'N Tropiese reënwoud in Suid-Amerika. Shutterstock / BorneoRimbawan
Een oggend in 2009 sit ek op 'n krakerige bus wat kronkel op 'n berghelling in sentraal Costa Rica, lighoofdig van dieseldampe terwyl ek my talle tasse vasvat. Hulle bevat duisende proefbuise en monsterflessies, 'n tandeborsel, 'n waterdigte notaboek en twee kledingstukke.
Ek was op pad na La Selva Biologiese Stasie, waar ek etlike maande sou studeer op die nat, laaglandreënwoud se reaksie op toenemend algemene droogtes. Weerskante van die smal snelweg het bome in die mis geblaas soos waterverf in papier, wat die indruk wek van 'n oneindige oerwoud wat in wolke gebad was.
Toe ek by die venster uitkyk na die imposante natuurskoon, het ek my afgevra hoe ek ooit sou kon hoop om 'n landskap so kompleks te verstaan. Ek het geweet dat duisende navorsers regoor die wêreld met dieselfde vrae worstel en probeer om die lot van tropiese woude in 'n vinnig veranderende wêreld te verstaan. Ons samelewing vra soveel van hierdie brose ekosisteme, wat die beskikbaarheid van varswater vir miljoene mense beheer en is Tuis na twee-derdes van die aardse biodiversiteit van die planeet. En toenemend het ons 'n nuwe vraag aan hierdie woude gestel - om ons te red van menslike klimaatsverandering.
Plante absorbeer CO₂ uit die atmosfeer en omskep dit in blare, hout en wortels. Hierdie alledaagse wonderwerk het aangespoor hoop dat plante - veral snelgroeiende tropiese bome - 'n natuurlike rem op klimaatsverandering kan wees en baie van die CO₂ wat deur die verbranding van fossielbrandstof vrygestel word, kan vasvang. Regoor die wêreld het regerings, ondernemings en liefdadigheidsorganisasies belowe om te bewaar of te plant massiewe aantal bome
Maar die feit is dat daar nie genoeg bome is om die samelewing se koolstofvrystelling te kompenseer nie - en dit sal ook nooit wees nie. Ek het onlangs 'n hersien van die beskikbare wetenskaplike literatuur om te bepaal hoeveel koolstofbosse haalbaar is. As ons die hoeveelheid plantegroei wat al die aarde kan bevat, maksimaal sou maksimeer, sou ons genoeg koolstof sekwestreer om teen tien jaar se uitstoot van kweekhuisgasse teen die huidige koers te vergoed. Daarna kan daar wees niks verder toename in koolstofvangs.
Tog is die lot van ons spesie onlosmaaklik verbind met die oorlewing van woude en die biodiversiteit hulle bevat. As ons miljoene bome wil plant om koolstof te vang, kan ons die bosseienskappe wat hulle so lewensbelangrik is, per ongeluk beskadig? Om hierdie vraag te beantwoord, moet ons nie net oorweeg hoe plante CO₂ absorbeer nie, maar ook hoe dit die stewige groen fondamente bied vir ekosisteme op land.
Hoe plante klimaatsverandering beveg
Plante omskep CO₂-gas in eenvoudige suikers in 'n proses wat bekend staan ​​as fotosintese. Hierdie suikers word dan gebruik om die plante se lewende liggame te bou. As die gevange koolstof in hout beland, kan dit vir baie dekades van die atmosfeer afgesluit word. Namate plante vrek, verval hul weefsels en word dit in die grond opgeneem.
Terwyl hierdie proses CO₂ natuurlik vrystel deur die asemhaling (of asemhaling) van mikrobes wat dooie organismes afbreek, kan 'n fraksie van plantkoolstof dekades of selfs ondergronds bly eeue. Saam hou landplante en grond ongeveer 2,500 XNUMX gigaton koolstof - ongeveer drie keer meer as wat in die atmosfeer gehou word.
Omdat plante (veral bome) sulke uitstekende natuurlike opbergings vir koolstof is, is dit sinvol dat die toename in die oorvloed plante regoor die wêreld die atmosferiese COic-konsentrasies kan afneem.
Plante benodig vier basiese bestanddele om te groei: lig, CO₂, water en voedingstowwe (soos stikstof en fosfor, dieselfde elemente wat in die kunsmis voorkom). Duisende wetenskaplikes regoor die wêreld bestudeer hoe die groei van plante verskil in verhouding tot hierdie vier bestanddele, om te voorspel hoe plantegroei op klimaatsverandering sal reageer.
Dit is 'n verrassende uitdagende taak, aangesien mense gelyktydig soveel aspekte van die natuurlike omgewing verander deur die aardbol te verhit, reënvalpatrone te verander, groot stukke bos in klein fragmente te kap en uitheemse spesies in te voer waar dit nie hoort nie. Daar is ook meer as 350,000 XNUMX spesies blomplante op land en elkeen reageer op unieke maniere op uitdagings aan die omgewing.
As gevolg van die ingewikkelde maniere waarop mense is verandering die planeet, is daar baie wetenskaplike debat oor die presiese hoeveelheid koolstof wat plante uit die atmosfeer kan absorbeer. Maar navorsers is dit eens dat landekosisteme 'n beperkte vermoë het om koolstof op te neem.
Waar koolstof in 'n tipiese gematigde bos in die Verenigde Koninkryk gestoor word. UK Forest Research, CC BY
As ons verseker dat bome genoeg water het om te drink, sal woude hoog en welig word en skaduryke afdakke skep wat kleiner ligbome honger ly. As ons die konsentrasie CO₂ in die lug verhoog, sal plante dit gretig opneem - totdat hulle nie meer genoeg kunsmis uit die grond kan haal om in hul behoeftes te voorsien nie. Net soos 'n bakker wat 'n koek maak, benodig plante CO₂, stikstof en fosfor, veral volgens die spesifieke lewensresep.
Ter erkenning van hierdie fundamentele beperkings skat wetenskaplikes dat die aarde se ekosisteme op die aarde genoeg ekstra plantegroei kan bevat om tussenin op te neem 40 en 100 gigaton koolstof uit die atmosfeer. Sodra hierdie addisionele groei behaal is ('n proses wat 'n aantal dekades sal duur), is daar geen kapasiteit vir bykomende koolstofopberging op land nie.
Maar ons samelewing stort tans CO₂ in die atmosfeer op 'n koers van tien gigaton koolstof per jaar. Natuurlike prosesse sal sukkel om tred te hou met die stortvloed kweekhuisgasse wat deur die wêreldekonomie gegenereer word. Ek het byvoorbeeld bereken dat 'n enkele passasier op 'n retoervlug van Melbourne na New York City ongeveer twee keer soveel sal uitstraal koolstof (1600 kg C) soos vervat in 'n eikehout boom 'n halwe meter in deursnee (750 kg C).
Ten spyte van al hierdie erkende fisiese beperkings op die groei van plante, is daar 'n toenemende aantal grootskaalse pogings om plantegroei te vergroot om die noodgeval in die klimaat te versag - 'n sogenaamde 'natuurgebaseerde' klimaatoplossing. Die groot meerderheid van hierdie pogings fokus op die beskerming of uitbreiding van woude, aangesien bome baie keer meer biomassa bevat as struike of grasse en dus groter koolstofopvangpotensiaal verteenwoordig.
Tog kan fundamentele misverstande oor die vaslegging van koolstof deur landekosisteme verwoestende gevolge hê, wat kan lei tot verlies aan biodiversiteit en 'n toename in CO₂-konsentrasies. Dit lyk soos 'n paradoks - hoe kan die aanplant van bome? negatiewe impak die omgewing?
Die antwoord lê in die subtiele kompleksiteit van koolstofvangs in natuurlike ekosisteme. Om skade aan die omgewing te voorkom, moet ons weerhou om woude aan te bring waar dit natuurlik nie hoort nie, 'perverse aansporings' te vermy om bestaande bosse af te saag om nuwe bome te plant, en te oorweeg hoe saailinge wat vandag geplant word die volgende dekades kan vaar.
Voordat ons 'n uitbreiding van die boshabitat onderneem, moet ons seker maak dat bome op die regte plek geplant word, want nie alle ekosisteme op land kan of moet bome ondersteun nie. Bome plant in ekosisteme wat normaalweg deur ander soorte plantegroei oorheers word misluk dikwels om langtermyn koolstofsekwestrasie tot gevolg te hê.
Een besonder illustratiewe voorbeeld kom uit die Skotse veenland - uitgestrekte lande waar die laagliggende plantegroei (meestal mosse en grasse) in gedurigde klam, klam grond groei. Omdat die ontbinding baie stadig is in die suur en versuipte grond, versamel dooie plante oor baie lang tydperke. turf. Dit is nie net die plantegroei wat bewaar word nie: veenmosse mummifiseer ook sogenaamde "moerasse"- die byna ongeskonde oorskot van mans en vroue wat millennia gelede gesterf het. In feite bevat die Britse veenlande 20 keer meer koolstof as wat in die land se woude gevind word.
Maar aan die einde van die 20ste eeu is sommige Skotse moerasse vir boomplant gedreineer. Deur die droog van die gronde het dit toegelaat om boompies te vestig, maar ook die verval van die turf laat versnel. Ekoloog Nina Friggens en haar kollegas aan die Universiteit van Exeter beraamde dat die ontbinding van droog turf meer koolstof vrystel as wat die groeiende bome kon absorbeer. Dit is duidelik dat veenlande die klimaat die beste kan beskerm as dit aan hulle oorgelaat word.
Dieselfde geld vir grasvelde en savanne, waar brande dikwels 'n natuurlike deel van die landskap is brand bome wat geplant word waar dit nie hoort nie. Hierdie beginsel is ook van toepassing op Arktiese toendras, waar die inheemse plantegroei gedurende die winter deur sneeu bedek is, wat lig en hitte weer in die ruimte weerkaats. Deur in hierdie gebiede lang, donkerblaarbome te plant, kan die opname van hitte-energie verhoog, en dit kan tot plaaslike verwarming lei.
Maar selfs die plant van bome in boshabitats kan lei tot negatiewe omgewingsuitkomste. Vanuit die perspektief van koolstofsekwestrasie en biodiversiteit is alle woude nie gelyk nie - natuurlik gevestigde woude bevat meer soorte plante en diere as plantasiebosse. Hulle hou dikwels ook meer koolstof in. Maar beleid wat daarop gemik is om boomplant te bevorder, kan ontbossing van gevestigde natuurlike habitatte onbedoeld aanspoor.
'N Onlangse, opspraakwekkende voorbeeld het betrekking op die Mexikaanse regering Sembrando Vida program, wat direkte betalings aan grondeienaars bied vir die aanplant van bome. Die probleem? Baie landelike grondeienaars kap goed gevestigde ouer bosse af om saailinge te plant. Hierdie besluit, hoewel dit ekonomies sinvol is, het gelei tot die verlies van tienduisende hektaar volwasse bos.
Hierdie voorbeeld toon die risiko's van 'n noue fokus op bome as koolstofabsorpsiemasjiene. Baie organisasies wat goed bedoel, wil die bome plant wat die vinnigste groei, aangesien dit teoreties 'n hoër tempo van CO₂ "aftrek" van die atmosfeer beteken.
Vanuit 'n klimaatperspektief is dit egter nie belangrik hoe vinnig 'n boom kan groei nie, maar hoeveel koolstof dit op volwassenheid bevat en hoe lank die koolstof in die ekosisteem is. Soos 'n bos verouder, bereik dit wat ekoloë 'n 'bestendige toestand' noem - dit is wanneer die hoeveelheid koolstof wat jaarliks ​​deur die bome opgeneem word, perfek gebalanseer word deur die CO₂ wat deur die asemhaling van die plante hulself en die triljoene ontbindermikrobes ondergronds.
Hierdie verskynsel het gelei tot 'n foutiewe persepsie dat ou woude nie nuttig is vir klimaatsversagting nie, omdat dit nie meer vinnig groei nie en addisionele koolstofkwessies in die sekwensie bring. Die verkeerde "oplossing" vir die kwessie is om boomplante te prioritiseer voor die bewaring van reeds gevestigde woude. Dit is soortgelyk aan die dreinering van 'n bad sodat die kraan volskakelbaar kan word: die vloei van water uit die kraan is groter as voorheen - maar die totale kapasiteit van die bad het nie verander nie. Volwasse woude is soos baddens vol koolstof. Hulle lewer 'n belangrike bydrae tot die groot, maar beperkte hoeveelheid koolstof wat op die land opgesluit kan word, en daar is min te verdien deur hulle te steur.
Wat van situasies waar vinnig groeiende woude elke paar dekades afgekap en weer geplant word, met die onttrekte hout wat vir ander klimaatbestrydingsdoeleindes gebruik word? Hoewel geoeste hout 'n baie goeie koolstofwinkel kan wees as dit in langlewende produkte beland (soos huise of ander geboue), is daar verrassend min hout op hierdie manier gebruik.
Net so kan die verbranding van hout as bron van biobrandstof 'n positiewe klimaatsimpak hê as dit die totale verbruik van fossielbrandstowwe verminder. Maar woude wat as biobrandstofaanplantings bestuur word, bied min beskerming vir biodiversiteit en 'n bietjie navorsing vrae in die eerste plek die voordele van biobrandstof vir die klimaat.
Bemes 'n hele bos
Wetenskaplike ramings van koolstofvangs in landekosisteme hang af van hoe die stelsels reageer op die toenemende uitdagings waarmee hulle in die komende dekades te kampe sal hê. Al die woude op aarde - selfs die mees ongerepte - is kwesbaar vir opwarming, veranderings in reënval, toenemende ernstige veldbrande en besoedelingstowwe wat deur die aarde se atmosferiese strome dryf.
Sommige van hierdie besoedelingstowwe bevat egter baie stikstof (plantkunsmis) wat moontlik die wêreldwye bos 'n groei-hupstoot kan gee. Deur massiewe hoeveelhede landbouchemikalieë te produseer en fossielbrandstowwe te verbrand, het mense baie verhoog die hoeveelheid "reaktiewe" stikstof beskikbaar vir plantgebruik. Sommige van hierdie stikstof word opgelos in reënwater en bereik die bosvloer, waar dit kan stimuleer boomgroei in sommige gebiede.
As 'n jong navorser wat pas by die nagraadse skool was, het ek my afgevra of 'n soort onder-bestudeerde ekosisteem, ook bekend as seisoenaal droog tropiese woud, kan veral reageer op hierdie effek. Daar was net een manier om uit te vind: ek sou 'n hele bos moes bemes.
Werk saam met my nadoktorale adviseur, die ekoloog Jennifer Powers, en die kundige plantkundige Daniel Pérez Avilez, het ek 'n gebied van die bos geskets, ongeveer twee voetbalvelde en dit in 16 persele verdeel, wat ewekansig aan verskillende kunsmisbehandelings toegeken is. Vir die volgende drie jaar (2015-2017) het die erwe een van die intensief bestudeerde bosfragmente op aarde geword. Ons het die groei van elke individuele boomstam gemeet met gespesialiseerde, handgeboude instrumente genaamd dendrometers.
Ons het mandjies gebruik om die dooie blare wat van die bome afgeval het, op te vang en maassakke in die grond aangebring om die groei van wortels op te spoor, wat noukeurig van grond gewas en geweeg is. Die uitdagendste aspek van die eksperiment was die toediening van kunsmis, wat drie keer per jaar plaasgevind het. As ons reënjasse en bril dra om ons vel teen die bytende chemikalieë te beskerm, het ons spuitbakke in die digte woud getrek en verseker dat die chemikalieë eweredig op die bosvloer aangebring word terwyl ons onder ons rubberjasse sweet.
Ongelukkig bied ons toerusting geen beskerming teen woedende perdebye nie, waarvan die neste dikwels in oorhangende takke weggesteek is. Maar ons pogings was die moeite werd. Na drie jaar kon ons al die blare, hout en wortels wat in elke plot geproduseer is, bereken en die koolstof wat gevang is gedurende die studietydperk bepaal. Ons gevind dat die meeste bome in die bos nie voordeel trek uit die kunsmis nie - in plaas daarvan was die groei sterk gekoppel aan die hoeveelheid reënval in 'n gegewe jaar.
Dit dui daarop dat stikstofbesoedeling nie die groei van bome in hierdie woude sal bevorder nie, solank droogtes aanhou verskerp. Om dieselfde voorspelling vir ander bostipes (natter of droër, jonger of ouer, warmer of koeler) te maak, sal sulke studies herhaal moet word, wat die biblioteek van kennis wat deur soortgelyke eksperimente oor die dekades heen ontwikkel is, moet bydra. Tog is navorsers in 'n wedloop teen tyd. Eksperimente soos hierdie is stadig, noukeurig, soms breekwerk en mense verander die gesig van die planeet vinniger as wat die wetenskaplike gemeenskap kan reageer.
Mense het gesonde woude nodig
Die ondersteuning van natuurlike ekosisteme is 'n belangrike instrument in die arsenaal strategieë wat ons nodig het om klimaatsverandering te bekamp. Maar landekosisteme sal nooit die hoeveelheid koolstof wat deur die verbranding van fossielbrandstof vrygestel word, kan absorbeer nie. In plaas daarvan om deur valse selfvoldaanheid gesus te word boomplantskemas, moet ons die uitlaatgasse by hul oorsprong verminder en soek na bykomende strategieë om die koolstof wat reeds in die atmosfeer opgehoop het, te verwyder.
Beteken dit dat die huidige veldtogte om bos te beskerm en uit te brei 'n slegte idee is? Nadruklik nie. Die beskerming en uitbreiding van natuurlike habitat, veral woude, is absoluut noodsaaklik om die gesondheid van ons planeet te verseker. Woude in gematigde en tropiese gebiede bevat 8 uit elke tien spesies op land, word hulle tog toenemend bedreig. Byna 1/2 van ons planeet se bewoonbare land is gewy aan die landbou, en die skoonmaak van bosse vir gewasland of weiding duur voort.
Intussen versterk die atmosferiese chaos wat deur klimaatsverandering veroorsaak word veldbrande, vererger droogtes en verhit die planeet stelselmatig, wat 'n toenemende bedreiging vir bosse en die wild wat hulle ondersteun, inhou. Wat beteken dit vir ons spesie? Weer en weer het navorsers getoon sterk skakels tussen biodiversiteit en sogenaamde "ekosisteemdienste" - die menigte voordele wat die natuurlike wêreld vir die mensdom bied.
Koolstofopvang is slegs een ekosisteemdiens op 'n onberekenbare lang lys. Biodiverse ekosisteme bied 'n duiselingwekkende verskeidenheid farmaseuties-aktiewe verbindings wat inspireer die skepping van nuwe middels. Hulle bied voedselsekuriteit op direkte maniere (dink aan die miljoene mense waarvan die belangrikste proteïenbron wilde vis is) en indirek (byvoorbeeld, 'n groot fraksie gewasse is bestuif deur wilde diere).
Natuurlike ekosisteme en die miljoene spesies wat daarin woon, inspireer steeds tegnologiese ontwikkelings wat 'n rewolusie in die menslike samelewing veroorsaak. Neem byvoorbeeld die polimerase kettingreaksie ("PCR") Waarmee misdaadlaboratoriums misdadigers kan vang en u plaaslike apteek 'n COVID-toets kan lewer. PCR is slegs moontlik vanweë 'n spesiale proteïen wat deur 'n nederige bakterie gesintetiseer word wat in warmwaterbronne woon.
As ekoloog is ek bekommerd dat 'n simplistiese perspektief op die rol van woude in klimaatsversagting per ongeluk sal lei tot die agteruitgang daarvan. Baie bome-plantpogings fokus op die aantal boompies wat geplant word of hul aanvanklike groeikoers - albei is swak aanwysers van die bos se uiteindelike koolstofopbergingsvermoë en selfs 'n swakker maatstaf vir biodiversiteit. Belangriker nog, die beskouing van natuurlike ekosisteme as 'klimaatoplossings' wek die misleidende indruk dat woude soos 'n oneindig absorberende mop kan funksioneer om die steeds toenemende vloed van CO caused-uitstoot op te ruim.
Gelukkig neem baie groot organisasies wat hul toespits op uitbreiding van die bos, ekosisteemgesondheid en biodiversiteit in hul suksesstatistieke in. Iets meer as 'n jaar gelede het ek 'n enorme herbebossingseksperiment op die Yucatán-skiereiland in Mexiko besoek, bestuur deur Plant-vir-die-Planet - een van die grootste organisasies ter wêreld vir boomplant. Nadat Plant-for-the-Planet die uitdagings verbonde aan grootskaalse herstel van ekostelsels besef het, het 'n reeks eksperimente begin om te verstaan ​​hoe verskillende ingrypings vroeg in die ontwikkeling van 'n bos die oorlewing van die boom kan verbeter.
Maar dit is nie al nie. Gelei deur direkteur van wetenskap Leland Werden, sal navorsers op die webwerf bestudeer hoe dieselfde praktyke die herstel van inheemse biodiversiteit kan begin deur die ideale omgewing te bied vir saad wat kan ontkiem en groei soos die bos ontwikkel. Hierdie eksperimente sal landbestuurders ook help om te besluit wanneer en waar die plant van bome die ekosisteem bevoordeel, en waar boshervorming natuurlik kan voorkom.
Om bosse as reservoirs vir biodiversiteit te beskou, eerder as bloot opbergings van koolstof, bemoeilik die besluitneming en kan die beleid verander. Ek is maar alte bewus van hierdie uitdagings. Ek het my hele volwasse lewe bestudeer en gedink aan die koolstofsiklus en ek kan soms nie die bos vir die bome sien nie. Een oggend 'n paar jaar gelede het ek op die reënwoudvloer in Costa Rica gesit en CO₂-uitstoot van die grond afgemeten - 'n betreklik tydintensiewe en eensame proses.
Terwyl ek gewag het tot die meting afgehandel is, sien ek 'n aarbei-gifpylkikker - 'n klein, juweelblink diertjie so groot soos my duim - wat die stam van 'n nabygeleë boom opspring. Geïntrigeerd het ek haar sien vorder in die rigting van 'n plas water in die blare van 'n stekelrige plant waarin 'n paar paddavissies idel geswem het. Sodra die padda hierdie miniatuur akwarium bereik het, het die klein kikkertjies (haar kinders, soos dit blyk) opgewonde gevibreer, terwyl hul moeder onbevrugte eiers neergelê het om te eet. Soos ek later verneem het, is paddas van hierdie spesie (Oophaga pumilio) sorg baie noukeurig vir hul nageslag en die moeder se lang reis sou elke dag herhaal word totdat die paddavissies in paddas ontwikkel het.
Toe ek my toerusting inpak om terug te keer na die laboratorium, het dit by my opgekom dat duisende sulke klein dramas parallel rondom my afspeel. Woude is soveel meer as net koolstofstore. Dit is die onkenbaar komplekse groen webbe wat die lotgevalle van miljoene bekende spesies saambind, met nog miljoene wat wag om ontdek te word. Om te oorleef en te floreer in 'n toekoms van dramatiese wêreldwye veranderinge, moet ons daardie verstrengelde web en ons plek daarin respekteer.
Bonnie Waring, Senior lektor, Grantham Instituut - Klimaatsverandering en omgewing, Imperial College London