Forskare har upptäckt en tidigare okänd mekanism som orsakar ökad användning av skogsvatten, främjar förståelsen av markens biogeokemiska kontroll av skogens vattenkretslopp och lyfter fram hot mot växter från vattenstress under surt nedfall, enligt en ny studie.

I en studie publicerad i tidskriften Vetenskapens framsteg , forskarna rapporterar att mekanismen fungerar så här:Svavelsyra och salpetersyra faller till marken när fossila bränslen förbränns, orsakar försurning av marken. När det händer, en betydande mängd jordkalcium sköljer ut ur jorden, och då lider växter av kalciumbrist. Kalciumbrist gör att växterna intensifierar sin användning av vatten.

Lixin Wang, en docent vid School of Science vid IUPUI, är senior författare till denna forskning, och hans Ph.D. studenten Matthew Lanning är den första författaren.

Denna forskning finansieras av National Science Foundations program för hydrologiska vetenskaper. Andra författare till forskargruppen inkluderar Todd Scanlon och Howard Epstein vid University of Virginia, Matthew Vadeboncoeur vid University of New Hampshire, Mary Beth Adams på United States Forest Service, och Daniel Druckenbrod vid Rider University.

Kalcium spelar en unik roll i växtceller genom att reglera de små porerna, kallas stomata, i växternas blad eller stjälkar, sa Wang. Om växter inte har tillräckligt med kalcium, de kan inte stänga de där porerna, och deras vattenanvändning ökar. Också, när växter lider av kalciumbrist, de kommer att pumpa upp mer vatten genom transpiration, processen för vattenrörelse genom en växt och dess avdunstning från löv, för att möta deras kalciumbehov, han sa.

"Vi antog att urlakning av markens kalciumtillförsel, inducerad av syraavsättning, skulle öka storskalig vegetationsvattenanvändning, ", sa Lanning. "Vi presenterar bevis från ett långsiktigt experiment med försurning av hela vattendelaren som visar att förändringen av markens kalciumtillförsel genom sur nedfall avsevärt kan intensifiera vattenanvändningen."

Forskarna fann flera bevis som visar att kalciumurlakning orsakad av sur nedfall inte bara ökade vegetationsvattenanvändningen utan minskade markant jordvattenpoolen på den behandlade vattendelaren.

"När växter alltid använder mycket vatten, det betyder att det blir mindre vatten kvar för människor, " Wang sa. "Det betyder också att dessa växter är mycket känsliga för torka. Om en torka kommer, och de kan inte stänga sina stomata, de är föremål för höga nivåer av dödlighet på grund av vattenstress."

Traditionellt, skogsvattenanvändning ansågs vara en funktion av meteorologiska faktorer, artsammansättning och markvattentillgång. Effekterna av markbiogeokemi på storskalig skogsvattenanvändning hade inte undersökts.

Nitrat- och sulfatavlagring är de primära drivkrafterna för markförsurning i nordöstra USA och östra Europa, där atmosfärisk tillförsel överstiger markgenererad surhet. I USA och större delen av Europa, utsläpp av nitrat och sulfat har dämpats genom lagstiftning, men effekterna av sura nedfall är fortfarande av global oro, särskilt i områden i vindriktningen från större städer eller högproduktionsjordbruksområden.