Новое исследование Университета Делавэра является одним из первых в мире, показавших, что стволы деревьев в горных лесах на самом деле выделяют метан, а не хранят его, представляя собой новый, ранее неучтенный источник этого мощного парникового газа.
Метан примерно в 25 раз сильнее, чем углекислый газ, а по некоторым оценкам, в 33 раза сильнее из-за его воздействия, когда он находится в атмосфере.
Из-за потенциала глобального потепления метана выявление источников и «поглотителей» или хранилищ этого парникового газа имеет решающее значение для измерения и понимания его воздействия на экосистемы.
Почвы горных лесов обычно поглощают и хранят метан, но этому эффекту можно противодействовать выбросами метана из стволов деревьев, обнаружила исследовательская группа из Колледжа сельского хозяйства и природных ресурсов Университета штата Калифорния. Их работа опубликована в научном журнале Ecosystems.
«Мы считаем, что наша работа может помочь заполнить некоторые пробелы в балансах метана и экологических процессах в моделях глобальной экосистемы», - сказал руководитель исследования Родриго Варгас, доцент кафедры растениеводства и почвоведения в Колледже Университета штата Нью-Йорк. Сельское хозяйство и природные ресурсы.
Шрирам Инамдар, профессор гидрологии и биогеохимии водоразделов, является соисследователем проекта вместе с Варгасом, а докторант Дэниел Уорнер является ведущим автором статьи. Исследование финансировалось Министерством сельского хозяйства США при дополнительной поддержке Федеральной программы грантов штата Делавэр на исследования и разработки.
Учебный центр в Мэриленде
На 30-акровом участке горного леса в районе управления природными ресурсами Фэйр-Хилл в соседнем округе Сесил, штат Мэриленд, исследователи протестировали группу деревьев, почвы и грубых древесных остатков (CWD) - мертвую древесину, лежащую на лесная подстилка на разных стадиях разложения - для измерения потоков метана и углекислого газа.
Исследователи использовали современный анализатор парниковых газов, основанный на технологии лазерного поглощения, который называется Off-Axis Integrated Cavity Output Spectroscopy (OA-ICOS), который похож на протонный пакет из фильма " Охотники за привидениями."
Warner посетила участок в течение одного вегетационного периода, с апреля по декабрь, и измерила потоки углекислого газа и метана в почве, стволах деревьев и CWD, чтобы определить, являются ли эти три компонента источниками или поглотителями этих парниковых газов. газы.
Почвы и потоки CWD
Что касается двуокиси углерода, исследования потоков стволов деревьев, известных как дыхание ствола, и почвы, известных как дыхание почвы, проводились десятилетиями, но исследования, направленные на определение важности потоков углерода в отношении CWD все еще отстает.
Для метана, однако, это другая история. Хотя были проведены исследования потоков метана в связи с почвами, которые обычно потребляют метан и считаются поглотителями метана, очень немногие из них касаются CWD и стволов деревьев в горных почвах.
То, что было проведено, - это, как правило, лабораторные инкубации древесины, где они измеряют, сколько метана высвобождается с течением времени. В этом исследовании мы обнаружили, что некоторые грубые древесные остатки действуют как почва и потребляют метан, в то время как другие куски грубого древесного мусора выделяют небольшое количество метана, что мы также видели с живыми стволами деревьев», - сказал Уорнер.
Чтобы понять различия между действиями CWD, Уорнер и его коллеги обнаружили, что более свежий CWD имеет положительный поток метана, который похож на то, как ведет себя живое дерево.
Когда дерево падает, оно остается функционально таким же с точки зрения выбросов метана. Со временем, когда оно разлагается, моя теория заключается в том, что оно колонизируется почвенными бактериями, которые потребляют метан, и ведет себя как почву, что приводит к стоку метана», - сказал Уорнер.
Исследователи также обнаружили, что CWD имеет высокую степень изменчивости, когда речь идет о выбросах метана.
«По мере разложения она становится намного более изменчивой. Часть суперразложившейся древесины все еще выделяла метан, но большая ее часть потребляла метан», - сказал Уорнер. «Если у вас есть пул CWD с меньшим разнообразием степени разложения, вы можете ожидать, что он будет играть более однородную роль с точки зрения выбросов или стоков метана».
Стволы деревьев и потоки метана
Хотя известно, что стволы деревьев выделяют углекислый газ, это исследование показало, что они также выделяют и метан.
«Стволы деревьев постоянно имеют низкие, но поддающиеся обнаружению выбросы метана. Почвы оказывают экологическую услугу по улавливанию этого мощного парникового газа, но стволы выделяют метан, эквивалентный 4 процентам того, что может быть уловлено CWD и почвами. в масштабе экосистемы», - сказал Варгас.
В целом, стволы деревьев служили источником углекислого газа и небольшим источником метана, но количество выделяемых газов варьировалось в зависимости от вида.
Тюльпановый тополь был одним из видов, который выделял много метана и углекислого газа, в то время как буковые деревья выделяли больше всего метана в лесу, но выделяли очень мало углекислого газа.
«Это может быть какая-то видоспецифичная черта, которая контролирует поток», - сказал Уорнер.
Порог температуры
Температура также играла ключевую роль в регулировании величины потоков.
«Похоже, что метан в почве следует температурному градиенту, где более высокие температуры связаны с более высоким поглощением метана, но это не обязательно относится к CWD или стволам деревьев», - сказал Варгас.
Уорнер сказал, что трудно установить зависимость температуры от метана, потому что есть два противоположных друг другу процесса.
У вас есть вещества в почве, производящие метан, известные как метаногенез, и вещества, потребляющие его, известные как метанотрофия, и поэтому, когда вы нагреваетесь, это больше похоже на дробовик, в котором количество метана рассеивается больше. по мере того, как становится теплее; предполагается, что другие факторы, помимо температуры, регулируют выбросы метана», - сказал Уорнер.
Они обнаружили, что за порогом температуры почвы в 17 градусов по Цельсию изменчивость потребления метана резко возрастает.
«Менее 17 градусов температура является ключевым фактором потока метана, но выше 17 градусов есть и другие факторы, влияющие на производство метана», - сказал Варгас.
Почвенные горячие точки
Что касается происхождения метана, Уорнер сказал, что это все еще остается загадкой для науки, но это исследование дает достаточно подсказок, чтобы дать исследователям некоторые теории.
Во-первых, метан образуется в горячих точках почвы.
«Под горячей точкой мы подразумеваем место, где условия благоприятны для производства метана, а затем этот метан всасывается корнями дерева, транспортируется через его сосудистую систему и высвобождается из его ствола», - сказал Уорнер. «Мы знаем, что это происходит в заболоченных местах, но на возвышенностях, может быть, это происходит в одном конкретном месте и больше нигде».
Другим механизмом, который может вызывать потоки метана из стволов, является внутреннее гниение или инфекция внутри дерева, что создает среду, в которой метаногенные бактерии могут выживать, а затем метан диффундирует из дерева.
На данный момент механизмы производства метана в горных лесах не ясны. Метан может либо транспортироваться из почвы вверх внутри ствола и диффундировать в атмосферу, либо производиться внутри ствола грибами или археями - единичными - клеточные микроорганизмы, - сказал Варгас.
Следующие шаги
И Уорнер, и Варгас согласились, что следующие шаги должны заключаться в проверке общности этих наблюдений в разных лесах и выявлении механизмов производства и переноса метана в стволах деревьев. Наконец, они предполагают, что глобальные и экосистемные модели должны учитывать метан, образующийся из стволов деревьев, как новый источник метана в атмосферу.
Когда люди развивают экосистему до глобальных метановых балансов, всегда есть часть, в которой неясно, откуда поступает этот метан. Выбросы метана растительностью и стволами деревьев рассматриваются как новый источник, который может принести этот бюджет ближе к нашим оценкам. Хорошо продолжать урезать это», - сказал Уорнер.