Effects of future climate on carbon assimilation of boreal Norway spruce
Författare
Summary, in Swedish
Popular Abstract in Swedish
Det norra barrskogsbältet, även kallat de boreala skogarna, sträcker sig runt hela norra halvklotet. Det utgör en tredjedel av den globala skogsytan, och innehåller hälften av den totala mängden kol finns lagrat i samtliga skogsekosystem. Trots de låga temperaturerna, den korta vegetationssäsongen och en liten mängd inkommande solenergi under året, är dessa ekosystem viktiga för det globala klimatet. De boreala skogarna är ett av få landekosystem som anses kunna lagra in en större mängd kol från atmosfären under den närmsta hundraårsperioden, och därmed, åtminstone kortsiktigt, bidra till en inbromsning av den ökande växthuseffekten. Projektets syfte var att fastställa hur de klimatförändringar som följer med den ökande halten växthusgaser i atmosfären, däribland koldioxid (CO2), kommer att påverka tillväxten hos skogsekosystem, speciellt fokuserat på granar, Picea abies, i norra Sverige. Scenariot för klimatförändringar som har använts är SWECLIMs klimatmodell, där en fördubbling av koldioxidhalten på hundra år, dvs. en ökning till 700 ppm år 2100, skulle medföra en temperaturökning på i genomsnitt 4 grader över året. Fältförsök utfördes på Flakalidens försöksområde utanför Umeå. 12 vuxna granar inneslöts i helträdskammare, där temperatur och koldioxidhalt höjdes för att simulerar fet förväntade klimatet för år 2100. Upptaget och avgivningen av CO2 hos träden följdes under tre år med hjälp av kuvetter som monterades på skott i övre delen av kronan. Det mätta utbytet av CO2 användes för att beräkna fotosynteshastigheten. Hypotesen var, att den ökade koldioxidhalten och temperaturen, var för sig och tillsammans, skulle öka granarnas fotosynteshastighet, och därmed upptaget av kol vilket styr tillväxthastigheten. Liknande studier har gjorts av ett flertal forskargrupper både inom och utanför Sverige. Denhär studien är speciell eftersom vuxna friväxande träd har studerats, för att ett extremt stort antal mätningar av gasutbytet har gjorts (~0.5 milj. per år), och för att försöket varat förhållandevis länge, från hösten 2001 till hösten 2004. Därmed har fotosyntesens utveckling under året kunnat studeras med hög tidsupplösning och parallellt inom olika behandlingar. Detta är nödvändigt för att kunna konstruera och utvärdera tillförlitliga simuleringsmodeller för att förutsäga effekterna av framtida klimat på den boreala skogen.
Fotosynteshastigheten hos granar i området runt Flakaliden är framförallt styrd av mängden inkommande ljus, lufttemperaturen, luftfuktigheten och näringsstatusen i barren. För att möjliggöra en djupare analys av hur ökningen av CO2 och årsmedeltemperatur påverkade
fotosyntesens respons mot dessa variabler, har en modell passats till mätdata. Modellen, ShootModel, består av ett antal ekvationer som beskriver hur fotosynteshastigheten drivs och begränsas av ovanstående variabler De viktigaste resultaten från studien var att kolupptaget ökade kraftigt när koldioxidhalten höjdes. Den maximala hastigheten för kolupptaget ökade med ungefär 50 %. Dessutom gjorde temperaturökningen att vegetationssäsongen startade cirka tre veckor tidigare på våren, vilket i sig ökade kolupptaget över året med 22 %. En förlängning av vegetationssäsongen är speciellt viktig på höga breddgrader, där mängden inkommande solenergi är en begränsande faktor för tillväxten under året. Även skottskjutningen påverkades av en förlängd vegetationssäsong, vilket gjorde att även årsskotten ökade sitt kolupptag under sitt första levnadsår. Kombinationen av ökad maxhastighet för kolupptag och längre vegetationssäsong medförde att granarna i förhöjd koldioxidhalt och ökad temperatur ökade sitt årliga kolupptag med 84 %, jämfört med granar i kammare som inte hade någon behandling utan följde dagens klimat. Försöket visade alltså att vi kan förvänta oss en ökad hastighet på kolupptaget hos granar i norra Sverige. Däremot kan man inte direkt översätta ökningen i fotosynteshastighet till ökad virkesproduktion, eftersom många olika faktorer spelar in, däribland tillgången på näring. I ett framtida projekt ska därför kolupptagshastigheten, som i detta projekt mättes på skottnivå, skalas upp och användas för att beräkna kolupptag och kolavgång för hela träd och skogsbestånd.
Det norra barrskogsbältet, även kallat de boreala skogarna, sträcker sig runt hela norra halvklotet. Det utgör en tredjedel av den globala skogsytan, och innehåller hälften av den totala mängden kol finns lagrat i samtliga skogsekosystem. Trots de låga temperaturerna, den korta vegetationssäsongen och en liten mängd inkommande solenergi under året, är dessa ekosystem viktiga för det globala klimatet. De boreala skogarna är ett av få landekosystem som anses kunna lagra in en större mängd kol från atmosfären under den närmsta hundraårsperioden, och därmed, åtminstone kortsiktigt, bidra till en inbromsning av den ökande växthuseffekten. Projektets syfte var att fastställa hur de klimatförändringar som följer med den ökande halten växthusgaser i atmosfären, däribland koldioxid (CO2), kommer att påverka tillväxten hos skogsekosystem, speciellt fokuserat på granar, Picea abies, i norra Sverige. Scenariot för klimatförändringar som har använts är SWECLIMs klimatmodell, där en fördubbling av koldioxidhalten på hundra år, dvs. en ökning till 700 ppm år 2100, skulle medföra en temperaturökning på i genomsnitt 4 grader över året. Fältförsök utfördes på Flakalidens försöksområde utanför Umeå. 12 vuxna granar inneslöts i helträdskammare, där temperatur och koldioxidhalt höjdes för att simulerar fet förväntade klimatet för år 2100. Upptaget och avgivningen av CO2 hos träden följdes under tre år med hjälp av kuvetter som monterades på skott i övre delen av kronan. Det mätta utbytet av CO2 användes för att beräkna fotosynteshastigheten. Hypotesen var, att den ökade koldioxidhalten och temperaturen, var för sig och tillsammans, skulle öka granarnas fotosynteshastighet, och därmed upptaget av kol vilket styr tillväxthastigheten. Liknande studier har gjorts av ett flertal forskargrupper både inom och utanför Sverige. Denhär studien är speciell eftersom vuxna friväxande träd har studerats, för att ett extremt stort antal mätningar av gasutbytet har gjorts (~0.5 milj. per år), och för att försöket varat förhållandevis länge, från hösten 2001 till hösten 2004. Därmed har fotosyntesens utveckling under året kunnat studeras med hög tidsupplösning och parallellt inom olika behandlingar. Detta är nödvändigt för att kunna konstruera och utvärdera tillförlitliga simuleringsmodeller för att förutsäga effekterna av framtida klimat på den boreala skogen.
Fotosynteshastigheten hos granar i området runt Flakaliden är framförallt styrd av mängden inkommande ljus, lufttemperaturen, luftfuktigheten och näringsstatusen i barren. För att möjliggöra en djupare analys av hur ökningen av CO2 och årsmedeltemperatur påverkade
fotosyntesens respons mot dessa variabler, har en modell passats till mätdata. Modellen, ShootModel, består av ett antal ekvationer som beskriver hur fotosynteshastigheten drivs och begränsas av ovanstående variabler De viktigaste resultaten från studien var att kolupptaget ökade kraftigt när koldioxidhalten höjdes. Den maximala hastigheten för kolupptaget ökade med ungefär 50 %. Dessutom gjorde temperaturökningen att vegetationssäsongen startade cirka tre veckor tidigare på våren, vilket i sig ökade kolupptaget över året med 22 %. En förlängning av vegetationssäsongen är speciellt viktig på höga breddgrader, där mängden inkommande solenergi är en begränsande faktor för tillväxten under året. Även skottskjutningen påverkades av en förlängd vegetationssäsong, vilket gjorde att även årsskotten ökade sitt kolupptag under sitt första levnadsår. Kombinationen av ökad maxhastighet för kolupptag och längre vegetationssäsong medförde att granarna i förhöjd koldioxidhalt och ökad temperatur ökade sitt årliga kolupptag med 84 %, jämfört med granar i kammare som inte hade någon behandling utan följde dagens klimat. Försöket visade alltså att vi kan förvänta oss en ökad hastighet på kolupptaget hos granar i norra Sverige. Däremot kan man inte direkt översätta ökningen i fotosynteshastighet till ökad virkesproduktion, eftersom många olika faktorer spelar in, däribland tillgången på näring. I ett framtida projekt ska därför kolupptagshastigheten, som i detta projekt mättes på skottnivå, skalas upp och användas för att beräkna kolupptag och kolavgång för hela träd och skogsbestånd.
Publiceringsår
2008
Språk
Engelska
Dokumenttyp
Doktorsavhandling
Förlag
University of Gothenburg
Ämne
- Earth and Related Environmental Sciences
Nyckelord
- bud development
- climate change
- empirical models
- gas exchange
- photosynthesis
- Picea abies
- seasonality
- whole-tree chambers
Status
Published
Handledare
- Göran Wallin
- Sune Linder
ISBN/ISSN/Övrigt
- ISBN: 978-91-85529-22-3
Försvarsdatum
31 oktober 2008
Försvarstid
10:00
Försvarsplats
Carl Skottsbergs Gata 22B, Göteborg
Opponent
- Bjarni Sigurðsson