Skogar i östra USA som är strukturellt komplexa – vilket betyder att växtligheten är mycket varierad – binder upp mer kol, enligt en ny studie ledd av forskare vid Virginia Commonwealth University.

Studien visar för första gången att en skogs strukturella komplexitet är en bättre förutsägare för kolbindningspotential än trädslagets mångfald. Upptäckten kan ha konsekvenser för att mildra klimatförändringarna.

"Koldioxid, en stark växthusgas, tas upp av träd genom fotosyntesprocessen och en del av det "fasta" kolet tilldelas trä, " sa Chris Gough, Ph.D., motsvarande författare på studien och en docent vid institutionen för biologi vid Humanistiska och naturvetenskapliga högskolan. "Vår studie visar att mer komplexa skogar är bättre på att ta upp och lagra kol i trä och, genom att göra så, de lämnar mindre koldioxid i luften."

Studien, "Höga priser för primärproduktion i strukturellt komplexa skogar, "kommer att publiceras i ett kommande nummer av Ekologi , en tidskrift från Ecological Society of America.

Kolbindning är den process genom vilken atmosfärisk koldioxid tas upp av träd, gräs och andra växter genom fotosyntes och lagras som kol i mark och växtbiomassa, som trädstammar, grenar, lövverk och rötter. Kolbindning i skogar och trä hjälper till att kompensera källor till koldioxid till atmosfären, som avskogning, skogsbränder och utsläpp av fossila bränslen, enligt Forest Service vid U.S.A. Department of Agriculture.

Varför är strukturellt komplexa skogar bättre på kolbindning? Gough föreslår att flera lager av löv kan optimera hur effektivt ljus används för att driva koldioxidbindning i trä.

"Med andra ord, skogar som är strukturellt varierande och innehåller flera lager av löv överträffar strukturellt enkla skogar med ett enda koncentrerat band av vegetation, " han sa.

För att genomföra studien, forskarna använde en kombination av sina egna data, samt data från National Ecological Observatory Network, eller NEON, som finansieras av National Science Foundation. NEON genererar långsiktighet, offentligt tillgängliga data för olika ekosystem i USA, med syftet att förstå decennier långa ekologiska processer.

VCU biologi post-doktorand Jeff Atkins, Ph.D., ledde fältdatainsamling med forskare från University of Connecticut och Purdue University som samarbetspartners och medförfattare.

Att förstå hur skogens struktur driver koldioxidbindning är viktigt för ekologer, klimatmodellerare och skogsförvaltare.

"Många av de ekologiska indikatorerna för skogstillväxt och kolbindning klarar inte uttryckligen av komplexiteten, "Gough sa." Vi ville testa om fler nya indikatorer på strukturell komplexitet är överlägsna förutsägare för koldioxidbindning i trä. Vi ville också veta om dessa prediktorer sträcker sig till ett antal olika skogstyper som finns i olika delar av den östra halvan av USA, från Florida till New Hampshire till Wisconsin."

Studien bygger på tidigare forskning som stöds av National Science Foundation som visade hur laserbaserad teknik som kallas lidar kan kartlägga fördelningen av löv i en skogstak med mycket hög upplösning.

Den nya studien tyder på att användning av lidar för att kartlägga skogsstruktur kan förutsäga skogarnas potential att binda kol i biomassa bättre än konventionella metoder som karakteriserar biologisk mångfald och lövkvantitet.

"Detta kan vara ett stort framsteg eftersom vi sannolikt kan använda flygplan och, bara det senaste året, satellitdata för att samla in de data som behövs för att förutsäga kolbindning från strukturell komplexitet, "Gough sa. "Om vi ​​kan uppskatta strukturell komplexitet från satelliter i framtiden, då kan det vara möjligt att avsevärt förbättra vår förmåga att uppskatta och förutsäga global skogskoldioxidutsläpp. "

Studiens resultat visar vad ekologer kan göra när de tar till sig ny teknik och tillämpar dem på grundläggande frågor som:Vad påverkar skogens tillväxt och kolbindning?

"Dessa resultat, vi hoppas, driva vetenskapen framåt genom att visa att hur en skog sätts samman spelar roll för koldioxidbindning, " sa Gough. "Och detta förhållande sträcker sig brett till ett antal olika skogar, från vintergröna till lövfällande och mitten av Atlanten till Mellanvästern."

Medan forskarna fann att strukturell komplexitet överträffade mångfalden av arter som prediktorer för koldioxidbindning, de noterade att mångfald också är viktigt som en av många komponenter som avgör hur strukturellt komplex en skog är.

"Vi tror att åtgärder för strukturell komplexitet är kraftfulla eftersom de integrerar flera funktioner i en skog som är avgörande för kolbindning, "Gough sa." Det krävs trädmångfald för att producera en mängd olika blad- och växtformer och, dessutom, en kritisk mängd löv för att förse de byggstenar som krävs för att bygga en strukturellt komplex skog som kan binda massor av kol."

Förutom Gough, tidningen var författad av Atkins, Robert T. Fahey, Ph.D., en biträdande professor i skogsekologi och förvaltning vid University of Connecticut, och Brady S. Hardiman, Ph.D., en biträdande professor i stadsekologi vid Purdue University.