Arctic forest futures - An integrative approach to understanding and anticipating ecological transitions in the forest-tundra ecotone

I et varmere klima kan overgangssonen (økotonen) mellom boreal skog og arktisk tundra gjennomgå tre typer av økologisk tilstandsendring som involverer høye vedplanter, nærmere bestemt ekspansjon av trær og busker inn på tundra som i dag er treløs, treslagsskifte i nåværende skog, og gjenvekst i skog som har blitt skadet av klimarelaterte forstyrrelser som insektutbrudd. Disse tilstandsendringene vil medføre betydelige endringer i økosystemfunksjoner, som strålingsbalanse, hydrologi og karbonlagring. I hvert tilfelle vil rekruttering av ungtrær fra frø være en flaskehals som bestemmer hvorvidt og hvor raskt tilstandsendringen vil skje. Arctic Forest Futures vil utvikle kunnskapen og verktøyene som kreves for å overvåke, forstå og forutse slike tilstandsendringer i den nord-Fennoskandiske skog-tundra økotonen, med bjørk og furu i Øst-Finnmark som modellsystem. Vi skal bruke prosess-baserte modeller for å bedre forståelsen av vekstbegrensinger hos ung furu og bjørk under historiske, nåværende og forventede fremtidige klimascenarier. Vi skal også identifisere nøkkelfaktorer som bestemmer rekrutteringssuksessen hos bjørk og furu ved å kombinere nye feltdata samlet i løpet av prosjektet med omfattende eksisterende data fra det økosystembaserte overvåkningsprogrammet COAT – Klimaøkologisk Observasjonssystem for Arktisk Tundra. I tillegg skal vi bruke nye teknikker innen fjernmåling og maskinlæring for å utvikle et semiautomatisk system for å kartlegge og overvåke endringer i utbredelsen av skog. I samarbeid med en referansegruppe av skogforvaltere og andre interessenter, vil prosjektets aktiviteter og resultater bli sammenfattet i en popularisert syntese, hvor målsetningen er å identifisere hvilke kombinasjoner av forvaltbare og ikke-forvaltbare drivere som kan lede frem til de ulike tilstandsendringene. Prosjektet vil dermed tilrettelegge for planlegging og tilpasning i møte med de gjennomgripende økologiske endringene som forventes i skog-tundra økotonen i kommende tiår.

The project targets ecological transitions driven by climatic and biotic stressors in a high-latitude system, the ecotone between sub-arctic birch forest and low-arctic tundra. The uniqueness of the system stem from its ecological context as a narrow deciduous belt in between arctic tundra and the vast coniferous taiga, a high exposure and suspected vulnerability to rapid climate change, as well as access to existing ecosystem-based monitoring data and research infrastructure through the long-term monitoring program COAT. We use a multi-transition conceptual framework, based on the anticipation that the system will be labile to multiple fundamental climate-driven transitions related to expansion of trees and shrubs, increased intermixture of birch and pine as well as a recovery of birch forest in woodlands currently disturbed by pest outbreaks. We focus on the recruitment niche of trees as the common bottleneck determining if tree cover will be lost, gained, or change species composition over time. Expanding upon on a successful collaboration with forestry stakeholders, we target pressing knowledge gaps identified by management related to the relative role of manageable and non-manageable drivers of forest changes in the region. Through this we will facilitate more efficient mapping and monitoring of tree cover changes by harnessing new machine learning and remote sensing based methodologies. We will foster ability to understand and anticipate climate driven ecotone transition scenarios by a combination of targeted field surveys addressing both constrainers and facilitators of recruitment, reuse of existing monitoring data from COAT and regional scale modelling of forest growth constraints under past, present, and near future climate regimes. The project will culminate in a knowledge synthesis, targeted to the stakeholders, where multiple lines of evidence underpinning transition scenarios are evaluated according to an established protocol for ecosystem assessment.