قد تكون النماذج المناخية خاطئة بشأن كيفية تخزين الأشجار للكربون

كشفت دراسة جديدة أن أشجار البلوط يمكن أن تستمر في عملية التمثيل الضوئي لعدة أشهر بعد انتهاء النمو، مما يتحدى الافتراضات حول مدى فعالية الغابات في تحويل الكربون الممتص إلى تخزين طويل الأجل.

يمكن أن تبدو الشجرة مشغولة لفترة طويلة بعد أن توقفت عن بناء نفسها. ربما لا تزال أوراقها تمتص ضوء الشمس وتسحب ثاني أكسيد الكربون من الهواء، ولكن في عمق الجذع، قد يكون إنتاج الخشب لهذا الموسم قد انتهى بالفعل.

هذا الانقسام المفاجئ هو محور دراسة جديدة لأشجار البلوط نشرت في عام 2015 تقدم العلوم. ووجد الباحثون أن أشجار البلوط يمكن أن تستمر في عملية التمثيل الضوئي في وقت متأخر من العام حتى بعد توقف نموها بحلول منتصف الصيف. تتحدى هذه النتيجة افتراضًا شائعًا في النماذج المناخية: هذا أكثر التمثيل الضوئي عادة ما يعني المزيد من نمو الأشجار.

بالوعة الكربون مع التعقيد

ارتفاع ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي (CO₂) كان من المتوقع في كثير من الأحيان أن يعزز عملية التمثيل الضوئي في النبات، وهي استجابة تسمى أحيانًا تأثير التسميد الكربوني. من الناحية النظرية، المزيد من ثاني أكسيد الكربون₂ يمكن أن يسمح للأشجار بامتصاص المزيد من الكربون والنمو بشكل أكبر، مما يؤدي إلى احتجاز بعض الغاز الذي يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الكوكب في الخشب.

النتائج الجديدة تعقد هذه الصورة. وتشير الدراسة إلى أن امتصاص الكربون وإنتاج الأخشاب يمكن أن ينفصلا، خاصة عندما لا تكون الظروف البيئية مواتية للنمو. قد يذهب بعض الكربون الذي يتم امتصاصه بعد توقف النمو إلى الأوراق أو الجذور أو احتياطيات النشا المؤقتة أو مركبات التربة أو الصيانة الخلوية الأساسية بدلاً من تخزين الأخشاب على المدى الطويل.

وهذا لا يعني أن الكربون يضيع. تستخدم الأشجار الكربون في العديد من الوظائف الأساسية. ولكن من منظور المناخ، ليس كل استخدام الكربون متساويًا. يمكن للكربون المخزن في الأوراق أو السكريات أو الأنسجة قصيرة العمر أن يعود إلى الغلاف الجوي بشكل أسرع بكثير من الكربون المخزن في الخشب.

لماذا قد تحتاج النماذج المناخية إلى إعادة التفكير؟

النتائج لها آثار مهمة على كيفية تقدير العلماء للدور المستقبلي للغابات في دورة الكربون.

يقول المؤلف الرئيسي موكوند بالات راو، عالم المناخ البيئي في مرصد لامونت دوهرتي للأرض، وهو جزء من مدرسة كولومبيا للمناخ: “في الوقت الحالي، تفترض معظم النماذج أنه إذا كان لديك عملية التمثيل الضوئي، فإن لديك نموًا. لكننا نجد أن الأمر ليس كذلك”. “لمجرد وجود المزيد من التمثيل الضوئي قد لا يعني بالضرورة المزيد من نمو الأشجار في المستقبل.”

أثناء عملية التمثيل الضوئي، تستخدم النباتات ضوء الشمس لتحويل ثاني أكسيد الكربون₂ والماء إلى سكريات، مما يؤدي إلى إطلاق الأكسجين كمنتج ثانوي. وفي الأشجار، يتحول بعض هذا الكربون إلى خشب في الجذوع والفروع والجذور. ويستخدم بعضها لزراعة الأوراق والفواكه. يتم تخزين بعضها مؤقتًا على شكل نشا. يتم إرسال بعضها تحت الأرض في مركبات تغذي الميكروبات، وتساعد الأشجار على الوصول إلى العناصر الغذائية، أو الدفاع ضد مسببات الأمراض.

وينتهي جزء فقط من هذا الكربون في الكتلة الحيوية الخشبية، وهو الجزء الأكثر أهمية لتخزين الكربون على المدى الطويل. وهذا يجعل من الضروري أن نفهم متى يؤدي التمثيل الضوئي إلى النمو، ومتى لا يؤدي ذلك.

يقول راو: “إن فهم كيفية ارتباط عملية التمثيل الضوئي والنمو أمر مهم للغاية من منظور فهم كيفية تخزين الغابات للكربون على مدى فترات زمنية طويلة”.

قياس الأشجار يوما بعد يوم

لقد اشتبه العلماء لسنوات أن امتصاص الكربون ونمو الأشجار لا يتحركان دائمًا بشكل متزامن، ولكن كان من الصعب قياس العلاقة بوضوح. نمو الأشجار ليس عملية سلسة ومستمرة. يمكن أن ينتفخ الجذع أثناء الليل عندما تمتص الجذور الماء، ثم ينكمش أثناء النهار عندما تفقد الأوراق الماء من خلال النتح. ينشأ النمو الفعلي من تلك التغيرات اليومية الصغيرة مع مرور الوقت.

ولتصوير هذه العملية، جمع راو وزملاؤه عدة أنواع من الملاحظات. واستخدموا بيانات الأقمار الصناعية الحساسة لنشاط التمثيل الضوئي في 137 موقعًا عبر شرق الولايات المتحدة وكاليفورنيا. وقاموا أيضًا بتحليل الأدوات التي تقيس ثاني أكسيد الكربون₂ تبادل المعلومات بالقرب من قمم الأشجار ساعة بساعة، إلى جانب أجهزة الاستشعار المثبتة على الجذع والتي تتتبع التغيرات الدقيقة في حجم الشجرة في الوقت الفعلي. (تميل الأشجار إلى التوسع في الليل عندما تمتص الجذور الماء، ثم تتقلص قليلاً في النهار عندما ترشح الماء، مع إضافة المسار طويل المدى إلى النمو.) استخدم الفريق أيضًا سجلات حلقات الأشجار وبيانات درجة الحرارة من عام 1950 إلى الوقت الحاضر.

يستمر التمثيل الضوئي بعد انتهاء النمو

في المواقع الشرقية للولايات المتحدة، أضافت أشجار البلوط عمومًا نموًا جديدًا من مايو حتى يوليو. ومع ذلك، استمر نشاط التمثيل الضوئي لديهم حتى شهر أكتوبر. حوالي 36% من استيعاب الكربون السنوي من خلال عملية التمثيل الضوئي حدث بعد توقف النمو في أواخر الصيف بالفعل.

وظهر النمط العام نفسه في كاليفورنيا، على الرغم من اختلاف التوقيت الموسمي. هناك، نمت أشجار البلوط بشكل رئيسي من ديسمبر حتى أبريل. تباطأ النمو في منتصف الصيف وتوقف بحلول أغسطس، لكن عملية التمثيل الضوئي استمرت. وقد حدث حوالي 26% من امتصاص الكربون السنوي في تلك المواقع بعد توقف النمو.

وتظهر النتيجة أن أوراق الشجرة يمكن أن تظل نشطة حتى بعد توقف الأنسجة المسؤولة عن تمدد الخشب إلى حد كبير طوال العام.

الإجهاد المائي قد يساعد في تفسير الانقسام

النمط له معنى بيولوجي. يعتمد نمو الأشجار على ضغط الماء الداخلي، مما يساعد الخلايا على التوسع ويسمح بتكوين خشب جديد. وعندما تصبح الظروف حارة وجافة، ينخفض ​​هذا الضغط. يمكن أن يتوقف النمو بسرعة، حتى لو استمرت الأوراق في التمثيل الضوئي بمعدل منخفض.

يقول راو: “في اللحظة التي تكون فيها الظروف جافة وحارة، يتوقف نشاط النمو على الفور، بينما يبدو أن عملية التمثيل الضوئي تستمر بمعدل منخفض قليلاً”.

أين يذهب الكربون؟

يمكن تخزين بعض الكربون الذي يتم امتصاصه بعد توقف النمو واستخدامه لمساعدة الأشجار على استئناف النمو في العام التالي، وفقًا لراو. قد تدعم الأجزاء الأخرى الأوراق والجذور الجديدة أو تتأكسد لإبقاء الخلايا حية خلال فصل الشتاء.

ووجد الباحثون أيضًا أن الانفصال بين عملية التمثيل الضوئي والنمو كان أقوى في السنوات التي تأرجح فيها الطقس المحلي بشكل حاد بين النقيضين الرطب والجاف. ومن المتوقع أن تصبح هذه الأنواع من الظروف غير المستقرة أكثر شيوعًا مع تغير المناخ.

ويحقق راو وزملاؤه الآن فيما إذا كان النمط نفسه يظهر في شجرة أخرى صِنفوالنظم الإيكولوجية والمناطق. ويتوقع أن تختلف قوة الانفصال اعتمادًا على نوع الغابة والمناخ، لكن السؤال الأوسع يظل مفتوحًا.

ويقول: “ليس لدي إجابات حقيقية حتى الآن”. “هناك العديد من الأسئلة التي لا تزال بحاجة إلى الإجابة عليها.”

المرجع: “استيعاب الكربون المنفصل واستجابات النمو للجفاف في أشجار البلوط النفضية المعتدلة” بقلم موكوند بالات راو، أرتورو باتشيكو سولانا، رونغ لي، بار أوريان، جوهانا إي. جنسن، ميلاغروس رودريغيز كاتون، ليلي كلينك، زوي أ. بييرات، صوفي روهر، روز أويلكرز، لورا إي. بوشوتن، كيفن إل. غريفين، إم. لوك ماكورماك، شي يانغ، جوزيف فيرفيلي، دينيس بالدوتشي، جيريمي هيس، ألكسندر ج. تورنر، تود إم. سكانلون، لايا أندرو هايلز، جان يو إتش إيتل، نيل بيدرسون، دانييل غريفين، ديفيد ستاهلي، جاستن تي ماكسويل، ستيفن فويلكر، ستيفن أ. كاننبرغ، جوزيب بينويلاس وتروي س. ماجني، 12 يونيو 2026, تقدم العلوم.
دوى: 10.1126/sciadv.ady7139

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.