Od lat bada mokradła w Polsce i na świecie. „Zmieniają się na naszych oczach”

2 dni temu

W ciągu dwóch lat zauważyliśmy wyraźne zmiany w strukturze roślinności oraz zmieniające się proporcje pomiędzy mikroorganizmami, wyraźne obniżenie poziomu wody oraz zwiększoną ilość emisji dwutlenku węgla wydostającego się z gleby – mówi o wynikach badania w Polsce prof. Mariusz Lamentowicz, który od lat przygląda się mokradłom. Przeczytaj i zobacz, jak wyglądają eksperymenty na torfowiskach!

Specjalizuje się pan w badaniu mokradeł również w kontekście paleoklimatologii. Czemu to ważne?

Prof. Mariusz Lamentowicz: Moje zainteresowania zaczęły się od obserwacji ptaków, a przez to także od mokradeł. Później, pracując nad doktoratem, skupiłem się na paleoekologii oraz paleoklimatologii z wykorzystaniem torfowisk, czyli na badaniach ich historii. Interesuje mnie, jak torfowiska reagowały w przeszłości na zmianę klimatu, jak klimat wpływał na ich powstawanie, rozwój i roślinność. Ostatecznie doprowadziło to mnie do czasu sprzed 12 lat, gdy zająłem się eksperymentami badającymi potencjalne scenariusze związane z przyszłą zmianą klimatu.

Z zaskoczeniem odkryłem, iż badania paleoklimatyczne nie są wystarczająco zintegrowane z monitoringiem i eksperymentami. Te dziedziny często działają osobno, a przecież ich połączenie może dostarczyć całościowego spojrzenia na przeszłość i przyszłość. Mimo to nie jest to powszechne podejście. Obserwacja obecnego stanu – gazów cieplarnianych, temperatury, opadów czy zanieczyszczeń – to oczywistość. Mniejszą oczywistością jest to, iż należy też sięgnąć głębiej, integrując przeszłość z przyszłością na jednym stanowisku badawczym (więcej na ten temat znajdziecie w publikacji Lamentowicz i i in., 2017 – przyp. red.).

I jak rozumiem, w swoich badaniach łączycie te dwie skale czasowe, tak?

Tak – i cieszę się, iż o tym rozmawiamy, bo mam wrażenie, iż ten rodzaj badań nie pozostało wystarczająco nagłośniony. W naszych projektach, na jednym stanowisku badawczym, pobieramy rdzeń torfowy, by prześledzić zmiany z ostatnich 12 tysięcy lat, a jednocześnie prowadzimy eksperymenty, w których testujemy potencjalny wpływ zmiany klimatu na te ekosystemy w przyszłości (patrz też Lamentowicz i in., 2016 – przyp. red.).

Jak w praktyce wyglądają eksperymenty na torfowiskach?

Za pomocą różnych technik manipulujemy siedliskami. Eksperymenty związane ze zmianą temperatury możemy nazwać „eksperymentami globalnego ocieplenia”. W ich trakcie stosujemy np. Open-Top Chamber, czyli zaprojektowane specjalnie na tę potrzebę heksagonalne przezroczyste klosze otwarte od góry. To swego rodzaju szklarnie, które pozwalają na podgrzewanie torfowiska w sposób pasywny, czyli bez żadnych dodatkowych urządzeń. Klosze takie mają mniej więcej 2 metry średnicy i podnoszą temperaturę o ok. 1-1,5°C – w zależności od nasłonecznienia w ciągu roku i oczywiście lokalizacji.

Przy okazji warto dodać, iż choć temperatura jest kluczowa, to w ramach takiego eksperymentu możemy manipulować także wilgotnością, co w badaniach nad mokradłami jest równie ważne. W tym celu stosuje się systemy kurtyn przeciwdeszczowych. Rozwijają się one w nocy automatycznie, gdy zaczyna padać deszcz, co blokuje opad i pozwala ograniczyć dopływ wody do torfowiska. W dzień kurtyny są zaś odsłonięte, by nie blokować promieniowania słonecznego. To nowoczesny sposób na symulowanie ograniczonego dostępu do wody bez ingerowania w inne parametry środowiskowe. To rozwiązanie zastosowane jest w eksperymencie go na torfowisku Rzecin w Puszczy Noteckiej realizowanym przez Prof. Radosława Juszczaka z Uniwersytetu przyrodniczego w Poznaniu (patrz też Barabach, 2012, Basińska i in., 2020 – przyp. red.).

To przykładowe sposoby pasywne. A jakie są sposoby aktywne?

Podejście aktywne to na przykład stosowanie promienników podczerwieni do kontrolowanego podgrzewania gleby. Stosowaliśmy je wraz z kolegami z Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu w ramach eksperymentu WETMAN. W tym przypadku mamy większą kontrolę nad poziomem podgrzewania, bo nie jesteśmy zależni od sezonowości, dostępności słońca czy nagromadzenia chmur. Dzięki temu możemy zaprojektować oczekiwany poziom ocieplenia i różne scenariusze, które odzwierciedlają potencjalną zmianę klimatu w przyszłości. W przypadku torfowisk podgrzewa się glebę i roślinność o ok. 1-2°C.

Kolejną metodą jest eksperyment translokacyjny, czyli przeszczepianie fragmentów torfowisk na przykład między różnymi szerokościami geograficznymi. Taki eksperyment już prowadziliśmy – w kooperacji z naukowcami z Francji dokonaliśmy transplantacji fragmentów torfowisk pomiędzy Laponią, Polską, Estonią i francuskimi Pirenejami, by przetestować, jak torfowiska z północy zareagują na cieplejszy klimat na południu i odwrotnie.

Czyli tworzycie „mokradła Frankensteina”?

Można tak to nazwać! Gdy zabieramy różnych ludzi w teren i im o tym opowiadamy, są zaskoczeni i zaciekawieni, iż takie eksperymenty są w ogóle możliwe. Ale warto dodać, iż nie trzeba przenosić torfowisk między różnymi regionami. Chodzi przecież o imitację zmienionych warunków klimatycznych, a to można osiągnąć też na inne sposoby. Na przykład w górach przenosi się fragmenty łąk między szczytami a dolinami, aby sprawdzić, jak reagują na różne warunki, w tym na temperaturę i zanieczyszczenia azotem. Takie eksperymenty robiono chociażby w Szwajcarii.

Czyli podsumowując, mamy trzy podstawowe metody terenowych badań eksperymentalnych globalnego ocieplenia: pasywne, aktywne i translokacyjne. Choć w Polsce tego typu eksperymenty są ciągle rzadkością, staramy się je rozwijać wraz z Uniwersytetem Przyrodniczym w Poznaniu, Polską Akademią Nauk i naukowcami z Tuluzy.

Badania torfowisk w laboratoriach też można robić?

Tak. Mesocosm to większy naturalny fragment ekosystemu, wycinek torfowiska (np. monolit 30×30 cm i miąższości 30 cm) z naturalnymi układami gatunków, który można poddawać manipulacji w warunkach laboratoryjnych. Microscosm to z kolei wyodrębniony, prostszy układ, który zaszczepiamy w laboratorium i możemy go w pełni kontrolować, manipulując temperaturą, wilgotnością czy poziomem wody.

W laboratorium dokładnie mierzymy m.in. emisję gazów cieplarnianych i reakcje ekosystemu, jednak problemem jest tu utrata naturalności. Żeby zrozumieć istotę danych procesów i powiązania między gatunkami i organizmami, musimy pracować w warunkach także naturalnych czyli realizując eksperymenty terenowe w większej skali przestrzennej. Celem takich badań jest więc łączenie badań laboratoryjnych z terenowymi, a to wymaga wielu ekspertów i oczywiście odpowiedniego finansowania.

W Polsce robiliście badania torfowiska Linje. Na czym polegały?

Torfowisko Linje k. Dąbrowy Chełmińskiej to jeden z najważniejszych rezerwatów chroniących m.in. brzozę karłowatą. I tu kłania się ta perspektywa paleoekologiczna, o której mówiłem na początku. Dzięki badaniom znamy historię tego obszaru w ostatnich 12 tys. lat. Wiele daje też prowadzony od wielu lat monitoring różnych zmiennych środowiska, takich jak poziom wody, temperatura i wilgotność powietrza. To wszystko sprawia, iż możemy lepiej zrozumieć, w jakim stanie jest dziś tamtejsza przyroda. I stanowi podstawę dla naszych eksperymentów, które przeprowadzamy na specjalnie wyznaczonych poletkach eksperymentalnych. Zwykle takie poletka wyposażane są w sieć różnych czujników, które monitorują m.in. zmiany poziomu wody, temperaturę i wilgotność gleby oraz temperatury powietrza. Są też poletka do badań roślinności, udziału różnych gatunków, itp.

Na torfowisku tym przeszczepiliśmy też fragmenty 10-centymetrowego torfu z jednego do drugiego siedliska. Dzięki takim metodom możemy tworzyć suche i wilgotne stanowiska badawcze i kontrolne – bez jakichkolwiek manipulacji innymi parametrami. To wszystko pozwala nam obserwować efekty zmiany klimatu na różne typy siedlisk (patrz też: Samson i in., 2018 – przyp. red.).

I jakie są wyniki waszych badań?

Nasze badania to jeden z kroków pozwalających nam lepiej zrozumieć bardziej szczegółowe procesy zachodzące w glebie. Jednym z kluczy dla naszego życia jest właśnie gleba, ale one mają różne formy – a torfowiska są ich wyjątkowym przykładem. Chcemy je lepiej poznać. Wiadomo, iż rośliny i mikroorganizmy odpowiadają za tworzenie się torfu. Sam rozkład martwej materii organicznej, czyli torfu, również związany jest z aktywnością różnych mikroorganizmów.

Nasze wyniki pokazały, iż jeżeli podgrzejemy siedlisko i zmniejszy się jego wilgotność, to następują znaczące zmiany w składzie gatunkowym roślin. Zauważyliśmy to w ciągu dwóch lat eksperymentu, więc w bardzo małej skali czasowej z perspektywy powstawania torfowisk. Tyle jednak wystarczyło, byśmy dostrzegli istotną zmianę – wzrost udziału roślin naczyniowych (wełnianki, turzyc i krzewinek) i zanik mchów torfowców. To o tyle istotne, iż mówimy o miejscu dość reprezentatywnym w skali globalnej. Syberia, zwłaszcza jej zachodnia część, jest ogromnym torfowiskiem, a potężna część współczesnej biomasy roślin to są właśnie torfowce.

I w obu miejscach rosną podobne rośliny?

Rośliny na Syberii oczywiście nie są dokładnie takie same jak w Europie w sensie kompozycji gatunkowej, niemniej jest ona podobna do torfowiska, które badaliśmy.

Co jeszcze zaobserwowaliście podczas eksperymentu?

W lepszym zrozumieniu procesów zachodzących w torfowiskach bardzo ważne jest zrozumienie sieci troficznej w glebie już na poziomie mikroorganizmów, czyli np. bakterii, grzybów, ameb skorupkowych i nicieni. W naszym eksperymencie zauważyliśmy zmiany dotyczące przejścia pomiędzy różnymi grupami gatunków – na przykład od bakterii do grzybów. Mam na myśli mikroskopijne grzyby znajdujące się w glebie, które uczestniczą intensywnie w rozkładzie materii organicznej. Zaobserwowane przez nas zmiany w tym zakresie były bardzo subtelne, bo dwa lata eksperymentu to nie jest zbyt długi okres. Klosze, które postawiliśmy, cały czas tam jednak stoją, więc obstawiam, iż gdybyśmy powtórzyli podobne badania (co planujemy) zmiany byłyby jeszcze klarowniej zauważalne (patrz też: Rzeczuga i in., 2018, Buttler i in., 2020, Rzeczuga i in., 2020– przyp. red.).

A co z poziomem wody?

Kluczowe jest zrozumienie, jak różne mokradła będą reagowały na zmianę klimatu. Podczas eksperymentu odnotowaliśmy pewien przeskok, który związany był z dość gwałtowną zmianą w kierunku ocieplenia i przesuszenia.

Jak istotne jest zachowanie odpowiedniego bilansu wodnego w torfowiskach?

Zdrowe torfowiska zwykle posiadają wysoki poziom wody gruntowej. Zwykle, bo czasem jest ona na powierzchni, a czasem poniżej. W większości torfowisk europejskich ten odpowiedni poziom wody zaczął się obniżać z powodu melioracji i innych działań związanych ze zlewnią, a ostatnio także z powodu zmiany klimatu ponad 200 lat temu. Dotyczy to szczególnie Europy, która stopniowo się wysusza . Tymczasem konkretny poziom wody w torfowiskach jest najważniejszy dla ich wzrostu i zdrowego funkcjonowania. Niestety, jak już powiedziałem – zaobserwowaliśmy, iż ten poziom wody gwałtownie się obniża.

Skoro znów pan o tym wspomina, to doprecyzujmy – co to znaczy „dość gwałtownie”?

W ciągu dwóch lat eksperymentu zaobserwowaliśmy, iż obniżenie poziomu wody gruntowej o blisko 20 centymetrów było najważniejsze dla gwałtownej transformacji ekosystemu torfowiska. W rezultacie nastąpiło szybkie przełączenie systemu na zwiększoną emisję dwutlenku węgla. Za pomiary emisji dwutlenku węgla w tych siedliskach odpowiadał prof. Bogdan Chojnicki z Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu.

Chcę to wyraźnie podkreślić: w ciągu dwóch lat zauważyliśmy wyraźne zmiany w strukturze roślinności oraz zmieniające się proporcje pomiędzy mikroorganizmami (wspomniane bakterie i grzyby), wyraźne obniżenie poziomu wody i zmianę w „oddychaniu” tego ekosystemu poprzez zwiększoną ilość emisji dwutlenku węgla wydostającego się z gleby. Nie rozumiemy jeszcze wystarczająco, jak globalne ocieplenie zmieni torfowiska na całym świecie w skali mikro, ale nasze wyniki pokazują, w jakim kierunku może zmieniać się wiele torfowisk na półkuli północnej (patrz też Chojnicki i in., 2017, Jassey i in., 2018 – przyp. red.).

Czy to znaczy, iż torfowiska przestają być torfowiskami?

Nie – one dalej nimi są, tylko iż zaburzonymi, zniszczonymi. Można powiedzieć, iż przestają być zdrowymi torfowiskami, które – jakby to powiedział mój kolega prof. Wiktor Kotowski – przestają być bagnami. Te torfowiska i tak są już bardzo często w jakimś stopniu zaburzone, bo przez lata były eksploatowane i meliorowane. zwykle nie mówimy więc o pierwotnym ekosystemie.

W przypadku mokradeł warto zrozumieć, iż są środowiskiem szczególnie wrażliwym na zmiany temperatury i wilgotności. Dlatego ważne jest, aby w badaniach eksperymentalnych powinno się kontrolować temperaturę, ale również wilgotność.

Kluczowym czynnikiem dla życia torfowisk jest dostępność wody mierzona przez poziom lustra wody gruntowej. jeżeli będzie odpowiednio wysoki, to jest odpowiedzialny za „konserwację” i akumulację materii organicznej, która trafia do gleby w postaci obumarłych roślin. jeżeli poziom wody długoterminowo spadnie jednak poniżej typowego dla zdrowego torfowiska poziomu ok. 10 centymetrów (poniżej poziomu powierzchni torfowiska), to następują zwiększone emisje dwutlenku węgla. Dla kontrastu, gdy torfowisko zostanie zalane wodą, choćby centymetrową warstewką, spadają emisje dwutlenku węgla, za to do atmosfery zaczyna wydostawać się metan. Jak więc widać najważniejszy próg poziomu wody jest bardzo ważny. Imitując zmianę klimatu poprzez eksperymenty, możemy dokonywać pewnej predykcji dotyczącej tego, ile dwutlenku węgla bądź metanu wydostanie się w przyszłości z torfowisk.

I możemy już teraz, choćby orientacyjnie, to określić? Z tego co kojarzę wspomniany prof. Kotowski zajmował się takimi wyliczeniami.

W skali Polski nie mamy precyzyjnych obliczeń z odwodnionych siedlisk z powodu braku dokładnych danych o rozmieszczeniu torfowisk i głębokości ich odwodnienia. Prof. Wiktor Kotowski dokonał próby oszacowania emisji na ok. 34 mln ton ekwiwalentu dwutlenku węgla rocznie (Czytaj więcej: Bagna a klimat. Wysuszone torfowiska na świecie emitują 2 mld ton CO2 rocznie). Bardzo dobrze, iż taka analiza powstała, przy czym warto mieć na uwadze, iż nie są to dokładne pomiary, tylko estymacja oparta na emisjach z różnych typach torfowisk, które zapisano w raporcie Międzyrządowego Zespołu ds. Zmiany Klimatu (IPCC). o ile chodzi o dokładne pomiary emisji dwutlenku węgla i metanu z torfowisk w Polsce i ekstrapolację tego na cały kraj, wciąż nie wiemy zbyt wiele. Dlatego bardzo ważne jest, aby naukowcy mogli prowadzić systemowe, wieloletnie badania w obrębie różnych siedlisk, czyli długoterminowy monitoring gazów szklarniowych.

A jak to wygląda w skali Europy, świata?

Torfowiska, choć zajmują zaledwie 3% powierzchni lądów, kryją w sobie ogromny potencjał magazynowania węgla, stanowiąc około 25% globalnych zasobów węgla glebowego (ok. 600 miliardów ton węgla). Często postrzegane są jako stabilne systemy o niewielkim wpływie na roczny obieg węgla na Ziemi. To przekonanie ma swoje uzasadnienie: roczny przyrost węgla w torfowiskach stanowi około 1% antropogenicznych emisji z paliw kopalnych lub 3-10% pochłaniania węgla przez inne ekosystemy lądowe. Jednakże pozorna stabilność torfowisk jest złudna. Ich zniszczenie, najczęściej związane z osuszaniem i podgrzaniem, prowadzi do intensywnej emisji dwutlenku węgla, przyczyniając się do blisko 5% globalnych antropogenicznych emisji tego gazu cieplarnianego. To czyni z nich jedno z największych naturalnych źródeł emisji CO₂.

Czemu los mokradeł miałby obchodzić „przeciętną” osobę w Polsce? W skrócie: co z tego, iż mokradła wysychają?

Nie lubię i nie chcę fatalizować. Mogę jednak powiedzieć, iż w naszych poletkach eksperymentalnych w przeszłości zobaczyliśmy coś , co dzieje się teraz i jest wzmacnianie przez różne czynniki: od przecinania torfowisk rowami melioracyjnymi, po zmianę klimatu. Mówiący więc o złożonych ekosystemach, które zmieniają się gwałtownie na naszych oczach. Myślę, iż ci, którzy obserwują mokradła, dostrzegają, iż w wielu miejscach następuje gwałtowny spadek poziomu wody i zmiany roślinności. Jednocześnie w dużej części nie wiemy lub nie jesteśmy pewni, jakie organizmy i gatunki uczestniczą funkcjonalnie w wymianie gazowej ani jak poważne będą tego konsekwencje. Globalnie sytuacja też zmieniła się znacząco, czego dramatycznym przykładem jest rosnąca liczba i intensywność pożarów na Syberii. I na tym właśnie polega ten dramat, iż jest on wielowarstwowy, wciąż nie do końca zrozumiały, ale i jednocześnie o wymiarze globalnym.

Do tego sądzę, iż mokradłami warto interesować się tak po prostu, z czystej potrzeby zbliżenia się do środowiska i edukacji oraz uwrażliwianiu, które dzięki temu mają miejsce. To trochę jak z obrączkowaniem ptaków. Na ile przyczynia się to do lepszego zrozumienia populacji ptaków globalnie? Jednakże budzi to duże zainteresowanie i gromadzi wielu ludzi, w sensie edukacyjnym to bardzo istotny proces, który ma ogromny wpływ na jakość i efekty ochrony przyrody.

Paleoklimatologiczne badania mokradeł

Skończy tym, od czego zaczęliśmy. Badania paleoklimatyczne mokradeł są bardziej skomplikowane?

Są inne. jeżeli myślimy o perspektywie ochrony torfowisk, to warto znać ich stan początkowy, warto znać warunki referencyjne z przeszłości w relacji do stanu obecnego. Takie spojrzenie w przeszłość mówi nam bardzo wiele.

I w jaki sposób spogląda się w tę przeszłość?

Na przykład poprzez badania zmian poziomu wody, które jesteśmy w stanie z łatwością zrekonstruować dzięki różnych proxy zawartych w rdzeniach torfowych (np. makroszczątki roślinne oraz pyłek roślin) Wykorzystujemy do tego także ameby skorupkowe – jednokomórkowe organizmy występujące w torfowiskach, które pozostawiają po śmierci skorupki. Dzięki temu możemy zrekonstruować poziomy wody w centymetrach.

Chęć takiego głębszego spojrzenia w przeszłość doprowadziła przeprowadzenia syntezy dla Europy i rekonstrukcji zmian poziomu wody dla wielu torfowisk. W ten sposób odkryliśmy, iż spadkowy trend w torfowiskach europejskich istnieje od co najmniej 200 lat.

A odpowiada za to…?

Związane jest to bardzo mocno ze wzrostem temperatury. Oczywiście eksploatacja i odwadnianie torfowisk też mają na to istotny wpływ, niemniej głównym czynnikiem jest właśnie temperatura. Gdybyśmy nałożyli na siebie zmiany poziomu wody i temperatury Europie w ostatnich 200 latach, to zobaczylibyśmy, iż oba wykresy są ze sobą wyraźnie powiązana i w pewnym momencie się przecinają. Można wręcz powiedzieć, iż te zmiany zachodzą równoległe. Pokazuje to determinujący wpływ zmiany klimatu.

Wiadomo, w jakim stopniu odpowiada za to zmiana klimatu i wzrost temperatury, a w jakim melioracja bądź inne bezpośrednie czynniki ludzkie?

Bardzo ciężko to oszacować. Duża część badań była jednak wykonywana na obiektach, które nie były odwadniane. To tym bardziej wskazuje więc na czynnik klimatyczny. w tej chwili realizujemy badania w Norwegii, w ramach których chcemy obliczyć, czy proces obniżania poziomu wody przyspieszył 100 lat temu, czy też bardziej w okresie ostatnich 20-30 lat. W Europie, pociętej rowami melioracyjnymi wzdłuż i wszerz, odfiltrowanie od tych czynników zmiany klimatu jest jednak bardzo trudne. Badania w Polsce były pod tym względem dość unikatowe, bo choć problem melioracji istnieje również u nas, to jednak udało się znaleźć do eksperymentów torfowiska niezmienione przez tego typu praktyki.

Jak już wspominałem, na podstawie naszych eksperymentów ustaliliśmy, iż około 20-25 centymetrów to krytyczny próg, po którego przekroczeniu zmienia się skład roślin i mikroorganizmów na torfowisku zaburzonym. W badaniach, paleoklimatycznych czy wręcz paleohydrologicznych dotyczących torfowisk zachowanych w stanie bardziej zbliżonym do naturalnego, ten próg znajduje się około 10-12 centymetrów pod powierzchnią torfowiska. Gdy poziom wody spada długoterminowo poniżej, dochodzi do transformacji roślinności i zespołów mikroorganizmów oraz w efekcie zwiększenia emisji dwutlenku węgla.

Rozmawiał Szymon Bujalski

Prof. dr hab. Mariusz Lamentowicz pracuje na Uniwersytecie im. Adama Mickiewicza w Poznaniu. Jego główne zainteresowania naukowe koncentrują się na ekologii i paleoekologii mokradeł. Jest specjalistą w dziedzinie badań wpływu klimatu i człowieka na torfowiska. W ramach swojej pracy naukowej i organizacyjnej kieruje Pracownią Ekologii Zmian Klimatu na Wydziale Nauk Geograficznych i Geologicznych. Jego projekty mają na celu zbadanie zaburzeń antropogenicznych, opracowanie strategii ochrony torfowisk i wykorzystania ich potencjału dla lepszej sekwestracji węgla w tych ekosystemach. Współpracuje z Centrum Ochrony Mokradeł (CMOK) w celu odtwarzania, ochrony i monitoringu torfowisk.

Idź do oryginalnego materiału