Skovnes kulstofoptagelse vil blive kompromitteret af klimaændringer, tyder en undersøgelse af bladtemperatur

En ny undersøgelse ledet af Oregon State University tyder på, at blade i skovkroner ikke er i stand til at køle sig selv under den omgivende lufttemperatur, hvilket sandsynligvis betyder, at træernes evne til at undgå skadelige temperaturstigninger og til at trække kulstof fra atmosfæren vil blive kompromitteret i en varmere , tørrere klima.

Resultaterne fra et internationalt samarbejde, der omfattede forskere fra flere universiteter og statslige agenturer, står i kontrast til en fremherskende teori i det videnskabelige samfund om, at kroneblade kan holde deres temperatur inden for et optimalt interval for fotosyntese - den proces, hvorigennem grønne planter laver deres mad fra sollys og kuldioxid.

Udgivet i dag i Proceedings of the National Academy of Sciences , er forskningen vigtig for at forstå og forudsige planters reaktioner på klimaændringer, sagde hovedforfatter Chris Still fra OSU College of Forestry, som bemærker, at flere undersøgelser tyder på, at mange af verdens skove nærmer sig deres termiske grænse for kulstofoptagelse.

"En hypotese kendt som begrænset blad-homeothermi hævder, at blade gennem en kombination af funktionelle egenskaber og fysiologiske reaktioner kan holde deres dagtemperatur tæt på den bedste temperatur for fotosyntese og under det, der er skadeligt for dem," sagde Still. "Specifikt bør blade afkøles til under lufttemperaturen ved højere temperaturer, typisk større end 25 eller 30 grader Celsius. Den teori antyder også, at klimaopvarmningens påvirkning af skovene delvist vil blive afbødet af bladenes afkølingsrespons."

Still og samarbejdspartnere brugte termisk billeddannelse til at se på kronebladstemperaturen på adskillige velinstrumenterede steder i Nordamerika og Mellemamerika - fra panamansk regnskov til den høje trægrænse i Colorado - og fandt ud af, at kronebladene ikke konsekvent afkøles under lufttemperaturer i dagtimerne eller forblive inden for et snævert temperaturområde som forudsagt af den begrænsede blad-homeotermiske teori.

De termiske kameraer blev monteret på tårne ​​udstyret med systemer, der måler kulstof-, vand- og energi-"fluxer" - udvekslinger mellem skoven og atmosfæren - samt en lang række miljøvariabler.

"Brug af højfrekvent, kontinuerlig termisk billeddannelse til at overvåge skovkroner ændrer virkelig, hvad vi kan lære om, hvordan skove håndterer stresset fra stigende temperaturer," siger Andrew Richardson, professor ved Northern Arizona University og medforfatter af undersøgelsen . "Før termiske kameraer, hvis du ville måle baldakintemperaturen, var du nødt til at sætte termoelementer fast på blade med plaster og vente, indtil vinden tog dem af. Men disse kameraer lod os måle forandring 24 timer i døgnet, syv dage om ugen, på tværs af mange årstider og år."

Undersøgelsen viste, at baldakinblade varmes hurtigere end luft, er varmere end luft det meste af dagen og kun køler under lufttemperaturen midt på eftermiddagen. Fremtidig klimaopvarmning vil sandsynligvis føre til endnu højere temperaturer på kronebladene, hvilket ville have en negativ indvirkning på skovens kulstofcyklus og øge risikoen for skovdødelighed, siger forskerne.

"Bladetemperatur har længe været anerkendt som vigtig for plantefunktion på grund af dens indflydelse på kulstofmetabolisme og vand- og energiudveksling," sagde Still. "Hvis kronefotosyntesen falder med stigende temperatur, vil skovenes evne til at fungere som kulstofdræn blive reduceret."

Bladtemperaturen i forskellige levesteder er påvirket af, hvordan bladstørrelsen varierer med klima og breddegrad samt kronestrukturen, forklarer Still. Store blade forekommer primært i varmt og vådt klima, og bladegenskaber som højere reflektans og mindre størrelser, som øger evnen til at afgive varme og føre til større afkøling, forekommer hovedsageligt i planter, der vokser i varme, tørre områder.

I store dele af de varme, våde troper nærmer eller overgår bladtemperaturen allerede tærsklerne for positiv nettofotosyntese – kulstoffikseringshastigheden minus hastigheden af ​​kuldioxid tabt under planternes respiration.

"Hvis blade generelt er varmere end den omgivende luft, som vores resultater tyder på, kan træer nærme sig kritiske tærskler for temperaturstress hurtigere, end vi forventer," sagde Richardson.

"Vores resultater har store konsekvenser for at undervurdere, hvordan planter vænner sig til opvarmning, og de antyder en begrænset evne for kroneblade til at regulere deres temperatur," tilføjede Still. "Vores data og analyser tyder på, at et opvarmende klima vil resultere i endnu højere temperaturer på kronebladene, hvilket sandsynligvis vil føre til reduktion af kulstofassimileringskapacitet og i sidste ende varmeskader." + Udforsk yderligere

Lokalt bjergklima påvirkes af bladarealforholdet i omkringliggende skove