Metcalfe, Daniel

Epsilon Open Archive

FIGUR 1. Vy över Caxiuanáskogen i Amazonas. Det studerade områdets läge har markerats med en stjärna på den infällda kartan. Foto Antonio Carlos Lola da Costa.•	 Amazonas	regnskog	spelar	en	viktig	roll		i	den	globala	kolcykeln.	Då	globala	klimat-förändringar	bidrar	till	en	ökad	frekvens	av	svår	torka	i	denna	region	kan	nivåerna	av	växthusgasen	koldioxid	förväntas	öka	i	atmosfären.•	 År	2000	påbörjades	ett	experiment	i	östra	Amazonas	med	målet	att	öka	förståelsen	av	hur	Amazonas	regnskog	påverkas	av	torka.	Plastpaneler	placerades	cirka	2	meter	ovan	marken	över	en	yta	på	100	×	100	meter	vilket	ledde	till	en	50	%	minskning	av	regnmängden.	Under	de	följande	åren	mättes	ett	flertal	av	ekosystemets	responser	på	torka.	Torka i Amazonas – resultat från ett storskaligt fältexperimentFAKTA SKOGDANIEL METCALFE R Ö N  F R Å N  S V E R I G E S  L A N T B R U K S U N I V E R S I T E T  •  N r  8 ,  2 0 1 1 •	 Skogen	visade	sig	vara	påfallande	motstånds-kraftig	mot	torka	och	det	skedde	liten	förändring	i	dödlighet	under	experimentets	första	år.	Under	det	tredje	året	av	torka	kunde	dock	en	ökad	dödlighet	uppmätas	och	då	framförallt	bland	de	största	träden.	Denna	dödlighet	kan	ha	orsakats	av	processen	”kolsvält”,	orsakad	av	att	den	nödvändiga	mängden	kol	för	de	vitala	metaboliska	processerna	inte	kunde	tillföras	genom	foto-syntes.	•	 Denna	forskning	bidrar	med	information	om	de	troliga	mekanismer	som	kommer	att	påverkas	av	torka	i	ett	ekosystem	som	fyller	en	viktig	funktion	i	ett	globalt	perspektiv.	Hotet om klimatförändringar har skapat uppmärksamhet bland regeringar och allmän-het världen runt.  I detta sammanhang har Amazonas roll hamnat allt mer i rampljuset när det gäller reglering av klimatet både regionalt och globalt (Figur 1). Intresset ökade ytterligare i samband med att resultaten från den första globala klimatmodellen som inkluderade terrestra ekosystem publicerades. Denna visade på en framtida ökning av nivån av växthus-gasen koldioxid i atmosfären, jämfört med tidigare modeller som inte tagit hänsyn till terrestra processer. Denna effekt drevs till stor del av att en ökad torka i Amazonas resulterat i förhöjd dödlighet hos träd och därmed en stor ökning av mängden koldioxid i atmosfären. FIGUR 2. Det storskaliga experimentet i Caxiuaná, nord-östra Brasilien, där torka simulerats. Vatten dräneras från plastpaneler (uppifrån, t.v., och underifrån, t.h.) under regnfall och förs bort från experimentområdet via kanaler. Foto Antonio Carlos Lola da Costa.Alla klimatmodeller idag inkluderar ter-restra ekosystem och flertalet av dessa visar på en ökad torka i Amazonas. Modellerna skiljer sig dock fortfarande åt i hur stor effekt denna torka kommer att ha på koldioxidnivåerna i atmosfären samt i de mekanismer som ligger bakom den simulerade responsen hos ekosystemet. Ett stort problem för dessa modeller är att det fortfarande saknas fältbaserad data på hur regnskogen i Amazonas påverkas av torka. För att fylla denna kunskapslucka startades år 2000 ett experiment i östra Amazonas (Figur 2). För att avleda neder-börden över en yta på 100 × 100 meter installerades plastpaneler och stuprör cirka 2 meter ovan marken, vilket ledde till en minskning av regnmängden med 50 %. På denna försöksyta, samt på en icke manipulerad kontrollyta i närheten (Figur 3), uppmättes ett flertal komponenter i den terrestra kolcykeln, för att uppskatta nettoeffekten av torka på det totala koldi-oxidflödet mellan skogen och atmosfären. Stora träd mest sårbara vid torkaDå experimentet reducerade nederbörden med 50 % är det kanske förvånande att det tog flera år innan en klar ökning i dödlighet kunde uppmätas i regnskogen. En möjlig förklaring till detta resultat kan vara att träden är väl anpassade till korta perioder av torka, eftersom sådana historiskt sett har uppträtt regelbundet i Amazonas i samband med klimatcykeln El Niño – La Niña. Varningssignalerna för ökad dödlighet bland stora träd (> 40 centimeter i stamdiameter vid brösthöjd) kunde däremot ses redan under det första året då en drastisk minskning i tillväxt observerades i ytorna med minskad ne-derbörd (Figur 4). Efter ytterligare 7 år av kontinuerlig torka åtföljdes detta av en 2–3 gånger högre dödlighet (40 ton kol i form av död ved) bland stora träd. I motsats till detta resultat kunde ingen klar effekt på tillväxt eller dödlighet bland mindre träd uppmätas efter åtta år av torka. Det är ännu inte fastlagt vad som or-sakar de vitt skilda mönster av dödlighet och tillväxt som observerades bland träden i detta experiment. En möjlig förklaring är att större träd har svårare att balansera mellan att minimera vattenförlust under torka och att samtidigt bibehålla ett upp-tag av koldioxid som är tillräckligt för metaboliska processer. De sammantagna resultaten från detta experiment tyder därför på att nya klimatmodeller även borde inkludera olika responser bland träd FIGUR 3. Fältarbete i Amazonas (t.v.), mätning av träddiameter (övre t.h.) och rotbiomassa (nedre t.h.) Foto Antonio Carlos Lola da Costa och Daniel Metcalfe.exempelvis av olika åldrar och från olika funktionella grupper. Skog utsatt för torka var en kolkällaUr ett evolutionärt perspektiv verkar det rimligt att träd som är anpassade till återkommande, kortvariga, torrperioder borde prioritera en minimering av vat-tenförlust över koldioxidupptag, eftersom deras underskott av koldioxid då endast är tillfälligt. När klimatet förändras utöver det som naturligt har förekommit under skogens evolutionära historia kanske sko-gens adaptiva respons inte är fördelaktig. Så kan vara fallet under en förhöjd och mer långvarig torka som den simulerade i detta experiment, eller i samband med framtida klimatförändringar. Sådan skog står inför en ny situation – många och återkommande år av torka – i vilken det finns liten, eller ingen, chans till en återhämtning efter ett underskott av kol. Den optimala lösningen för denna nya och utmanande situation kan innebära att fundamentala förändringar i växtfysiologi eller anatomi krävs. Sådana förändringar är dock kanske helt enkelt är för radikala för många växter att uppnå. Om så är fallet, kan växter dö från “kolsvält”, vilket, med andra ord, innebär att de får slut på det kol som de behöver för att upprätthålla metabolism och tillväxt. De träd som i detta experiment var utsatta för torka minskade i tillväxt, troligtvis för att undvika kolsvält, men förvånansvärt nog ökade de samtidigt sin respiration dramatiskt (Figur 5).  Det är ännu inte klarlagt vilken funktion denna ökning i respiration fyllde, men den var mer än tillräcklig för att balansera den mängd kol träden sparade genom sin tillväxtminskning. Därmed omvandlades FIGUR 5. Skogens tillväxt (övre) och respiration (nedre) för olika komponenter på ytan utsatt för torka och på kontrollytan (Metcalfe, D.B. et al. 2010). skogen som utsattes för experimentell torka till en stor kolkälla. I kontrollytan, som inte utsattes för någon torka, var å andra sidan skogen som helhet kolneutral, och träden bibehöll mer eller mindre en balans mellan mängden av det kol som togs upp via fotosyntes, och det som an-vändes för tillväxt och respiration (Figur 6). Om detta experiment speglar framtida ekosystemresponser på torka i Amazonas, kan dessa bidra till att öka koldioxidkon-centrationen i atmosfären och därmed också till globala klimatförändringar. Framtida forskningsuppgifterExperimentet som beskrivs här är ett av endast ett litet antal liknande experiment som bedrivs världen runt. För att möta intensiva politiska och allmänna krav på information om effekterna av klimatför-ändringarnas påverkan, tvingas model-lerare att använda ett fåtal observationer från ett begränsat antal lokaler för att extrapolera över hela jordytan. Forskare inom området skog står därför inför en stor utmaning i att förbättra redskapen för modellerare genom att bidra med data på hur de skogliga ekosystemen påverkas av ett förändrat klimat. I det experiment som beskrivs här observerades nya mönster som inte finns med i de modellerade effekterna av torka. Trots att det finns indikationer på de troliga underliggande mekanismerna som kontrollerar de observerade responserna, återstår det fortfarande mycket att forska på inom detta område. Exempelvis så krävs det mer forskning på varför, och inte minst hur, träd dör under torka. Dessutom krävs en förbättring av metoderna för att kvantifiera kolflöden i terrestra ekosys-tem. I detta experiment gjordes ett antal oberoende mätningar vilka alla indikerar att de uppmätta värdena var riktiga. Andra metoder, såsom isotopinmärkning och fjärranalys, kan också bidra med viktig in-formation inom detta forskningsområde.FIGUR 4. Skillnad i trädens tillväxt mellan ytan utsatt för torka och kontrollytan. Den svarta linjen anger summan för alla storleksklasser; övriga linjer representerar träd av olika storlekar (da Costa, A.C.L et al. 2010). Daniel Metcalfe är forskarassistent vid institutionen för skogens ekologi och skötsel,SLU, 90183 Umeå Tel: 090-786 85 56Daniel.Metcalfe@slu.seFAKTA SKOG • Rön	från	Sveriges	lantbruksuniversitet	Redaktör: Göran	Sjöberg,	090-786	82	96,	Goran.Sjoberg@slu.se,	SLU,	Fakulteten	för	skogsvetenskap,		901	83	Umeå		Ansvarig utgivare:	Tomas	Lundmark,	090-786	82	38,	Tomas.Lundmark@slu.se	Webb: www.slu.se/forskning/faktaskog	Prenumeration:	15	nummer	per	år	för	340	kronor	+	moms.		SLU	Publikationstjänst,	Box	7075,	750	07	Uppsala,	018-67	11	00 • Publikationstjanst@slu.seDanagård	LiTHO,	Linköping	2011ISSN: 1400-7789	©	SLUFörfattareÄmnesordKlimatförändringar, torka, tropisk regn-skog, kol, träd, dödlighet, Amazonas.Läs merda Costa , A.C.L., Galbraith, D., Almeida, S., Portela, B.T.T., Da Costa, M., Athaydes, J., Fisher, R., Phillips, O., Metcalfe, D.B., Levy, P. & Meir, P. 2010. Effect of 7 yr of experimental drought on vegetation dy-namics and biomass storage of an eastern Amazon rainforest. New Phytologist 187: 579–591.Tack Denna forskning är en del av det Brasi-lienledda LBA-projektet och innefattar insatser från ett flertal forskare i Brasilien (MPEG och UFPA, Belem) och i Stor-britannien (RAINFOR network). Stort tack till MPEG för användandet av deras fältstation och laboratorier. Läs mer om detta experiment på http://www.eci.ox.ac.uk/research/ecodynamics/carbon-balance.php.Malhi, Y., Aragão, L.E.O.C., Galbraith, D., Huntingford, C., Risher, R., Zelazowski, P., Sitch, S., McSweeney, C. & Meir, P. 2009. Exploring the likelihood and me-chanisms of a climate-change-induced dieback of the Amazon rainforest. Procee-dings of the National Academy of Science USA 106: 20610–20615.McDowell, N.G., & Sevanto, S. 2010. The mechanisms of carbon starvation: how, when, or does it even occur at all? New Phytologist 186: 264–266.Metcalfe, D.B., Meir, P., Aragão, L.E.O.C., Lobo-do-Vale, R., Galbraith, D., Fisher, R.A., Chaves, M.M., Maroco, J.P., da Costa, A.C.L., de Almeida, S.S., Braga, A.P., Gonçalves, P.H.L., de Athaydes, J., da Costa, M., Portela, T.T.B., de Oliveira, A.A.R., Malhi, Y., & Williams, M. 2010. Shifts in plant respiration and carbon use efficiency at a large-scale drought experiment in the eastern Amazon. New Phytologist 187: 608–621.FIGUR 6. Den sammanlagda respirationen (Reco) och trädens användning av kol för tillväxt och respiration (PCE) på ytan utsatt för torka och kontrollytan. Svarta pilar indikerar mängden kolintag via fotosyntes (GPP) (Metcalfe, D.B. et al. 2010). 

Torka i Amazonas

http://pub.epsilon.slu.se/13636/7/metcalfe_d_161227.pdf

Torka i Amazonas

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Epsilon Open Archive