Mechanisms of below-ground carbon cycling in subarctic ecosystems

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish Medeltemperatur på jorden har stigit med ca 0.6 ºC sedan 1900-talets början. Denna ökning beror mycket sannolikt på människans utsläpp av växthusgaser så som t.ex. koldioxid. Under det kommande århundradet räknar man med att jordens medeltemperatur kommer att stiga ytterligare 1.4-5.8 ºC. Både temperaturhöjningen och koldioxidhaltens ökning i atmosfären kan påverka vegetationens tillväxt och sammansättning men också förändra omsättningen av kol i marken. Inom arktiska och boreala områden tror man att klimatförändringar (temperatur och nederbörd) och dess effekter kommer att vara särskilt tydliga, och det är också här som stora mängder kol finns lagrat i marken. Forskare har sedan några årtionden tillbaka intresserat sig för hur omsättningen av kol i växter och mark förändras med en ökad temperatur och en ökad koldioxid halt i luften. Man vill även ta reda på hur detta i sin tur kommer att påverkar halten av växthusgaser i atmosfären, t.ex. koldioxid och metan, och därmed jordens klimat. I fotosyntesen tas koldioxid upp från atmosfären och binds in i växter. Respirationen är den motsatta processen som omsätter eller bryter ner kolföreningar i växter och mark. I denna process frisläpps koldioxid till atmosfären. Balansen mellan dessa två processer är avgörande för hur mycket kol som lagras i marken eller som släpps ut till luften som koldioxid. Kolet i marken kommer till största delen från växterna. Kol som tagits upp i fotosyntesen transporteras ut (allokeras) till växtens olika delar, t.ex. växternas blad, stammar och rötter. När dessa dör och bryts ner blir de en del utav marken. Växter lever oftast i samspel med svamp, så kallad mykorrhiza. Svampen som omger rötterna hjälper växten att ta upp näring och i sin tur allokerar växten en del av sitt kol till svampen. Växten utsöndrar också enkla kolföreningar, t.ex. socker till marken (exsudation) vilket underlättar näringsupptaget i växten. Det är viktigt att kartlägga hur dessa olika delprocesser i kolets kretslopp (fotosyntes, respiration, allokering, exsudation) hänger samman och påverkas av klimatförändringar, förändrade koldioxidhalter i atmosfären och vegetationsförändringar. Man kan på så sätt räkna ut och förutsäga om förändringarna kommer att ha en dämpande eller accelererande effekt på koldioxidhalten i atmosfären och därmed växthuseffekten. Idag vet man väldigt lite om de olika processerna (se ovan) som reglerar omsättningen av kol i marken, och hur dessa påverkas av globala förändringar i klimat och atmosfär. I detta arbete har vi kvantifierat hur mycket av det kol som tas upp i fotosyntesen som allokeras till olika pooler i marken ss grova rötter, fina rötter, mikroorganismer, mykorrhizasvampar och enkla kolföreningar i marken. Vi har också tittat på hur allokeringen varierar med typ av vegetation, tid på växtsäsongen, ökad temperatur och en ökad halt av koldioxid i atmosfären. Vidare undersökte vi vilka faktorer som huvudsakligen styr fotosyntesen, respiration, mängden mykorrhiza i marken och mängden enkla kolföreningar samt hur de två sistnämnda i sin tur påverkar växterna. Alla studierna utfördes runt Abisko i norra Sverige i zonen mellan arktiska och boreala områden, d.v.s. Subarktis. Vi fann att andelen assimilerat kol som hamnade i de olika poolerna i marken skiljer sig mellan typ av vegetation och tid på växtsäsongen. Halvgräs och mossa som dominerar på våta marker allokerar relativt mer kol till pooler som bryts ner långsamt jämfört risväxter (t.ex. blåbär och lingon) som dominerar på torra marker. På en myr nära Abisko i norra Sverige har man nyligen funnit att andelen våta områden har ökat sedan 1970-talet på bekostnad av torra. Detta skulle kunna innebära att lagringen av kol i marken ökar och mindre släpps ut som koldioxid till atmosfären. Däremot skulle utsläppen av växthusgasen metan öka. Vidare fann vi att subarktiska risväxter allokerar en stor andel av fotosyntetiserat kol till lättomsättliga pooler ss t.ex. finrötter eller enkla kolföreningar. Omkring 20% av det kol som återfanns som enkla kolföreningar i marken fanns i form av organiska syror vars funktion troligen är att öka växternas tillgång på fosfor i marken. I liknande vegetation fann vi att allokeringen av kol i marken förändrades markant med en ökad temperatur och en ökad koldioxidhalt i atmosfären. Mängden mykorrhizasvampar och allokeringen till enkla kolföreningar ökade i marken med en ökad temperatur, förmodligen som ett resultat av en minskad markfuktighet och brist på vatten hos växterna. Förhöjda halter av koldioxid i atmosfären verkade ha liknande effekt på allokeringen av kol som en ökad temperatur men resultaten var mindre tydliga. Dessutom ökade mängden finrötter i marken till det dubbla. Mängden mykorrhizasvamp i marken visade sig vara reglerad av fotosynteshastighet i växterna samt av hur mycket upptaget kol som allokerades till rötterna. Mängden enkla kolföreningar i marken eller mängden kol som allokeras till denna pool var positivt relaterad till totala mängden blad och rötter (eg. fotosyntes och allokering av kol till rötter). Fotosyntesen i sig var starkt positivt relaterad till ljusinflöde, men på soliga dagar påverkade också luftfuktighet och lufttemperatur. Respirationen var positivt relaterad till lufttemperatur. Resultat i denna studie har ökat kunskapen om de processer som i huvudsak påverkar kolets kretslopp i Subarktis. I kombination med anda resultat och fortsatta studier kan detta bidra till en ökad förståelse för hur ett förändrat klimat eller förhöjd koldioxid halter i atmosfären kommer att påverka lagringen av kol i marken.