Michigans sukkerahorn vil kæmpe i en varmere, tørrere fremtid trods hjælp fra kvælstofforurening

Selvom Michigans sukkerahorn nyder godt af de vækstfremmende virkninger af nitrogenforbindelser i miljøet, disse gevinster vil ikke fuldt ud opveje de ekstra belastninger ved at vokse under et mere tørt klima i fremtiden, ifølge en ny University of Michigan-ledet undersøgelse.

Sukker ahorn, kendt for deres brændende efterårsløv og som hovedkilden til ahornsirup, er en dominerende træart i de nordlige løvtræsskove i det østlige Nordamerika. De findes hovedsageligt i fugtige, veldrænet jord og er tørkefølsomme.

Nogle klimaudsigter for de øvre store søer i de kommende årtier kræver varmere temperaturer og en øget sandsynlighed for sommertørke, forhold, der kan vise sig at være stressende for sukkerahorn og andre træer.

Men mens klimaet fortsætter med at ændre sig, skove verden over bliver også udsat for stigende niveauer af vækstfremmende nitrogenforbindelser genereret af motorkøretøjer, kraftværker, fabrikker, landbrug og andre menneskelige kilder. Dette menneske-afledte kvælstof betragtes som et forurenende stof, men har også en gødningseffekt på træer, fremme vækst.

Klimaforskere og skovøkologer har længe undret sig over, om gødningseffekterne af menneskeskabt nitrogen ville være nok til at opveje øgede belastninger produceret af en varmere, tørre klima. Det er et svært spørgsmål at besvare, og tidligere undersøgelser gav modstridende resultater.

Den nye U-M-ledede undersøgelse, baseret på 20 års data fra fire skovsteder i begge Michigan-halvøer, konkluderer, at nitrogenaflejring fra menneskelige aktiviteter "ikke fuldt ud vil kompensere for de negative virkninger af dyrkning under de tørrere forudsagte klimaer."

I de kommende årtier, Michiganboere bør forvente nedsat vækst af sukkerahorn i hele staten, ifølge undersøgelsen, som er planlagt til online publicering i tidsskriftet Økologi den 17. januar. Og hvis de mest ekstreme klimaforudsigelser for regionen viser sig sande, sukkerahorn vil til sidst - over en periode på århundreder - forsvinde helt fra statens nedre halvø.

"Det tilsatte nitrogen hjælper lidt, men ikke nok, "sagde UM skovøkolog Inés Ibáñez, hovedforfatter af undersøgelsen.

"Under ekstreme klimascenarier, stigningen i nitrogen vil ikke være i stand til at kompensere for nedsat vækst af sukkerahorn på grund af mangel på vand, " sagde Ibáñez, en lektor ved Skolen for Miljø og Bæredygtighed og i Institut for Økologi og Evolutionsbiologi.

At forstå, hvordan forskellige træarter vil reagere på varmere og tørrere forhold, er afgørende for at producere nøjagtige prognoser for fremtidig skovvækst. Og det er vigtigt at vide, fordi verdens skove fjerner omkring en fjerdedel af den varmefangende kuldioxid, der årligt udsendes til atmosfæren gennem afbrænding af fossile brændstoffer.

Hvis skovvæksten aftager som reaktion på klimabelastninger, så vil disse træer fjerne mindre kuldioxid, hvilket vil forværre opvarmningsproblemet. Og nordlige skove rundt om i verden er særligt vigtige kulstofdræn, "fjerner enorme mængder fra luften og opbevarer den i træskov og skovjord.

"Størstedelen af ​​kulstof lagret på land er i skove, " sagde UM skovøkolog og studiemedforfatter Donald Zak, en professor ved Skolen for Miljø og Bæredygtighed og i Institut for Økologi og Evolutionsbiologi. "Og hvordan skovene vokser i fremtiden vil påvirke mængden af ​​menneskeskabt kuldioxid, der forbliver i atmosfæren. på tur, vil have en feedback-effekt på globale temperaturer.

"Det er derfor, disse spørgsmål om skovvækst er så vigtige. Og den eneste måde at få nogle af svarene på er gennem den type langsigtede økologiske forskning, der bruges i denne undersøgelse."

For at vurdere den kombinerede indvirkning af menneskeskabt nitrogenaflejring og klimaændringer på træernes vækst, Ibáñez, Zak og deres kolleger brugte data fra en føderalt finansieret nitrogenaflejringsundersøgelse på fire Michigan løvtræ-skov undersøgelsessteder, inklusive en på UM Biological Station nær Pellston, Mich.

De fire steder er adskilt af 300 miles og spænder over nord-til-syd-fordelingen af ​​nordlige løvtræsskove, fra den vest-centrale Nedre halvø til den nordvestlige øvre halvø. Michigan Gradient Study blev etableret i 1987 for at undersøge virkningerne af klima og atmosfærisk aflejring på skovvækst og økosystemprocesser i Great Lakes-regionen. Zak er en af ​​projektets hovedefterforskere.

Siden 1994 har projektforskere har tilsat fast natriumnitrat, en nitrogenforbindelse, der anvendes i gødning, til jorden på nogle af Michigan Gradient Study plots for at simulere niveauer af nitrogenaflejring, der forventes i slutningen af ​​dette århundrede. Meget af det nitrogen, som mennesker udsender til atmosfæren, falder senere tilbage til Jorden i regn, sne og støv.

Til undersøgelsen rapporteret i Økologi , forskerne analyserede de kombinerede virkninger af nitrogenaflejring, sommertemperatur og jordfugtighed på væksten af ​​sukkerahorn. De brugte optegnelser fra 1, 016 træer indsamlet i perioden 1994-2013.

Det store omfang af Michigan Gradient Study, dets usædvanlige eksperimentelle design, og nye statistiske værktøjer gjorde det muligt for forskerne at adskille virkningerne af menneskeskabt nitrogen på trævækst fra dem, der er forbundet med temperatur- og vandbegrænsning - noget tidligere undersøgelser ikke kunne gøre, sagde Zak.

Resultaterne viser, at i alle tilfælde, tilsat nitrogen boosteret målt trævækst, en effekt, der blev forstærket efterhånden som temperaturen steg og jordfugtigheden faldt. Ud over, forskerne simulerede fremtidige vækstrater for hvert træ under to klimascenarier, der tidligere er udviklet for Upper Great Lakes-regionen.

Scenario One forestiller moderate ændringer inden 2100:en temperaturstigning på 1,3 grader Fahrenheit og en stigning på 14 procent i sommernedbøren. Dette scenarie antager, at de globale kuldioxidemissioner til sidst vender kurs og begynder at falde.

Scenarie to antager, at de nuværende kuldioxidemissionsniveauer fortsætter i fremtiden, hvilket resulterer i mere ekstreme klimaændringer i regionen:en temperaturstigning på omkring 10 grader Fahrenheit og et fald på 40 procent i sommernedbør inden 2100.

Computersimuleringerne viste, at sukkerahornvækst ville blive lidt skadet under Scenario 1, især på de varmere sydlige steder. Resultater for scenarie to viste et stort og konsekvent signifikant fald i væksten for sukkerahorn på alle fire steder og for alle parceller - dem behandlet med kvælstofgødning såvel som ubehandlede parceller. Tre gange fald i vækstrater er mulige under scenarie to-betingelser.

Under scenario to, sukkerahorn ville til sidst forsvinde fra Michigan's Lower Peninsula, selvom ændringerne sandsynligvis ville ske over flere århundreder, sagde Ibáñez. Hvis det sker, den sukkerahorn- og bøgedominerede nordlige løvtræsskov kan blive erstattet af ege-hickory skov, som er bedre tilpasset til tørre forhold, men som ikke fjerner så meget kulstof fra atmosfæren.

"Kulstofbinding er en enorm service, som skovene yder os og er meget vigtig for enhver form for klimaregulering i fremtiden, " Ibáñez sagde. "Hvis tørre forhold reducerer produktiviteten i Michigan-skovene i fremtiden, deres evne til at binde kulstof vil også lide."