Undersøgelse forudsiger, hvordan luftforurenende stoffer fra amerikansk skovjord vil stige med klimaændringer

En undersøgelse fra Indiana University har fundet ud af, at træer påvirker, om jord kan fjerne eller udsende gasser, der forårsager smog, sur regn og luftvejsproblemer.

Kemikalierne, samlet kendt som reaktive nitrogenoxider, produceres af jordbakterier, der lever af naturligt forekommende ammonium - såvel som kvælstofgødning fra industrielle og landbrugsmæssige kilder, der kommer ind i jorden fra atmosfæren.

Undersøgelsen er rapporteret 18. januar i Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Denne undersøgelse har dybtgående konsekvenser for fremtidens luftkvalitet, " sagde Jonathan Raff, lektor ved School of Public and Environmental Affairs ved IU Bloomington. "Menneskelige aktiviteter, såsom brandslukning, brug af gødning og klimaændringer, får skovpopulationer til at flytte fra bevoksninger af træer, hvis jordbund ikke udsender disse gasser, til dem, der gør det.

"Reaktive nitrogenoxidgasser fra forbrænding af fossilt brændstof er blevet godt dæmpet i løbet af de sidste årtier på grund af effektiv politik, " tilføjede han. "Men vores undersøgelse viser, at efterhånden som skovene ændrer sig, vi kan forvente højere baggrundsniveauer af nitrogenoxider, hvilket kan gøre det sværere for nogle regioner at opnå de nationale standarder for luftkvalitet for nitrogenoxider og ozon."

Raffs laboratorium er et af de få universitetsbaserede faciliteter i landet, der er i stand til nøjagtigt at måle reaktive nitrogenoxider, der udsendes fra jord. Gasserne omfatter nitrogenoxid, nitrogendioxid og salpetersyre.

"I skove, disse gasser er virkelig under radaren, dels fordi de er så svære at opdage, " sagde Ryan Mushinski, en postdoc-forsker ved IU, der ledede undersøgelsen. "Mange mennesker tænker simpelthen ikke på jord som en væsentlig producent af skadelige luftkemikalier."

Selvom det er kendt, at visse typer af ammoniak-oxiderende bakterier kan udsende reaktivt nitrogen fra jorden, forskere ved IU opdagede, at træer kan opdeles i to grupper:dem, der forbedrer nitrogenoxidfrigivende bakterieaktivitet, og dem der ikke gør.

Træarter, der fremmer frigivelsen af ​​nitrogenoxider, omfatter ahorn, sassafras og tulipanpoppel. Væksten af ​​disse træer skubber andre arter ud, såsom eg, bøg og hickory, hvis tilknyttede mikrober absorberer reaktive nitrogenoxider i stedet for at frigive dem.

Studiet, som er den første til at identificere skovområder i USA, der udsender reaktive nitrogenoxider baseret på jordtyper, blev lettet af en gennemgang af jorddata fra 78, 000 skovgrunde på tværs af landet fra USDA Forest Service Forest Inventory and Analysis Program. Analysen blev gjort mulig delvist på grund af arbejde ledet af Richard Phillips, en lektor i IU Bloomington College of Arts and Sciences' Biology Department, som er medforfatter på undersøgelsen. Phillips har banebrydende forskning, der forbinder specifikke træarter med specifikke jordtyper baseret på deres underjordiske svampenetværk.

Indiana, Illinois, Michigan, Kentucky og Ohio er de stater, der forventes at have de højeste emissioner af nitrogenoxider fra skovjord, ifølge den nye undersøgelse. Højere emissioner forventes også fra skove langs Mississippi-floden og nogle regioner i det østlige USA.

Nitrogenoxidkoncentrationer er reguleret under Clean Air Act, og EPA overvåger regelmæssigt deres niveauer. Men Mushinski sagde, at de nuværende regler ikke er nok til at begrænse stigninger i jordemissioner, da luftkvalitetsstandarder ikke regulerer brugen af ​​gødning eller nitrogenafsætning.

Ud over forureningsregulering, han foreslår, at reviderede landforvaltningspolitikker, der tillader større brug af kontrollerede afbrændinger, kan bremse den gradvise ændring i skovens sammensætning. Disse brande er en effektiv måde at rydde ud af træarter, der fremmer jorden, der udsender reaktive nitrogengasser.

"Det er svært, fordi folk virkelig kan lide træer som ahorn og poppel, " sagde han. "Men uden større bevidsthed eller politiske ændringer, vi kommer ikke til at se en reduktion i de skadelige gasser, de tilskynder til. "

Dette arbejde vedrører Forberedt på miljøforandringer, det andet af Indiana University's Grand Challenges-initiativer, som samler en bred, topartisk regeringskoalition, forretning, nonprofit- og samfundsledere for at hjælpe Indiana bedre med at forberede sig på de udfordringer, som miljøændringer bringer statens økonomi, sundhed og levebrød.