Forskere opdager, at træstammer fungerer som metankilde i bjergskove

En ny undersøgelse fra University of Delaware er en af ​​de første i verden, der viser, at træstammer i bjergskove rent faktisk udsender metan frem for at gemme det, repræsenterer en ny, tidligere ukendt kilde til denne kraftfulde drivhusgas.

Metan er cirka 25 gange stærkere end kuldioxid, med nogle skøn så højt som 33 gange stærkere på grund af dets virkninger, når det er i atmosfæren.

På grund af metans globale opvarmningspotentiale, identificering af kilder og "dræn" eller lagre til denne drivhusgas er afgørende for at måle og forstå dens konsekvenser på tværs af økosystemer.

Skovjord i oplandet optager og lagrer normalt metan, men denne effekt kan modvirkes af metanemissioner fra træstammer, fandt forskergruppen fra UD's College of Agriculture and Natural Resources. Deres arbejde udgives i det videnskabelige tidsskrift Økosystemer .

"Vi tror, ​​at vores arbejde kan hjælpe med at udfylde nogle huller i metanbudgetter og miljøprocesser i globale økosystemmodeller, "sagde studielederen, Rodrigo Vargas, adjunkt i Institut for Plante- og Jordvidenskab i UD's College of Agriculture and Natural Resources.

Shreeram Inamdar, professor i vandområde hydrologi og biogeokemi, er medforsker på projektet med Vargas, og doktorand Daniel Warner er hovedforfatter af papiret. Undersøgelsen blev finansieret af det amerikanske landbrugsministerium, med yderligere støtte fra Delaware's Federal Research and Development Matching Grant Program.

Maryland undersøgelsessted

I et 30 hektar stort område med skov i Fair Hill Natural Resources Management Area i det nærliggende Cecil County, Maryland, forskerne testede en klynge af træer, jord og groft trærester (CWD) - dødt træ, der ligger på skovbunden i forskellige faser af nedbrydning - for at måle strømninger af metan og kuldioxid.

Forskerne brugte en state-of-the-art drivhusgasanalysator baseret på laserabsorptionsteknologi, kaldet Off-Axis Integrated Cavity Output Spectroscopy (OA-ICOS), der ligner en protonpakke fra filmen "Ghostbusters."

Warner besøgte stedet i løbet af en vækstsæson, April til december, og målte kuldioxid og metanstrømme i jorden, træstammer og CWD for at afgøre, om disse tre komponenter var kilder eller dræn af disse drivhusgasser.

Jord og CWD -strømninger

Med hensyn til kuldioxid, forskning i strømninger af træstammer, kendt som stammeåndning, og jord, kendt som jordånding, er blevet gjort i årtier, men forskning for at bestemme betydningen af ​​kulstofstrømme med hensyn til CWD halter stadig bagud.

For metan, imidlertid, det er en anden historie. Mens der er blevet udført undersøgelser af metanstrømninger i forbindelse med jord, som normalt forbruger metanen og betragtes som metanvaske, der er meget få, der beskæftiger sig med CWD og træstammer i højland.

"Det, der er forsket i, er generelt lab -inkubationer af træ, hvor de måler, hvor meget metan der frigives over tid. Det, vi har fundet i denne undersøgelse, er, at nogle grove trærester fungerer som jorden og forbruger metan, mens andre stykker af groft træaffald udsender små mængder metan, hvilket også er det, vi så med levende træstammer, "sagde Warner.

For at forstå forskellene mellem CWD's handlinger, Warner og kolleger fandt ud af, at friskere CWD har en positiv metanstrømning, hvilket ligner hvordan et levende træ opfører sig.

"Når et træ vælter, det er stadig funktionelt det samme med hensyn til metanemissioner. Over tid, som det forfalder, min teori er, at det bliver koloniseret af jordbakterier, der forbruger metan, og det skifter til at opføre sig mere som jorden, resulterer i en metanvaske, "sagde Warner.

Forskerne fandt også ud af, at CWD havde en høj variation, når det kom til metanemissioner.

"Efterhånden som det henfalder, bliver det meget mere variabelt. Noget af det forfaldne træ frigjorde stadig metan, men meget af det indtog metan, "sagde Warner." Hvis du har en CWD -pulje med mindre mangfoldighed med hensyn til nedbrydningsgrad, du kan forvente, at det spiller en mere ensartet rolle med hensyn til metanemissioner eller dræn. "

Træstammer og metanstrømninger

Mens træstammer har været kendt for at frigive kuldioxid, denne forskning viste, at de også frigav metan.

"Træstammerne har konstant lave, men påviselige emissioner af metan. Jordbunden leverer en miljømæssig service for at spilde denne kraftige drivhusgas, men stammerne frigiver metan svarende til 4 procent af det, der kunne fanges af CWD og jord i økosystemskalaen, sagde Vargas.

Samlet set, træstammerne fungerede som en kilde til kuldioxid og som en lille kilde til metan, men størrelsen af ​​de udsendte gasser varierede med arten.

Tulipan poppel var en art, der frigav en masse metan og kuldioxid, der henviser til, at bøgetræer frigav mest metan i skoven, men udsendte meget lidt kuldioxid.

"Det kan være en artsspecifik egenskab, der styrer strømmen, "sagde Warner.

Temperatur tærskel

Temperaturen spillede også en central rolle i reguleringen af ​​fluxernes størrelse.

"Metan i jord synes at følge en temperaturgradient, hvor højere temperaturer er relateret til højere optagelse af metan, men det er ikke nødvendigvis tilfældet for CWD eller for træstammer, sagde Vargas.

Warner sagde, at det er svært at udvikle et temperaturforhold til metan, fordi der er to processer, der modsætter sig hinanden.

"Du har ting i jorden, der producerer metan - kendt som metanogenese - ting, der spiser det - kendt som metanotrofi - og så når du varmer op, det er mere som et skudpistol, hvor metanstørrelserne spredes mere, efterhånden som det bliver varmere; tyder på, at andre faktorer ud over temperaturen regulerer metanemissioner, "sagde Warner.

De fandt ud af, at ud over en tærskel på 17 grader Celsius for jordtemperatur, variationen i metanforbrug udvides dramatisk.

"Under 17 grader, temperaturen er en vigtig drivkraft for metanstrømmen, men over 17 grader, der er andre drivere, der vil påvirke metanproduktionen, sagde Vargas.

Jordens hot spots

Hvad angår hvor metanen stammer fra, Warner sagde, at det stadig er en videnskabelig grænse, men denne undersøgelse giver nok spor til at give forskerne nogle teorier.

Den første er, at metan produceres på varme steder i jorden.

"Ved hot spot, vi mener et sted, hvor forholdene er befordrende for metanproduktion, og derefter at metan suges op af trærødderne, transporteret gennem sit vaskulære system og frigivet ud af bagagerummet, "sagde Warner." Vi ved, at det sker i vådområder, men i opland, måske sker det et bestemt sted og ingen andre steder. "

Den anden mekanisme, der kan forårsage metanstrømninger fra stammer, er intern rådning eller infektion inde i træet, som producerer et miljø, hvor metanogene bakterier kan overleve og derefter diffunderer metan ud af træet.

"I dette øjeblik, mekanismerne for metanproduktion i bjergskove er ikke klare. Metan kan enten transporteres fra jordbunden opad inde i stammen og diffunderes til atmosfæren eller produceres inde i stammen af ​​svampe eller archaea-encellede mikroorganismer, sagde Vargas.

Næste skridt

Både Warner og Vargas var enige om, at de næste trin skulle være at teste generaliteten af ​​disse observationer på tværs af forskellige skove, og identificere mekanismerne for metanproduktion og transport i træstammer. Endelig, de foreslår, at globale og økosystemmodeller bør tage hensyn til metan, der er produceret fra træstammer som en ny kilde til metan til atmosfæren.

"Når mennesker udvikler økosystem til metanbudgetter på globalt plan, der er altid et stykke, hvor det er usikkert, hvorfra metanen kommer. Metanemissioner fra vegetation og træstammer ses som en nyligt overvejet kilde, der kan bringe dette budget tættere på vores estimater. Det er godt at blive ved med at chippe væk med det, "sagde Warner.