سالها دانشمندان یک فرض مهم درباره جنگلهای گرمشده داشتند: افزایش دما باید خاک را فعالتر کند، میکروبها سرعت بگیرند و گازهای نیتروژنی بیشتری وارد هوا شود.
اما یک پژوهش ششساله در فضای باز، نتیجهای کاملاً متفاوت در جنگلهای خشک تابستانی نشان داد.
المپیک میکروبها زیر گرما: وقتی فعالیت کند میشود
در این مطالعه، پژوهشگران با گرم کردن یک جنگل معتدل در شمال شرقی چین به میزان 2 درجه سانتیگراد، مشاهده کردند که انتشار نیتریک اکسید ۱۹ درصد و نایتروس اکسید ۱۶ درصد کاهش یافته است.
علت این اتفاق ساده بود:
- گرما خاک را خشکتر کرد
- خشکی سرعت فعالیت میکروبی را کاهش داد
- بنابراین، تولید گازهای نیتروژنی کم شد
«این نتایج فرضهای ما را زیر و رو میکند. در آزمایشگاه، گرما باعث افزایش از دست رفتن نیتروژن میشود، اما در طبیعت و بهویژه در شرایط خشک، میکروبها کاملاً ترمز میکنند.»
— پیت هومیَک، استاد علوم محیطزیست دانشگاه UC Riverside
آزمایشی میدانی برای سنجش اثر واقعی گرمشدن خاک
این آزمایش در شهرستان چینگیوان، نزدیک شهر شنیانگ انجام شد؛ منطقهای حساس به تغییرات اقلیمی.
تیم پژوهشی با نصب گرمکنهای مادونقرمز بالای شش قطعه جنگلی ۱۰۸ متر مربعی، شرایط تابستانهای آینده را شبیهسازی کرد.
در هر قطعه، اتاقکهای خودکار بهطور منظم بسته میشدند و گازهای منتشرشده از خاک را اندازهگیری میکردند. طی شش سال، بیش از ۲۰۰ هزار اندازهگیری ثبت شد؛ دادههایی که تغییرات ناشی از بارانهای کوتاه، موجهای گرما و فصلهای خشک را با دقت نشان دادند.
خشکی خاک همه چیز را تغییر میدهد
مطالعه نشان داد که عامل کلیدی در واکنش خاک به گرما، رطوبت است، نه صرفاً دما.
در مناطقی با بارندگی سالانه کمتر از ۱۰۰۰ میلیمتر:
- گرما سطح خاک را خشکتر میکند
- خشکی باعث توقف فعالیت میکروبها میشود
- در نتیجه، چرخه نیتروژن کندتر شده و انتشار گازهای نیتروژنی کاهش مییابد
اما در جنگلهای مرطوب، نتیجه برعکس است. میکروبها بهدلیل رطوبت کافی فعال میمانند و گرمشدن موجب افزایش انتشار نیتروژن میشود؛ دقیقاً مطابق با بسیاری از نتایج آزمایشگاهی.
«این مطالعه نشان میدهد دما فقط بخشی از داستان است. رطوبت نقش اصلی را بازی میکند.» — کای هوانگ، نویسنده اول پژوهش
پیامدهای مهم برای مدلهای اقلیمی
جنگلها از بزرگترین جذبکنندگان کربن در زمین هستند. اما این توان جذب کربن به مقدار نیتروژن خاک بستگی دارد.
اگر گرما باعث از دست رفتن نیتروژن شود، رشد جنگلها مختل میشود.
اما اگر گرما خاک را خشک کند و از خروج نیتروژن جلوگیری کند، یک نگرانی کاهش مییابد.
با این حال، پژوهشگران تأکید میکنند که خشکی شدید همچنان میتواند رشد درختان را محدود کند؛ حتی وقتی نیتروژن در خاک باقی مانده باشد.
کاهش نیتروژن؛ توقف رشد درختان
مشاهدات جدید نشان میدهد که اگرچه نیتروژن کمتری از خاک خارج میشود، درختان در قطعات گرمشده کندتر رشد میکنند.
مقصر اصلی: تنش آبی.
درختان برای استفاده از نیتروژن، نیاز به آب کافی دارند؛ چیزی که با گرمشدن و خشکی از دست میرود.
«ما نیتروژن را از دست نمیدهیم، اما اگر درختان نتوانند از آن استفاده کنند، مشکل همچنان پابرجاست.» — کای هوانگ
یک نگاه دقیقتر به واکنش خاکهای جنگلی
مزیت مهم این مطالعه، ترکیب دادههای بلندمدت و اندازهگیریهای دقیق است.
اتاقکهای خودکار نشان دادند که چگونه تغییرات کوچک — از یک هفته داغ تا یک رگبار کوتاه — چرخه نیتروژن را دگرگون میکنند.
نتایج نشان میدهند:
- در جنگلهای با بارندگی کمتر از ۱۰۰۰ میلیمتر، گرما باعث کاهش انتشار نیتروژن میشود
- در جنگلهای مرطوبتر، افزایش دما انتشار گازهای نیتروژنی را بیشتر میکند
شناخت دقیق نیروهایی که تغییر ایجاد میکنند
پژوهشگران همچنان تغییرات میکروبی، وضعیت شیمیایی خاک و سلامت درختان را در سایت چینگیوان و آزمایشهای مشابه جهانی بررسی میکنند.
هدف، درک این پرسشها است:
- کدام میکروبها سریعتر یا کندتر میشوند؟
- کدام مسیرهای چرخه نیتروژن در خشکی یا رطوبت غالب هستند؟
- بارانهای کوتاه چه زمانی سیستم را ریست میکنند؟
پاسخ این پرسشها برای بهبود مدلهای اقلیمی آینده ضروری است.
جمعبندی: در جهانی گرمتر و خشکتر، رطوبت حرف اول را میزند
پیام اصلی این پژوهش این است که گرمشدن همیشه به معنای از دست رفتن نیتروژن نیست.
در جنگلهای خشک، گرما خاک را به اندازهای خشک میکند که انتشار گازهای نیتروژنی کاهش یابد.
در جنگلهای مرطوب، اتفاق عکس رخ میدهد.
با این حال، جنگلها با یک چالش دوگانه روبهرو هستند:
- کمبود آب رشد را محدود میکند، حتی اگر مواد مغذی کافی باشد
- رطوبت زیاد باعث افزایش تلفات نیتروژن میشود
بنابراین، مدلهای اقلیمی باید گرما و رطوبت را با هم در نظر بگیرند تا بتوانند تصویر واقعیتری از آینده جنگلها و چرخه کربن ارائه دهند.
این پژوهش در مجله Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شده است.
