Dinamika ogljika v gozdnih tleh in rizosferi

Gozdovi pokrivajo 4 bilijone hektarjev, kar predstavlja 30% vse kopenske površine na Zemlji, gozdni ekosistemi pa vključujejo okrog 80% vse svetovne biomase. Globalne klimatske spremembe in ostali stresi in motnje lahko oslabijo ponor ogljika (C) v gozdnih ekosistemih in v njih obrnejo pretok C, tako da gozdovi iz ponora C postanejo njegov vir. Celotni tok C v tla predstavlja med 25 in 63% bruto primarne produkcije. Številni procesi v tleh so v modelih zanemarjeni, predvsem vnos C skozi hife mikoriznih gliv in obrat drobnih korenin. Te nejasnosti omejujejo zanesljivost napovedovanja vpliva klimatskih sprememb na delovanje ekosistemov. Struktura drobnih korenin in mikorize se močno razlikuje glede na vrste in rastišča, prav ta strukturna variabilnost pa predstavlja novo raziskovalno področje, ki je v središču pozornosti v svetu. Zunajkoreninski micelij (ERM) igra ključno ekološko vlogo v ekosistemskih procesih, vključno s tokom C skozi ERM, formiranjem talne organske snovi (SOM) in dekompozicijo SOM. Navodila za nacionalna poročanja o zalogah in spremembah zalog C vključujejo zaloge C v drevesnih štorih in debelih koreninah, vendar je bilo doslej le malo držav sposobnih o tem poročati ali ločiti omenjeni bazen iz bazena C v mrtvi lesni masi. Države podpisnice mednarodnih konvencij in protokolov o zmanjšanju izpustov toplogrednih plinov so zavezane k poročanju o spremembah v zalogah C. Za poročanja je bilo uporabljenih več modelov, ki so prilagojeni različnim klimatskim področjem in tipom gozdov. Vsi so splošni, manjka jim modul za ocenjevanje toka C v obratu drobnih korenin in micelija. Na mednarodnem nivoju potekajo raziskave z namenom, da se izboljša poznavanje procesov in razvije kvalitetna orodja za oceno biomase in tokov C v tleh. Cilji: 1) Spoznati razvoj micelija mikoriznih gliv v naravnih pogojih, vpliv letnega časa na razvoj micelija v tleh in delovanje micelija pri povišanih temperaturah in koncentracijah CO2 2) Razložiti razmerja strukturnih razlik v delovanju drobnih korenin in z njimi povezanih mikoriz v odvisnosti od razlik med vrstami in rastišči 3) Razviti modele dekompozicije za kvantifikacijo preostale suhe teže biomase opada, posameznih panjev in z njimi povezanih debelih korenin 4) Pripraviti oceno mrtvega lesa kot potencialni vnos za splošni model dinamike C v bukovih gozdnih ekosistemih Naš cilj je izboljšati razumevanje in razviti visokokakovostna orodja za ocenjevanje tokov C preko različnih predelov v tleh in rizosferi in prispevati k bolj zanesljivim izračunom zalog in sprememb C na nacionalni in mednarodni ravni. Boljše, na znanstvenih osnovah temelječe znanje za oceno podzemnih zbiralnikov C in tokov C na osnovi hitrosti obrata drobnih korenin, mikoriznega micelija in talnih zalog C v pogojih povišanih T in CO2 bomo uporabili pri razvoju relevantnih poskusnih modelov, kot tudi pri podpori sistemom poročanja o bolj specifičnih skupnih zalogah C in spremembah zalog C v svetovnem merilu. Projekt sovpada s tehnologijami za trajnostna gospodarjenja, zlasti z energijo in tehnologijami varstva okolja, uporabo novih in obnovljivih virov, vzdrževanjem in kontrolo tal, gozdovi, vodo in zrakom, varstvom dediščine, vključujoč EU Direktivo o spodbujanju rabe energije iz obnovljivih virov (2009/28EC) in predlog za Slovenski zakon o podnebnih spremembah. Aktivnosti projekta bodo organizirane v petih delovnih skupinah z jasnim znanstvenim ozadjem, cilji, metodami in pričakovanimi rezultati: 1.obrat micelija; 2.obrat drobnih korenin; 3.razgradnja lesa in opada; 4.združevanje podatkovnih zbirk za modele dinamike C v gozdu; 5.diseminacija in upravljanje. Mednarodno in interdisciplinarno raziskovalno skupino bodo sestavljali znanstveniki iz dveh raziskovalnih inštitutov, dveh skupin iz Univerze in SME v Sloveniji v sodelovanju s skupinami iz Nemčije, Belgije in ZDA. Projekt bo dopolnjen z obstoječimi projekti mladih raziskovalcev in raziskovalnega programa na GIS.

Dinamika ogljika v gozdnih tleh je v veliki meri odvisna od delovanja in kompleksnosti mikorizosfere. Mikorizne glive (EM) prestavljajo pomemben ponor ogljika v večini talnih ekosistemov, saj se ogljik v mikorizi porablja za izgradnjo obsežnih micelijskih mrež v tleh in delovanje (translokacijo) asimilatov, hranil in vode v prostoru in času. Vedno več podatkov tudi kaže, da EM glive pomembno doprinašajo k tvorbi stabilnih oblik N in C v SOM v tleh. Kljub velikemu pomenu imajo ocene dinamika obrata izvenmatričnega micelija (EMM) precejšnjo negotovost. Na osnovi teh izhodišč smo pripravili pregled metod za kvantifikacijo produkcije, biomase v gozdu in obrata EM ter izpostavili bistvene točke, kjer so EM nezadostno vključene v trenutno metodologijo oziroma ostajajo nezadostno analizirani habitati in nezadostno analizirani tipi in združbe EM. Podatke in pomanjkljivosti smo pregledali in pripravili z namenom vključevanja v modele biogeokemijskih ciklov, analiz biomase v gozdnih tleh in pretokov hranil, saj EM glive kljub pomenu za delovanje gozdnih ekosistemov največkrat niso vključene v modele rasti in delovanja gozdnih ekosistemov. Definirali smo dva glavna vzroka za nevključenost: 1) pomanjkanje razumevanja delovanja EM gliv in 2) pomanjkanje relevantnih podatkov za parametrizacijo in validacijo modelov. V zadnjih letih je bil na obeh področjih sicer dosežen precejšen napredek, a nove informacije še niso našle poti v modele gozdnih tal in gozdnih ekosistemov. Zato smo publicirali odmeven pregledni članek, v katerem smo združili ustrezne baze podatkov (kvantiteta in obrat EM gliv, dinamiko dekompozicije opada,…) in nujne korake (oblikovanje baz, priprava računskih kod in aplikacije v modelih) za uspešno modeliranje EM gliv. Z uporabo modelov in ustreznih podatkov smo prispevali k boljšemu poznavanju EM rasti in vpliva temperature na rast EM in tudi na dinamiko drobnih (ECM) korenin, oboje v luči predvidenih klimatskih sprememb. Poleg preglednega prispevka smo intenzivno objavljali tudi izvirne podatke rezultatov modeliranja v izbranih gozdnih sestojih, ki so pomembni tako za mednarodno znanstveno sfero, kot za mednarodno in domačo strokovno javnost in uporabnike.

Popis emisij, ki opredeljuje in kvantificira primarne antropogene vire in ponore toplogrednih plinov posamezne države, je bistvenega pomena za soočanje s podnebnimi spremembami. Ta popis upošteva a) obsežen in podroben sklop metodologij za ocenjevanje virov in ponorov antropogenih toplogrednih plinov, ter b) skupen in dosleden mehanizem, ki omogoča državam pogodbenicam Okvirne konvencije Združenih narodov o spremembi podnebja (UNFCCC) primerjati relativni prispevek različnih virov emisij in toplogrednih plinov na podnebne spremembe. Za kvantifikacijo je pomembno poznavanje življenjskega obrata funkcionalnih komponent gozdnih ekosistemov, npr. dekompozicije velikih lesnih ostankov, panjev, drobnih korenin in micelija mikoriznih gliv. Navedene komponente smo vključili v razvoj semi-mehanicističnega eksperimentalnega modela za ocene dinamike ogljika v gozdnih tleh in mikorizosferi, preverili ustreznost splošnih modelov dinamike ogljika za razmere v Sloveniji ter predlagali razsoj sistema vrednotenja dinamike ogljika pod vplivi spremenjenih vremenskih razmer. Navedeni in drugi rezultati projeta o pomenu obrata drobnih korenin ter obrata micelija k dinamiki ogljika v gozdnih tleh, dekompozicije opada in velikih lesnih ostankov, oceni, testiranju in razvoju modelov za oceno pomena posameznih komponent gozdnih ekosistemov, vpliva gozdnogospodarksih ukrepov in klimatskih sprememb k dinamiki ogljika ter prispevek k razvoju metod za uporabo različnih nivojev poročanja, predstavljajo pomemben prispevek za izvajanje sistemskih zahtev in izpolnjevanju državnih obvez v okviru gozdarskega sektorja in sektorja povezanega povezanega s klimatskimi spremembami.