Effekter av treslagsskifte, treplanting og nitrogengjødsling i skog på biologisk mangfold. Kunnskapsgrunnlag for å vurdere skogtiltak i klimasammenheng

Abstract

Som oppfølging av St. meld. 21 Norsk klimapolitikk (2011-2012) vurderer regjeringen ulike tiltak for å nå målet om et nettoutslipp av klimagasser innen 2030. I denne sammenheng skal Klima og forurensingsdepartementet (Klif), Direktoratet for naturforvaltning (DN), Statens landbruksforvaltning (SLF) og Norsk institutt for skog og landskap (Skog og Landskap) utvikle miljøkriterier for planting av skog på åpen mark og gjengroingsareal, og for målrettet nitrogengjødsling av bærlyngskog. Tiltakene skal øke opptaket av CO2 i skogsystemene gjennom økt trevekst. NINA er i denne prosessen bedt av DN om å levere en utredning om kunnskapsstatus for effekter av treslagsskifte og skogreising på gjengroingsmark, samt effekter av nitrogengjødsling i skog, på økosystemer og biologisk mangfold. Samtidig gis det en vurdering av hvilke arealer og naturtyper som blir mest negativt påvirket av økt tilplanting, samt en vurdering om nitrogengjødsling i klimasammenheng er et akseptabelt klimatiltak med tanke på effekter på det biologiske mangfold. NINA er ikke bedt om å vurdere effekten av disse skogtiltakene på andre økosystemtjenester; f.eks. friluftsliv inklusive jakt, stedsidentitet (landskap) og turisme. Skogreising og gjødsling av natur påvirker det stedegne biologiske mangfold gjennom endrede økosystemprosesser. Treslagsskifte til gran i løvskog endrer tresjiktets struktur, vekstform og biomasseproduksjon. Ved tettere skog endres mikroklimaet i skogbunnen. Sammen med et strølag med annen kjemisk sammensetning og saktere nedbrytningshastighet, bidrar dette til et surere og mer næringsfattigt jordsmonns, og endret jordfauna. Endring i jordsmonnsegenskaper fører til endret artssammensetning og lavere artsdiversitet i vegetasjonen. Særlig soppfloraen, og dermed samspillet mellom mykorrhizasopp og høyere planter, blir påvirket av treslagsskifte, noe som igjen kan få effekter på plantediversiteten. Flere rødlistede sopper som er knyttet til spesielle lauvtre er utsatt. Epifytter (moser og lav) som er avhengig av lauvtrebark vil bli negativt påvirket. Skogreising i åpent kulturlandskap vil gi omtrent de samme effekter på økosystemet som ved treslagsskifte, men med en betydelig større tilbakegang av lyskrevende planter. Faren for tap av karplantediversitet er her enda større enn i skog, da åpent lavland huser flest antall karplanter. På landskapsnivå vil granplantefelter stykke opp den naturlige variasjon i naturtyper, noe som kan gi effekter både på vegetasjon og dyreliv ved strukturelle habitatendringer og endrede interaksjoner i næringskjeden. Tilplanting av gran i områder hvor gran ikke har sin naturlige utbredelse kan imidlertid gi et høyere artsmangfold enn i mer ensartede landskap, bestående av bjørke- og furuskoger, men stedegen diveristet kan bli redusert. Skogforvaltningens egen PEFC standard setter grenser for hvilke areal der ny treplanting ikke bør skje ut fra påvirkningen av biologisk mangfold. I tillegg vil områder som er kartlagt etter DN-håndbok 13, områder med et høy antall MiS-figurer og med større forekomster av rødlistearter, samt rødlistede naturtyper og naturtyper med egne handlingsplaner, bli særlig negativt berørt av granplanting. Det stilles et spørsmålstegn om økt granplanting i gjengroingsområder og åpent landskap virkelig gir en klimagevinst, da det er stor usikkerhet i hvordan karbonbalansen vil endre seg ved endret albedoeffekt som resultat av et tettere skogsystem. En «karbon-alene»-tilnærming som ignorerer albedoeffektene og karbonstrømmer i økosystemet, og risikoen for økt frekvens av klimaskader spesielt på bartrær som følge av mildere vinterklima og fuktigere sommerklima, kan føre til en betydelig overestimering av klimagodene av ulike skogreisingstiltak.

As follow-up of Norwegian climate policy presented in St.meld.nr 21 the Government considers different actions to achieve the goal of a net emission of greenhouse gases by 2030. In this context the Climate and Pollution Department (Klif), the Directorate for Nature Management (DN), the Norwegian Agricultural Authority (SLF) and the Norwegian Forest and Landscape Institute will develop environmental criteria for afforestation of open fields and overgrown areas, and for targeted nitrogen fertilization of cowberry/bilberry woodland. These actions intend to increase the absorption of CO2 in forest systems through increased tree growth. NINA is in this process asked by DN to submit a report on the status of knowledge of effects of tree species change and afforestation of open and overgrown fields, and the effects on biodiversity of nitrogen fertilization in forest ecosystems. At the same time provide an assessment of the areas and habitats that are most negatively affected by increased afforestation, and consider if nitrogen fertilization is an acceptable action in terms of effects on biodiversity. NINA is not asked to assess the impact of these actions on other forest ecosystem services, e.g. outdoor activities including hunting, place identity (landscape) and tourism. Afforestation and fertilization of nature affect the indigenous biodiversity through changes in ecosystem processes. Introduction of spruce into deciduous forests changes the structure, growth form and biomass production of the forest. A denser forest changes the microclimate in the forest floor. Along with a litter layer with different chemical composition and slower degradation rate, this contributes to a more acidic and nutrient-poor soil and a modified soil fauna. Changes in soil properties lead to altered species composition and lower species diversity in the vegetation. In particular fungal flora, and thus the interaction between mycorrhizal fungi and higher plants are affected by tree species change. This will affect the overall plant diversity. Several red-listed fungi, associated with deciduous trees will be exposed. Epiphytes (mosses and lichens) which are dependent on the bark of deciduous trees will be negatively affected. Afforestation in open farmland will produce about the same effects on the ecosystem as tree species change in forests, but with a significantly higher decline of light-demanding plants. The risk of loss of vascular plant diversity is here even higher than in the forest, since open lowland houses the most number of vascular plants. At the landscape level the planting of spruce will split up the natural variation in habitats, which may have effects on both vegetation and wildlife habitat by structural changes and changed interactions in the food chain (different trophic levels). Planting of spruce in areas where spruce does not have its natural distribution, may provide a higher biodiversity than in homogeneous landscapes, consisting of birch and pine forests, but the indigenous diversity can be reduced. Based on the impact of biodiversity the Norwegian forest management standard (the PEFC standard) limits the areas where new tree planting can be carried out. Such areas and areas that have been identified by the DN-13 Manual, areas with a high number of MiS-figures, areas with high densities of red-listed species, red-listed habitat types and habitats of specific action plans will be particularly negatively affected by spruce planting. We query the statement that increased spruce planting in overgrown areas and open fields really gives a climate benefit, as there is considerable uncertainty in how the carbon balance will change the albedo effect as a result of a denser forest system. A "carbon-alone" approach that ignores albedo and carbon flow in the ecosystem together with the risk of increased frequency of forest damage, especially on conifers as a result of milder winters and humid summer climate, can lead to a significant overestimation of the climatic benefits of increased afforestation. Nitrogen fertilization of Norwegian forests could lead to eutrophication and acidification of ecosystems with significant effects on biological diversity. Known effects of nitrogen fertilization are increased biomass production and changes in competition between plants. This leads to a change in species composition of vegetation types, with increased abundances of herbs and grasses and a decline of blueberries. Fast-growing and nitrophilous plants will out-compete the characteristic species in nutrient poor to medium nutrient rich habitats, especially those species that have low abundance. This will lead to decreased total species diversity. Lichens and fungi are particularly vulnerable to nitrogen fertilization, and there is a high risk of decline for many of the red-listed fungi. Habitats that are already adapted to low nitrogen input, are the most vulnerable to nitrogen fertilization, e.g. the cowberry/bilberry forests. The supply of large quantities of nitrogen at one time can cause runoff of nitrogen from the soil surface by high rainfall, which may contaminate water and waterways. Fertilization by use of helicopter will most likely lead to an uneven distribution of fertilizers in the landscape, with great opportunities for locally high concentrations on the ground and thus destroy sensitive liverworts and peat mosses. Nitrogen is considered as one of the main threats to biodiversity worldwide and Norway has signed international agreements to limit nitrogen emissions. Based on current knowledge, it is likely that targeted forest fertilization with nitrogen will cause very negative consequences on the environment. In addition, there is uncertainty in the real climate benefits of such an action, when nitrogen fertilizer could increase emissions of the greenhouse gas N2O, which is 300 times more powerful greenhouse gas than CO2. Nitrogen-fertilization probably reduces carbon storage in the soil by decreased abundances of mycorrhizal fungi, which account for significant portions of the forest carbon storage. Furthermore, the outlined amount of nitrogen fertilizer (150 kg N/ha) spread over a 10-year period will be three times higher than the tolerance limit for N (5 kg N/ha * year). Based on the effects on biodiversity we will not recommend nitrogen fertilization of Norwegian forests as an appropriate method to achieve the goal of a net emission of greenhouse gases by 2030.