Støv hjælper med at regulere Sierra Nevadas økosystemer, undersøgelse finder

"At samle støv" betragtes normalt ikke som en god ting.

Men støv fra så tæt som Central Valley og så langt væk som Gobi-ørkenen i Asien giver flere næringsstoffer - især kritisk fosfor - end man tidligere har troet for at opretholde vegetationen i Sierra Nevada, et hold videnskabsmænd har fundet.

En ny undersøgelse udgivet i dag (28. marts) i tidsskriftet Naturkommunikation indikerer, at det er vigtigt at forstå, hvordan støv hjælper vegetationen til at trives, især i lyset af det ændrede klima og intensivering af arealanvendelsen.

Det er velkendt, at støv er en vigtig kilde til næringsstoffer til stærkt forvitrede og gamle landskaber som øen Kauai, hvor intensiv kemisk forvitring og udvaskning har udtømt det underliggende grundfjeld for livsopretholdende grundstoffer, inklusive fosfor, kalium, calcium og magnesium, UC Merced Professor Stephen Hart og hans samarbejdspartnere skrev.

På grund af det overvejende fosforfattige granitiske grundfjeld, Sierra Nevada betragtes som et fosfor-begrænset økosystem, men forskerne mener, at deres resultater vil holde stik for andre bjergrige økosystemer rundt om i verden og have konsekvenser for at forudsige skovens reaktion på ændringer i klima og arealanvendelse.

Næringsstoffer tilføres generelt til planter, da grundfjeldet omdannes til jord. Næringsstoffer, i høj grad, regulerer fordelingen af ​​liv over jordens overflade, så forståelsen af ​​den relative betydning af forskellige næringsstofkilder - inklusive grundfjeld og støv - er et grundlæggende spørgsmål i økologi, biogeokemi og geobiologi.

Men forskerne var overraskede over at finde ud af, at støvet er vigtigt selv ved aktiv erodering, relativt unge bjergøkosystemer som Sierra Nevada. "Støv giver vigtige input af plantevækstbegrænsende næringsstoffosfor til det vestlige Sierra Nevadas økosystemer, " sagde Hart. "Disse støvinput kan være afgørende for at opretholde planteproduktiviteten i disse geologisk unge bjergmiljøer, og støvtilførslen kan stige, efterhånden som arealanvendelsen i Central Valley intensiveres, og når klimaet opvarmes i fremtiden."

Et tværfagligt og interinstitutionelt samarbejde, der involverer isotopgeokemikere, en geomorfolog, økosystemøkologer og mikrobielle økologer fra UC Merced, University of Michigan, University of Wyoming og UC Riverside forsøgte at kvantificere betydningen af ​​transoceanisk og regionalt støv som en næringskilde for Sierra Nevadas økosystemer.

Forskerne undersøgte prøver fra fire steder i Southern Sierra Critical Zone Observatory (SSCZO) i Sierra National Forest, fra ca 1, 300 fod til 8, 800 fods højder, og sammenlignede tilførte næringsstoffer til støv med jorddannelseshastigheder baseret på moderne og tusindårige jordtabsrater.

Forskerholdet studerer også mikrobielle "blaffere", der rider på støvpartiklerne.

"Jeg tror, ​​vi også vil være i stand til at bruge det mikrobielle DNA til at lokalisere, hvor støvet kommer fra med en lignende eller højere troskab end ved at bruge radiogene isotoper i støvet, sagde Hart, der er fra School of Natural Sciences og Sierra Nevada Research Institute.

UC Merced kandidatstuderende Nicholas Dove, som meldte sig frivilligt til at være en del af projektet for oplevelsen af ​​at arbejde med denne mangfoldige gruppe, sagde, at han havde til opgave at samle støv og hjælpe med at skrive avisen ved at komme med kommentarer og kritik.

"At høste støv til videnskabelige formål er overraskende rudimentært. Vi bruger mange husholdningsartikler:Træstolper holder bundt pander fyldt med kugler, og støvet sætter sig i marmormatrixen, " forklarede han. "Vi samler dette støv ved at 'vaske' kuglerne med sterilt vand. Vandet filtreres og voila, du har dit støv."

Doves afhandling er fokuseret på virkningerne af branddæmpning og ændrede naturbrandsregimer på mikrobielle samfund og biogeokemiske processer i blandede nåletræsskove i Sierra Nevada, men han greb chancen for mere arbejde i SSCZO.

"At arbejde i SSCZO har givet mig mulighed for at møde og arbejde med andre forskere udenfor fra hele landet, " han sagde.

SSCZO, ledet af UC Merced Professor Roger Bales, er en del af et netværk af 10 kritiske zone-observatorier etableret af National Science Foundation, og er et samarbejde med Pacific Southwest Research Station of the Forest Service.

"CZO-netværket blev oprettet for at udføre forskning som denne, som integrerer fysisk, geokemiske og biologiske målinger fra undergrunden gennem landoverfladen, giver os en hidtil uset forudsigelsesevne til at forbedre forvaltningen af ​​disse hurtigt skiftende skovlandskaber, " sagde Bales.

"Denne forskning afslører, at transporten af ​​støv i atmosfæren er vigtig for den økologiske sundhed i mange dele af vores planet, " sagde Richard Yuretich, programdirektør for NSF's Critical Zone Observatory Network. "Komplekse cyklusser og tilbagekoblinger regulerer forholdene på Jordens overflade. Denne undersøgelse tilføjer en væsentlig brik til vores viden om, hvordan Jorden fungerer, og hvad vi kan gøre for at holde den fungerende korrekt."

Det Naturkommunikation papir kaldes "Støv overgår grundfjeldet i næringsstofforsyningen til bjergskovens økosystemer."