Undersøgelse kaster nyt lys over skovenes reaktion på atmosfærisk forurening

Hvordan skove reagerer på forhøjede kvælstofniveauer fra atmosfærisk forurening er ikke altid det samme. Mens en skov filtrerer nitrogen som forventet, en højere procentdel end tidligere set forlader systemet igen som den potente drivhusgas lattergas, siger forskere.

"Jeg tror, ​​at det, vi har beskrevet, er et nyt eksempel på, hvordan skove reagerer på høje atmosfæriske input, " sagde Jason Kaye, professor i biogeokemi ved Penn State.

Skove tjener som vigtige filtre for nitrogen fra atmosfærisk forurening som afbrænding af fossile brændstoffer, stødpudre næringsstoffet fra at løbe ud i vandløb og forårsage miljøskader.

"I fortiden, Forskere har defineret et begrænset antal måder, skove kan reagere på, når de akkumulerer nye nitrogentilførsler fra atmosfærisk forurening, " sagde Kaye. "Vi ser en masse nitrogen komme ind, men det ser ud til at gå som en gas, og det er en ny drejning på vores forståelse af, hvordan skove vil reagere på atmosfærisk forurening."

Tidligere undersøgelser viste, at skove absorberer så meget som 90 procent af nitrogen, der falder fra atmosfæren med regn. Når skovene bliver mættede, ekstra nitrogen absorberes ikke så effektivt og transporteres ned ad bakke til vandløb, hvor det kan forlade systemet og bidrage til vandforurening.

Noget af nitrogenet forbruges også af mikrober fundet i våde, iltfattig jord nær vandløb og vådområder, og bliver til drivhusgassen lattergas, som til sidst vender tilbage til atmosfæren.

I den nye undersøgelse, for nylig offentliggjort i Journal of Geophysical Research:Biogeosciences , forskere fandt ud af, at skoven absorberede mere end halvdelen af ​​kvælstoffet fra atmosfærisk forurening, men at produktionen af ​​lattergas sker i en højere hastighed end forventet, og i oplandet dele af vandskellet, der ikke tidligere er undersøgt. Højlandets lattergasproduktion var en af ​​de højeste produktioner af nitrogen i systemet.

"Bevæger man sig til højlandsområder længere væk fra åen, du forventer ikke, at det bliver så vådt, " sagde Julie Weitzman, en postdoc-forsker ved CUNY Advanced Science Research Center og Cary Institute of Ecosystem Studies. "Men ved at kende områdets hydrologi, især svalen og mellemskråningen med dyb jord, det kan helt sikkert blive mættet fra afstrømning fra højderygstoppene og konvergent strømning, der bevæger sig til konkave områder."

Forskere sagde, at det nitrogenbudget, de udviklede, kunne føre til en bedre forståelse af, hvordan store landskaber, ligesom skovene i det nordøstlige USA, vil reagere på stigende nitrogenniveauer i atmosfæren.

"Vi ønsker at være i stand til at forudsige, hvordan skovøkosystemer kommer til at buffere strømme fra atmosfærisk forurening, " sagde Kaye. "Vi ønsker at være i stand til at projicere det ind i fremtiden under mange forskellige scenarier. Jeg tror, ​​at dette arbejde tyder på, at vi virkelig er nødt til at tænke på kontrol med tab af nitrogengas fra højland, mens vi opbygger denne forståelse."

Undersøgelsen er også en af ​​de første til at skabe et nitrogenbudget, der inkluderer input fra stenforvitring. Forskere sagde, at omkring 10 procent af de årlige nitrogentilførsler kommer fra stenforvitring. Fordi skifergrundfjeldet er udbredt på jordens overflade, stenforvitring repræsenterer en vigtig del af kvælstofbudgettet, der har manglet fra tidligere undersøgelser, sagde forskerne.

Weitzman, hvem er hovedforfatter på papiret, udførte forskningen, mens han var kandidatstuderende ved Penn State. Hun indsamlede feltprøver i to år fra det nærliggende Susquehanna Shale Hills Critical Zone Observatory, del af et National Science Foundation-finansieret netværk, der fremmer tværfaglig forskning i jordoverfladevidenskab.

Susan Brantley, fremtrædende professor i geovidenskab ved College of Earth and Mineral Sciences og direktør for Earth and Environmental Systems Institute i Penn State, er hovedefterforsker på Shale Hills CZO-projektet.

"CZO er unik ved, at der er så mange forskellige samarbejdspartnere derude, der ser på forskellige aspekter af den kritiske zone, " sagde Weitzman. "Der var en masse data, og mange mennesker kiggede på forskellige aspekter. Du behøver ikke at gå ud og prøve at tackle hvert lille aspekt af nitrogenbudgettet alene. Vi har lagt dette budget sammen med lidt information fra alle, der har arbejdet derude."

CZO har to skovklædte steder nær Shaver's Creek Environmental Center i Huntingdon County. Projektet er for nylig udvidet til at omfatte en landbrugsplads ejet af Herbert Cole, professor emeritus ved Højskolen for Jordbrugsvidenskab.

"Vi akkumulerer disse vandområder, der hjælper os med at forudsige, hvad der foregår i Shaver's Creek, " sagde Kaye. "Vi har en forståelse af det skovklædte opland. Vandet bevæger sig ned forbi landbrugslandskaber, og vi er nødt til at tage den samme nitrogenbudgettilgang og anvende den på Cole Farm og se, hvad vi lærer der."