In een tijd van ongekend hoge kooldioxidegehaltes in de atmosfeer, de vraag of planten en bomen overtollige koolstof kunnen benutten door middel van fotosynthese, is een van de belangrijkste factoren. Onderzoekers hebben waargenomen wat de CO . wordt genoemd ₂ bevruchtingseffect, waarbij de fotosynthesesnelheid van planten toeneemt als reactie op hogere CO .-niveaus ₂ in de atmosfeer, hoewel men denkt dat dit afhankelijk is van verschillende andere factoren, zoals temperatuur, vochtigheid, beschikbaarheid van voedingsstoffen, enz. Een groep onderzoekers uit Quebec probeerde beter te begrijpen hoe de oudste boreale bomen in Noord-Amerika - Thuja occidentalis L, witte ceder - hebben gereageerd op hogere niveaus van atmosferische CO ₂ ( C _een ) in termen van de intrinsieke watergebruiksefficiëntie van deze bomen (iWUE ).

Claudie Giguere-Croteau en collega's publiceerden hun studie "De oudste boreale bomen van Noord-Amerika zijn efficiëntere watergebruikers vanwege de toegenomen [CO ₂ ], maar groei niet sneller, " onlangs binnen PNAS . Hun studie van witte cederbomen aan de zuidelijke rand van het Noord-Amerikaanse boreale bos omvat een analyse met dubbele isotopen van ringen van 715 jaar oude bomen die zich rond de oevers van Lake Duparquet in Quebec bevinden. De extreme ouderdom van de bomen is significant omdat de bemonsterde jaarringen honderden jaren klimaat- en groeiconditiegegevens opleveren voorafgaand aan het begin van de industriële revolutie en de daarmee gepaard gaande toename van kooldioxide in de atmosfeer ( C _een ), die, volgens de criteria van dit onderzoek, begon in 1850. Zoals de auteurs van de studienota, "planten zijn niet blootgesteld aan concentraties [van C _een ] boven 290 ppm voor minimaal 650, 000 jaar, dus de dynamische koolstof-waterkoppeling die gedurende meerdere millennia heerste, zou met potentieel kunnen worden verstoord, toch onzeker, effecten op het functioneren van het hydro-ecosysteem."

Verhoogd C _een , in termen van de fysiologische reactie van planten, staat bekend om te corresponderen met iWUE -een maat voor de koolstofopname per eenheid verloren water - hoewel iWUE kan ook worden bepaald door variabelen zoals assimilatiesnelheid ( EEN ) en stomatale geleiding ( G _s ), en hoe deze variabelen uiteindelijk de interne koolstof van een plant beïnvloeden ( C _l ). De auteurs noemen drie mogelijke scenario's die de acclimatisatieprocessen van bomen verklaren als reactie op het stijgen C _een in verhouding tot iWUE .

Scenario 1 (S1) veronderstelt een constante C _l , waarin iWUE neemt fors toe. Scenario 2 (S2) zorgt voor een constante C _l /C _een verhouding, waarin iWUE neemt matig toe. Scenario 3 (S3) gaat uit van een constant verschil tussen C _een en C _l , waardoor iWUE blijft constant. S1 lijkt het meest plausibele scenario in het licht van de CO ₂ bevruchtingseffect, hoewel er weinig langetermijngegevens zijn om de specifieke aard van iWUE in een Noord-Amerikaans boreaal bos, en hierover bestaat veel onzekerheid. Tegen deze achtergrond, Giguere-Croteau en collega's presenteren hun bevindingen.

De onderzoekers gebruikten een dual-isotoopanalyse van boomringen (δ 13 C en δ 18 O; koolstof-13 en zuurstof-18, respectievelijk) om wijzigingen bij te houden in iWUE over een periode van 715 jaar. Hun resultaten toonden "een opmerkelijke en ongekende (59%) iWUE toename in de afgelopen 150 jaar, " de periode die het begin van grote antropogene atmosferische koolstofemissies volgt. Onderzoek van dual-isotoopgegevens uit deze periode onthulde twee verschillende patronen van iWUE werkzaamheid, elk corresponderend met twee van de drie iWUE eerder beschreven scenario's.

De eerste fase, over de jaren 1850 tot 1965, kwam overeen met S1, waar C _l blijft constant ten opzichte van toenemende C _een . Deze periode liet een stijging van 28% zien in iWUE vergeleken met het pre-industriële gemiddelde van de voorgaande periode van 550 jaar. Tegen 1965, wanneer C _een niveaus bereikten echter 320 ppm, iWUE activiteit verschoven om een ​​constante weer te geven C _l /C _een verhouding (0,49), zoals beschreven in S2, en dit ging gepaard met een extra stijging van 31% in iWUE .

Het stijgingspercentage van iWUE waargenomen in de eerste fase van de studie is een van de hoogste ooit gezien op het noordelijk halfrond, en opmerkelijk ook omdat de reactie plaatsvond in reeds volwassen bomen. De verschuiving in activiteit van een constante C _l naar een proportioneel C _l /C _een relatie - een verandering in paradigma van S1 naar S2 - die plaatsvond in de tweede periode die begon in 1965, was ook opmerkelijk. Een dergelijke verschuiving was eerder niet waargenomen in een Noord-Amerikaans boreaal bos.

De waargenomen verschuiving in de acclimatisatiestrategie van de bomen suggereerde fysiologische veranderingen in EEN , G _s , of allebei, en dus keken de onderzoekers naar aanwijzingen in de dual-isotoop-analyse om het mechanisme dat in beide tijdsperioden aan het werk was, te verduidelijken. Ze ontdekten dat in de eerste periode, van 1850 tot 1965, EEN (assimilatiesnelheid) stimulatie door verhoogde CO ₂ waarschijnlijk gereden iWUE neemt toe; maar na 1965, de iWUE reactie waarschijnlijk veranderd in een gedomineerd door G _s , dat is, in dit geval - afnemende stomatale geleiding. In essentie, deze bomen leken een strategie te hanteren die de koolstofwinst op relatief lage niveaus maximaliseerde C _een , zoals te zien in periode 1. Echter, vanaf 1965, de bomen schakelden over op een strategie om droogte te vermijden toen hun fotosynthetische apparaat een verzadigingspunt naderde, waarna de waterverliezen onevenredig hoog zouden zijn in vergelijking met de koolstofwinst, zouden ze een constante moeten handhaven? C _l .

Volgende, de onderzoekers keken naar variaties in het klimaat in relatie tot iWUE , het onderzoeken van variabelen zoals bodemvochtindex, dampdruktekort, en temperatuur. Uit hun analyse bleek dat terwijl elk van deze klimaatgerelateerde factoren een significant effect had op iWUE tussen 1953 en 2014, elk had een maximaal effect op een andere tijdfrequentie. Bovendien, de zeer grote toename van iWUE Het begin in 1850 kon niet worden toegeschreven aan klimaatveranderingen, zoals de warmere/drogere omstandigheden die sinds 1965 de overhand hebben gehad. Er zijn aanwijzingen dat koudere en nattere omstandigheden inderdaad de overhand hadden, en de hoge stomatale geleiding die nodig is voor iWUE stijgingen met het waargenomen tempo van de periode van 1850 tot 1965 zouden waarschijnlijk niet mogelijk zijn geweest in warmere en drogere omstandigheden. De klimatologische trend van warmere en drogere omstandigheden heeft mogelijk een rol gespeeld bij het vergemakkelijken van de omschakeling van S1 naar S2. echter.

Misschien wel de belangrijkste bevinding van dit onderzoek, is het feit dat het ongekende iWUE stijgingen sinds 1850 leidden niet tot een substantieel hogere groei. Kijkend naar ringbreedte-indexen van de bomen, de onderzoekers vonden perioden van hoge groei uit de relatief recente moderne tijd (1980-1990) die even groot waren als andere perioden van ruim voor 1850. De onderzoekers bieden verschillende plausibele verklaringen voor dit gebrek aan schijnbare groei, variërend van groei van niet-stamcomponenten van de drie, zoals wortelexsudaten, tot nutriëntenbeperkingen, bijvoorbeeld, het effect van fosfor op biomassagroei in witte ceders.

Achteloos, de resultaten van deze studie dienen als waarschuwend bewijs voor degenen die dynamische globale vegetatiemodellen (DGVM's) ontwikkelen die gebaseerd zijn op de veronderstelling dat hogere atmosferische koolstof zich noodzakelijkerwijs vertaalt naar meer koolstofopslag via fotosynthese naar biomassa. De auteurs concluderen dus:"Onze resultaten suggereren dus dat zelfs in gunstige omstandigheden voor groei, niet alle bomen kunnen profiteren van verhoogde niveaus van C _een en iWUE . Met deze mechanismen wordt doorgaans geen rekening gehouden door ecofysiologische modellen en DGVM's, wat ertoe kan leiden dat ze eventuele positieve effecten van een hogere C _een over koolstofassimilatie en -fixatie. Voorspellingen van verhoogde toekomstige groei en mogelijke verlichtende effecten op C een kan te optimistisch zijn als de modellen geen rekening houden met de mogelijkheid van constante of zelfs verminderde groei in de context van toenemende C _een ."

© 2019 Wetenschap X Netwerk