Forbedring af klimamodeller til at tage højde for planteadfærd giver gode nyheder

Klimaforskere har ikke korrekt redegjort for, hvad planter gør om natten, og det, det viser sig, er en fejl. En ny undersøgelse fra Department of Energy's Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) har fundet ud af, at optagelse af næringsstoffer fra plante i mangel af fotosyntese påvirker drivhusgasemissioner til atmosfæren.

I en undersøgelse offentliggjort i dag i Naturens klimaforandringer , hovedforfatter William Riley demonstrerer, hvordan man kan forbedre klimamodeller til mere præcist at repræsentere landets biogeokemiske dynamik. Ved hjælp af en ny global landmodel udviklede de og integrerede i DOE's Energy Exascale Earth System Model (E3SM), Riley og hans team fandt ud af, at planter kan optage mere kuldioxid og jord mister mindre lattergas end tidligere antaget. Deres globale simuleringer indebærer svagere terrestriske økosystemfeedback med atmosfæren, end de nuværende modeller forudsiger.

"Det er gode nyheder, hvad angår klimamodellerne i øjeblikket, "sagde Riley, en forsker i Berkeley Lab's Earth &Environmental Sciences Area. "Men det er generelt ikke gode nyheder - det vil ikke løse problemet. Uanset hvad, planter vil ikke følge med menneskeskabte kuldioxidemissioner; det er bare, at de måske gør det bedre, end de nuværende modeller antyder. "

Mennesker har udsendt rekordstore 34 gigaton CO ₂ Per år, gennemsnit i løbet af det sidste årti. Næsten halvdelen af ​​det forbliver i atmosfæren, mens resten absorberes af oceaner og land (gennem fotosyntese); sidstnævnte beløb, kaldet den jordiske kulstofvaske, varierer fra år til år afhængigt af faktorer som brande, tørke, arealanvendelse, og vejret.

Forskere forsøger at forstå, hvordan stigende globale kuldioxidemissioner vil påvirke den terrestriske kulstofvaske, som anslås til i øjeblikket at være mellem 0 og 11 gigaton CO ₂ Per år, herunder ændring af arealanvendelse, med stor variabilitet mellem år. En yderligere komplikation involverer terrestrisk lattergas, som er en kraftig drivhusgas, der naturligt frigives fra land og ved landbrugs- og industrielle aktiviteter. Med andre ord, i hvilket omfang vil planterne kunne forbedre stigninger i menneskeskabte kuldioxidemissioner?

Den nye Berkeley Lab-undersøgelse fandt ud af, at ved ikke at redegøre for, hvad planter gør om natten og i den ikke-voksende sæson, klimamodeller kan undervurdere den terrestriske kulstofvaske og overvurdere frigivelse af lattergas, sidstnævnte med 2,4 gigaton CO ₂ -ækvivalent om året. "Dette tal er betydeligt i forhold til den nuværende terrestriske kulstofvaske, "Sagde Riley, alt fra omtrent en fjerdedel til mere end 100 procent, afhængig af året.

Konkurrence mellem planter og mikrober om næringsstoffer

Planternes evne til at optage kuldioxid er begrænset af tilgængeligheden af ​​jordens næringsstoffer, især nitrogen og fosfor. De mere rigelige næringsstoffer er, jo flere planter kan drage fordel af stigende atmosfærisk kuldioxid. Mikrober i jorden er også en faktor, fordi de konkurrerer med planter om næringsstoffer.

Mikrober, faktisk, spiller en vigtig rolle i kulstofcyklussen, og interaktioner mellem planter, jord, og mikrober er komplekse, præsenterer en udfordring for klimaforskere. De fleste klimamodeller antager, at planter kun konkurrerer om næringsstoffer i jorden, når de kræver det til fotosyntese, og ikke, for eksempel, om natten eller i ikke-voksende sæsoner.

"Hvad de fleste klimamodeller har ignoreret, er denne temmelig robuste observationslitteratur, der viser, at planter får nitrogen fra jorden, selv når de ikke er fotosyntetiske, "Sagde Riley.

Berkeley Lab har fokuseret på emnet plante-jord-mikrobe-interaktioner gennem sit Microbes to Biomes-initiativ, og det vil være et centralt tema for Biologisk og Miljøprogram Integrationscenter, eller BioEPIC, en foreslået facilitet, der ville rumme enestående eksperimentelle muligheder for at fremme DOE's mål inden for energi og miljøvidenskab. Et mål er at repræsentere og studere disse processer i stor skala og på en kontrolleret måde.

"Denne undersøgelse viser fremskridt med mere mekanisk at repræsentere de terrestriske processer, der er vigtige for klimaet og vil være vigtige for BioEPIC, "Sagde Riley.

Lavere lattergasemissioner

I dette studie, Berkeley Lab -forsker Qing Zhu, medforfatter af papiret, foretaget en metaanalyse af 120 eksperimenter med kortsigtet nitrogenoptagelse af planter for at teste deres nye globale landmodel, navngivet ELMv1. "Vi sammenlignede også observationer af optagelse af næringsstoffer om natten mod dagtimerne og på tværs af ikke-voksende sæsoner, "Riley sagde." Vi er ret sikre på, at de grundlæggende mekanismer i modellen er korrekte, og denne metaanalyse og individuelle stedobservationer bakker det op. "

De fandt ud af, at en betydelig del af næringsoptagelsen finder sted i fravær af fotosyntese, da planter og mikrober konkurrerer om næringsstoffer. "Beløbene varierer meget efter breddegrad, men på de højere breddegrader, såsom Arktis, cirka 20 procent af planternes årlige nitrogenoptagelse sker uden for vækstsæsonen. Det går op til 55 procent for optagelse om natten i troperne, "sagde han." Det er en enorm aftale for planter og vil lette atmosfærisk kulstofoptagelse, og det er i øjeblikket fuldstændig ignoreret i de fleste klimamodeller. "

"Denne type modelforbedringer hjælper os med bedre at forstå konsekvenserne af fremtidig CO ₂ emissioner, "Sagde Riley.

En yderligere medforfatter af papiret, "Svagere landklima-tilbagemeldinger fra næringsoptag under fotosyntese-inaktive perioder, "var Berkeley Lab -videnskabsmand Jinyun Tang. Undersøgelsen blev finansieret af DOE's Office of Science.