Een nieuwe studie van de Universiteit van Delaware is een van de eerste ter wereld die aantoont dat boomstammen in hooggelegen bossen daadwerkelijk methaan uitstoten in plaats van het op te slaan. vertegenwoordigen een nieuwe, voorheen onbekende bron van dit krachtige broeikasgas.

Methaan is ongeveer 25 keer sterker dan koolstofdioxide, met sommige schattingen zo hoog als 33 keer sterker vanwege de effecten wanneer het zich in de atmosfeer bevindt.

Vanwege het aardopwarmingsvermogen van methaan, het identificeren van de bronnen en "putten" of opslagplaatsen van dit broeikasgas is van cruciaal belang voor het meten en begrijpen van de implicaties ervan voor ecosystemen.

Hooggelegen bosbodems nemen gewoonlijk methaan op en slaan het op, maar dit effect kan worden tegengegaan door methaanemissies uit boomstammen, vond het onderzoeksteam van UD's College of Agriculture and Natural Resources. Hun werk is gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift ecosystemen .

"We geloven dat ons werk kan helpen om enkele hiaten in methaanbudgetten en milieuprocessen in wereldwijde ecosysteemmodellen op te vullen, " zei de leider van de studie, Rodrigo Vargas, assistent-professor bij de afdeling Plant- en Bodemwetenschappen van het UD's College of Agriculture and Natural Resources.

Shreeram Inamdar, hoogleraar waterscheidingshydrologie en biogeochemie, is co-onderzoeker van het project met Vargas, en promovendus Daniel Warner is de hoofdauteur van het artikel. Het onderzoek werd gefinancierd door het Amerikaanse ministerie van landbouw, met extra steun van het Federal Research and Development Matching Grant Program van Delaware.

Studielocatie Maryland

In een 30 hectare groot gebied van hooggelegen bos in Fair Hill Natural Resources Management Area in het nabijgelegen Cecil County, Maryland, de onderzoekers testten een cluster van bomen, grond en grof houtachtig puin (CWD) - dood hout dat op de bosbodem ligt in verschillende stadia van ontbinding - om fluxen van methaan en koolstofdioxide te meten.

De onderzoekers gebruikten een state-of-the-art broeikasgasanalysator op basis van laserabsorptietechnologie, genaamd Off-Axis Integrated Cavity Output Spectroscopie (OA-ICOS), die lijkt op een protonenpakket uit de film 'Ghostbusters'.

Warner bezocht de site in de loop van één groeiseizoen, april tot december, en de kooldioxide- en methaanfluxen van de bodem gemeten, boomstammen en CWD om te bepalen of die drie componenten bronnen of putten waren van deze broeikasgassen.

Bodems en CWD-fluxen

Wat koolstofdioxide betreft, onderzoek naar de fluxen van boomstammen, bekend als stamademhaling, en aarde, bekend als bodemademhaling, wordt al tientallen jaren gedaan, maar onderzoek naar het belang van koolstoffluxen met betrekking tot CWD blijft nog achter.

voor methaan, echter, het is een ander verhaal. Hoewel er studies zijn gedaan naar methaanfluxen in verband met bodems, die gewoonlijk het methaan verbruiken en als methaanputten worden beschouwd, er zijn er maar weinig die te maken hebben met CWD en boomstammen in hooggelegen bodems.

"Wat er is gedaan, zijn over het algemeen laboratoriumincubaties van hout, waar ze meten hoeveel methaan in de loop van de tijd vrijkomt. Wat we in deze studie hebben gevonden, is dat sommige grove houtachtige brokstukken zich gedragen als de grond en methaan verbruiken, terwijl andere stukken van grof houtachtig puin stoot kleine hoeveelheden methaan uit, wat we ook zagen bij levende boomstammen, " zei Warner.

Om de verschillen tussen de acties van de CWD te begrijpen, Warner en collega's ontdekten dat versere CWD een positieve methaanflux heeft, wat vergelijkbaar is met hoe een levende boom zich gedraagt.

"Als een boom omvalt, het is nog steeds functioneel hetzelfde in termen van methaanemissies. Overuren, als het vergaat, mijn theorie is dat het wordt gekoloniseerd door bodembacteriën die methaan consumeren en het verschuift om zich meer als de bodem te gedragen, resulterend in een methaanput, " zei Warner.

De onderzoekers ontdekten ook dat CWD een hoge mate van variabiliteit had als het ging om methaanemissies.

"Terwijl het vergaat, wordt het veel variabeler. Een deel van het superverrotte hout gaf nog steeds methaan af, maar veel ervan verbruikte methaan, " zei Warner. "Als je een CWD-pool hebt met minder diversiteit met betrekking tot de mate van ontbinding, je kunt verwachten dat het een meer uniforme rol gaat spelen in termen van methaanemissies of putten."

Boomstammen en methaanfluxen

Hoewel bekend is dat boomstammen koolstofdioxide afgeven, uit dit onderzoek bleek dat ze ook methaan uitstoten.

"De boomstammen hebben constant een lage maar detecteerbare uitstoot van methaan. De bodem biedt een milieudienst voor het vastleggen van dit krachtige broeikasgas, maar de stammen geven methaan af gelijk aan 4 procent van wat zou kunnen worden opgevangen door CWD en bodems op ecosysteemschaal, ' zei Vargas.

Algemeen, de boomstammen fungeerden als een bron van kooldioxide en als een kleine bron van methaan, maar de omvang van de uitgestoten gassen varieerde met de soort.

Tulpenpopulier was een soort die veel methaan en koolstofdioxide vrijmaakte, terwijl beukenbomen het meeste methaan in het bos uitstoten, maar heel weinig koolstofdioxide uitstoten.

"Het kan een soortspecifieke eigenschap zijn die de flux controleert, " zei Warner.

Temperatuurdrempel

Temperatuur speelde ook een sleutelrol bij het reguleren van de grootte van de fluxen.

"Methaan in bodems lijkt een temperatuurgradiënt te volgen waarbij hogere temperaturen verband houden met een hogere opname van methaan, maar dat is niet noodzakelijk het geval voor CWD of voor boomstammen, ' zei Vargas.

Warner zei dat het moeilijk is om een ​​temperatuurrelatie met methaan te ontwikkelen, omdat er twee processen zijn die elkaar tegenwerken.

"Je hebt dingen in de grond die methaan produceren - bekend als methanogenese - dingen die het consumeren - bekend als methanotrofie - en dus terwijl je opwarmt, het is meer een soort jachtgeweer waarbij de hoeveelheden methaan zich meer verspreiden naarmate het warmer wordt; wat suggereert dat andere factoren dan temperatuur de methaanemissies regelen, " zei Warner.

Ze ontdekten dat boven een drempel van 17 graden Celsius voor de bodemtemperatuur, de variabiliteit van het methaanverbruik neemt enorm toe.

"Onder de 17 graden, temperatuur is een belangrijke aanjager van methaanflux, maar boven 17 graden, er zijn andere factoren die de methaanproductie zullen beïnvloeden, ' zei Vargas.

Bodem hotspots

Wat betreft waar het methaan vandaan komt, Warner zei dat het nog steeds een wetenschappelijke grens is, maar deze studie biedt voldoende aanwijzingen om de onderzoekers enkele theorieën te geven.

De eerste is dat methaan wordt geproduceerd op hete plekken in de bodem.

"Door hotspot, we bedoelen een plaats waar de omstandigheden gunstig zijn voor de productie van methaan en dat methaan wordt opgezogen door de boomwortels, vervoerd door zijn vasculaire systeem en vrijgelaten uit zijn romp, "zei Warner. "We weten dat dat in wetlands gebeurt, maar in hooglanden, misschien gebeurt het op een specifieke plek en nergens anders."

Het andere mechanisme dat methaanstromen uit stammen zou kunnen veroorzaken, is inwendig rotten of infectie in de boom, die een omgeving creëert waar methanogene bacteriën kunnen overleven en vervolgens diffundeert methaan uit de boom.

"Op dit moment, de mechanismen van methaanproductie in hooggelegen bossen zijn niet duidelijk. Methaan kan ofwel vanuit de bodem naar boven in de stengel worden getransporteerd en naar de atmosfeer worden verspreid, of in de stengel worden geproduceerd door schimmels of archaea - eencellige micro-organismen, ' zei Vargas.

Volgende stappen

Zowel Warner als Vargas waren het erover eens dat de volgende stappen zouden moeten zijn om de algemeenheid van deze waarnemingen in verschillende bossen te testen, en de mechanismen van methaanproductie en -transport in boomstammen te identificeren. Eindelijk, ze suggereren dat mondiale en ecosysteemmodellen rekening moeten houden met methaan geproduceerd uit boomstammen als een nieuwe bron van methaan in de atmosfeer.

"Wanneer mensen een ecosysteem ontwikkelen tot methaanbudgetten op wereldschaal, er is altijd een brok waarvan het onzeker is waar dat methaan vandaan komt. Methaanemissies door vegetatie en boomstammen worden gezien als een nieuw overwogen bron die dat budget dichter bij onze schattingen zou kunnen brengen. Het is goed om daar verder op in te gaan, " zei Warner.