Hoewel de suikeresdoorns van Michigan profiteren van de groeibevorderende effecten van stikstofverbindingen in het milieu, die winsten zullen de extra stress van het groeien in een droger klimaat in de toekomst niet volledig compenseren, volgens een nieuwe studie onder leiding van de Universiteit van Michigan.

Suiker esdoorns, bekend om hun vurige herfstbladeren en als de belangrijkste bron van ahornsiroop, zijn een dominante boomsoort in de noordelijke hardhoutbossen van Oost-Noord-Amerika. Ze komen vooral voor in vochtige, goed doorlatende bodems en zijn droogtegevoelig.

Sommige klimaatvoorspellingen voor de regio van de Boven-Grote Meren in de komende decennia vragen om warmere temperaturen en een grotere kans op droogte in de zomer, omstandigheden die stressvol kunnen zijn voor suikeresdoorns en andere bomen.

Maar naarmate het klimaat blijft veranderen, bossen over de hele wereld worden ook blootgesteld aan stijgende niveaus van groeibevorderende stikstofverbindingen die worden gegenereerd door motorvoertuigen, energiecentrales, fabrieken, landbouw en andere menselijke bronnen. Deze door mensen verkregen stikstof wordt beschouwd als een vervuilende stof, maar heeft ook een bemestend effect op bomen, groei bevorderen.

Klimaatwetenschappers en bosecologen hebben zich lang afgevraagd of de bevruchtende effecten van door de mens verkregen stikstof voldoende zouden zijn om de extra stress veroorzaakt door een warmer, droger klimaat. Het is een moeilijke vraag om te beantwoorden, en eerdere studies leverden tegenstrijdige resultaten op.

De nieuwe door U-M geleide studie, gebaseerd op 20 jaar gegevens van vier bosgebieden op beide schiereilanden van Michigan, concludeert dat stikstofdepositie door menselijke activiteiten "de negatieve effecten van telen onder de voorspelde drogere klimaten niet volledig zal compenseren".

In de komende decennia zal Michiganders zouden een verminderde groei van suikeresdoorns in de staat moeten verwachten, volgens de studie, die gepland staat voor online publicatie in het tijdschrift Ecologie op 17 januari. En als de meest extreme klimaatvoorspellingen voor de regio uitkomen, suikeresdoorns zullen uiteindelijk - over een periode van eeuwen - helemaal verdwijnen uit het lagere schiereiland van de staat.

"De toegevoegde stikstof helpt een beetje, maar niet genoeg, " zei UM bosecoloog Inés Ibáñez, hoofdauteur van de studie.

"Bij extreme klimaatscenario's, de toename van stikstof zal de verminderde groei van suikeresdoorns door gebrek aan water niet kunnen compenseren, " zei Ibáñez, een universitair hoofddocent aan de School for Environment and Sustainability en bij de afdeling Ecologie en Evolutionaire Biologie.

Begrijpen hoe verschillende boomsoorten zullen reageren op warmere en drogere omstandigheden is essentieel voor het maken van nauwkeurige voorspellingen van toekomstige bosgroei. En dat is belangrijk om te weten, want de bossen in de wereld verwijderen ongeveer een kwart van de warmtevasthoudende koolstofdioxide die jaarlijks in de atmosfeer wordt uitgestoten door de verbranding van fossiele brandstoffen.

Als de bosgroei vertraagt ​​als reactie op klimaatstress, dan zullen die bomen minder koolstofdioxide verwijderen, wat het opwarmingsprobleem zal verergeren. En noordelijke bossen over de hele wereld zijn vooral belangrijke koolstofputten, " enorme hoeveelheden uit de lucht halen en opslaan in boomhout en bosbodems.

"Het grootste deel van de koolstof die op het land is opgeslagen, bevindt zich in bossen, " zei U-M bosecoloog en co-auteur Donald Zak, een professor aan de School for Environment and Sustainability en in de afdeling Ecologie en Evolutionaire Biologie. "En hoe bossen in de toekomst groeien, zal van invloed zijn op de hoeveelheid door mensen verkregen koolstofdioxide die in de atmosfeer achterblijft. Dat, beurtelings, zal een terugkoppelingseffect hebben op de globale temperaturen.

"Daarom zijn deze vragen over bosgroei zo belangrijk. En de enige manier om een ​​​​deel van de antwoorden te krijgen, is door het soort ecologisch langetermijnonderzoek dat in deze studie is gebruikt."

Om de gecombineerde impact van door de mens veroorzaakte stikstofdepositie en klimaatverandering op de groei van bomen te beoordelen, Ibanez, Zak en hun collega's gebruikten gegevens van een door de federale overheid gefinancierd onderzoek naar stikstofdepositie op vier studieplekken in hardhoutbossen in Michigan, waaronder een in het U-M Biological Station in de buurt van Pellston, Mich.

De vier locaties zijn door 300 mijl van elkaar gescheiden en overspannen de noord-naar-zuidverdeling van noordelijke hardhoutbossen, van het west-centrale Lower Peninsula tot het noordwestelijke Upper Peninsula. De Michigan Gradient Study werd in 1987 opgericht om de effecten van klimaat- en atmosferische depositie op bosgroei en ecosysteemprocessen in het gebied van de Grote Meren te onderzoeken. Zak is een van de hoofdonderzoekers van het project.

Sinds 1994, projectonderzoekers hebben vast natriumnitraat toegevoegd, een stikstofverbinding die wordt gebruikt in meststoffen, naar de bodem op enkele van de Michigan Gradient Study-plots om niveaus van stikstofdepositie te simuleren die tegen het einde van deze eeuw worden verwacht. Veel van de stikstof die door de mens in de atmosfeer wordt uitgestoten, valt later in de regen terug naar de aarde, sneeuw en stof.

Voor de studie gerapporteerd in Ecologie , analyseerden de onderzoekers de gecombineerde effecten van stikstofdepositie, zomertemperatuur en bodemvocht op de groei van suikeresdoorns. Ze gebruikten records van 1, 016 bomen verzameld in de periode 1994-2013.

De enorme reikwijdte van de Michigan Gradient Study, het ongebruikelijke experimentele ontwerp, en nieuwe statistische hulpmiddelen stelden de onderzoekers in staat om de effecten van door de mens afgeleide stikstof op de groei van bomen te scheiden van de effecten die verband houden met temperatuur- en waterbeperking - iets wat eerdere studies niet konden doen, zei Zak.

De resultaten laten zien dat, in alle gevallen, toegevoegde stikstof verhoogde gemeten boomgroei, een effect dat werd geaccentueerd naarmate de temperatuur steeg en het bodemvocht afnam. In aanvulling, de onderzoekers simuleerden toekomstige groeisnelheden voor elke boom onder twee klimaatscenario's die eerder waren ontwikkeld voor het gebied van de Boven-Grote Meren.

Scenario één voorziet gematigde veranderingen tegen 2100:een temperatuurstijging van 1,3 graden Fahrenheit en een toename van 14 procent van de zomerneerslag. Dit scenario gaat ervan uit dat de wereldwijde uitstoot van kooldioxide uiteindelijk van koers verandert en begint af te nemen.

Scenario twee gaat ervan uit dat de huidige CO2-emissieniveaus in de toekomst blijven bestaan, wat resulteert in extremere klimaatveranderingen in de regio:een temperatuurstijging van ongeveer 10 graden Fahrenheit en een 40 procent afname van de zomerneerslag tegen 2100.

De computersimulaties toonden aan dat de groei van suikeresdoorn licht zou worden geschaad onder scenario één, vooral op de warmere zuidelijke locaties. De resultaten voor scenario twee toonden een grote en consistent significante afname van de groei voor suikeresdoorns op alle vier locaties en voor alle percelen - zowel die behandeld met stikstofmest als onbehandelde percelen. Een drievoudige afname van de groeisnelheid is mogelijk onder scenario twee voorwaarden.

Onder scenario twee, suiker esdoorns zouden uiteindelijk verdwijnen uit Michigan's Lower Peninsula, hoewel de veranderingen waarschijnlijk over meerdere eeuwen zouden plaatsvinden, zei Ibáñez. Als dat gebeurt, het door suikeresdoorn en beuken gedomineerde noordelijke hardhoutbos kan worden vervangen door eiken-hickorybos, die beter is aangepast aan droogte, maar die niet zoveel koolstof uit de atmosfeer haalt.

"Koolstofopslag is een enorme service die bossen ons bieden en is erg belangrijk voor elke vorm van klimaatregulering in de toekomst, Ibáñez zei. "Als droogte in de toekomst de productiviteit van de bossen in Michigan vermindert, hun vermogen om koolstof op te slaan zal er ook onder lijden."