What comes after the new pest? Ecosystem transitions following insect pest outbreaks induced by climate change in the European high North

Store utbrudd av bjørkemålere - uten kjent sidestykke i historien - har siden siste tusenårsskiftet skadet ca. 1 mill hektar bjørkeskog i det nordlige Skandinavia. Dette fenomenet representerer en av de største økosystemendringen som kan tilskrives de pågående klimaendringene i Europa. I dette prosjektet belyser vi hvordan dette sterkt forstyrrede økosystemet utvikler seg videre under påvirkninger av framtidige klimaendringer, gjentatte målerutbrudd, og beitetrykk fra ville og tamme beitedyr. Under slike påvirkninger kan det kunne skje ytterligere tilstandsendringer som medfører tap av biologisk mangfold og flere viktige funksjoner og tjenester som sub-arktiske økosystemer normalt har. Gjennom en kombinasjon av stor-skala komparative og småskala felt-ekperimentelle studier, har vi fokusert på følgende fire temaer: 1) Regionale tilstandsendringer som følge av målerutbrudd, 2) Betydningen av beitedyr for å vedlikeholde tilstandsendringer, 3) Hogst som forvaltningsgrep i målerskadd skog, og 4) Kaskadeeffekter av målerangrep i økosystemet. Vi har vist at de intensiverte målerutbrudd har overskredet tålegrensen for skogen, og forårsaket omfattende dødelighet, lokalt > 90%. Vi har identifisert en sterk ikke-lineær sammenheng (et vippepunkt) mellom utbruddsintensitet og dødelighet, hvilket indikerer at dette systemet er utsatt for raske transisjoner fra en tre-satt til en tre-løs tilstand. Lav foryngelse på regional skala, sannsynligvis forårsaket av beitetrykk og positive koplinger (feedbacks) mellom tettheten av gjenlevende trær og etablering av nye frøplanter, tilsier at denne transisjonen vil være varig i mange områder. Betydningen av beitedyr har blitt kvantifisert i ytterligere detalj ved hjelp av eksperimentelle uthegninger. Vi har vist særlig at 1) høyere dødelighet av stammer på sommerbeite enn på vinterbeite, og 2) sommerbeite kan effektivt forhindre gjenetablering av skogen. Fire år etter utbruddet (2012) var andelen levende stammer <2% og 5% på hhv sommer- og vinterbeite. Fire år seinere (2018) var andel uendret på sommerbeite, men økende til ~40% på vinterbeite. Dette viser at de 2 beiteregimer utvikler seg mot to vidt forskjellige tilstander, den ene mot gjenetablering av skog, og den andre mot en tilnærmet tre-løs tilstand. Skogforvaltning kan potentielt påvirke disse tilstandsendringer. I samarbeid med lokale rettighetshavere har vi undersøkt hvordan hogst av skadde og døde trær kan påvirke skogens gjenvekst. På kort sikt er hogst et lovende forvaltningsgrep, men rundt 4 ganger flere stubbeskudd produsert på hogstflater enn på kontrollflater. Gevinsten på lang sikt vil imidlertid avhenge både av skogens utgangstilstand (bonitet), og det lokale beitetrykk. Som forvaltningsgrep bør hogst rettes mot de områder der man kan forvente størst effekt. Målerutbrudd, og de kort- og langsiktige tilstandsendringer som følger, kan påvirke andre komponenter av bjørkeskogssystemet, heriblant biodiversitet som fugle- og insektsamfunn, viltarter som rype, hare og elg, og små rovdyr som rødrev. Slike kaskadeeffekter er dårlig kjent og ofte vanskelige å kvantifisere. Vi har brukt en rekke ulike metoder, inkl. snøsporing, akustisk overvåking, kamerafeller og insektfeller, for å belyse dette. Vi har vist at samfunnet av småfugl i skogen foreløpig fremstår som robust overfor de endringer som har skjedd. Samfunnet av dødved-tilknyttede insekter er artsrikt, men har rent numerisk respondert mindre enn det man kunne forvente, gitt de store mengder død ved som har blitt tilgjengelig. Dette kan tyde på at disse insekter på nåværende stadium spiller en mindre rolle som nedbrytere av den døde veden. Vi har vist at planteetere, særlig rype, responderer på tilstandsendringen ved lavere tilstedeværelse i den skadde skogen, og at dette har ringvirkninger også på generalistpredatorer, i første omgang rødrev. De langsiktige tilstandsendringer og videre implikasjoner av fortsatt oppvarming og nye målerutbrudd, kan ikke adresseres i et kortvarig prosjekt, og vi har i dette dratt nytte av både infrastruktur og tidsserier etablert av oss gjennom tidligere NFR-prosjekter. Til tross for over 10 års forskning er vi fremdeles på et relativt tidlig stadium i prosessen med å forstå mekanismene bak, og konsekvensene av, de intensiverte målerutbrudd for bjørkeskogens fremtid. Det er derfor et uttalt mål å videreføre og videreutvikle denne forskningen og det etablerte samarbeid med lokale rettighetshavere gjennom observasjonssystemet COAT (www.coat.no).

Prosjektet har bidratt til et varig samarbeid med forvaltningsmundigheter, grunneiere og næringer i Finnmark samt til oppbygningen av overvåkningssystemet COAT.

The proposal targets one of the most pervasive, large-scale drivers of ecosystem change in the circumpolar North - the spread and intensification of forest insect pest outbreaks resulting from climate warming. Specifically, we target the impact of moth outbreaks of unprecedented extent and severity that recently have devastated 1 million ha of boreal birch forest in northern Fennoscandia - arguably the most abrupt, severe and large-scale ecosystem disturbance that can be attributed to recent climate change in Europe. Our research aims to unravel how the ecosystem in the most disturbed region at the forest-tundra interface may transform into new ecosystem states under continued climate warming, recurrent pest outbreaks, the action of wild and domestic herbivores and forest management. We target state variables that quantify overall ecosystem structure - including sub-arctic biodiversity, ecosystem functioning - including processes that feed back to the climate system and provisional ecosystem services. We employ an approach that allows us to interactively test and refine hypotheses about drivers of long-term state transitions by a combination of large-scale comparative and small-scale experimental studies. We will use a battery of methods ranging from remotely sensed measurements of landscape-scale primary productivity and surface reflectance (albedo), to ground and below-ground estimates of key species and functional groups. State-of-the-art multivariate statistical modeling will be used throughout to test predictions. In cooperation with stakeholders we will investigate management actions that may mitigate detrimental ecosystem states and prevent loss of ecosystem services and biodiversity. We aim to extend the present research and partnership with managers into the long-term through the adaptive monitoring system COAT. Extensive outreach from our research will include interaction with pupils and teachers through TUNDRA schoolnet.