science >> Wetenschap >  >> Natuur

Stof helpt bij het reguleren van ecosystemen in de Sierra Nevada, studie vondsten

Bundt-cakevormen gevuld met knikkers worden bovenop palen gehesen en achtergelaten om stof te verzamelen in de Sierra Nevada, zodat onderzoekers het stof kunnen analyseren op microben en voedingsstoffen die de vegetatie in stand houden. Krediet:Professor Stephen Hart

"Stof verzamelen" wordt meestal niet als een goede zaak beschouwd.

Maar stof van zo dichtbij als de Centrale Vallei en zo ver weg als de Gobi-woestijn in Azië levert meer voedingsstoffen - vooral kritische fosfor - dan eerder werd gedacht om de vegetatie in de Sierra Nevada in stand te houden, een team van wetenschappers heeft gevonden.

Een nieuwe studie die vandaag (28 maart) in het tijdschrift is gepubliceerd Natuurcommunicatie geeft aan dat het belangrijk is om te begrijpen hoe stof vegetatie helpt gedijen, vooral in het licht van het veranderende klimaat en de intensivering van het landgebruik.

Het is bekend dat stof een belangrijke bron van voedingsstoffen is voor sterk verweerde en oude landschappen zoals het eiland Kauai, waar intensieve chemische verwering en uitloging het onderliggende fundament van levensondersteunende elementen hebben uitgeput, inclusief fosfor, potassium, calcium en magnesium, UC Merced Professor Stephen Hart en zijn medewerkers schreven.

Door de veelal fosforarme granietbodem, de Sierra Nevada wordt beschouwd als een fosforbeperkt ecosysteem, maar de onderzoekers geloven dat hun bevindingen gelden voor andere bergachtige ecosystemen over de hele wereld en implicaties hebben voor het voorspellen van de reactie van bossen op veranderingen in klimaat en landgebruik.

Voedingsstoffen worden over het algemeen aan planten geleverd als gesteente wordt omgezet in grond. voedingsstoffen, in hoge mate, de verdeling van het leven over het aardoppervlak regelen, dus het begrijpen van het relatieve belang van verschillende voedingsbronnen, waaronder gesteente en stof, is een fundamentele vraag in ecologie, biogeochemie en geobiologie.

Maar de onderzoekers waren verrast toen ze ontdekten dat het stof belangrijk is, zelfs bij actief eroderen, relatief jonge bergecosystemen zoals de Sierra Nevada. "Stof levert belangrijke input van de plantengroeibeperkende nutriëntenfosfor aan de westelijke Sierra Nevada-ecosystemen, Hart zei. "Deze stofinput kan van cruciaal belang zijn voor het handhaven van de productiviteit van de plant in deze geologisch jonge bergachtige omgevingen, en de stofinput kan toenemen naarmate het landgebruik in de Central Valley toeneemt en het klimaat in de toekomst warmer wordt."

Een interdisciplinaire en interinstitutionele samenwerking met isotopengeochemici, een geomorfoloog, ecosysteemecologen en microbiële ecologen van UC Merced, de Universiteit van Michigan, de University of Wyoming en UC Riverside probeerden het belang van transoceanisch en regionaal stof als voedingsbron voor ecosystemen in de Sierra Nevada te kwantificeren.

De onderzoekers onderzochten monsters van vier locaties in het Southern Sierra Critical Zone Observatory (SSCZO) in het Sierra National Forest, vanaf ongeveer 1, 300 voet tot 8, 800 voet hoogtes, en vergeleek de toevoer van nutriënten door stof met de snelheid van bodemvorming op basis van moderne en millennialsnelheden van bodemverlies.

Het onderzoeksteam bestudeert ook microbiële "lifters" die op de stofdeeltjes rijden.

"Ik denk dat we het microbiële DNA ook kunnen gebruiken om te bepalen waar het stof vandaan komt met een vergelijkbare of hogere betrouwbaarheid dan het gebruik van radiogene isotopen in het stof, " zei Hart, die bij de School of Natural Sciences en het Sierra Nevada Research Institute zit.

UC Merced afgestudeerde student Nicholas Dove, die zich vrijwillig aanmeldden om deel uit te maken van het project voor de ervaring van het werken met deze diverse groep, zei dat hij de taak had stof te verzamelen en te helpen bij het schrijven van de krant door opmerkingen en kritiek te geven.

De stofafscheiders op palen in het bos. Krediet:Chelsea Carey

"Het oogsten van stof voor wetenschappelijke doeleinden is verrassend rudimentair. We gebruiken veel huishoudelijke benodigdheden:houten palen houden bundt pannen gevuld met knikkers, en het stof nestelt zich in de marmeren matrix, " legde hij uit. "We verzamelen dit stof door de knikkers te 'wassen' met steriel water. Het water wordt gefilterd en voila, je hebt je stof."

Dove's proefschrift is gericht op de effecten van brandbestrijding en veranderde natuurbrandregimes op microbiële gemeenschappen en biogeochemische processen in gemengde naaldbossen van de Sierra Nevada, maar hij greep de kans op meer werk in het SSCZO aan.

"Door in het SSCZO te werken, heb ik andere onderzoekers uit het hele land kunnen ontmoeten en samenwerken, " hij zei.

De SSCZO, onder leiding van UC Merced-professor Roger Bales, maakt deel uit van een netwerk van 10 kritische zone-observatoria opgericht door de National Science Foundation, en is een samenwerking met het Pacific Southwest Research Station van de Forest Service.

"Het CZO-netwerk is opgericht om dit soort onderzoek te doen, die fysieke, geochemische en biologische metingen van de ondergrond door het landoppervlak, waardoor we een ongekend voorspellend vermogen hebben om het beheer van deze snel veranderende beboste landschappen te verbeteren, ' zei Balen.

"Dit onderzoek laat zien dat het transport van stof in de atmosfeer belangrijk is voor de ecologische gezondheid van veel delen van onze planeet, " zei Richard Yuretich, programmadirecteur van het Critical Zone Observatory Network van de NSF. "Complexe cycli en feedbacks regelen de omstandigheden aan het aardoppervlak. Deze studie voegt een belangrijk stuk toe aan onze kennis van hoe de aarde werkt en wat we kunnen doen om haar goed te laten functioneren."

De Natuurcommunicatie papier heet "Stof overtreft het gesteente in de toevoer van voedingsstoffen naar ecosystemen van bergbossen."