Введение

Луг (англ. meadow, MEDoh) – открытая среда обитания или поле, растительность которого состоит преимущественно из трав, травянистых растений и других недревесных видов. Деревья или кустарники могут встречаться на лугах редко, при условии сохранения открытого характера местности. Луга могут возникать естественным образом при благоприятных условиях, но часто создаются искусственно путем расчистки кустарников или лесов для производства сена, кормов или выпаса скота. Луговые ландшафты, как группа, характеризуются как "полуестественные травянистые угодья", что означает, что они в основном состоят из местных видов с ограниченным вмешательством человека. Луга привлекают множество диких животных и поддерживают флору и фауну, которые не могли бы процветать в других средах обитания. Они экологически важны, поскольку предоставляют места для брачных демонстраций животных, гнездования, сбора пищи, опыления насекомых, а иногда и укрытия, если растительность достаточно высокая. Интенсивные сельскохозяйственные практики (слишком частая косьба, использование минеральных удобрений, навоза и инсектицидов) могут привести к сокращению численности организмов и снижению видового разнообразия. Существуют различные типы лугов, включая сельскохозяйственные, переходные и постоянные – каждый из которых играет уникальную и важную роль в экосистеме. Как и другие биомы, луга подвергаются усилению давления (в том числе на их биоразнообразие) из-за изменения климата, особенно в связи с изменением количества осадков и погодных условий. Однако травянистые угодья и луга также обладают значительным потенциалом смягчения последствий изменения климата, выступая в качестве поглотителей углерода; глубоко укоренившиеся травы накапливают в почве существенное количество углерода.

Сельскохозяйственные луга

В сельском хозяйстве луг – это травянистая местность, которая не подвергается регулярному выпасу домашнего скота, а оставляется для неконтролируемого роста с целью заготовки сена. Его истоки уходят в железный век, когда появились подходящие орудия для уборки сена. Возможность заготовлять корм для скота на лугах давала значительное преимущество животноводству, поскольку животных можно было содержать в загонах, что упрощало контроль за разведением. Избыток биомассы, производимый летом, можно было запасать на зиму, предотвращая повреждение лесов и пастбищ, так как необходимость в зимнем выпасе скота отпадала. В Великобритании сохранилось менее низинных лугов, чем в прошлом, и большинство из них относительно малы и фрагментированы. 25% лугов Великобритании находится в графстве Вустершир, а важным объектом является Луг Фостера, находящийся под управлением Траста дикой природы Вустершира. Похожим понятием на сенокос является пастбище, которое отличается от луга тем, что на нем пасутся животные в течение лета, а не дают вырасти траве, чтобы затем периодически скашивать ее на сено. Пастбище также может обозначать любую землю, используемую для выпаса скота, и в этом широком смысле термин относится не только к травянистым пастбищам, но и к нетравяным биотопам, таким как вересковые пустоши, торфяники и лесные пастбища. Термин «пастбище» используется для описания как сенокосов, так и пастбищ. Конкретные сельскохозяйственные практики, связанные с лугом, могут принимать различные формы, например, заготовка сена или обеспечение кормом для пасущегося скота, а также предоставление места для садов или пчеловодства. Луга тесно связаны и зависят от сложной сети социокультурных условий для своего поддержания. Исторически они возникли для повышения эффективности сельского хозяйства, когда стали доступны необходимые инструменты. Сегодня сельскохозяйственные практики изменились, и луга в значительной степени утратили свое первоначальное назначение. Тем не менее, они ценятся сегодня за свою эстетическую привлекательность и экологические функции. Следовательно, Общая сельскохозяйственная политика Европейского Союза субсидирует их содержание, в основном посредством выпаса скота. Однако это состояние носит временный характер, поскольку травы в конечном итоге оказываются в тени, когда кустарники и древесные растения хорошо разрастаются, являясь предвестниками возвращения к полностью лесистому состоянию. Переходное состояние можно искусственно поддерживать с помощью системы двойного поля, при которой обрабатываемая земля и луга чередуются в течение 10–12 лет каждый.

Вечные луга

Вечная луга, также называемая естественной лугой, – это луг, на котором экологические факторы, такие как климатические и почвенные условия, благоприятны для многолетних трав и неограниченно сдерживают рост древесных растений. Типы вечных лугов могут включать:

Альпийские луга встречаются на больших высотах, выше границы леса, и поддерживаются суровым климатом. Прибрежные луга формируются под воздействием соленых брызг. Пустынные луга ограничены недостаточным количеством осадков или нехваткой питательных веществ и гумуса. Прерии поддерживаются периодами сильной засухи или подвержены лесным пожарам. Сырые луга (зона полуболотистой местности) насыщены водой большую часть года.

Человеческое вмешательство

Искусственно или культурно созданные луга возникают и постоянно нуждаются во вмешательстве человека для сохранения и процветания. Во многих местах естественные, нетронутые популяции свободно бродящих крупных травоядных либо вымерли, либо значительно сократились из-за деятельности человека. Это уменьшает или устраняет их естественное влияние на окружающую среду и приводит к тому, что луга создаются или поддерживаются исключительно человеческим вмешательством. Существующие луга потенциально могут постепенно деградировать, если не поддерживаются сельскохозяйственными практиками. Человечество на протяжении тысячелетий оказывало влияние на экологию и ландшафт во многих частях мира, поэтому иногда бывает трудно определить, что является естественным, а что – культурным. Луга – один из таких примеров. Однако, исторически луга поддерживались естественными крупными травоядными, которые сдерживали рост растений и поддерживали открытое пространство. Поскольку в некоторых регионах мира сокращается экстенсивное земледелие, такое как выпасание скота, луга как среда обитания находятся под угрозой исчезновения. Ряд исследовательских проектов направлен на восстановление естественных луговых местообитаний путем реинтродукции крупных травоядных. Например, в 2018 году экологические организации при поддержке Департамента по вопросам окружающей среды, продовольствия и сельского хозяйства Англии, обеспокоенные сокращением численности пчел во всем мире, в первый день Недели потребностей пчел 2018 года (9–15 июля) представили ряд рекомендаций по сохранению пчел. Эти рекомендации включают: 1) выращивание цветов, кустарников и деревьев, 2) предоставление саду возможности разрастаться в естественном порядке, 3) сокращение частоты стрижки травы, 4) сохранение мест гнездования и зимовки насекомых, и 5) осторожное использование пестицидов.

Влияние туризма

Было отмечено, что деятельность человека усиливает деградацию луговых почв. Это привело к оползням в Шоласе. Например, в городе Закопане (Польша) из-за катания на лыжах и урбанизации наблюдались изменения в составе почв лугов. Органическое вещество почвы уменьшилось и пострадало от химических веществ, содержащихся в искусственно растаявшей воде от снега и от техники, используемой для горнолыжного спорта.

Влияние повышенных температур

В ответ на изменения температуры цветковые растения могут реагировать либо пространственными, либо временными сдвигами. Пространственный сдвиг подразумевает миграцию в более холодные районы, часто на больших высотах. Временной сдвиг означает, что растение может изменить свою фенологию, чтобы зацветать в другое время года. Смещаясь к ранней весне или поздней осени, они могут восстановить прежние температурные условия. Однако эти адаптации имеют свои пределы. Пространственные сдвиги могут быть затруднены, если территории уже заняты другими видами, или если растение зависит от специфической гидрологии или типа почвы. Это наблюдается даже у многолетних видов, которые ранее считались устойчивыми к экстремальным погодным явлениям. Особенно уязвимы сухие луга, которым угрожает распространение кустарников и других древесных растений и сокращение численности цветковых трав, в то время как заболоченные участки, как правило, теряют древесную растительность. Более влажные зимы, напротив, могут увеличить общую биомассу, но благоприятствуют уже конкурентоспособным видам. Существуют данные, свидетельствующие о том, что влияние таяния снега может быть даже выше, чем просто потепление. Однако более ранние сроки не всегда положительны для растений, поскольку влага, поступающая от таяния снега, может быть недостаточной в более позднее время года. Кроме того, это может увеличить продолжительность хищничества семян. Также проблематично отсутствие изолирующего снежного покрова, из-за чего весенние заморозки могут оказать более сильное негативное воздействие.

Влияние на экологические сообщества

Все вышеперечисленные факторы приводят к сложным, нелинейным реакциям сообществ. Эти реакции можно разделить на составляющие, рассматривая несколько климатических факторов и виды в совокупности. Поскольку различные виды демонстрируют разную степень фенологических реакций, результатом является так называемая фенологическая перестройка, когда структура экосистемы претерпевает фундаментальные изменения. Фенологические реакции в периоды цветения определенных растений могут не совпадать с фенологическими сдвигами их опылителей. В частности, исследование выявило, что типичный пик цветения в середине лета состоял из нескольких последовательных пиков в сухих, мезотрофных и влажных луговых системах. Фенологические реакции на изменение климата приводят к расхождению этих пиков, создавая разрыв в середине лета. Это представляет угрозу для опылителей, зависящих от непрерывного снабжения цветочных ресурсов. Поскольку экологические сообщества часто высоко адаптированы к местным условиям, которые невозможно воспроизвести на больших высотах, Debinski et al. описывают наблюдаемые краткосрочные изменения на лугах как "сдвиг в мозаике состава ландшафта".

Экстремальные погодные условия

Изменение климата повышает температуру во всем мире, и бореальные регионы более подвержены заметным изменениям. Был проведен эксперимент для мониторинга реакции альпийских арктических луговых растений на различные схемы повышения температуры. Эксперимент основывался на сосудистых растениях, обитающих в арктической и субарктической средах, в трех различных ярусах растительности: верхнем, нижнем и функциональных группах. Важно учитывать, что эти растения обычно совместно используют пространство и постоянно взаимодействуют с мхами, лишайниками, членистоногими, животными и многими другими организмами. Результатом стала четкая адаптация к устойчивой модели, которую растения распознали и успели пройти тепловую акклиматизацию, что привело к чистому приросту углерода за счет интенсификации фотосинтеза и незначительного увеличения дыхания благодаря относительно теплому климату в течение определенного периода времени. Однако растения, подвергающиеся изменениям любого рода (не только повышению и понижению температуры) в короткий промежуток времени, более склонны к гибели, поскольку у них не было достаточно времени для тепловой акклиматизации.

Хранение углерода на лугах

Луга могут выступать в качестве значительных поглотителей и источников органического углерода, накапливая его в больших количествах в почве. Потоки углерода в основном зависят от естественного цикла поглощения и выделения углерода, который взаимодействует с сезонными изменениями (например, вегетационный и не вегетационный периоды). Различные типы лугов обладают разными характеристиками (например, растительным составом), влияющими на их способность поглощать углерод; в частности, луга морских трав признаны одними из наиболее важных поглотителей углерода в глобальном углеродном цикле. В случае лугов морских трав наблюдается повышенное выделение других парниковых газов (CH4 и N2O), однако, по оценкам, общий эффект приводит к компенсации общих выбросов. Основной причиной сокращения площади лугов (помимо прямого воздействия, связанного с деятельностью человека) является изменение климата, что приводит к увеличению выбросов углерода и актуализирует вопрос о проектах по восстановлению, которые в некоторых случаях уже инициировали восстановление лугов (например, луг Zostera marina в Вирджинии, США).

Деградация пастбищ

Если произошло деградация пастбищ, могут произойти значительные изменения в потоке углекислого газа в не вегетационный период. Как изменение климата, так и перевыпас скота способствуют этой деградации. На примере альпийской заболоченной луговины на Тибетском нагорье Цинхай видно, что она может быть как умеренным источником CO2, так и поглотителем углерода благодаря высокому содержанию органических веществ в почве и низкой скорости разложения. Однако, чем точнее изучены эти процессы, тем более ощутимыми становятся последствия деградации. Выявлена тесная связь между деградацией пастбищ и потерей углерода из почвы, что указывает на то, что деградация стимулирует выброс углекислого газа. Это, в свою очередь, свидетельствует о потенциале смягчения последствий изменения климата посредством восстановления деградированных пастбищ.

Ограничение и торговля

Поскольку система ограничения выбросов и торговли основана на рыночном регулировании, в некоторых случаях она может включать проекты по восстановлению экосистем для смягчения последствий изменения климата. Например, программа ограничения выбросов в Калифорнии изучает возможность включения восстановления лугов в свою систему сокращения выбросов углерода. Предварительные исследования, как сообщает Audubon, указывают на потенциал значительного увеличения запасов углерода в почве по сравнению с деградировавшими лугами, а также на повышение местного биоразнообразия. Однако в последнее время, во время пандемии COVID-19, стали проявляться трудности с проведением работ по восстановлению: в первые годы участки, находящиеся в процессе восстановления, уязвимы к внешним воздействиям, например, приостановка ухода за лугами в период, когда экосистема наиболее чувствительна, в частности к инвазивным видам.