Undervurderet spiller i kulstoflagring bør inkluderes i globale forandringsmodeller, siger forskeren. Forhøjede niveauer af atmosfærisk kuldioxid accelererer kulstofcykling og kulstoftab i jorden i skove, har ny forskning ledet af en Indiana University biolog fundet.
Den nye beviser understøtter et synspunkt om, at selv om skove fjerner en betydelig mængde kuldioxid fra atmosfæren, opbevares meget af kulstoffet i levende woody biomasse snarere end som dødt organisk stof i jord.
Richard P. Phillips, hovedforfatter på papiret og adjunkt i biologi ved IU College for Arts and Sciences, sagde, at efter næsten to årtier med forskning i skovøkosystemers reaktioner på global forandring er noget af usikkerheden blevet løftet om, hvordan skove lagrer kulstof i kølvandet på stigende kuldioxidniveauer.
Hvide og gule tråde af svampemycelier lever symbiotisk og handler kulstof og næringsstoffer med de brunlige, loblolistiske fyrretræer. Træer giver energigivende kulhydrater til svampe, mens svampe giver næringsstoffer til fyrren.
Billedkredit: Ina Meier
”Det er blevet antydet, at når træer optager mere kuldioxid fra atmosfæren, vil en større mængde kulstof gå til rødder og svampe for at erhverve næringsstoffer, men vores resultater viser, at lidt af dette kulstof ophobes i jorden, fordi nedbrydningen af rod og svamp detritus øges også, ”sagde han.
Carbon opbevaret i jord, i modsætning til i træets træ, er ønskeligt ud fra et forvaltningsperspektiv, idet jordbunden er mere stabil over tid, så kulstof kan låses væk i hundreder til tusinder af år og ikke bidrage til stigning i atmosfærisk kuldioxid.
Forskningen blev udført på Duke Forest Free Air Carbon Dioxide Anrichment-stedet i North Carolina. På dette sted blev modne loblolly fyrretræer udsat for øgede niveauer af kuldioxid i 14 år, hvilket gjorde det til en af de længstkørende kuldioxidberigelsesforsøg i verden. Forskere var i stand til at beregne alderen på kulstofcyklen gennem jorden ved at dyrke rødder og svampe til meshposer, der indeholdt unikt mærkede jordarter. Jordbunden blev derefter analyseret for deres organiske sammensætning.
Forfatterne rapporterer også, at nitrogen cyklisk hurtigere i denne skov, da efterspørgslen efter næringsstoffer fra træer og mikrober blev større under forhøjet CO2.
"Væksten af træer er begrænset af tilgængeligheden af nitrogen på dette sted, så det giver mening, at træer bruger det 'ekstra' kulstof, der optages under forhøjet CO2 til primære mikrober til at frigive nitrogen bundet i organisk stof," sagde Phillips. "Det overraskende er, at træerne ser ud til at få meget af deres nitrogen ved at nedbryde rod- og svampedritus, der er mindre end et år gammel."
De to gange virkninger af mikrobiel grundning, hvor mikrober stimuleres til at nedbryde organisk jordstof fra jordbund gennem en stigning i nyt kulstof og andre energikilder, og den hurtigere omsætning af nyligt fast rod- og svampekulstof, er nok til at forklare det hurtige kulstof og nitrogencykling, der forekommer på Duke Forest FACE-stedet.
"Vi kalder det RAMP-hypotesen - Rhizo-Accelerated Mineralization and Priming - og det hedder, at rod-inducerede ændringer i hastigheden for mikrobiel behandling af kulstof og nitrogen er nøglemedlere for langsigtede økosystemreaktioner på global ændring," tilføjede Phillips.
”De fleste økosystemmodeller har begrænsede repræsentationer af rødder, og ingen af dem inkluderer processer som priming. Vores resultater viser, at interaktioner mellem rødder og jordmikrober spiller en undervurderet rolle i bestemmelsen af, hvor meget kulstof der er lagret, og hvor hurtigt kvælstof cirkuleres. Så inkludering af disse processer i modeller burde føre til forbedrede fremskrivninger af langsigtet kulstoflagring i skove som svar på globale miljøændringer ”sagde han.
Forskningen blev udført på Duke Forest Free Air Carbon Dioxide Anrichment-stedet i North Carolina, hvor modne loblolly fyrretræer blev udsat for øgede niveauer af kuldioxid i 14 år, hvilket gør det til en af de længste kørende CO2-berigelse eksperimenter i verden .
Billedkredit: Will Owens
”Rødder og svampe fremskynder cykling af kulstof og kvælstof i skove udsat for forhøjet CO2” - af Phillips; IU og University of Gottingen (Tyskland) post-doctoral researcher Ina C. Meier; Emily S. Bernhardt fra Duke University, A. Stuart Grandy og Kyle Wickings fra University of New Hampshire; og Adrien C. Finzi fra Boston University - blev offentliggjort 9. juli i online tidlig tilføjelse af Ecology Letters. Gratis adgang til forskningsartiklen vil være tilgængelig indtil oktober.
Finansiering til dette arbejde blev leveret af det amerikanske ministerium for landbrug og det amerikanske energiafdeling. Phillips og hans forskerteam modtog i marts et tilskud på $ 398.000 fra National Science Foundation til finansiering af testning af RAMP-hypotesen i blandede hårdttræskove i Indiana.
Genudgivet med tilladelse fra Indiana University.