En studie från Indiana University har funnit att träd påverkar huruvida mark kan avlägsna eller avge gaser som orsakar smog, surt regn och andningsbesvär.

Kemikalierna, gemensamt kända som reaktiva kväveoxider, produceras av jordbakterier som livnär sig på naturligt förekommande ammonium – såväl som kvävegödselmedel från industri- och jordbrukskällor som kommer in i jorden från atmosfären.

Studien rapporteras 18 januari i Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Denna studie har djupgående konsekvenser för framtida luftkvalitet, sa Jonathan Raff, docent vid School of Public and Environmental Affairs vid IU Bloomington. "Mänskliga aktiviteter, som brandsläckning, användning av gödsel och klimatförändringar, orsakar skogspopulationer att flytta från trädbestånd vars jordar inte avger dessa gaser till de som gör det.

"Reaktiva kväveoxidgaser från förbränning av fossila bränslen har dämpats väl under de senaste decennierna på grund av effektiv politik, " tillade han. "Men, vår studie visar att när skogarna förändras, vi kan förvänta oss högre bakgrundsnivåer av kväveoxider, vilket kan göra det svårare för vissa regioner att uppnå de nationella standarderna för luftkvalitet för kväveoxider och ozon. "

Raffs laboratorium är en av få universitetsbaserade anläggningar i landet som kan noggrant mäta reaktiva kväveoxider som släpps ut från marken. Gaserna inkluderar kväveoxid, kvävedioxid och salpetersyrlighet.

"I skogarna, dessa gaser är verkligen under radarn, delvis för att de är så svåra att upptäcka, sa Ryan Mushinski, en postdoktor vid IU som lett studien. "Många människor tänker helt enkelt inte på jord som en betydande producent av skadliga luftkemikalier."

Även om det är känt att vissa typer av ammoniakoxiderande bakterier kan avge reaktivt kväve från marken, forskare vid IU upptäckte att träd kan delas in i två grupper:de som ökar aktiviteten av kväveoxidfrigörande bakterier, och de som inte gör det.

Trädarter som främjar frisättningen av kväveoxider inkluderar lönn, sassafras och tulpanpoppel. Tillväxten av dessa träd driver ut andra arter, som ek, bok och hickory, vars associerade mikrober absorberar reaktiva kväveoxider snarare än att frigöra dem.

Studien, som är den första att identifiera skogsområden i USA som släpper ut reaktiva kväveoxider baserat på jordtyper, underlättades av en granskning av jorddata från 78, 000 skogstomter över hela landet från USDA Forest Service Forest Inventory and Analysis Program. Analysen möjliggjordes delvis på grund av arbete ledd av Richard Phillips, en docent vid IU Bloomington College of Arts and Sciences institution för biologi, som är medförfattare till studien. Phillips har varit banbrytande inom forskning som förbinder specifika trädslag med specifika jordtyper baserat på deras underjordiska svampnät.

Indiana, Illinois, Michigan, Kentucky och Ohio är de stater som förväntas ha de högsta utsläppen av kväveoxider från skogsmark, enligt den nya studien. Högre utsläpp förväntas också från skogarna längs Mississippifloden och vissa regioner i östra USA.

Kväveoxidkoncentrationer regleras enligt Clean Air Act, och EPA övervakar regelbundet deras nivåer. Men Mushinski sa att nuvarande regler inte räcker för att begränsa ökningar av markutsläpp, eftersom luftkvalitetsnormer inte reglerar gödselmedelsanvändning eller kvävedeposition.

Förutom föroreningsreglering, han föreslår att reviderade markförvaltningspolicyer som tillåter större användning av kontrollerade brännskador kan bromsa den gradvisa förändringen i skogens sammansättning. Dessa bränder är ett effektivt sätt att rensa ut trädslag som främjar marken som avger reaktiva kvävegaser.

"Det är svårt eftersom folk verkligen gillar träd som lönnar och poppel, " sa han. "Men utan större medvetenhet eller policyförändringar, vi kommer inte att se en minskning av de skadliga gaser som de uppmuntrar."

Detta arbete avser Prepared for Environmental Change, det andra av Indiana Universitys initiativ Grand Challenges, som sammanför en bred, tvåpartikoalition av regering, företag, ideella organisationer och samhällsledare för att hjälpa Indiana att bättre förbereda sig för de utmaningar som miljöförändringar innebär för statens ekonomi, hälsa och försörjning.