Forskare har avslöjat den avgörande roll som berggrundens kemiska sammansättning spelar för att begränsa vegetationstillväxt i några av världens kargaste och mest steniga terräng.

Ett team av internationella forskare, inklusive professor Tim Quine från University of Exeter, har genomfört banbrytande ny forskning om vegetationsproduktivitet i en karstregion i sydvästra Kina.

Täcker cirka 15 procent av jordens landyta, karstterränger karakteriseras vanligtvis som karga, stenig mark – vanligtvis med grottor och sänkor – och en frånvaro av ytsjöar och vattendrag.

Avgörande, områdena har väl sammanfogade, tät kalksten som finns nära ytan, och en måttlig till kraftig nederbörd – med vattnet som kan sippra bort genom klippan, lösa upp och ta bort kalkstenen allt eftersom.

Även om denna topografi är känd för att hindra vegetationsproduktiviteten, den roll som berggrundens geokemi – det vill säga dess kemiska sammansättning – spelar för att minska växternas tillväxt har inte studerats i detalj.

I den nya studien, forskargruppen använde en "kritisk zon-tillvägagångssätt" - studera ett område som sträcker sig från basen av den väderbitna berggrunden till toppen av vegetationskronan - över en typisk karstregion i sydvästra Kina.

De fann betydande variationer i berggrundens kemiska sammansättning över hela regionen, vilket påverkade både mängden och fördelningen av jord. De upptäckte att detta, i tur och ordning, spelade också en avgörande roll för att kontrollera växternas tillväxt.

Forskarna visade inte bara att växternas produktivitet styrs inte av både marken och berggrundens förmåga att hålla kvar vatten, men även detta styrs i sin tur av berggrundens geokemi.

Forskargruppen tror att detta är särskilt viktigt när det är ont om vatten - årets varmaste torraste månader - och under torka.

De tror också att resultaten erbjuder ett centralt verktyg för att hjälpa myndigheter att optimera markanvändningen, samt att bedöma ekosystemens motståndskraft och känslighet för klimatförändringar.

Studien publiceras i Naturkommunikation på onsdag, 13 maj 2020.

Professor Quine sa:"Vårt internationella team och vårt interdisciplinära kritiska zonsynssätt har gett oss ovärderlig insikt i berggrundskontroller på vegetationstillväxt i de ikoniska landskapen i Kinas Karst-zon. Vi har kunnat visa att berggrundskemin ger oss ett värdefullt kvantitativt mått på ekosystemens förmåga att behålla det vatten som är nödvändigt för att upprätthålla växternas tillväxt genom torra årstider och torka."

Professor Hongyan Liu vid Pekings universitet, och principiell utredare, sa:"Vår forskning visar också den globala betydelsen av berggrundens inverkan på vegetationsproduktiviteten. Vi valde ut 12 av de viktigaste karstregionerna i världen, 10 av dessa visar signifikanta skillnader i vegetationsproduktivitet på grund av berggrundens geokemi".

Professor Meersmans vid University of Liege sa:"Denna studie belyser vikten av tvärvetenskaplig forskning över gränserna för jord-, växt- och geovetenskaper för att reda ut effekterna och samspelet mellan olika nyckelfaktorer som bestämmer primärproduktionen i karstregioner. Dessutom, Denna studie ger en grund för framtida forskning som bedömer motståndskraften hos dessa bräckliga ekosystem när de står inför klimatförändringar och andra miljöhot."

Forskningen utfördes som en del av UK-China (NERC-NSFC) SPECTRA-projektet, kallad markprocesser och ekologiska tjänster i Karst kritiska zon i sydvästra Kina, som syftar till att förbättra den hållbara utvecklingen i en av de fattigaste regionerna i Kina, Guizhou.

Guizhou karstregionen, med en befolkning på 35 miljoner, är en av de fattigaste regionerna i Kina med en BNP på mindre än 50 % av det nationella genomsnittet. Som svar på miljöförsämringen och de förändrade sociala förhållandena i Guizhous karstregion, den kinesiska regeringen har ingripit för att främja övergivandet av den mest förstörda odlade marken och dess efterföljd till gräsmark, buske och skog.

SPECTRA-projektet är utformat för att identifiera biologiska kontroller av näringstillgång, jordbildning och förlust, och deras svar på störningar, tillhandahålla den rika bevisbas som behövs för att informera om beslutsfattande om markförvaltning i Guizhou-provinsen.

"Bergrundsgeokemi påverkar vegetationstillväxt genom att reglera regolitens vattenhållningsförmåga" publiceras i Naturkommunikation .