Effects of moose browsing on carbon and albedo dynamics in successional boreal forests

Abstract

Elg (Alces alces) er store planteetere som er tilstede i boreale skoger som sterkt kan formidle skogregenerering etter tydelig tømmerhøst gjennom selektiv surfing av boreale treslag. Selv om det nylig har vært bekymring for at elgsurfing kan påvirke det globale klimaet ved å endre karbonbinding i regenererende skoger, har det blitt gitt relativt liten oppmerksomhet til dets potensielle klimaeffekter på grunn av endringer i biofysiske faktorer som overflate albedo. I tillegg er den relative betydningen av elgedrevne endringer i skogkarbon og albedo for det globale klimaet foreløpig ukjent. I denne studien brukte vi langsiktige data fra 44 utelukkelser fra planteetere etablert i klare skoger i Midt- og Sør-Norge for å løse disse kunnskapshullene og undersøke effekten av elgsurfing på overjordisk trebiomasse og overflate albedo i suksessive boreale skoger. Deretter oversatte vi elgedrevne endringer i biomasse og albedo til karbonekvivalenter, som tillot oss å kvantifisere netto klimapåvirkning av elg i etterfølgende skog. Resultatene våre viste at elgsurfing på regional skala begrenser veksten av trebiomasse i årene etter rydding og har en biogeokjemisk oppvarmingseffekt på klimaet. I motsetning til dette øker elgen samtidig skogalbedoen i forhold til områder med ubrygget skog og gir en motstridende biofysisk kjøleeffekt. Klimaeffekter på grunn av endringer i biomasse og albedo er av samme størrelse og avbryter nesten hverandre for å produsere minimale netto klimaendringer på tvers av studieregionene. Disse resultatene indikerer at elg kan påvirke albedo i regenererende boreale skoger, og at klimaeffekten av endringer i albedo kan være av samme betydning som de som er forårsaket av endringer i trebiomasse og skogkarbon. Av denne grunn foreslår vi at skogforvaltere integrerer både biogeokjemiske og biofysiske klimaeffekter av elg i skogreduserende planer.

Moose (Alces alces) are large herbivores present in boreal forests that can strongly mediate forest regeneration after clear-cut timber harvest through selective browsing of boreal tree species. Although there has been recent concern that moose browsing may influence global climate by altering carbon sequestration in regenerating forests, relatively little attention has been given to its potential climate impacts due to changes in biophysical factors such as surface albedo. Additionally, the relative importance of moose-driven changes to forest carbon and albedo to global climate is currently unknown. In this study, we used long-term data from 44 herbivore exclosures established within clear-cut forests across central and southern Norway to address these knowledge gaps and investigate the effects of moose browsing on aboveground tree biomass and surface albedo in successional boreal forests. We then translated moose-driven changes in biomass and albedo into carbon equivalents, which allowed us to quantify the net climate impact of moose in successional forests. Our results showed that, on a regional scale, moose browsing limits the growth of tree biomass in the years after clear-cutting and exerts a biogeochemical warming effect on climate. In contrast, moose simultaneously increase forest albedo relative to areas of unbrowsed forest and drive an opposing biophysical cooling effect. Climate effects due to changes in biomass and albedo are of similar magnitude and nearly cancel each other out to produce minimal net climate change across study regions. These results indicate that moose can affect albedo in regenerating boreal forests and that the climate impacts of changes to albedo may be of similar importance as those caused by changes in tree biomass and forest carbon. For this reason, we propose that forest managers integrate both biogeochemical and biophysical climate impacts of moose into forest mitigation plans.