Onderzoek toont aan: Koolstofkosten van wereldplanten voor stikstofopname overschrijden uitstoot van bosbranden
Nieuwe Studie Over Stikstofopname in Planten
Een team onder leiding van Prof. Liu Xueyan van het Instituut voor Geochemie van de Chinese Academie van Wetenschappen heeft een nieuw stikstofisotoopprocesmodel voor planten en bodem ontwikkeld. Dit model kwantificeert de fractionele bijdrage van drie stikstofvormen (nitraat, ammonium en opgeloste organische stikstof) aan de totale stikstof in wereldwijde terrestrische planten.
Met behulp van dit model, gecombineerd met mondiale gegevens over de koolstof-stikstof (C/N) verhoudingen van terrestrische planten en de bruto primaire productiviteit (GPP), schatten de onderzoekers dat de bruto koolstof die door wereldwijde terrestrische planten wordt verbruikt voor stikstofassimilatie, ongeveer 208 ± 12 teragram koolstof per jaar (Tg-C/jaar) bedraagt. Opvallend is dat dit cijfer de jaarlijkse koolstofemissies door bosbranden en degradatie (155 Tg-C/jaar) overtreft en vergelijkbaar is met de hoeveelheid koolstof die door bossen wordt vastgelegd door atmosferische stikstofdepositie.
De studie is op 6 oktober gepubliceerd. De opname van stikstof uit de bodem door planten en de interne stikstofassimilatie zijn beide afhankelijk van koolstof die via fotosynthese is vastgelegd. Biochemische studies hebben aangetoond dat de theoretische koolstofkosten voor de assimilatie van nitraat, ammonium en opgeloste organische stikstof gemiddeld respectievelijk 5.81, 4.32 en 2.16 gram koolstof per gram stikstof (g-C/g-N) bedragen.
Eerdere onderzoeken hebben zich voornamelijk gericht op de positieve effecten van stikstof op planten groei en koolstofopslag, terwijl de metabole koolstofkosten van de stikstofassimilatie door planten niet grondig zijn geëvalueerd. Deze kloof is lange tijd een “blinde vlek” geweest in het onderzoek naar de terrestrische koolstofcyclus. De nieuwe studie benadrukt dat deze verborgen koolstofuitgaven moeten worden meegenomen in de balans van de koolstofrekening.
Verwacht wordt dat klimaatverandering de stikstoftransformaties in de bodem zal versnellen, waardoor de beschikbaarheid van bioverwerkbare stikstof—vooral inorganische vormen zoals nitraat en ammonium—zal toenemen. Bovendien zal de stikstofbehoefte van planten stijgen door versnelde groei. Deze veranderingen kunnen leiden tot een hoger percentage inorganische stikstof dat door planten wordt geassimileerd, met een overeenkomstige toename van de bijbehorende koolstofconsumptie, wat de totale koolstofkosten van stikstofassimilatie door planten zal verhogen.
Om deze hypothese te testen, simuleerden de onderzoekers de bijdragen van verschillende stikstofbronnen onder een opwarming van 2.0℃. Door deze simulaties te combineren met de bijbehorende gegevens over de C/N-verhoudingen van planten en GPP, projekteerden ze dat de totale koolstof die voor stikstofassimilatie door wereldwijde terrestrische planten wordt verbruikt onder dit opwarmingsscenario zal stijgen tot 249 ± 15 Tg-C/jaar. Dit vertegenwoordigt een gemiddelde stijging van 47% (41 ± 19 Tg C) vergeleken met het huidige niveau (208 ± 12 Tg-C/jaar). Regionaal zijn de stijgingen 9% in tropische gebieden, 62% in gematigde regio’s en 105% in boreale zones.
Klimaatopwarming verhoogt de beschikbaarheid van inorganisch stikstof in de bodem en de bijdrage ervan aan de totale stikstofassimilatie door planten. Echter, het verhoogt ook de metabole koolstofuitgaven gerelateerd aan de stikstofassimilatie door planten, wat een deel van de koolstof die via fotosynthese is gewonnen, compenseert. Dit effect is vooral significant op hoge breedtegraden.
Deze studie onthult nieuwe mechanismen van koppeling tussen de koolstof-stikstofcyclus van vegetatie en hun reacties en terugkoppelingen op het klimaat. Dit biedt nieuw bewijs voor een verfijnde berekening van de mondiale koolstofbalans en voor het formuleren van toekomstige koolstofneutrale en klimaatadaptiestrategieën.
