Jordsvampe kan hjælpe med at bestemme skovenes modstandsdygtighed over for miljøforandringer

Naturen er fyldt med symbiotiske forhold, hvoraf nogle finder sted ude af syne, som den rige underjordiske udveksling af næringsstoffer, der opstår mellem træer og jordsvampe.

Men det, der sker i mørket, kan have dybe konsekvenser over jorden, også:En større ny undersøgelse afslører, at jordsvampe kan spille en væsentlig rolle i skovenes evne til at tilpasse sig miljøændringer.

Kai Zhu, adjunkt i miljøstudier ved UC Santa Cruz, tog en unik "big data" tilgang til at undersøge symbiotiske svampes rolle i trævandring i skove i det østlige USA.

"Vores klima ændrer sig hurtigt, og vores skove reagerer, men i meget slowmotion - det er næppe påviseligt, "sagde Zhu, der ønskede at identificere faktorer, der bidrager til tempoet i dette svar.

I skovene, trævækst afhænger stort set af de næringsstoffer, der er tilgængelige i jorden, mens overførslen af ​​kulstof gennem rødder til jorden regulerer økosystemprocesser. Mycorrhizal ("MY-koe-RY-zull") svampe vokser på rødderne af de fleste planter og driver næringsstof-kulstofudvekslingen mellem planter og jord:De optager kulstofressourcer fra deres værter og leverer jordnæringsstoffer, som planter har brug for. De to mest almindelige svampe forbundet med skovtræer er ectomycorrhizal (ECM), som vokser på nåletræer, herunder fyrretræer, egetræer, og bøge, og arbuscular (AM), som vokser på de fleste ikke -nåletræer, såsom ahorn.

Zhu udnyttede data fra US Department of Agriculture's Forest Inventory and Analysis -program til at undersøge, hvordan jordens kulstof- og nitrogenniveauer er forskellige på tværs af skovområder, der er karakteriseret ved "AM -dominerende" træer og "ECM -dominerende" træer. Han korrelerede fordelingen af ​​træer med jordsvampe og indhold, analyserede derefter fordelingen af ​​træer efter svampetype. I det mest betydningsfulde fund, Zhu var i stand til at identificere tydelige "kvælstof" -signaturer af jord, der påvirker jord og økosystemer på måder, der kan bestemme skovenes modstandsdygtighed over for det skiftende klima.

Specifikt, jordens kulstof-til-nitrogen-forhold stiger med større ECM-dominans-selv efter at have taget højde for klimaet, jordens tekstur, og bladkvælstof. I øvrigt, ECM -dominans er mere forbundet med lavt jordkvælstof frem for højt kulstof i jorden.

"Disse fund tyder på, at AM- og ECM -træer har differentiel succes langs nitrogens fertilitetsgradienter, eller måske at AM- og ECM -træer fremmer forskelle i cyklushastigheder for kulstof og nitrogen på grund af træk forbundet med nitrogenindsamling, "sagde han." Begge processer kan forekomme samtidigt, hvilket fører til en selvforstærkende positiv feedback fra plante-jord. "

Zhus fund tyder på, at mykorrhizallauget kan være et fremvoksende "funktionelt træk".

Funktionelle træk er dem, der definerer arter med hensyn til deres økologiske roller - hvordan de interagerer med miljøet og med andre arter. Som sådan, de er forudsigelige og let at måle fra jorden eller via satellit, hvilket gør dem særligt værdifulde for forskere, der overvåger miljøreaktioner på klimaændringer. "De fortæller os, hvordan økosystemet reagerer, "sagde Zhu.

"Der er endnu ingen tegn på, at østlige skove flytter deres geografiske områder til højere breddegrader som reaktion på opvarmningstemperaturer, "sagde Zhu." Men at forstå, hvordan mykorrhizale forhold påvirker økosystemer, vil hjælpe os med at forudsige, hvordan skovene vil reagere på globale ændringer. "

Zhu's undersøgelse, offentliggjort i Journal of Ecology , er en af ​​de første til at bruge USDAs store datasæt til at se, hvordan klimaændringer påvirker økosystemet, en fremgangsmåde kendt som "top down" frem for "bottom up".

Som en kvantitativ miljøforsker, Zhu bringer værktøjer til statistik og datavidenskab til studiet af global økologi. I stedet for at måle svampegenskaber i jorden og skalere op, Zhu bruger eksisterende data-herunder store datasæt genereret af satellitter-til at se på mønstre og processer, der udspiller sig på kontinentale og globale skalaer. "Big data bliver mere og mere populært og kraftfuldt, "sagde han." Det adskiller sig fra traditionel forskning inden for økologi, som finder sted i et laboratorium eller i marken. "

Zhu, hvis baggrund er inden for fysik og systemteori, bringer enorm hast til hans arbejde med klimaforandringer. Hans forskning fokuserer på fire områder:skovøkosystemer, græsarealer, jord, og fænologi, som Zhu beskriver som "naturens kalender".

Zhu er fast besluttet på at yde solide bidrag til et område, hvor mange af beviserne er ufuldstændige og ikke overbevisende.

"Vi ved, at miljøet ændrer sig, men hvordan det påvirker Jorden og dets systemer er et stort spørgsmål, "sagde han." Som forskere, vi har ansvaret for at løse dette problem korrekt - det er et problem, der er vigtigt for forskere og offentligheden. "