Frontiers for Young Minds

Frontiers for Young Minds
תפריט
רעיון מרכזי פורסם: 31 בינואר, 2019

כיצד עצים מגיבים לתנאי עָקָה?

תַקצִיר

עצים דומים מאוד לבני אדם: הם חוֹוִים תנאי עָקָה, הם נדבקים במזיקים או במחלות והם עלולים להיות מותקפים על-ידי אש, רוחות, שיטפונות ובצורת. לדברים אלו שתוקפים או שמדביקים עצים אנו קוראים ”הפרעות“. עצים אינם כמו בני אדם בכך שהם אינם יכולים ללכת לרופא כדי להבריא, והם אינם יכולים להתרחק ממה שמפריע להם. משפט אחרון זה חשוב מאוד, כי פירושו של דבר הוא שקיוּם העצים מאות מיליוני שנים התאפשר ודאי הודות ליכולתם להתמודד עם הפרעות בלי עזרתו של רופא. כפי שאתם יכולים לדמיין, סוגי עצים שונים פיתחו דרכים שוֹנוֹת להתמודד עם הפרעות מסוימות. זה מה שלמדנו מהמחקר שלנו באזור הנקרא פָּיין בארנס (Pine Barrens), ניו ג’רזי, בחוף המזרחי של ארצות הברית.

מדוע חשוב להבין כיצד עצים מגיבים לתנאי עקה?

עצים חשובים לבני אדם ולבעלי חיים אחרים בְּשֶׁל מִגְוָן סיבות. בני אדם תלויים בעצים כמקור לעץ, לנייר, לקירור האוויר ולניקוי המים; בעלי חיים תלויים בעצים למזון ולמחסה. לתועלות אלה אנו קוראים “שירותים”. לכן, האופן שבּוֹ עצים מגיבים להפרעות או לעָקוֹת שונות חשוב ביותר, כי עלינו לשמור על השירותים שהעצים מְסַפְּקִים או להגבירם אם אנו רוצים להמשיך ולהשתמש בשירותים אלה. אחת הסיבות לכך שאנו רוצים לדעת איך עצים מגיבים להפרעות או לעקות שונות היא כדי שנוכל להבין, ואולי לִצְפּוֹת, כיצד יגיבו עצים לשינויים בהפרעות ובעקות האלה בעתיד.

עצים, כמו כל הצמחים, קולטים פחמן דו־חמצני מהאוויר, ובתהליך הנעזר באור הם פולטים מים וחמצן. תהליך זה נקרא פוטוסינתזה, והוא שירות חשוב שהעצים מְסַפְּקִים. במחקר שלנו, חקרנו כמה מים ופחמן דו-חמצני מעובדים על-ידי העצים האלה, ואיך ערכים אלה יכולים להשתנות בעתיד בגלל שינויי אקלים. כמות העץ שהעצים מייצרים תלויה בכמות הפחמן הדו־חמצני שהם קולטים מהאוויר – ככל שהם קולטים יותר פחמן דו־חמצני, כך הם צומחים יותר ולכן מייצרים יותר עץ. באותו אופן, ככל שהעצים קולטים יותר פחמן דו־חמצני, כך הם פולטים יותר מים. פירושו של דבר, שלעצים ודאי יש דרך לְוַסֵּת את כמות המים שהם מאבדים בזמן שהם קולטים פחמן דו־חמצני, אחרת הם עלולים להתייבש. לנו יש בעיה דומה. כאשר אנו נושמים, גם אנו מאבדים מים. אפשר לראות זאת כאשר נושמים על זכוכית קרה ונוצר עיבוי על הזכוכית. העיבוי הוא מים שאנו מאבדים. אם נאבד יותר מדי מים, גם אנו עלולים להתייבש! כאשר עצים חוֹוִים הפרעה (למשל, חרקים שלועסים את העלים), היכולת שלהם לקלוט פחמן דו־חמצני פוחתת מאוד, ובמקביל פוחתת גם יכולתם לצמוח. באותו אופן, היכולת של העצים לספֵּק לנו עץ פוחתת. המשמעות של כל זה היא שאספקת העץ והמים שלנו תלויה באופן שבּוֹ עצים מגיבים להפרעות. נוסף על כך שינויי אקלים עלולים לגרום לעלייה ברמת ההפרעוֹת ליער במידה כזו שהעצים לא יצליחו להתמודד עם הבעיה. כפי שאתם יודעים, פירושו של דבר שגם אנו נסבול.

המקום שבו חקרנו את העצים

ערכנו את הניסוי בפיין בארנס, ניו ג’רזי, אזור שהוא מערכת אקולוגית ייחודית בקנה מידה עולמי, המשׂתרעת על כשליש ממדינת ניו ג’רזי (בחוף המזרחי של ארצות הברית). באזור זה יש מינים שונים של צמחים ושל בעלי חיים מעניינים, ואפילו יצור אגדי הנקרא “הַשָׂטָן מניו ג’רזי”. אזור פיין בארנס, ניו ג’רזי, מרוכז בחצי הדרומי של המדינה, אזור שהוא שטוח יחסית והקרקע בו היא בעיקר חוֹלִית, כך שהיא די יבשה רוב הזמן. ההפרעה העיקרית אשר חָלָה בפיין בארנס, ניו ג’רזי, היא שרֵפות. יער עצי האורן ועצי האלון קיים שָׁם הודות להסתגלוּיוֹת המאפשרות להם לשרוד ולגדול במקום שיש בו שׂריפות, בעוד שלמִינֵי עצים רבּים אחרים אין את ההסתגלויות האלה, ולכן אינם יכולים לגדול שָׁם כל עוד יש במקום שׂריפות. אם כך, פירושו של דבר שאם לא תהיה שׂריפה, עצי האלון ועצי האורן יצטרכו להתחרוֹת עם מִינֵי עצים אחרים שצומחים טוב יותר כאשר אין שׂריפות, דבר שעלול לבסוף להוביל לשינוי במִינֵי העצים שישנם ביער. המשמעות היא גם שהיער הנוכחי התבסס במשך אלפי שנים כתוצאה מתדירוּת גבוהה יחסית של שׂריפות. כאשר הגיעו בני אדם לאזור, תדירות השׂריפות הטבעיוֹת פחתה במידה רבה מאוד, אבל שׂריפות שנובעות מפעילוּת האדם עדיין מתרחשות, בעיקר כדרך לשימור מִינֵי העצים בפיין בארנס, במטרה לשמור על צִבְיוֹנוֹ של המקום. שרֵפות כאלה מְכֻנּוֹת “שׂריפות מְכֻוָּנוֹת.” לכל מיני העצים הצומחים בפיין בארנס יש מאפיינים דומים העוזרים להם לשרוד בעקבות השרֵפה, הנקראים הסתגלויות, אבל נראה שהאופן שבו כל מין של עץ מגיב אחרי השׂריפה שונה. הסתגלויות בעצים, שמטרתן לשרוד אחרי שׂריפות, כוללות קליפת עץ עבה הַמְּגִנָּה עליהם, ויכולת לגדול מחדש אחרי השׂריפה. הפרעה סביבתית חמוּרה נוספת שעימה צריכים להתמודד העצים בפיין בארנס היא זמינוּת נמוכה של מים. לעצים באזור זה יש הסתגלויות גם לבעיה זו. למשל, עצי אלון יכולים להצמיח שורשים ארוכים מאוד המגיעים עמוק אל תוך הקרקע, שָׁם יש מים, והדבר מאפשר להם לשרוד במשך תקופות ארוכות של בַּצֹּרֶת (מזג אוויר יבש). הפרעה שלישית שניצבת מול העצים בפיין בארנס היא התקפה של זחלי הָעָשׁ הַצּוֹעֲנִי. עשים צועניים הם חרקים, והזחלים שלהם לועסים את עלי עץ האלון. העצים בפיין בארנס לא היו צריכים להתמודד עם זחלי העש הצועני למשך זמן רב, ולכן אין להם עדיין הסתגלויות שיגנו עליהם מהתקפת החרקים האלה.

מחקרים רבּים בדקו איך עצים מסוימים מגיבים להפרעות שוֹנוֹת לאורך שנים מעטות, אבל רק מעט מחקרים בדקו את תגובת העצים לתקופת זמן ארוכה יותר. חשוב גם לדעת אם כל מיני העצים מגיבים לאותה הפרעה באותו אופן או שמא למיני עצים שונים יש הסתגלויות שונות. לבסוף, אנו יודעים שלעיתים קרובות עצים חוֹוִים יותר מהפרעה אחת בו בזמן, ולכן חשוב גם להבין איך שילוב של הפרעות משפיע על עצים בטווח הארוך. יצאנו לדרך כדי לענות על שאלות אלה, על-ידי התבוֹננוּת במיני עצים שונים באזורים מסוימים של פיין בארנס, שבעקבותיה ראינו כיצד הם מגיבים לאש, לחרקים ולבצורת בטווח הארוך – תקופה של 10 שנים.

במטרה לחקור את ההשפעות של שׂריפה על עץ שצומח וּמְתַפְקֵד, הִקְצֵינוּ שני אזורי מחקר בשני מיקומים שונים בפיין בארנס [1]. אחד המיקומים האלה היה בחֵלֶק של היער שבו עצי אורן (שיש להם מחטים) ועצי אלון (שיש להם עלים שטוחים) צומחים יחד. קראנו לאזור זה “היער המעֹרָב”. המיקום האחר היה בחֵלֶק של יער שיש בו רק עצי אורן. קראנו לאזור זה “יער האורנים בלבד”. בכל אחד משני המיקומים האלה היו שני אזורי מחקר – אזור אחד נשרף והאזור האחר הוּגַן מפני שׂריפות. השׂריפה נעשתה בכוונה, דבר הנקרא שׂריפה מְכֻוֶּנֶת, כדי לשלוט על צמיחת השיחים שמתחת לעצים. אזורי השׂריפה נשרפו באביב 2011 ו־2012. לפני טיפולי השׂריפה, המיקוּם שבו היו גם עצי אורן וגם עצי אלון חווה שנתיים שבהן זחלי העש הצועני לעסו את עלי האלון, ושנתיים שבהן הייתה בצורת (בשנים 2006 ו־2010). הדבר אִפשר לנו לחקור כיצד היער מגיב לשילוב של הפרעות.

אופן הכנת מערך הניסוי

מה קורה כאשר שׂורפים יער?

אחרי ששרפנו את “היער המעורב” ואת “יער האורנים בלבד”, גילינו שכאשר עצי אורן צומחים ביער המכיל רק עצי אורן הם אינם מושפעים מהשׂריפה, ואולי הם אפילו במצב טוב יותר אחרי השׂריפה. לאחר השׂריפה קלטו עצי אורן שרופים אותה כמות של פחמן דו־חמצני ופלטו אותה כמות של מים מהעלים, כמו עצי האורן שלא נשרפו. מְעַנְיֵן שעצי האורן השרופים היו יעילים יותר בפוטוסינתזה שלהם, בהשוואה לעצי האורן שלא נשרפו, אבל השפעה זו נמשכה רק כשנה אחת. אחר כך, לא נמצא כל הבדל בין עצי האורן השרופים לאלה שלא נשרפו. ב“יער המעורב” הסיפור היה מעט שונה. עצי האורן ב“יער המעורב” הושפעו לרעה מהשׂריפה – כתוצאה ממנה, עצי האורן השרופים קלטו פחות פחמן דו־חמצני, יחסית לעצי האורן שנשרפו ב“יער האורנים בלבד”. אבל, כמו בעצי האורן ב“יער האורנים בלבד”, ההשפעה לא נמשכה זמן רב – כשנה אחרי השׂריפה קלטו עצי האורן שנשרפו ב“יער המעורב” את אותה כמות של פחמן דו־חמצני שהם קלטו לפני השׂריפה. במילים אחרות, עצים אלה חזרו לְאֵיתָנָם די בקלות, בכל הנוגע לשׂריפות (ראו באיור 1 סיכום של התוצאות האלה).

איור 1 - בדרך כלל, בעצי האורן לא נראה שיש השפעה לשׂריפות המכוונות, אחרי השריפה הם צמחו בכוחות עצמם.
  • איור 1 - בדרך כלל, בעצי האורן לא נראה שיש השפעה לשׂריפות המכוונות, אחרי השריפה הם צמחו בכוחות עצמם.
  • לעומת זאת אם הם צמחו יחד עם עצי אלון, הצמיחה שלהם בהתחלה פחתה, אבל כעבור כשנה הצמיחה חזרה למצב התקין. לא נבדקה ההשפעה על עצי האלון. Did anyone feel that fire last year? = האם מישהו הרגיש את השׂריפה שהייתה בשנה שעברה? Nope = לא Pine forest = יער עצי אורן We did, but now we are back to normal = אנו הרגשנו, אבל עכשיו חזרנו למצב התקין Oak and Pine forest = יער עצי אלון ועצי אורן

מה קורה לעצים כאשר העש הצועני לועס את העלים?

במידת מה, כל העצים הסתגלו להתמודדות עם לעיסת העלים שלהם על-ידי חרקים, כי די רגיל שחרקים ניזונים מעלי עצים. האופן שבו העצים מגיבים ללעיסת העלים תלוי בסוג העץ, בזמן בשנה שבו הלעיסה מתרחשת ובמידת הַחֻמְרָה של ההתקפה. בשנת 2007 אכלו זחלי העש הצועני את כל העלים של עצי האלון בפיין בארנס, ניו ג’רזי. בשנת 2008 נאכלו חֵלֶק מהעלים, אבל לא כולם. בעקבות האוֹבְדָן החמוּר בעלים ב־2007, הנקרא נְשִׁירַת עלים, העצים הצמיחו מחדש את העלים שלהם, אבל רק 50% מִשֶּׁטַח הָעַלְוָה הוחלף (כלומר, לעצים היו 50% פחות עלים יחסית לכמות העלים בטרם נאכלו, שפירושו שהיו לעץ פחות עלים). שטח העלווה קובע את מידת המים שהעצים מאבדים ואת כמות הפחמן הדו־חמצני שהם קולטים. בשנת 2007, אחרי שעצי האלון הצמיחו מחדש חצי מכמות העלים שלהם, הופחת איבוד המים לעץ ב־25%. אולם עד שנת 2012, 5 שנים אחרי נשירת העלים החמוּרה, חזר איבוד המים למצבו הרגיל, אבל היכולת הכללית של עצי האלון בפיין בארנס לקלוט פחמן דו-חמצני עדיין הייתה פחוּתה. הדבר לא נבע מכך שעצים מסוימים לא יכלו לקלוט פחמן דו־חמצני, אלא בגלל מותם של חלק מהעצים עקב נשירת העלים, כך שסך הכול היו פחות עצים באזור. כך, פחות עצים יכלו לקלוט פחמן דו־חמצני בהשוואה למצב שהיה לפני התקפת זחלי העש הצועני. אחרי התקפת זחלי העש הצועני, ואחרי בצורת חמוּרה בשנת 2010, מתו שליש מהעצים, בעיקר עצי אלון (ראו גם למטה).

הַפְּחִיתָה הגדולה בקליטת פחמן דו־חמצני, אשר חלה אחרי השׂריפה ואחרי התקפת זחלי העש הצועני, התאפשרה הודות להשפעה המשולבת של לעיסת העלים בשנים 2008-2007 ואחר כך ההתייבשות בגלל הבצורת בשנת 2010, היות שהבצורת חלה במועד קרוב מאוד להתקפת זחלי העש הצועני. אבל, נמצאו כמה הבדלים באופן שבו מִינֵי אלון שונים הגיבו לבצורת. באלון הערמונים (Quercus montana) נראתה ירידה בקליטת פחמן דו־חמצני, יחסית לאלון השחור (Quercus velutina), אבל יותר עצי אלון שחור מתו בתגובה לבצורת, יחסית לעצי אלון הערמונים. לא נראה שעצי האורן הושפעו לרעה מהתקפת הזחלים ומהבצורת, בהשוואה לעצי האלון. מהתוצאות שלנו עולה שאם יהיו יותר אירועי בצורת, ישתנה הֶרְכֵּב מִינֵי העצים בפיין בארנס, כך שיהיו יותר עצי אורן ואולי גם יותר עצי אלון הערמונים, במקום עצי האלון השחור (ראו באיורים 2ו־3 סיכום של התוצאות האלה).

איור 2 - בדרך כלל, עצי האורן לא הגיבו לבצורת, אבל עצי האלון כן הגיבו (ראו גם איור 3).
  • איור 2 - בדרך כלל, עצי האורן לא הגיבו לבצורת, אבל עצי האלון כן הגיבו (ראו גם איור 3).
  • לעצי אלון הערמונים הייתה יכולת מופחתת לקלוט פחמן דו־חמצני, ועצי האלון השחור מתו בגלל הבצורת. Did anyone feel those droughts? = האם מישהו הרגיש את הבצורות האלה? Nope = לא Yes = כן Pine forest = יער עצי אורן Oak and Pine forest = יער עצי אלון ועצי אורן.
איור 3 - בשנת 2007, אחרי שחלק מהעלים צמחו מחדש, חלה פחיתה באיבוד המים ובקליטת פחמן דו־חמצני בעצי אלון.
  • איור 3 - בשנת 2007, אחרי שחלק מהעלים צמחו מחדש, חלה פחיתה באיבוד המים ובקליטת פחמן דו־חמצני בעצי אלון.
  • בשנת 2012 איבוד המים בעצי האלון היה תקין, אבל סך הכול קליטת הפחמן הדו־חמצני פחתה, היות שהיו פחות עצים שנותרו בחיים כדי לקלוט פחמן דו־חמצני עקב שילוב של בצורת ושל נשירת עלים (ראו גם איור 2). 2007 after defoliation = 2007 אחרי נשירת עלים 2007 after regrowth = 2007 אחרי צמיחה מחדש.

מה המשמעות של כל זה?

המחקר שלנו הראה שכאשר כמה הפרעות מתרחשות בזמן קצר, הדבר עלול להזיק לחלק מהעצים, אבל לא לכולם. פירושו של דבר, שֶׁיְּעָרוֹת שבהם יש מיני עצים שונים יגיבו באוֹפָנִים שונים להפרעות מסוגים אלה. המחקר שלנו גם הראה שעצים שהסתגלו לִחְיוֹת עם שׂריפות יכולים להתאושש מהשׂריפות ולחזור למצבם התקין במהירות. הֲבָנַת האופן שבו עצים מגיבים להפרעות השוֹנוֹת חשובה כדי שנוכל לצפות מה עלול לקרות לעצים בפעם הבאה שהפרעה כזאת תתרחש או כאשר תדירות ההפרעות האלה תעלה, דבר שעלול לקרות בגלל שינויי האקלים העולמיים.

העצים חשובים לאין ערוֹך עבור בני האדם, כי הם מְסַפְּקִים עץ לרהיטים ולבנייה, חומר גֶּלֶם להכנת נייר ועצי הַסָּקָה. מִינֵי בעלי חיים רבּים אחרים תלויים בעצים להזנה ולמחסה. עצים גם משמשים כמיזוג אוויר טבעי באזורים הקרובים להם. היות שעצים הם משאב כה חשוב לאדם ולמינים אחרים, חיוני ביותר לחקור את האופן שבו הם מתמודדים עם הפרעות.

מילון מונחים

פוטוסינתזה (Photosynthesis): התהליך שבו צמחים קולטים פחמן דו־חמצני ופולטים מים וחמצן.

הפרעוֹת ליער (Forest disturbance): עקה שחווה היער. הפרעות ליער כוללות חרקים מזיקים מסוימים, הוּריקנים, שיטפונות ובצורות.

הסתגלוּיוֹת (Adaptations): תהליך שבו צמחים או בעלי חיים משתנים מִדֵּי דור ודור, כך שהם מסוגלים לחיות טוב יותר בסביבה נתונה. הסתגלות יכולה להתרחש במשך תקופת זמן קצרה יחסית כגון שנים אחדות, או במשך תקופה ארוכה מאוד-מאוד כגון אלפי שנים או יותר. בפיין בארנס, קליפות עץ עבות נחשבות הסתגלות לשׂריפות כי עצים שיש להם קליפות עץ עבות שורדים אחרי השׂריפה טוב יותר, יחסית לעצים שיש להם קליפת עץ דקה.

שׂריפה מכוונת (Prescribed burning): שיטת יערנוּת שבה השיחים שביער נשרפים בכוונה בעונת האביב. שׂריפת השיחים עוזרת למניעת שׂריפות מקריות נרחבות ובלתי נשלטות, שעלולות לעלות בחיים ולפגוע ברכוש. על-ידי שמירה על רמת שיחים נמוכה, שריפה מקרית או הצתה בזדון לא יתפשטו מהר כל כך ולא יהיו הרסניות.

הצהרת ניגוד אינטרסים

המחברים מצהירים כי המחקר נערך בהעדר כל קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.


מקורות

[1] Schäfer, K. V. R., Renninger, H. J., Carlo, N. J., and Vanderklein, D. 2014. Forest response and recovery following disturbance in upland forests of the Atlantic Coastal Plain. Front. Plant Sci. 5:294. doi: 10.3389/fpls.2014.00294