SHP-Strategiske høgskoleprogram

Den boreale skogen dekker rundt 11% av jordens terrestriske overflate og omfatter ca 25% av jordens skoger. Til tross for sitt lave artsmangfold i forhold til mange andre biomer, har den boreale skogen tiltrukket seg betydelig oppmerksomhet på grunn av den viktige rollen den har i tømmerproduksjon og den globale karbonsyklusen, men også fordi den boreale skogen er en viktig leverandør av lokale økosystemtjenester for folk som bor i boreal sone. Vi har studert forskjeller mellom den Nord-Amerikanske og Skandinaviske boreale skoger. I begge disse regionene er bartrær de dominerende trærne, spesielt grantrær. Men ellers er forskjellen i den synlige vegetasjon mellom regionene slående. I N-Amerika har man ofte et tett buskskikt av løvfellende høye busker som, som man mangler nesten totalt i N-Europa. I N-Europa er det heller et lag med lyngvegetasjon som dekker feltskiktet. Det er også slående forskjeller mellom viktige planteetere. I N-Amerika viser snøskoharen en populasjonssyklus på 9-10. I N-Europa er det smågnagerne som er sykliske med en periodisitet på 3-5 år. Mennesker har hatt en sterk påvirkning på den boreale skogen i N-Europa. De menneskeskapte påvirkninger N-Europa omfatter økning av rovdyr (spesielt rødrev) og elg som følge av utryddelsen rovdyr på toppen av næringskjeden (spesielt ulv). Men vi argumentere for at de grunnleggende regionale forskjellene, som er: store forskjeller i undervegetasjonen og i nøkkelartene for planteeter-rovdyr interaksjoner som driver økologisk dynamikk med ulik puls i de to systemene, ikke er et resultat av ulik grad av menneskelig inngripen. I stedet foreslår vi at disse forskjellene er gamle og forårsaket av ulik vinterklima. Vinterklimaet fungerer i hovedsak bottom-up ved først å forme undervegetasjonen, og deretter dominerende planteetere, og til slutt rovdyrene. Spesielt er det mer og fastere snø i N-Europa enn i N-Amerika. Det er også kaldere og snøen kommer senere i N-Amerika. Kulden hindrer blåbær i å etablere seg over store deler av N-Amerika. Planteetere må derfor tilpasse seg å beite på høye busker over snøen. I N-Europa vil mye av vegetasjonen ligge under snøen og en viktig planteeter-rovyr interaksjoner mellom smågnagere og mustelider vil være under snøen. For det skandinaviske systemet har vi spesielt studert smågnagersykluser for å forstå hvordan dette påvirker dynamikken til det boreale skogøkosystemet. Vi har laget en modell som beskriver hvordan gode områder for vinteroverlevelse, potensielt med god mat, kan føre til at aggregering av hunner. Disse hunnene vil være sosiale og vennskapelig og reprodusere godt om vinteren. Dette resulterer i en økning av bestanden. Bestanden vil så kræsje gjennom et samspill mellom rovdyr, spredning og sosiale forhold. Ettersom bestanden øker, vil også antall rovdyr etter hvert øke. Dominanate hannmus vil være utsatt for rovdyr da de utfører mye risikabel atferd. Dette vil resultere i at andre hanner overtar territorier, dreper ungene til den forrige hannen og forstyrrer det sosiale systemet. Dette har som konsekvens ytterligere spredning som gjør dyrene mer utsatt for predasjon. Denne modellen er bekreftet av individbasert modellering der vi viser at bare i en situasjon som inkluderer både indre faktorer (sosialitet og spredning) og predasjon, vil utvikle sykluser slik vi kjenner dem med 3-4 års periodisitet. Siden snøforhold er forventet å være årsaken til at syklusen forsvinner hos enkelte smågnagerbestander brukte vi en høydegradient for å studere variasjoner i vinter-overlevelse. Resultatene tyder på at det er høyere overlevelse av smågnagere høyt over havet med mer stabile vinterforhold. Men i det en smågnagerbestand kollapser vil den gjøre det synkront over store områder uavhengig av høyde over havet. I eksperimentelle studier viser vi at økt matmengde vinterstid kan hindre smågnager-bestander i å kollapse.

In this proposal, we build a highly prestigious scientific network by linking Scandinavian ecological environments with the distinguished Canadian group working on the boreal forest ecosystem in North America. We will study the role of vole multiannual po pulation cycles on the boreal forest ecosystem dynamics. We will manipulate vole cycles in large scale natural experimental plots (16 km2). Treatment groups will consist of: (1) low non-cyclic vole densities; (2) high non-cyclic vole densities; and (3) co ntrols, where vole populations are expected to fluctuate naturally. This is the first time a dynamic phenomenon such as vole cycles is manipulated at such a large spatial scale. The large scale manipulation gives a unique opportunity to resolve questions related to a natural food web at the landscape level, including the response of wide-ranging predators such as mustelids, fox and owls. Our approach will resolve how the conspicuous vole cycles may be a driver of the boreal forest ecosystem dynamics and w hether temporal heterogeneity enhances species diversity similar to how spatial heterogeneity does; it will improve our understanding of how the Fennoscandian boreal forest ecosystem will react towards anticipated changes in vole cyclicity through global warming; and reveal why the Fennoscandian and North American boreal forest ecosystem dynamics are so different. We will use ecosystem models, such as the Ecopath trophic mass-balance modelling framework, to compare the dynamics of these two continents b oreal forests. Because we are manipulating ecosystem dynamics at broad scales and comparing these dynamics on different continents, our research will provide a base for a broader and more predictive evidence-based management. The project will also contrib ute to general questions in ecology, including what factors contribute to variation in community structure and function and their cascading effects on natural systems.