Wetenschap
Onderzoekers identificeren de verrijking van voedingsstoffen als gevolg van de herverdeling van de regenval in het bladerdak
Neerslag is nauw verbonden met de kringloop van voedingsstoffen door de interacties met atmosferische afzetting en onderschepping van het bladerdak, waardoor de eigen chemische eigenschappen veranderen. Doorval en stengelstroming brengen talrijke elementen in de bodem, die niet alleen de structuur van microbiële gemeenschappen in de bodem, de overleving van individuele planten en de opvolging van plantengemeenschappen beïnvloeden, maar ook de structuur en functie van het ecosysteem reguleren. Dit vormt een belangrijk ecologisch proces dat de atmosfeer, de phyllosfeer en de rhizosfeer met elkaar verbindt.
Vergeleken met de hydrologische processen van de herverdeling van regenval in het bladerdak blijft er een gebrek aan diepgaande kennis over de mechanismen en effecten van nutriëntentransport, met name de onvoldoende erkenning van het algemene patroon van nutriëntenverrijking op basis van vergelijkingen tussen typische bioklimatologische zones over de hele wereld.
In een publicatie in het tijdschrift Science China Earth Sciences analyseerden onderzoekers een reeks Engelse en Chinese academische artikelen die sinds het begin van deze eeuw zijn gepubliceerd, waarbij de nadruk lag op de verrijking van voedingsstoffen als gevolg van de herverdeling van de regenval in het bladerdak. Door 1020 artikelen uit de Web of Science- en CNKI-databases van 2000 tot 2022 te onderzoeken, zijn belangrijke ionen die cruciaal zijn voor de overleving van planten, waaronder K + , Na + , Ca 2+ , Mg 2+ , NH4 + , Cl − , NEE3 − , SO4 2 − , werden geïdentificeerd om hun concentraties en uitlogingscoëfficiënten te berekenen.
De hoeveelheid voedingsstoffen en de verrijkingscapaciteit werden vergeleken om een algemeen patroon van nutriëntenverrijking vast te stellen in verschillende regenzones (aride en semi-aride, vochtig en semi-vochtig, en extreem vochtig), temperatuurzones (tropisch, warm gematigd en koud gematigd), levensvormen van planten (bomen en struiken), bladmorfologieën (naald- en loofbomen), bladgewoonten (groenblijvend en bladverliezend), bostypen (puur en gemengd) en ecosysteemtypen (natuurlijk en kunstmatig).
Hun resultaten suggereren dat de verrijking van nutriënten in terrestrische ecosystemen, aangedreven door de herverdeling van regenval in het bladerdak, de processen omvat van de input, het transport en de afgifte van nutriënten. De aerodynamische eigenschappen van het bladerdak beïnvloeden, vooral tijdens het groeiseizoen, de mechanismen voor het transport van voedingsstoffen.
Complexe luifelstructuren met ingewikkelde takken en bladeren hebben een groter vermogen om droge atmosferische afzetting op te vangen dan natte afzetting. De residuen en uitscheidingen van soorten die in het bladerdak leven, maken de voedingsbronnen complexer, waardoor analyses van de nutriëntenbalans noodzakelijk zijn om de rol van het bladerdak als voedingsbron of put te begrijpen.
Bovendien beïnvloedt het samenspel van meteorologische omstandigheden, planteigenschappen en eigenschappen van opgeloste stoffen de verrijking van voedingsstoffen in de doorval en stengelstroom. Hoewel het huidige onderzoek deze factoren vaak onafhankelijk analyseert om ze gemakkelijker te kunnen kwantificeren, slaagt deze aanpak er niet in om de onderliggende mechanismen die de verrijking van voedingsstoffen beïnvloeden volledig vast te leggen.
Er is melding gemaakt van een mondiaal patroon van de hoeveelheid voedingsstoffen en de verrijking ervan, veroorzaakt door de herverdeling van de regenval in het bladerdak. De gemiddelde ionenconcentratie in de stemflow (6,13 mg L − 1 ) is 2,1 keer hoger dan bij doorval. DUS4 2 − (12,45 en 6,32 mg L − 1 ) en Cl − (9,21 en 4,81 mg L − 1 ) laten de hoogste concentraties zien in zowel stamstroom als doorval, terwijl K + (13,7 en 5,8) en Mg 2+ (5,6 en 2,8) vertonen de grootste uitlogingscoëfficiënten. In verschillende regenzones hebben extreem vochtige gebieden de laagste ionenconcentraties in doorval en stengelstroming, maar de hoogste uitlogingscoëfficiënten.
Vanwege energiebeperkingen hebben regio's met hogere temperaturen vaak een wijdverspreide vegetatieverdeling. Krachtige transpiratie en verdamping versnellen de regionale waterdampcyclus, waardoor, in combinatie met de toegenomen frequentie en hoeveelheid neerslag, de ionenconcentraties gedeeltelijk worden verdund. De koude gematigde zone heeft dus de hoogste ionenconcentraties, terwijl de uitloogcoëfficiënten geen duidelijke trend vertonen bij toenemende temperatuur.
Wat betreft functionele plantentypen en ecosysteemtypen hebben struiken, naaldplanten, gemengde bossen en kunstmatige ecosystemen een sterker vermogen tot nutriëntenverrijking vergeleken met bomen, loofplanten, zuivere bossen en natuurlijke ecosystemen. Hun ionenuitlogingscoëfficiënten variëren van 1,1 tot 3,0 keer hoger dan die van laatstgenoemde.
De onderzoekers benadrukken een gebrek aan begrip over de hogere efficiëntie van nutriëntenverrijking door middel van stemflow, ondanks de gevestigde voordelen van nutriëntenverrijking door middel van doorval. Het huidige onderzoek richt zich primair op het onderscheppen van bladerdaken in natuurlijke ecosystemen met loofboomsoorten, waarbij beperkte aandacht wordt besteed aan struiken, naaldplanten en kunstmatige ecosystemen die een groter vermogen tot verrijking van voedingsstoffen vertonen.
Het artikel suggereert gerichte richtingen voor toekomstig onderzoek. Hoewel we de hiaten in het huidige onderzoek erkennen, is er ook behoefte aan het analyseren van wortelfunctionele kenmerken, bodemvoorkeursstroming en hydraulische erosieprocessen in de bodem. Deze alomvattende beoordeling is nodig om de impact van het hele proces van herverdeling van neerslag, inclusief het bladerdak en de bodem, op de verrijking, het transport en de transformatie van voedingsstoffen te evalueren.