Det 700 hektar stora Agua Salud-experimentet är uppdelat i olika avrinningsområden för att bättre förstå hur markanvändning och inhemska virkesarter, lagra kol, skydda den biologiska mångfalden och påverka vattenflödet in i Panamakanalen. Upphovsman:Jorge Aleman, STRI
Träd kommunicerar via en "wood wide web" av rötter och mikrober på ett sätt som förbättrar deras tillväxt och kan minska koldioxiden i atmosfären, mildra klimatförändringarna. Men ingen vet varför så många tropiska träd slår sig ihop med bakterier för att fånga upp kväve från luften när de redan växer i kväverika jordar. Ett superstort experiment vid Smithsonian Tropical Research Institute (STRI) för att ta itu med denna paradox visade att varje art har sina egna unika strategier för att fånga näringsämnen, betonar vikten av biologisk mångfald för framgångsrika skogsplanteringsprojekt.
Tropiska jordar kan vara rika på kväve, men fattig på fosfor som kan användas av växter. Många tropiska trädarter - vanligtvis i familjen bönor (baljväxter) - har knölar på sina rötter som bildas av bakterier för att fånga kvävgas från luften och omvandla det till kväve som är användbart för tillväxt och kollagring.
"Folk spekulerade i att kvävefixerande arter kan kanalisera extra kväve för att göra fosfatasenzymet för att fånga fosfor, sa Jefferson Hall, chef för Smithsonian's Panamakanalens vattendragsexperiment - Agua Salud -projektet. "Men bevisen var begränsade."
Hall och kollegor insåg att experimentet i landskapsskala utformat för att ta reda på hur tropiska träd lagrar kol, påverka vattentillförseln och bevara den biologiska mångfalden, skulle vara det perfekta stället att ställa den här frågan, eftersom, till skillnad från i naturliga skogar, det finns tillräckligt många individer av varje art för att kunna generalisera om hur de beter sig. Teamet jämförde mellan sex och 13 individuella träd i var och en av fyra kvävefixerande och tre icke-kvävefixerande arter för att producera fosfatas.
"Jag tänker på träd som individer, som aktiva beslutsfattare, kommunicera och utbyta material, att välja en strategi framför en annan, "sa Sarah Batterman, första författare till denna studie och docent och Natural Environment Research Council oberoende forskare vid University of Leeds, STORBRITANNIEN. "Övergripande, kvävefixerande träd producerade mer fosfatas, men icke-kvävefixare gjorde det också, ibland lika mycket som kvävefixare, visar mångfalden av strategier där ute."
Tropiska skogar är hem för många arter, men de är ofta mycket sällsynta. Endast ett fåtal individer av en given art finns i en skog. Planteringsdesignen för Agua Salud-experimentet gör det möjligt för forskare att ta ett genomsnitt:de har tillräckligt många individer av varje art för att bättre förstå om deras beteende är representativt för gruppen. Kredit:Jorge Aleman, STRI
"Vi hoppades hitta bevis för hypotesen om handel med näringsämnen - att kvävefixare investerar i kväverika fosfatasenzymer, vilket skulle lösa paradoxen med varför det finns fler kvävefixerande träd i dessa kväverika tropiska skogsmarker, "Sa Batterman." Men vi hittade inget allsstöd för denna hypotes. Så då övervägde vi hypotesen om näringsbalans – att träd justerar sina strategier för att fånga näringsämnen för att tillfredsställa deras behov – fixera mer kväve i kvävefattiga jordar, gör mer fosfatas i fosforfattiga jordar. Vi hittade inte stöd för detta, antingen."
"En viktig upptäckt av denna studie är att hög fosfatasaktivitet inte är begränsad till kvävefixerande träd, men varierar markant mellan både baljväxter och icke-baljväxtarter, sa Ben Turner, medförfattare och chef för STRI Soils Laboratory.
"Det spännande är att vi nu kan tillämpa det vi lärt oss om grundläggande biologiska processer för återplantering av skog för att maximera kolavskiljning och mildra klimatförändringar, "Sa Batterman." Nu vet vi vilka trädslag som kan vara bättre på att få tillgång till fosfor, som kan vara bättre på att få kväve och, viktigast, att biologisk mångfald är avgörande för återplanteringsprojekt."
Agua Salud -projektet, ett samarbete mellan STRI, Panama Canal Authority och Panamas miljöministerium (MiAmbiente). Inhemska artplantager är en del av Smart Reforesation, BiodiversiTREE och TreeDivNet program.
"Vi vill särskilt tacka anhängare av Agua Salud-projektet—ForestGEO, Heising-Simons Foundation, HSBC bank, Stanley Motta, Small World Institute Fund, Smithsonian Institution's Competitive Grants for Science, Smithsonian Institutions Grand Challenges Grants, familjen Hoch, U.S. National Science Foundation, National University of Singapore, STRI och Yale-NUS college-eftersom de tror på att minska avståndet mellan tillämpad och teoretisk forskning, " sa Hall. Huvudförfattaren fick också stöd från Princeton University, ett STRI kortsiktigt stipendieprogram och ett bidrag från Storbritanniens Natural Environment Research Council.
