Kvælstoffikserende træer hjælper tropiske skove med at vokse hurtigere og lagre mere kulstof

Tropiske skove er allierede i kampen mod klimaændringer. Voksende træer absorberer kulstofemissioner og lagrer dem som træagtig biomasse. Som resultat, genplantning af jorden, når den først er ryddet til skovhugst, minedrift, og landbrug ses som et stærkt værktøj til at låse store mængder af kulstofemissioner op i hele de sydamerikanske troper.

Men ny forskning offentliggjort i Naturkommunikation viser, at tropiske skovers evne til at låse kulstof afhænger af en gruppe af træer, der besidder et unikt talent - evnen til at fiksere nitrogen fra atmosfæren.

Undersøgelsen modellerede, hvordan blandingen af ​​træarter, der vokser i en tropisk skov efter en forstyrrelse, såsom rydning, kan påvirke skovens evne til at binde kulstof. Holdet fandt ud af, at tilstedeværelsen af ​​træer, der fikserer nitrogen, kunne fordoble mængden af ​​kulstof, en skov lagrer i de første 30 år med genvækst. Ved modenhed, skove med nitrogenfiksering optog 10% mere kulstof end skove uden.

Sarah Batterman, en forsker ved Cary Institute of Ecosystem Studies og medforfatter på papiret, forklarer, "Vi ønsker at bruge dette arbejde til at vejlede tropisk genplantning for at optimere kulstofoptagelse og modstandsdygtighed. Dette kræver forståelse af, hvilken blanding af træer der er nødvendig for at maksimere langsigtet kulstoflagring og samtidig modstå fremtidige klimatiske forhold. Vores resultater tyder på, at nitrogenfikserende træer er en nøgleingrediens i genplantningsopskriften."

Nitrogenfikserende planter samarbejder med jordmikrober for at omdanne atmosfærisk nitrogengas til en form for nitrogen, der er tilgængelig til at fremme plantevækst. Gennem disse interaktioner, nitrogenfikser er i stand til at befrugte sig selv. Denne tilpasning giver dem en fordel i nyligt ryddet, tidlig succession tropiske jorde, der er nitrogenfattige. Fixere hjælper også med at befrugte nærliggende planter, når de smider deres blade og returnerer nitrogen til jorden.

I troperne, nitrogenfikserende træer er almindelige, men de kan være relativt sjældne i nyligt genoprettede skove. Deres store, næringspakkede frø spredes ofte af dyrelivet. At have dyrefrø er en ulempe i de tidlige stadier af skovgenvækst, når dyr, der engang levede i skoven, endnu ikke er vendt tilbage. Plantning af fixere som en del af genplantningsbestræbelser kan øge skovudviklingen og kulstofakkumulering.

Batterman siger, "For at forstå funktionen af ​​nitrogenfikserende træer i en tropisk skov, vi er nødt til at isolere deres virkninger. Vi kan ikke gøre det i en rigtig skov, fordi tilføjelse eller fjernelse af træer ville ændre andre aspekter af økosystemet, såsom lys tilgængelighed, hvilket ville skæve fund. Det ville også tage årtier til århundreder at måle. I stedet, vi udviklede en model til at kvantificere økosystemprocesser, ligesom nitrogen cykling, som påvirker skovvækst og kulstofbinding."

Ved at bruge data indsamlet på 112 tropiske skove i Panama - en registrering, der omfatter data om over 13, 000 individuelle træer i alderen fra fem til 300 år efter forstyrrelse - forskerholdet udviklede en model, der repræsenterer interaktioner mellem jord, planter, og næringsstoffer i omfanget af de enkelte træer. Modellen tager højde for konkurrence mellem planter om lys og næringsstoffer, næringsstofkredsløb mellem planter og jorden, og nitrogenfiksering på træniveau.

Træer blev klassificeret i fire grupper, der er unikke for forskellige stadier af skovgenvækst, herunder tidlig-, midt-, og sent efterfølgende arter, plus nitrogenfiksere. Ved at ændre træernes evne til at fiksere kvælstof i deres model, holdet var i stand til at forudsige, hvor hurtigt kulstof akkumulerede i en skov, og hvor meget kulstof det var i stand til at lagre.

Batterman forklarer:"Skove med nitrogenfikserende træer vokser hurtigere i tidlig rækkefølge og har et højere kulstoflagringspotentiale end skove uden nitrogenfikserende midler. De kommer sig også hurtigere, når de konfronteres med forstyrrelser."

At kvantificere kvælstofkredsløbet i tropiske skove, mange eksisterende modeller anvender økosystem-dækkende parametre såsom evapotranspiration og primær nettoproduktion til at estimere nitrogenfikseringsflukser. Disse modeller har en tendens til at overvurdere mængden af ​​nitrogen i systemet.

Hovedforfatter Jennifer Levy-Varon, der arbejdede på undersøgelsen, mens han var postdoktoral forskningsassistent ved Princeton University, siger, "Vores model er unik, fordi i stedet for at se på processer i hele økosystemet og bruge dem til at estimere nitrogenstrømme, vi griber ind på individuelle træer. Dette giver os en mere præcis forståelse af nitrogenfikseres bidrag til skovens kvælstofbudget og tilhørende kulstofbinding."

For at sætte vigtigheden af ​​kvælstoffikserende træer i sammenhæng, holdet brugte deres model til at forudsige, hvor meget ekstra kulstof der kunne lagres i genplantede områder i tropiske lande baseret på areal, der blev lovet under Bonn -udfordringen.

"Bonn-udfordringen er en international indsats for at genplante 350 millioner hektar jord inden 2030. Vi fandt ud af, at ved at inkludere kvælstoffiksende træer i disse bestræbelser, tropiske lande kan binde yderligere 6,7 Gt kuldioxid i løbet af de næste 20 år. For at give dette nummer en kontekst, 6,4 Gt var den samlede mængde CO ₂ ækvivalenter udledt i USA i 2017. Det kan sammenlignes med at køre 15,6 billioner miles, hvilket er omkring 5 år med amerikanske køretøjers emissioner, " siger Batterman.

Medforfatter Lars Hedin, Professor i økologi og evolutionær biologi ved Princeton University, konkluderer, "Denne model bringer os tættere på at forstå vigtigheden af ​​tropiske skove i det globale kulstofkredsløb, og deres rolle i at fjerne drivhusgassen kuldioxid fra atmosfæren."