Von Clare Ziegler, Rosemary Dyson und Iain Johnston

Kohlendioxid ist die Welt verändern, und Ebenen sind stetig steigend. Menschliche Aktivitäten pumpen CO₂ in die Atmosphäre. Dies wirkt sich auf das Klima und das Pflanzenwachstum auf der ganzen Welt aus. Es besteht ein dringender Bedarf, die Wirkung von erhöhtem COXNUMX zu kennen₂ auf die Ökosysteme der Welt, um genaue wissenschaftliche, ökologische und wirtschaftliche Vorhersagen über den zukünftigen Klimawandel zu treffen.

Pflanzen spielen dabei eine zentrale Rolle CO des Planeten₂ Haushalt. Bei der Photosynthese wird CO aufgenommen₂ aus der Atmosphäre, und die Pflanzenatmung gibt es wieder frei. Wenn mehr aufgenommen als freigesetzt wird, können Pflanzen als Kohlenstoffsenke fungieren und den CO-Gehalt in der Atmosphäre reduzieren₂. Aber wie viel Waschbecken können Pflanzen bieten? Und wie wird sich ein sich änderndes Klima darauf auswirken? CO wechseln₂ Ebenen beeinflussen, wie Pflanzen wachsen. Verschiedene Pflanzen können unterschiedlich auf CO-Änderungen reagieren₂. Andere Prozesse in einem Ökosystem können Kohlenstoff aufnehmen oder freisetzen. Aufgrund dieser Komplikationen finden es Forscher schwierig zu messen, wie viel Kohlenstoff von echten Ökosystemen wie britischen Wäldern aufgenommen wird. Insbesondere wissen wir nicht, wie der zukünftige Anstieg von COXNUMX ausfallen wird₂ Waldökosysteme beeinträchtigen.

Im Birmingham Institut für Forstforschung (BIFoR) sind wir daran interessiert, diese Fragen zu beantworten. Aber wie können wir untersuchen, wie Ökosysteme auf zukünftiges CO reagieren?₂ Ebenen? Wir benutzen ein cooler Versuchsaufbau namens FACE. Dies steht für Free-Air Carbon Enrichment. In einem Labor könntest du eine einzelne Pflanze in einem Schrank mit erhöhtem CO anbauen₂ – FACE skaliert dies auf die Ebene des Ökosystems. Unser Experiment findet in einem 100 Jahre alten Eichenwald in Staffordshire statt. Wir haben im Wald einige Rohrleitungen im industriellen Maßstab installiert, die CO pumpen₂ in fokussierte Regionen mit einem Durchmesser von etwa 30 m. Diese Regionen erleben eine Atmosphäre mit CO₂ um 150 ppm erhöhte Werte – die für 2050 vorhergesagten Werte. Dies ermöglicht es, den Einfluss von erhöhtem Kohlenstoff auf Pflanzen zu beobachten, die in ihrer natürlichen Umgebung wachsen. Wir haben viele coole Forschungsprojekte, die sich mit vielen verschiedenen Aspekten des Ökosystems befassen.

Neueste Ansicht von der BIFoR Phenocam

Clare Ziegler ist Doktorandin am BIFoR und untersucht die Auswirkungen von erhöhtem CO₂ (Öko₂) auf den Wurzelsystemen unterhalb des Waldbodens. Wurzeln sind ein wichtiges Pflanzenorgan, bieten Unterstützung und Nährstoffe. Sie bringen beim Wachsen Kohlenstoff in die Erde. Dieser Kohlenstoff wird beim Absterben auf den Boden übertragen. Ihr Wachstum, ihre Architektur, ihr Umsatz und ihre Entwicklung müssen verstanden werden, um Kohlenstoff in einem Ökosystem zu verstehen. Sie sind jedoch sehr schwer zerstörungsfrei zu überwachen – wie beobachtet man ein Wurzelsystem, ohne zu graben? Eine Lösung dafür sind Minirhizotrons, durchsichtige Kunststoffröhren, die in den Boden eingelassen werden. Wurzeln, die gegen das Rohr wachsen, können dann im Laufe der Zeit mit einer speziellen Kameraausrüstung abgebildet werden, um wichtige Daten darüber zu sammeln, was unter der Erde passiert.

Diese Bilder werden einmal im Monat von allen 24 Röhren vor Ort gesammelt, von denen die Hälfte eCO erfahren₂ und die Hälfte davon bleibt als Kontrolle unter natürlichen Bedingungen. Wir analysieren diese Bilder mit spezieller Software, um das Wachstum und die Dynamik von Wurzelsystemen anhand von Faktoren wie Astlänge, Anzahl der Äste und Astbreite zu quantifizieren. Diese Daten werden dann einer mathematischen Analyse unterzogen, um Unterschiede zwischen eCO zu untersuchen₂ und Kontrollwurzeln. Wir werden diese Daten verwenden, um Rückschlüsse auf die Wirkung von erhöhtem Kohlendioxid auf Pflanzenwurzeln zu ziehen. Wir werden auch in der Lage sein, herauszufinden, wie sich das Verhalten von Pflanzenwurzeln auf atmosphärischen Kohlenstoff auswirkt. Diese Arbeit wird eine wichtige Komponente der umfassenderen wissenschaftlichen und Umweltforschung bilden, die innerhalb des Waldes und weltweit stattfindet.

Wir haben kürzlich Arbeiten auf einer präsentiert Pint der Wissenschaft Outreach-Veranstaltung in Birmingham und wollten eine visuelle Darstellung des Projekts und dessen, was wir uns ansehen. Clare machte eine Reihe von Bildern, die das gesamte Innere einer der Röhren abdeckten, die in den Waldboden in der Nähe einer jungen Eiche und mehrerer Unterdachpflanzen, darunter Brombeersträucher, Farne und Glockenblumen, eingebettet ist. Sie fügte die Bilder zu einem Megabild zusammen, das eine 360-Grad-Ansicht nach oben und unten durch die gesamte Röhre abdeckt und eine diagonale Säule von etwa 50 cm unterirdischen Raums umfasst. Das Bild wurde leicht bearbeitet GIMPUm die Kanten an den Bildübergängen zu glätten und das Bild etwas ansprechender zu gestalten (das Wurzelsystem blieb unverändert), wurde das Foto auf Kuula, einer Panorama-Hosting-Plattform, hochgeladen. Dadurch entstand eine visuelle Darstellung des Rohrinneren, die sich problemlos auf jedem Computer oder Mobiltelefon betrachten lässt. Werfen Sie einen Blick hier – Sehen Sie, ob Sie Wurzeln verschiedener Pflanzen entdecken können, die um unterirdische Nährstoffe kämpfen!

Zusätzlich (buchstäblich) zu dieser unterirdischen Arbeit führen wir viele andere mathematische Forschungen durch, um zu erforschen, wie Pflanzen wachsen und funktionieren. Unsere Forschung hat erforscht wie Pflanzen reagieren auf andere Umweltreize (wie Temperatur), wie Pflanzen „würfeln“ damit Samen keimen zu unterschiedlichen Zeiten und wie effizient Photosynthese hat sich über Jahrmillionen entwickelt.

Clare, Rosemary und Iain arbeiten an der University of Birmingham an der Anwendung mathematischer Modelle und Statistiken auf Fragen der Pflanzenwissenschaften. Clare ist Doktorand am Birmingham Institute for Forest Research (BIFoR), Rosmarin ist Senior Lecturer in Angewandter Mathematik und Iain ist Birmingham Fellow in Biowissenschaften.