Vad behövs för att mäta vatten och kolflöden från cellperspektiv till landskapsnivå

Knut och Alice Wallenbergs stiftelse beslutade 2015 att dela ut drygt 39 miljoner under fem år till en forskargrupp vid SLU i Umeå som tillsammans med forskare från Umeå och Helsingfors universitet ska undersöka hur fem fysiologiska noder eller vägskäl från löv- till biståndsnivå och hur dessa påverkar processerna som styr vatten- och kolflöden i skogsekosystemet och därigenom påverkar biomassaproduktion och vattentillgång.
De fem noderna består av;

(1) uppdelning av avgivning av vatten från ekosystem i transpiration och avdunstning, vilket beskriver växternas möjlighet att använda vatten för tillväxt;

(2) träds effektivitet i vattenanvändandet, vilket bestämmer hur mycket koldioxid som binds i fotosyntes per enhet vatten som förloras vid transpirationen;

(3)  uppdelningen av fotosyntes, som driver tillväxten, och fotorespiration som leder till energiförlust;

(4) uppdelningen av total respiration mellan olika respirationsvägarna (normal och alternativ respiration) vilket styr effektiviteten av biomassaproduktionen, samt

(5) fördelningen i tillväxten mellan ovanjordsdelar (stam, skott, blad) och
underjordsdelar (rötter, mykorrhiza) vilket avgör hur stor andel av skogstillväxten som bidrar till stam- och grentillväxt och därmed kan skördas i form av skogsbiomassa. 

Noderna ska nu detaljstuderas i anslutning till Svartbergets forskningsstation, där Niles Hasselquist startat igång sina fältmätningar av savflöden kopplade till nod ett. Han är en av många forskare som kommer vara involverade i projektet.

Ja, så kan man nog se det. På ett övergripande plan har vi relativt bra kunskap om processerna som styr flöden av vatten och energi in, inom och ut ur olika skogsekosystem. Genom att använda naturlig variation i stabila isotoper kan vi på en mer processbaserad nivå länka samman vilka vägar flödena tar och vilka processer som styr i vägskälen. Att samma grundämnen följs genom hela ekosystemet och dess olika medier är unikt och det kan mycket väl bli som att undersöka/felsöka ett vattenledningssystem med läckande kranar och förgreningar.En aspekt är definitivt de tekniska lösningarna som har kommit senaste tiden. Främst har utvecklingen av de fältinstrument som mäter isotoper kontinuerligt förbättrats. Processerna vi försöker kartlägga är båda snabba och långsamma så för att mäta flödena måste fältinstrument för att mäta O-18 och C-13 motsvara de fysiologiska processernas tidsspann. Bland annat införskaffas ett Aerodyne-instrument som mäter stabila isotoper i elementflöden mellan ett skogsekosystem och atmosfären.

NRM isotopomermätningar är en annan viktig resurs. Expertis på det området står forskare på NMR-labbet vid Umeå universitet för som med NMR analyserar fördelningen av kol-13 mellan atomerna i glukosringar och därigenom får information om fotosyntes och respiration vid just det tillfälle när glukosringen bildades. Denna teknik gör det därmed möjligt att gå tillbaka i tiden och analysera material från årsringar för att veta hur trädet växte under andra miljöförhållanden ink. koldioxidkoncentration i atmosfären vilket ska göras i nod 3.

Skogsekosystemens tillväxt reagerar inte över natt på att atmosfärskoncentrationen av koldioxid har ökat eller att vattentillgången ändras utan fotosyntesen anpassas gradvis till nya förhållanden. En förutsättning för detta projekt är alltså att det finns fältinstrumentering och platser med träd i naturen som vi kan mäta på under lång tid. Tack vare att Svartbergets forskningsstation finns och funnits under lång tid har kunskap från tidigare forskning om t.ex. gödsling, ekofysiologi, rinnande vatten och klimat gett kunskaper att bygga vidare på, vilket vi nu gör genom att testa flera hypoteser.

Det huvudsakliga studieområdet för noderna utgörs av Svartbergets basinfrastruktur i SITES, dvs de befintliga monitoringplatserna av klimat, markvatten, bäckvattennätverket vilket kompletteras med ICOS-masten. I Niles delprojekt, nod ett, har träd försetts med savflödesmätare i närheten av ICOS masten. Mätningar från sensorer i ICOS masten hjälper också till att skapa en uppskattning på transpiration från hela skogsbeståndet runt omkring. Information som är viktig vid beräkningar/kalibreringen av transpirationen från savflödesmätningarna på individuella träd.Jag har i samarbete med Pantana Tor-ngern från Chulalongkorn universitetet i Bangkok, Thailand installerat savflödesmätare på 60 träd, vilket innebär att två sensorer som är placerade 10 cm från varandra loggar temperaturen varje 30:e min. Skillnaderna i temperatur mellan sensorerna kan användas för att beräkna flödet av sav i trädet, den informationen behövs för att avgöra växternas möjlighet att använda vatten för tillväxt. Sensorerna sattes ut i början av juni och kommer sitta där under hela projekttiden, fem år. Nu håller vi koll på dem så att alla samlar in data på rätt sätt.

Huvudsökande: Torgny Näsholm, SLU Umeå
Niles Hasselquist, SLU Umeå
Svartberget Research Station 
Om projektet på Knut Och Alice Wallenbergs stiftelses hemsida

Foton av Anders Esselin, Ida Taberman, Johannes Tiwari och Niles Hasselquist.