alföldön) már most is határhelyzetet jelentenek a főbb erdőalkotó fafajok és az erdőtenyészet számára. Itt természetes körülmények között a többlet vízhatástól (talajvíztől, szivárgó víztől) független termőhelyeken a zárt erdőállomány kialakulásának nincsenek meg a feltételei, vagyis a csapadék, a vízellátás képezi a vegetáció minimumfaktorát. Emiatt már egy aránylag csekély mértékű klímaváltozás - elsősorban a vegetációs időben hasznosítható csapadék csökkenése - az erdei életközösséget alkotó élőlények szinte teljes körét érintő változásokat indukálhat.
Már az elmúlt évtizedek időjárási anomáliái is aggodalmat keltő romlást idéztek elő az erdei fafajok vitalitásában. Az Állami Erdészeti Szolgálat (2002) adatai szerint 1988 óta az egészséges, lombvesztést nem mutató faegyedek aránya országosan 90-ről 40%-ra csökkent pl. a bükk, 82-ről 26%-ra a kocsányos tölgy esetében. A kocsánytalan tölgyesekben járványos pusztulás lépett fel, és a több más állományalkotó fafaj is aggasztó vitalitás-gyengülést mutat. Nem teljesen alaptalan a félelem, hogy ezek a jelek egy elsztyepesedés kezdetére utalnak. Kérdés, hogy valójában milyen mértékű változást képesek az erdőalkotó fajok elviselni, és melyek azok a tényezők, amelyek a vegetáció átalakulását fékezni vagy siettetni fogják (Berki, Rasztovics in: Mátyás - Vig 2004).
Kevesen gondolnak arra, hogy ebben a genetikának is jelentős szerepe van. Biológia vagy élettan tankönyvekből jól ismert a toleranciagörbe, amely az élőlény környezeti tényezőkkel szembeni, genetikailag meghatározott tűrőképességét, azaz toleranciáját jellemzi. Már jóval a toleranciahatár elérése előtt a faj vitalitása gyengül, kórokozók támadják meg, a fogyasztó szervezetek támadásának kevésbé tud ellenállni. Ez a jelenség pl. megfigyelhető volt az utóbbi években a lucfenyőn, amelyet a szélsőségesen száraz időjárás miatt a kéregbogarak inváziója már-már kipusztítással fenyeget.
A tolerancia valóságos határairól nagyon kevés tudásunk van, mivel eddig a szélsőségesen kedvezőtlen feltételek közötti viselkedés vizsgálatának nem volt gyakorlati jelentősége. Bizonyos erdészeti közös tenyészkerti kísérletek azonban alkalmasak az ökológiai tényezők változásának hatásvizsgálatára (Mátyás 1994). Több fafaj esetében sikerült kimutatni a növekedés és a produkció hőmérsékletemelkedéssel összefüggő visszaesését, amely az ökoszisztémában betöltött szerep, a versenyképesség korlátaira enged következtetni. Az 1. táblázatban egy modell fafaj környezeti állapotváltozással romló vitalitását a magassági növekedési erély csökkenésével illusztráljuk, ahol az adott korban elért (relatív) magasság a helyi viszonyokhoz alkalmazkodott populáció produkciójának százalékában van megadva.
A gyakorlatban a kérdés összetettségét növeli a légköri CO2 koncentráció emelkedéséből, valamint a légszennyezésből származó nitrogén ülepedéséből adódó „trágyázási” hatás, amelynek részleteire azonban terjedelmi okokból nem térhetünk ki.
1. táblázat. A magassági növekedési erély relatív (százalékos) változása az évi átlaghőmérséklet emelkedése esetén egy 15 éves sárgafenyő (Pinus ponderosa) kísérlet adatai alapján (magyarázat a szövegben)
Magassági (tszf) fekvés
Évi átlaghőmérséklet változása (oC) melegedő klímaszcenáriók szerint
0
+ 1
+ 2
+ 3
+ 4
magas
közepes
alacsony
100
100
100
94,3
95,6
96,3
88,3
91,3
92,4
83,5
87,3
78,5
80,0
A fafajok migrációs lehetőségei
Az ökoszisztémát alkotó növény- és állatfajok a klimatikus feltételek tartós változására vándorlással reagálnak, ami elterjedési területük eltolódásához vezet. Ez a migráció a jégkorszak utáni fajvándorlással analóg, amely szintén klímaváltozás hatására következett be. Kérdés persze, hogy a jobban helyhez kötött fa- és cserjefajok spontán vándorlás révén képesek lesznek-e a számukra megfelelő klimatikus feltételeket követni. Ennek ellenőrzésére nem árt a posztglaciális fajvándorlás és a feltételezett klímaváltozás ütemét egybevetni. Erre elsősorban észak-amerikai paleobotanikai adatok alkalmasak, ugyanis ott az észak-dél irányú hegyvonulatok nem akadályozták a holocénkori migrációt. Davis (1981) vizsgálatai (2. táblázat) azt mutatják, hogy a fás növények természetes vándorlási sebessége aránylag lassú, és még a "leggyorsabb" fenyőfajok esetében sem haladja meg az 500 km/évezred értéket.
Összehasonlításul a klímaváltozási forgatókönyvek izoterma-eltolódási sebességét kell megbecsüljük. Közép-Európában az évi átlaghőmérsékleti izotermák távolságát síkvidéken mintegy 200 km/0C-nak vehetjük. 30 év alatt 1,5 0C hőmérsékletemelkedés esetén ez évi 10 km eltolódásnak felelne meg. Még ha csak ezen érték felével, 5 km/évvel számolunk, akkor is látható, hogy a fafajok spontán vándorlási sebessége egy teljes nagyságrenddel elmarad az említett klímaszcenárió változási ütemétől. Eszerint a hazai fafajok a nagytérségi változásokat természetes úton aligha tudják követni. Erre egyébként amúgysem lenne lehetőség, mert Európában – és ez Magyarországra fokozottan igaz – az évszázados erdőgazdálkodási beavatkozások nyomán a spontán vegetációdinamikai folyamatok érvényesülésének kevés tere maradt. (Másrészről ez a körülmény természetesen felveti a tervezett, mesterséges beavatkozások szükségességét is.)
2. táblázat. Néhány - európai rokon fajokkal is rendelkező - észak-amerikai fafaj ill. nemzetség északi irányú vándorlási sebessége a Holocénban Davis (1981) szerint
Fafaj ill. nemzetség
Ezermagsúly
(g)
Repülésre
képes-e a mag
Migrációs sebesség
(km/évezred ill. m/év)
Banksfenyő (Pinus banksiana)
Tölgyek (Quercus sp.)
Simafenyő (Pinus strobus)
Szilek (Ulmus sp.)
Juharok (Acer sp.)
Bükk (Fagus grandifolia)
Gesztenye (Castanea sp.)
7
3800
22
10
200
250
4500
igen
nem
igen
igen
igen
nem
nem
400
350
300-350
250
200
200
100
Klimaváltozás és a zárt erdőtakaró visszaszorulása
A terresztris vegetáció elsődlegesen klímafüggő részei az ún. zonális vegetációs övek. Zonálisnak azokat a vegetációformákat tekinthetjük, amelyek kialakulásában a helyi mikroklíma, a talaj- és vízháztartási viszonyok alárendelt szerepet játszanak, tehát „átlagos” termőhelyi viszonyokra jellemzőek. Az ország domb- és hegyvidékeire zonális erdőtársulások jellemzők, ezek alaptípusai a bükkösök, a gyertyános tölgyesek és a cseres-kocsánytalan tölgyesek.
A zárt lombkoronájú erdőtakaró kiterjedését az erdőhatár jelöli ki. Ez alatt általában a zárt erdőállományok hegyvidéki felső határát szokás érteni, amelynek kialakulását a hőmérsékleti viszonyok határozzák meg. Kevéssé ismert a délkelet-európai melegkedvelő tölgyesek és az erdőssztyep (erdőspuszta) síkvidéki találkozása, az ún. alsó erdőhatár, amely erős kultúrhatás alatt álló alföldeinken alig nyomonkövethető. Az alsó erdőhatár ökológiailag nagyon sérülékeny, és jelentőségét kiemeli az a kardinális eltérés, amely a zárt erdőtakaró és a nyílt vegetációformák ökológiai feltételei között áll fenn.
Az erdőssztyep határának klímaváltozás okozta esetleges elmozdulása véleményünk szerint a hazai erdőgazdálkodás és a természetvédelem jövője, kidolgozandó stratégiája szempontjából meghatározó jelentőségű. Érdemes ezért megvizsgálni, hogy az éghajlati tényezők esetleges változása hogyan befolyásolja az alsó erdőhatár és a főbb zonális erdőövek elhelyezkedését. A kérdést a rendelkezésre álló klíma és erdőállomány-adatok modelljén vizsgáltuk.
A vegetációs övek eltolódásának modellezése
A feltételezett klímaváltozás zonális erdővegetációra kifejtett hatásának bemutatására két lehetséges éghajlati forgatókönyv nyári átlaghőmérséklet- és éves csapadék adatait idézzük (Mika, 2000 adataiból):
1 oC hőmérsékletemelkedés, 40 mm csapadékcsökkenés
1,3 oC hőmérsékletemelkedés, 66 mm csapadékcsökkenés.
A változás mértékének értelmezéséhez először meg kellett határozni a hazai négy fő vegetációs zóna nyári átlaghőmérsékletét és éves csapadékátlagait (Mátyás – Czimber 2001). Az Országos Erdőleltár adataiból számított átlagértékeket az 1. ábra mutatja.
1. ábra helye
A konkrét értékeknél fontosabb a zónák közötti átlagos különbség; ez csapadékra mindössze 57 mm, nyári átlaghőmérséklet tekintetében pedig, ugyancsak az országos adatok alapján, alig 0,8 oC. A zónák közötti különbség meglepően csekély, és az éghajlati forgatókönyvekkel egybevetve a feltételezett változások mértéke igen jelentős. Már az enyhébb (1. számú) forgatókönyv szerinti változás is legalább egy zónakülönbséget jelent, azaz egy teljes vegetációs övnyi eltolódást idézhet elő.
A 2. számú klímaváltozási forgatókönyv megvalósulása esetén, a jelenlegi cseres - tölgyes klíma helyén lévő területek klímaadatai rosszabbak lehetnek a jelenlegi erdőssztyep klíma átlagánál. A többi vegetációs öv esetében is a feltételek romlása egy-egy zóna közötti különbségnek felel meg (l. 1. ábrát).
A vegetációs övek feltételezhető elmozdulását legjobban a zárt erdőtakaró és az erdőssztyep határvonalával lehet szemléltetni. A rendelkezésre álló adatokból az „erdőssztyep-vonal” az Alföldre elfogadható pontossággal modellezhető volt, bár a Kisalföldön jelentős hibákkal terhelt (2. ábra). A 2. forgatókönyv szerinti modell jól szemlélteti azt a tényt, hogy a csapadékmennyiség csökkenése mennyire súlyosan érintheti a Dunántúl eladdig kedvezőbb klímájú területeit. Az erdőssztyep az Észak-Dunántúlon Szombathely-Körmend vonaláig hatolna előre, „beolvasztaná” az egész Vértest. A Dél-Dunántúlon elsztyeppesedne az egész külső Somogy, Kaposvár-Szigetvár vonaláig. Az Északi-hegyvidéken a változások kevésbé drámaiak. Kivételt képez a Borsodi dombvidék, egészen a Tornai karsztig. A modell a Szatmár-Beregi síkon viszonylag kisebb változásokat indikál (3. ábra).
2. és 3. ábrák helye
A modellezés rámutat arra, hogy a zonális erdőtakaró veszélyeztetettsége országosan nem azonos mértékű. Különösen veszélyeztettek a Dél-Dunántúl bizonyos területei.
A jelenleg folyó kutatások és eddigi tanulságaik
Magyarország 1987 óta részt vesz abban az európai monitoring munkában, amely Európa-szerte 4x4 km-es hálópontokon az erdők egészségi állapotának folyamatos figyelését végzi. A monitoring rendszer felállítása az ún. „új típusú erdőkárok” megjelenésével függ össze, amelyért az elmult évtizedek klimatikus szélsőségei felelősek. A klímaváltozás és az erdőtakaróval kapcsolatos aktuális kutatási eredményeket az 1994 óta háromévente megszervezett „Klíma-erdő” konferenciákon vitatják meg a klimatológusok, erdészek és ökológusok (Tar K. in: Mátyás - Vig 2004). Egy 2003-ban megkezdett Széchenyi (NKFP) projekt keretében pedig kísérlet történt a több tudományterületet átfogó kutatási tevékenység szintézisére, a távlati hatások komplex értékelésére. A szerző által irányított projektben több egyetem és kutatóintézet működik közre.
A természetes vegetáció lágyszárú fajaira vonatkozóan részletes vizsgálatok folynak az MTA vácrátóti Ökológiai és Botanikai Kutatóintézetében, valamint a Szt. István Egyetemen, utóbbin elsősorban a CO2 szint emelkedésével kapcsolatban.
Az eddig feltárt összefüggések alapján nem zárható ugyan ki, hogy a vegetáció egyes elemeire nézve a feltételezett klímaváltozás kedvező hatásokat eredményez, pl. átmentileg gyorsabb növekedésre serkent. Magyarország speciális adottságai mellett azonban számolnunk kell azzal, hogy döntően degradáló hatások fognak érvényesülni, amelyeket az életközösségek természetes önszabályozó mechanizmusai nem fognak kiegyenlíteni. A degradáció, a faji sokféleség csökkenése veszélyére utalnak mind a lágyszárú fajokon végzett megfigyelések (Tuba 2003), mind pedig a rovarfauna diverzitás-változását évtizedek óta nyomonkövető erdészeti fénycsapda adatok is (Szentkirályi et al. 1998). Eszerint a feltételezett melegedéssel a növény- és állatfajok diverzitása a természetes ökoszisztémákban tovább fog csökkenni, ugyanakkor várható az invazív gyomfajok további terjedése is.
Különös figyelmet igényel ezért az erdőterületek jövőbeni kezelése, a gazdálkodás és természetvédelem hosszú távú stratégiája. A klímaváltozás hatáskorlátozása érdekében komoly érdek fűződik az erdőterületek megőrzéséhez, lehetőség szerinti növeléséhez, valamint az extenzívebb, természetközelibb módszerek alkalmazásához. A minél hosszabb ideig zárt erdőtakaró fenntartása, a biomassza felhalmozódás, humuszképződés elősegítése, a távlati ökológiai feltételeknek megfelelő, alkalmazkodóképes ökoszisztémák létrehozása csak néhány a megszívlelendő célkitűzések közül.
Mindez indokolttá teszi a megtartó és helyreállító emberi beavatkozások gondos megtervezését a konzervációbiológia szempontjai messzemenő figyelembevételével.
A bemutatott kutatási eredmények az OTKA T 023295 és TO 43013 sz. kutatási témái, az NKFP 3/B/12 sz. projektje és az MTA anyagi és erkölcsi támogatásával jöttek létre.
Idézett irodalom
Állami Erdészeti Szolgálat 2002. Magyarország erdőállományai, 2001. Budapest, ÁESz kiadás
Davis, M. 1981. Quaternary history and stability of forest communities. In: West, D.C., et al. (ed.): Forest succession: concept and application. Springer, New York, 132-153
Führer E., Molnár S. 2003. A magyarországi erdők élőfakészletében tárolt szén mennyisége. Faipar, LI évf. 2. szám
Mátyás Cs. (1994): Modelling climate change effects with provenance test data. Tree Physiology, Victoria B.C. 14, 797-804
Mátyás Cs. – Czimber K. 2000. Zonális erdőtakaró mezoklíma szintű modellezése: lehetőségek a klímaváltozás hatásainak előrejelzésére. In: III. Erdő és Klima Konferencia Debrecen, 2000 jun 7-9, DE TTK Meteorológia Tanszék, 83-97
Mátyás Cs., Vig P. (szerk.) 2004. Erdő és klíma. (IV.) Ny.Magyarorsz. Egyetem kiad., Sopron, 328 o.
Mika J., 2000: Hazai éghajlati forgatókönyvek. In: III. Erdő és Klíma Konferencia Debrecen 2000. június 7-9, DE TTK Meteorológia Tanszék, 9-23
Szentkirályi F., Leskó K., Kádár F. 1998. Aszályos évek hatása a rovarpopulációk hosszú távú fluktuációs mintázatára. II. Erdő – klíma Konf. Sopron, 94-98
Tuba Z. 2003. Is the long-term elevated air CO2 environment beneficial for plants, crops and vegetation? Journ. of Crop Production (in press)
1. ábra. Zonális erdő-övek átlagos klímaadatai és a 2. klímaváltozási forgatókönyv változásai (csapadékcsökkenés: 66 mm, nyári átlag hőmérsékletemelkedés: +1,3 Co). Az egyes zónák jelenlegi adatait telt, a 2. forgatókönyvét az üres szimbólumok jelzik
2. ábra. Az erdőssztyep előfordulási valószínűsége az alföldi tölgyesek klímaparaméterei alapján; a jelenlegi állapot modellje (kék: zonális zárt erdő, piros: erdőssztyep)
3. ábra. Az erdőssztyep előfordulási valószínűsége („erdőssztyep-vonal”) 1,3oC nyári átlaghőmérséklet emelkedés és 66 mm csapadékcsökkenés esetén (2. szcenárió)
1