Skovmørke hjælper med at afværge virkningerne af kvælstofforurening - men det vil ændre sig

Europas skove sidder på en forureningstidsbombe, som kan omskrive deres økologi, når den eksploderer, siger forskere.

Fine skovbundsplanter som træsyre eller viol, og balancen mellem træarterne, der tårner sig op over dem, er alle truet af årtiers akkumulerede kvælstofforurening. En undersøgelse har fundet ud af, at skovens mørke har dæmpet virkningerne af nitrogen. Men skove er bestemt til at lukke mere lys ind i fremtiden, efterhånden som træer bukker under for tørke og sygdom.

Skove dækker 40 % af EU's landareal og vokser i nogle lande, mest på grund af aktiv restaurering eller opgivelse af landbrugsjord. Skovene leverer tjenester såsom kontrol af erosion og cykling af vand, men de er også i stigende grad truet af tørke og sygdomme som asketilbagefald.

For at forstå, hvordan de reagerer på disse udfordringer, er det afgørende at studere skovbunden, siger professor Kris Verheyen, en økolog ved Gent Universitet i Belgien.

"Dette urtelag bliver meget ofte glemt. Nogle mennesker kalder det trin-over-laget - man træder over det for at se på træerne, " han sagde.

Endnu, i tempererede skove, livet under fødderne omfatter 80 % af en skovs biodiversitet. Urtelaget cirkulerer vigtige næringsstoffer som fosfor, kalium og nitrogen, hjælper med at nedbryde træaffald og filtrerer den næste generation af træer – da frøplanter skal passere gennem det for at påbegynde deres rejse til kronetaget, siger prof. Verheyen.

Optegnelser

I forsøget på at forstå mere om skovbunden, han ledede et hold, der hentede rekorder, går i nogle tilfælde så langt tilbage som 50 år, af 4, 000 skovgrunde i hele Europa. For dem, hvis placeringer var let at identificere, forskerne besøgte for at lave opdaterede målinger.

Holdet transporterede også skovjord fra hele kontinentet til deres forskningsstation, hvor de inkorporerede dem i udendørs eksperimentelle miljøer, kaldet mesokosmos, hvor de varierede planternes adgang til nitrogen, temperatur og lys.

"Det grundlæggende spørgsmål, vi ønskede at besvare, var, hvordan flere globale forandringsdrivere bestemmer forandringsbanerne over tid, " siger prof. Verheyen, hvem ledede projektet, kendt som PASTFORWARD.

Samlet set, holdet fandt ud af, at den vigtigste kontrollerende faktor i skovens liv var lys, som fungerer som en flaskehals, der forhindrer andre ændringer i at have en effekt.

Kvælstofforurening

Et stærkt eksempel på dette var den måde, det har holdt tilbage på virkningerne af nitrogenforurening.

Nitrogenaflejring er et kronisk problem forårsaget af ammoniakemissioner fra landbrugsgødning og dannelsen af ​​nitrogenoxider som et biprodukt ved afbrænding af fossile brændstoffer. Det trækker visse næringsstoffer ud af jorden, forsurer jorden, og får alger til at vokse i vandveje.

Forskerne fandt masser af kvælstofaflejringer i skovene og dokumenterede dets konsekvenser for arter. Men 'effekterne er ikke så stærke, som vi forventede, fordi … kvælstoffet er tilgængeligt, men planterne (på skovbunden) kan ikke rigtigt gavne, fordi de er begrænset af mængden af ​​lys, der er tilgængeligt, " sagde prof. Verheyen.

Nogle planter - typer, der har tendens til at være udbredte og kan overleve i en række miljøer, herunder ikke-hjemmehørende arter - har maskineriet til at drage fordel af et overskud af nitrogen og vokse mere; andre – som plejer at være specialister med små intervaller – gør det ikke. I skyggefulde skove er de på lige fod. Men så snart baldakinen åbner sig og lyset strømmer ind, dem, der kan udnytte kvælstofforureningen, har en fordel.

Som resultat, De europæiske skove mister allerede deres mere specialiserede arter og oplever dermed et fald i biodiversiteten. Prof. Verheyen er bekymret for, at skovkroner er i fare for at åbne sig, da træer dør af tørke og sygdomme, som kan åbne sluserne for kvælstof.

"Det vil føre til hurtige og meget store ændringer i urtelaget, " han sagde.

Tørke - i sig selv et resultat af klimaændringer - har haft en 'massiv' effekt, der dræber træer i granskove i Tyskland, Belgien og Frankrig i de seneste år, selvom løvskove har været mere modstandsdygtige for nu.

Dette betyder ikke, at løvskove er fri for kroneåbninger - et eksempel er aske-tilbagefaldssygdom. "Vi har beviser for, at på grund af afdøden af ​​asken får du meget lys, og så eksploderer underetagen virkelig, fordi lys ikke længere er en begrænsende ressource, " sagde prof. Verheyen.

"Disse store og sandsynligvis bratte ændringer, der kan ske i urtelaget, vil påvirke træets regenerering og vil helt sikkert afgøre, hvilke arter der vil kunne passere urtelagsfilteret, og hvilke der ikke. Det vil have sine konsekvenser for næringsstofkredsløbet, fordi dette urtelag påvirker virkelig nedbrydningshastigheden."

Buffer

Forskerne opdagede også, at skovene hidtil har gjort et bemærkelsesværdigt stykke arbejde med at buffere planter mod de bredere klimaændringer, der foregår uden for dem.

Temperaturmålinger afslørede, at skove ofte har væsentligt forskellige temperaturer fra, hvad vejrstationer - altid placeret langt fra træer - registrerer. I sommers, for eksempel, de er i gennemsnit 4°C køligere. Dette skyldes ikke kun, at tykke baldakiner holder lyset ude, men også fordi evapotranspiration af vand gennem bladene og ind i atmosfæren suger varme ud af skoven, og vegetationen holder briser ude, der ville blande varm luft ind i det kølige.

Klimamodeller tager ikke højde for denne buffering, på trods af, at to tredjedele af verdens arter lever i skove, og skovprocesser som kulstof- og næringsstofkredsløb afhænger af temperatur, siger professor Pieter de Frenne, en biovidenskabsmand også ved Gent Universitet, som leder det parallelle FORMICA-projekt, der undersøger skovmikroklimaer.

Det her, på tur, forklarer hvorfor, i intakt skov, der har været mindre "omrokering" af skovareter, end det blev forudsagt, efterhånden som Europa opvarmes, siger han - skovpudring har givet mange arter mulighed for at holde fast.

"Vi ville have forventet, at skovplanter allerede ville have reageret i stærkere grad - så der ville være kommet flere varmetilpassede arter ind i samfundet, og flere kolde affinitetsarter ville være faldet eller endda blevet lokalt uddøde."

Men effekten kan ikke vare evigt, og hvis baldakinen åbnes op, vil disse arter få en uhøflig opvågning, når deres verden varmes op til temperaturen uden for skoven.

"Buffring køber os tid, så arter får en chance for at tilpasse sig det nye klima, " han sagde.

Arbejdet har praktiske konsekvenser for den måde, skovene forvaltes på, og PASTFORWARD- og FORMICA-holdene håber nu at udvikle et værktøj, der kan hjælpe skovforvaltere med at finde ud af, hvor meget af krontaget de kan fjerne - for eksempel til høst eller som en del af cyklussen af træ-udtynding kendt som coppicing - uden at udløse denne eksplosive vækst.