Potencjalny wpływ zmian warunków klimatycznych na ekosystemy leśne jest bardzo poważny. Zmianom ulegać mogą: zasięg gatunków, wzrost i produktyw-ność oraz odpori produktyw-ność na zakłócenia. Można obawiać się zmian rozkładu gatunków (w tym utraty różnorodności biologicznej) i przestrzennego zakresu ich wystę-powania. Zmiany klimatu mogą też zwiększyć ryzyko ekspansji obcych gatunków inwazyjnych.
Wzrost temperatury wiosną i jesienią spowoduje wydłużenie sezonu wegeta-cyjnego. Jednak w lecie fale upałów i susze nie będą korzystne. Produkcja masy roślin będzie ograniczona przede wszystkim przez niedostatek wody niezbędnej do fotosyntezy, a także przez wysoką temperaturę i niedostatek substancji pokar-mowych.
Prognozy przewidują, że ekosystemy poddane będą coraz większemu stresowi wodnemu z powodu czynników związanych z brakiem lub nadmiarem wody (su-sza, intensywny opad, powódź). Odpowiedzi gatunków flory i fauny na zmiany klimatu zależą jednak od wielu pozaklimatycznych stresów, takich jak: zmiana składu atmosfery (wpływająca na klimat), dostępność azotu i fosforu, rosnące stężenie atmosferycznego dwutlenku węgla i zmiany ozonu, zanieczyszczenia, użycie środków chemicznych, eksploatacja i fragmentacja ekosystemów, mody-fikacja i utrata siedlisk, współzawodnictwo z inwazyjnymi gatunkami obcymi, wpływ nowych szkodników i chorób. Trudno oddzielić efekty zmian klimatu, struktury krajobrazu, użytkowania terenu i pokrycia powierzchni – łączne wystę-powanie wielu czynników, interaktywnie w tym samym czasie, bardzo utrudnia analizę, zwłaszcza że efekty nie muszą być addytywne. Zmiany klimatu oddziału-ją na produktywność terenów, co z kolei prowadzi do zmian użytkowania terenu, które z kolei skutkują zmianami pokrycia powierzchni terenu, wpływającymi na zmiany klimatu.
Na przestrzeni dziejów skład gatunkowy drzewostanów w polskich lasach uległ wielkim przeobrażeniom – gatunki iglaste zostały wprowadzone sztucznie na siedliskach naturalnie zdominowanych przez gatunki liściaste. W warunkach zmian klimatu monokultura sosnowa poddana jest ryzyku niekorzystnego roz-woju sytuacji w wyniku wysokiej podatności na szkody spowodowane suszą, wia-trem, śniegiem i lodem, a także wrażliwości na ataki grzybów i owadów. W Polsce produkcja pierwotna netto drzew iglastych może się zmniejszyć.
Zmiany klimatu przyczyniają się do zmian reżimu zakłóceń w ekosystemach – zmienia się częstotliwość i intensywność takich zjawisk, jak: pożary lasu, nad-miar lub niedostatek wody, silne wiatry czy gradacje szkodników. Zmiany cyklu hydrologicznego, takie jak wcześniejszy spływ wiosenny i niższe przepływy ni-żówkowe latem i jesienią, mają zasadnicze znaczenie dla ekosystemów leśnych.
Im cieplejsze staną się zimy, tym dotkliwsze mogą być późne przymrozki, których nie da się wykluczyć i w cieplejszym klimacie (por. przymrozki w maju 2007 i w maju 2011 r.).
Fenologia, zasięg, skład gatunkowy i różnorodność biologiczna
W reakcji na zmiany klimatu gatunki roślin i zwierząt zmieniają swój zasięg i licz-ność. Wszystko, co żyje, szuka sobie odpowiedniego klimatu. Obserwacje polowe dokumentują liczne przykłady przesuwania się zasięgu występowania gatunków flory i fauny w kierunku odpowiedniego klimatu (w poszukiwaniu właściwej temperatury), a więc ku biegunom (ku wyższym szerokościom geograficznym) i w górę wzniesień – na wyższe wysokości n.p.m. Syntetyczna publikacja obejmu-jąca Europę (Chen i in. 2011) pokazuje, że gatunki lądowe przesunęły się o 7 km na dekadę w kierunku północnym, a o 11 m na dekadę w kierunku wierzchołków gór. Góry mogą stanowić refugium dla niektórych gatunków, ale endemiczne ga-tunki występujące na wierzchołkach gór są szczególnie zagrożone.
Ocieplenie prowadzi do zmian fenologicznych. W systemach biologicznych zauważono przyspieszenie wiosennych stadiów fenologicznych, wynikające ze wzrostu temperatury i redukcji pokrywy śnieżnej. Zmieniają się terminy wystę-powania periodycznych zjawisk w rozwoju roślin, związane z przyspieszeniem nadejścia wiosny (wcześniejsze kiełkowanie, rozwój liści, kwitnienie, owocowa-nie) i zwierząt (zakończenie hibernacji, przylot ptaków wędrownych, składanie jaj). W cieplejszym klimacie u niektórych owadów możliwy jest wzrost liczby gra-dacji w sezonie. Tendencja do przyspieszenia pojawów wiosennych dotyczy, rzecz jasna, warunków przeciętnych, gdyż w pojedynczym roku (np. 2013, z bardzo zimnym marcem) fenologiczne stadia wiosenne mogą wystąpić z opóźnieniem.
Zmiany klimatu mogą wpłynąć na zakłócenie synchroniczności, np. między czasem kwitnienia roślin i czasem aktywności owadów zapylających. Zmianie mogą ulegać interakcje między gatunkami, np. zmiany synchroniczności w ukła-dzie drapieżnik–ofiara czy konsument–źródło pokarmu w łańcuchu troficznym.
Zmiany klimatu mogą sprzyjać inwazji obcych gatunków flory i fauny, które wywierają wpływ na ekosystemy leśne (wraz z ich różnorodnością biologiczną) i systemy produkcji. Ocieplenie sprzyja rozszerzeniu zasięgu występowania ga-tunków na nowe obszary, a także ich przeżyciu i rozmnażaniu się.
Zmiany klimatu mogą spowodować przekroczenie tolerancji fizjologicznej ga-tunków. Ryzyko wyginięcia gatunków może rosnąć, ponieważ niektóre taksony mogą nie być w stanie zaadaptować się do danych warunków w miejscu, gdzie żyją, ani też migrować do miejsc o bardziej sprzyjających warunkach. Obecnie ob-serwowane tempo wymierania gatunków jest prawdopodobnie najwyższe w hi-storii, choć interpretacja przypuszczalnie nie ogranicza się do zmian klimatu.
Przyrost biomasy
Przyrost biomasy zależy od szeregu zmiennych związanych z klimatem (tempe-ratura, wilgotność), a także ze składem atmosfery (nawożenie węglem, azotem i uszkodzenie spowodowane ozonem). Istnieje ścisły związek między warunkami klimatycznymi a reakcjami przyrostowymi drzew. Szereg zjawisk klimatycznych, z biotycznymi konsekwencjami, powoduje straty, niwecząc przyrost z wielu lat.
Stres uwarunkowany klimatycznie (np. przez susze i fale upału) prowadzi do spadku szybkości wzrostu, nasilenia śmiertelności drzew, zmiany reżimów poża-rów, gradacji owadów i ataku przez patogeny.
Wystąpienie bardzo wysokich prędkości wiatru może być powodem dużych strat w lasach. Istnieje nieliniowa zależność między wzrostem temperatury a wzrostem szybkości wiatru (por. Schelhaas i in . 2010).
Durło (2012) rozważał wpływ klimatu na stabilność drzewostanów górskich w Beskidzie Śląskim, zauważając zagrożenie dla przyrostu drewna. W Beskidzie Śląskim przeważają siedliska górskie, w których dominuje świerk. Prowadzi on nieoszczędną gospodarkę wodną (dla wyprodukowania jednostki suchej masy po-trzebuje więcej wody niż inne drzewa iglaste). Przy niedosycie wody transpiruje i ogranicza wzrost. Według Durły (2012) prognozy klimatyczne sugerują znacz-ne pogorszenie warunków klimatycznych, dyskwalifikując świerk jako gatuznacz-nek dominujący w drzewostanach regla dolnego do wysokości 800 m n.p.m. na tym terenie .
Pożary lasów
Choć pożary lasu są w większości wzniecane przez człowieka, warunki pogodo-we i akumulacja palnej biomasy odgrywają zasadniczą rolę w zmianach ryzyka pożarowego. Występowanie coraz częstszych okresów upałów i suszy w lecie, w połączeniu z silnym wiatrem, sprzyja powstawaniu groźnych pożarów wielko-obszarowych.
Od wielu lat obserwowana jest w Polsce tendencja wzrostowa zarówno licz-by i powierzchni pożarów, które sięgają daleko poza miejsca ich powstania, jak i wielkości powodowanych przez nie strat.
W cieplejszym klimacie obawiamy się wzrostu częstości występowania pogo-dy sprzyjającej pożarom, dłuższych sezonów, w czasie których występują pożary, a także rozszerzenia powierzchni narażonej na ryzyko pożaru. Prognozy mówią o wyraźnym zwiększeniu częstości epizodów suszy i fal upałów oraz zagrożenia pożarowego (EEA 2012)
Ryzyko pożaru, mierzone np. przez wskaźnik pożarowy pogody, zależy od za-wartości wilgoci w ściółce i w innych palnych materiałach na powierzchni gruntu
i w glebie. Istotna jest też wilgotność powietrza, dobowa temperatura maksymal-na, opad i maksymalna prędkość średnia wiatru.
Ekstrema związane z wodą
Wszystkie problemy wodne można zaliczyć do trzech ogólnych kategorii: zbyt mało wody, zbyt dużo wody lub woda zbyt zanieczyszczona. Zmiany klimatu nie wywołują nowych jakościowo sytuacji. Należy raczej oczekiwać zmiany (wzrostu) częstotliwości występowania trzech wymienionych kategorii problemów wod-nych, a także nasilenia ich intensywności. Zaobserwowano redukcję sumy opa-dów w ciepłej części roku na korzyść opaopa-dów zimowych i ujemny bilans wodny w okresie wegetacyjnym. W latach suchych odnotowuje się ograniczenie przyro-stu świerka, defoliację i posusz. Rozkład czasowy opadu zmienił się niekorzyst-nie. Obserwuje się długie ciągi dni bez opadu przerywane ulewami, które szybko spływają, nie odnawiając zapasów wody w glebie.
Długotrwałe susze będą zapewne przerywane falami intensywnych opadów.
Narastają zagrożenia związane zarówno z suszami osłabiającymi stan zdrowot-ny drzewostanów, jak i opadami nawalzdrowot-nymi powodującymi szkody powodziowe.
Rozmiar szkód powodziowych i powstałych w następstwie susz zależy m.in. od rodzaju i kondycji drzewostanów oraz warunków środowiskowych. W latach su-chych i bardzo susu-chych skala tych szkód przybiera charakter regionalny, a straty sięgają dziesiątków milionów złotych, np. 43,5 mln zł w roku 2006. Najwięk-sze straty zanotowano wówczas w uprawach, młodnikach i w szkółkach, a niżNajwięk-sze w drzewostanach starszych.
Jedną z największych powodzi w lasach była powódź w lipcu 1997 r., kie-dy powierzchnia terenów zalanych w dolinie Odry wynosiła 233,7 km2 (z czego tereny leśne stanowiły 65,8%), a szkody związane z powodzią odnotowano na powierzchni około 1160 km2 lasu (Ciołkosz, Bielecka 1998). Wprawdzie woda zalała przede wszystkim drzewostany liściaste (82%) na siedliskach łęgowych, przystosowane do wylewu rzeki, ale dotarła również do lasów iglastych na siedli-skach borowych, a zatem o niewielkiej odporności na podtopienie. Wiśniewski (1998) przedstawił specyfikacje szkód powodziowych, uwzględniając nie tylko straty na terenach zalanych, lecz także na obszarach objętych gwałtownym prze-pływem wód w ciekach lub sprze-pływem powierzchniowym. Na terenach górskich szkody obejmowały: zniszczenia pokrywy glebowej, erozję liniową na szlakach zrywkowych i w korytach cieków, ruchy masowe (np. spłynięcie 4 ha lasów w Nadleśnictwie Limanowa) oraz zniszczenie infrastruktury technicznej. Łącz-ne straty w lasach związaŁącz-ne z powodzią w 1997 r. oszacowano na 197 mln zł, czyli kwotę porównywalną z przeciętnym rocznym zyskiem Lasów Państwowych (Pierzgalski i in. 2012).
Można spodziewać się, że w przyszłości wzrośnie ryzyko nie tylko suszy, ale i powodzi. Nie ma w tym żadnej sprzeczności.
Świadczenia ekosystemów
Świadczenia ekosystemów leśnych można podzielić na cztery kategorie: produk-cja (np. drewna czy żywności), regulaproduk-cja (np. klimatu), podtrzymywanie (np.
cykli biogenów i zapylanie) oraz świadczenia kulturalne (zapewniające korzyści duchowe i rekreacyjne). Niektóre z nich są jednak zagrożone w obliczu zmian klimatu.
Wśród świadczeń produkcyjnych ekosystemów leśnych można widzieć drew-no jako surowiec o wielu zastosowaniach, a także las jako źródło bioenergii oraz żywności. Świadczeniami związanymi z regulacją są: zapewnienie czystej wody i powietrza, ochrona przed lawinami i osuwiskami, regulacja przepływów rzecz-nych (łagodzenie ekstremów – podwyższanie minimów i obniżanie maksimów) oraz ochrona przed erozją i degradacją gleby.
Przewidywane ocieplenie klimatu może doprowadzić do pogorszenia warun-ków egzystencji dominujących w Polsce drzewostanów iglastych, a to zagraża świadczeniom ekosystemów. Szczególnie podatne na wpływ suszy są drzewosta-ny świerkowe, które mają duże potrzeby wodne i płaskie systemy korzeniowe.
W wyniku pojawiających się susz glebowych świerki masowo wypadają z drzewo-stanów. Dla drzew liściastych, których udział wzrasta, najsilniejszymi czynnikami szkodotwórczymi są: susze, duże dobowe różnice temperatury oraz oparzenia słoneczne.