The Role of Carbon-Nitrogen Interactions for Terrestrial Ecosystem Dynamics under Global Change - a modelling perspective

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish Framtida klimatförändringar påverkas till stor del på människans utsläpp av CO2, samt av klimat- och CO2-relaterade återkopplingar genom kolcykeln i både landbaserade ekosystem och hav. Landbaserade ekosystem tar för tillfället upp omkring 25% av de antropogena utsläppen av CO2 från förbränning av fossila bränslen och markanvändning, men att tillskriva vilka mekanismer som står för detta upptag, och de viktigaste områdena där det förekommer, är en utmanande uppgift. På senare tid har forskning börjat fokuseras på om, och hur, interaktioner mellan kol- och kvävecyklerna påverkar framtida kolsänkor. Till relativt nyligen var inte dessa interaktioner representerade i modeller av den globala kolcykeln, trots att kväve är en begränsande faktor som kontrollerar vegetationens produktivitet i många ekosystem. Den dynamiska vegetationsmodellen LPJ-GUESS har utökats med en fullständigt kopplad, dynamisk kol-kvävecykel i vegetation och mark, vilken introducerar kvävebegränsningar för växtproduktion och jordnedbrytning. Med kvävedynamik, simulerar LPJ-GUESS de nuvarande kol- och kvävepoolerna i marken och vegetationen i enlighet med observationer och modellbaserade uppskattningar. Globala simuleringar visar en brantare gradient av produktiviteten från höga till låga breddgrader jämfört med simuleringar som gjorts utan kvävecykeln, vilket ökar förmågan att korrekt återge produktiviteten i boreala och tropiska ekosystem under en utvärdering mot 75 FLUXNET-stationer. Sekundära effekter uppstår också via ekologiska processer, såsom att kol-kväveinteraktioner förändrar konkurrensen mellan olika växttyper, vilket resulterar i en förändring i den modellerade biom-distributionen, t.ex. en sydligare arktisk trädgräns. Under ett "business-as-usual"-scenario för framtida atmosfärisk CO2, klimat och kvävedeposition, resulterar införandet av kvävedynamik i globalt högre kumulativt kolupptag över perioden 1850-2100 jämfört med simuleringar utan kvävecykeln. Detta resultat står i kontrast mot resultat från tidigare studier, där andra modeller simulerade en framtida progressiv kvävebegränsning. I LPJ-GUESS påverkar ökad kvävemineralisering i ett varmare klimat särskilt kolupptaget på högre breddgrader, där trädens tillväxt ökar, vilket leder till förtätning och expansion av de boreala skogarna. Våra resultat understryker behovet av att ta hänsyn till kol-kväveinteraktioner, inte bara i studier av den globala landbaserade kolcykeln utan även för att förstå de underliggande interaktionerna på regional skala.