En ny studie från University of Delaware är en av de första i världen som visar att trädstammar i skogar i höglandet faktiskt avger metan istället för att lagra det, representerar en ny, tidigare okänd källa till denna kraftfulla växthusgas.

Metan är cirka 25 gånger starkare än koldioxid, med vissa uppskattningar så höga som 33 gånger starkare på grund av dess effekter när det är i atmosfären.

På grund av metans globala uppvärmningspotential, att identifiera källor och "sänkor" eller förråd för denna växthusgas är avgörande för att mäta och förstå dess konsekvenser i ekosystem.

Skogsmarker i höglandet tar vanligtvis upp och lagrar metan, men denna effekt kan motverkas av metanutsläpp från trädstammar, forskargruppen från UD:s college för jordbruk och naturresurser hittade. Deras arbete publiceras i den vetenskapliga tidskriften Ekosystem .

"Vi tror att vårt arbete kan hjälpa till att fylla i vissa luckor i metanbudgetar och miljöprocesser i globala ekosystemmodeller, "sa studieledaren, Rodrigo Vargas, biträdande professor vid Institutionen för växt- och markvetenskap vid UD:s college för jordbruk och naturresurser.

Shreeram Inamdar, professor i vattendelare hydrologi och biogeokemi, är medutredare om projektet med Vargas, och doktoranden Daniel Warner är huvudförfattare till tidningen. Forskningen finansierades av U.S. Department of Agriculture, med ytterligare stöd från Delaware's Federal Research and Development Matching Grant Program.

Maryland studieplats

I ett 30 tunnland stort skogsområde vid Fair Hill Natural Resources Management Area i närliggande Cecil County, Maryland, forskarna testade ett trädkluster, jord och grovt träskräp (CWD) - dödt virke som ligger på skogsbotten i olika stadier av sönderdelning - för att mäta flöden av metan och koldioxid.

Forskarna använde en toppmodern växthusgasanalysator baserad på laserabsorptionsteknik, kallad Off-Axis Integrated Cavity Output Spectroscopy (OA-ICOS), som liknar ett protonpaket från filmen "Ghostbusters."

Warner besökte webbplatsen under en växtsäsong, April till december, och mätte jordens koldioxid- och metanflöden, trädstammar och CWD för att avgöra om dessa tre komponenter var källor eller sänkor för dessa växthusgaser.

Jordar och CWD -flussmedel

När det gäller koldioxid, forskning om trädstammarnas flöden, känd som stamandning, och jord, känd som jordandning, har gjorts i årtionden, men forskning för att fastställa vikten av kolflöden med avseende på CWD ligger fortfarande efter.

För metan, dock, det är en annan historia. Medan studier har gjorts på metanflöden i samband med jord, som vanligtvis förbrukar metanet och anses vara metansänkor, det är väldigt få som behandlar CWD och trädstammar i högmark.

"Vad forskning har gjorts är i allmänhet labbinkubationer av trä där de mäter hur mycket metan som släpps ut över tid. Vad vi har funnit i den här studien är att vissa grova träskräp fungerar ungefär som jorden och förbrukar metan medan andra bitar av grovt träskräp avger små mängder metan, vilket också är vad vi såg med levande trädstammar, sa Warner.

För att förstå skillnaderna mellan CWD:s handlingar, Warner och kollegor fann att färskare CWD har ett positivt metanflöde, vilket liknar hur ett levande träd beter sig.

"När ett träd faller, det är fortfarande funktionellt samma när det gäller metanutsläpp. Över tid, när det förfaller, min teori är att den koloniseras av jordbakterier som konsumerar metan och att den skiftar för att bete sig mer som jorden, vilket resulterar i en metansänkning, sa Warner.

Forskarna fann också att CWD hade en hög variation när det gällde metanutsläpp.

"När det går sönder blir det mycket mer varierande. Något av det superförfallna virket släppte fortfarande ut metan men mycket av det konsumerade metan, "sa Warner." Om du har en CWD -pool med mindre mångfald när det gäller graden av sönderdelning, du kan förvänta dig att den kommer att spela en mer enhetlig roll när det gäller metanutsläpp eller sänkor. "

Trädstammar och metanflöden

Medan trädstammar har varit kända för att släppa ut koldioxid, denna forskning visade att de också släppte ut metan.

"Trädstammarna har ständigt låga men påvisbara utsläpp av metan. Marken tillhandahåller en miljötjänst för att ta bort denna potenta växthusgas, men stammarna släpper ut metan motsvarande 4 procent av vad som kan fångas upp av CWD och jordar i ekosystemskala, sa Vargas.

Övergripande, trädstammarna fungerade som en källa till koldioxid och som en liten metankälla, men storleken på de utsläppta gaserna varierade med arten.

Tulpan poppel var en art som släppte ut mycket metan och koldioxid, medan boken släppte ut mest metan i skogen men släppte ut väldigt lite koldioxid.

"Det kan vara någon artsspecifik egenskap som styr flödet, sa Warner.

Temperaturgräns

Temperaturen spelade också en nyckelroll för att reglera flödets storlek.

"Metan i jord tycks följa en temperaturgradient där högre temperaturer är relaterade till högre upptag av metan men det är inte nödvändigtvis fallet för CWD eller för trädstammar, sa Vargas.

Warner sa att det är svårt att utveckla ett temperaturförhållande med metan eftersom det finns två processer som motsätter sig varandra.

"Du har saker i jorden som producerar metan - känt som metanogenes - saker som konsumerar det - känt som metanotrofi - och så när du värmer upp, det är mer som ett skottpistol där metanstorleken sprids ut mer när det blir varmare; tyder på att andra faktorer bortom temperaturen reglerar metanutsläpp, sa Warner.

De fann att bortom en tröskel på 17 grader Celsius för jordtemperatur, metanförbrukningens variation varierar dramatiskt.

"Under 17 grader, temperaturen är en viktig drivkraft för metanflöde men över 17 grader, det finns andra drivkrafter som kommer att påverka metanproduktionen, sa Vargas.

Jordens heta fläckar

När det gäller var metan har sitt ursprung, Warner sa att det fortfarande är en vetenskapsgräns, men denna studie ger tillräckligt med ledtrådar för att ge forskarna några teorier.

Den första är att metan produceras på heta platser i jorden.

"Vid hot spot, vi menar en plats där förhållandena bidrar till metanproduktion och sedan att metan sugs upp av trädrötterna, transporteras genom sitt kärlsystem och släpps ut ur stammen, "sa Warner." Vi vet att det händer i våtmarker men i högland, kanske händer det på en specifik plats och ingen annanstans. "

Den andra mekanismen som kan orsaka metanflöden från stammar är inre ruttnande eller infektion i trädet, som producerar en miljö där metanogena bakterier kan överleva och sedan diffunderar metan ut ur trädet.

"I detta ögonblick, mekanismerna för metanproduktion i höglandskogar är inte tydliga. Metan kan antingen transporteras från marken uppåt inuti stammen och diffunderas till atmosfären eller produceras inuti stammen av svampar eller archaea-encelliga mikroorganismer, sa Vargas.

Nästa steg

Både Warner och Vargas var överens om att nästa steg bör vara att testa allmänheten av dessa observationer i olika skogar, och identifiera mekanismerna för metanproduktion och transport i trädstammar. Till sist, de föreslår att globala och ekosystemmodeller bör ta hänsyn till metan som produceras från trädstammar som en ny metankälla till atmosfären.

"När människor utvecklar ekosystem för metanbudgetar i global skala, det finns alltid en bit där det är osäkert varifrån metan kommer. Metanutsläpp från vegetation och trädstammar ses som en nyligen övervägd källa som kan föra den budgeten närmare våra uppskattningar. Det är bra att fortsätta chippa bort det, sa Warner.