Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Vliv kyselé atmosférické depozice na koloběh uhlíku a dusíku „nejen“ v půdách Filip Oulehle, Chris Evans, Henning Meesenburg, Jakub Hruška, Pavel Krám,

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Vliv kyselé atmosférické depozice na koloběh uhlíku a dusíku „nejen“ v půdách Filip Oulehle, Chris Evans, Henning Meesenburg, Jakub Hruška, Pavel Krám,"— Transkript prezentace:

1 Vliv kyselé atmosférické depozice na koloběh uhlíku a dusíku „nejen“ v půdách Filip Oulehle, Chris Evans, Henning Meesenburg, Jakub Hruška, Pavel Krám, Oldřich Myška, Jiří Kopáček, Jack Cosby, Dick Wright

2 Pět témat o kterých bych dnes rád mluvil: Globální rozsah kyselé atmosférické depozice Vliv acidifikace prostředí na akumulaci uhlíku v lesních půdách Vliv acidifikace na mobilitu rozpuštěného organického uhlíku (DOC) Vztah mezi přístupností DOC a půdní respirací Propojení dynamiky C a N v biogeochemických modelech (MAGIC) Intro Monitoring Experiment Modelování

3 Celková depozice S (mg m -2 yr -1 ) 2000 Celková depozice N (mg m -2 yr -1 ) 2000 Dentener F. et al., 2006, GLOBAL BIOGEOCHEMICAL CYCLES, VOL. 20, GB4003 Poměr budoucí odhadované depozice N (CLE 2030) ku stávající situaci (2000) Výhled(2030) S depozice na základě CLE (Current Legislation scenario) Smith S.J. et al., 2011, ATMOSPHERIC CHEMISTRY AND PHYSICS, 11, 1101–1116 Globální rozsah kyselé atmosférické depozice

4 Acidifikace půd Ca Mg K K K Ca K K Na Ca Mg K Na H H H H H H H H H H H H H H H Al H 2 SO 4 + BC = (BC)SO 4 + 2H + (1) Al(OH) 3 + 3H + = Al H 2 O(2)

5 Půdní uhlíkový cyklus Rostliny Půdní organická hmota (SOM) Mikrobiální obrat CO 2 opad Crespirace Rozpuštěný organický materiál (DOM) DOC DON

6 Vliv acidifikace prostředí na akumulaci uhlíku v lesních půdách Experimentální důkazy: - Zpomalení dekompozice opadu při simulovaném kyselém dešti (e.g. Pennanen et al., 1998; Persson et al., 1989) - Negativní vliv koncentrace Al na přístupnost uhlíku pro mikroorganismy (e.g. Scheel et al., 2007) - vliv pH na aktivitu enzymů (e.g. Sinsabaugh, 2010) Přídavek Al ve formě AlCl 3 : Vliv na chemismus půdních vod Přídavek Al ve formě AlCl 3 : Vliv na půdní repiraci C A2 Mulder J. et al., 2001, WATER, AIR AND SOIL POLLUTION 130:

7 Dlouhodobý monitoring: - Napříč zalesněnými povodí v ČR (n=14), S depozice vysvětluje 32% variability půdního poměru C/N a 50% variability mocnosti nadložního humusu (Oulehle et al., 2008) Výzkumná plocha Načetín: Zdroj Wet deposition of sulphur (top) and nitrogen (bottom) in Europe based on the EMEP model Oulehle F, Evans C.D., Hofmeister J et al., 2011, GLOBAL CHANGE BIOLOGY 17, Vliv acidifikace prostředí na akumulaci uhlíku v lesních půdách

8 y=-0.133x R 2 =0.95 Výzkumná plocha Načetín: - Zásoba C v nadložním humusu poklesla o 47% od roku Celková depozice S poklesla o 77% ve stejném období dC/dS = 509 Oulehle F, Evans C.D., Hofmeister J et al., 2011, GLOBAL CHANGE BIOLOGY 17, Vliv acidifikace prostředí na akumulaci uhlíku v lesních půdách

9 Výzkumná plocha Solling (Německo): Source Wet deposition of sulphur (top) and nitrogen (bottom) in Europe based on the EMEP model Unpublished data kindly provided by Henning Meesenburg Effects of acid deposition on soil C accumulation

10 y=-0.102x R 2 =0.91 y=-1.82x R 2 =0.85 Unpublished data kindly provided by Henning Meesenburg Effects of acid deposition on soil C accumulation -Zásoba C v nadložním humusu poklesla o 39% od roku Celková depozice S poklesla o 75% ve stejném období Výzkumná plocha Solling (Německo): dC/dS = 560

11 Zdá se, že půdní acidifikace má za následek redukci dekompozice půdní organické hmoty a její následnou akumulaci v půdách. Pokles kyselé atmosférické depozice v posledních letech vedl k remobilizaci takto akumulovaného uhlíku. Shrnutí

12 Půdní uhlíkový cyklus Rostliny Půdní organická hmota (SOM) Mikrobiální obrat CO 2 opad Crespirace Rozpuštěný organický materiál (DOM) DOC DON

13 Why is dissolved organic carbon (DOC) important ? Important feature of many aquatic ecosystems with wide-ranging ecological impacts – Effects on aquatic metabolism as a substrate for heterotrophic production – Influence on primary production through light availability – Resposible for transport of many organic pollutants and heavy metals – Effects on water chemistry, e.g. pH Vinnetou and Plitvice Lakes National Park in Croatia Effects of acid deposition on DOC

14 Why is dissolved organic carbon (DOC) important ? Most important form of organic carbon transport from terrestrial to aquatic ecosystems – Global estimates of both annual riverine organic C transport and soil C sequestration rates are comparable, suggesting that riverine losses of organic C may regulate future changes in soil C storage Stream DOC flux may represent around 10% of the net ecosystem exchange (NEE) for boreal forests (Schelker et al., 2012) and 25% of the NEE for boreal bogs (Nilsson et al., 2008) – Stream DOC may reflect changes in catchment C cycling Estimated annual carbon budget for the Auchencorth catchment in Scotland Billett et al., (2004) Lysina - temperate forest ecosystem in the Czech Republic Annual C increment in tree biomass ¬ 1745 kg C ha -1 yr -1 Annual DOC flux – 97 kg C ha -1 yr -1 (6%) Pg C yr -1 In-land aquatic component in the global C balance (Cole et al., 2007)

15 Why is dissolved organic carbon (DOC) important ? DOC has increased: In much of Europe and North America In lakes and streams In forests and moorlands In waterlogged and aerated soils At high and low flows Prague 2002

16 Strong evidence of a relationship between acid deposition and organic matter solubility Solubility of DOC is dependent on: Acidity Ionic strength Aluminium concentration Decomposition of organic matter (which produces DOC) also affected by pH, …and N Effects of acid deposition on DOC Results from acidity manipulation experiment in UK Acid treatment – H 2 SO 4 Alkaline treatment - NaOH + MgCl 2 Consistent, positive DOC response to pH change at all sites, which can be described by a simple, general relationship, such that a 1 unit increase in soil solution pH is sufficient to more than double DOC concentrations. Temporal coherence between SO 4 declines and DOC increases in Central European catchments Oulehle F. and Hruska J., 2009, ENVIRONMENTAL POLLUTION 157: Evans C.D.,2012, GLOBAL CHANGE BIOLOGY 18:

17 Zdá se, že půdní acidifikace má za následek redukci dekompozice půdní organické hmoty a její následnou akumulaci v půdách. Pokles kyselé atmosférické depozice v posledních letech vedl k remobilizaci takto akumulovaného uhlíku. Pokles atmosférické depozice síry je v přímé souvislosti s dlouhodobými trendy DOC koncentrací. Takže vzrůstající DOC v Evropě, USA ještě nemusí znamenat, že DOC stoupá globálně (třeba díky oteplování) Shrnutí

18 Půdní uhlíkový cyklus Rostliny Půdní organická hmota (SOM) Mikrobiální obrat CO 2 opad Crespirace Rozpuštěný organický materiál (DOM) DOC DON

19 Vliv půdní kyselosti a nabídky N na koloběh C v lesních půdách

20

21 Long-term komory - SPRUCE Počet replikací - 4

22 Vliv půdní kyselosti a nabídky N na koloběh C v lesních půdách

23 Soil water chemistry SMRKBUK O horizont -30 cm

24 Soil water chemistry SMRKBUK O horizont -30 cm

25 Zdá se, že půdní acidifikace má za následek redukci dekompozice půdní organické hmoty a její následnou akumulaci v půdách. Pokles kyselé atmosférické depozice v posledních letech vedl k remobilizaci takto akumulovaného uhlíku. Pokles atmosférické depozice síry je v přímé souvislosti s dlouhodobými trendy DOC koncentrací. Takže vzrůstající DOC v Evropě, USA ještě nemusí znamenat, že DOC stoupá globálně (třeba díky oteplování) Pokud se mění nabídka substrátu pro heterotrofní respiraci díky změnám půdního chemismu, můžeme očekávat změnu v míře dekompozice organického materiálu a ustanovení nového steady state – globální vliv na akumulaci uhlíku v půdách. Shrnutí

26 Půdní uhlíkový cyklus Rostliny Půdní organická hmota (SOM) Mikrobiální obrat CO 2 opad Crespirace Rozpuštěný organický materiál (DOM) DOC DON

27 Modelling C and N dynamics using new version of MAGIC model MAGIC (Model for Acidification of Groundwater In Catchments) -Developed to predict the long-term effects of acidic deposition on surface water chemistry -Model simulates soil and surface water chemistry in response to changes in drivers such as deposition of S and N, land use practices, climate… - As sulphate concentrations have decreased, in response to the decreased S deposition, nitrate (NO 3 ) has become increasingly important. In acid soils much of the NO 3 leached from soil is accompanied by the acid cations H+ and inorganic aluminium (Ali) -In the early versions of MAGIC retention of N was calculated empirically as a fraction of N deposited from input-output budgets -Later on fraction N retained was described as a function of the N richness of the ecosystem (soil C/N ratio in this case) -Alternative formulation of N retention in new version of MAGIC is based directly on the microbial processes which determine the balance of N mineralization and immobilization

28 Modelling nitrogen with MAGIC Alternative formulation of N retention in new version of MAGIC (MAGIC v7ext) is based directly on the microbial processes which determine the balance of N mineralization and immobilization. Conceptually developed by Jack Cosby - Inorganic N enters the model as deposition (wet and dry) - Time series of plant litter and N fixation (litter C and N) are external inputs to SOM. At each time step, decomposers process some of the C and N content of SOM (FC1 and FN1). A portion of this C and N turnover returns to the SOM as decomposer biomass (FC2 and FN2), while the remainder is lost from SOM as CO 2 and NH 4 (FC3 and FN3) or as DOC and DON (FC4 and FN4).

29 Modelling nitrogen with MAGIC Preliminary testing of MAGIC performance in monthly time step Soil organic matter decomposition and N uptake driven by changes in soil temperature – Q10 fce (calculated externaly) potential application in climate change scenario assessment Čertovo lake

30 Modelling nitrogen with MAGIC

31 Modelling with MAGIC Šumava – Čertovo jezero

32 Zdá se, že půdní acidifikace má za následek redukci dekompozice půdní organické hmoty a její následnou akumulaci v půdách. Pokles kyselé atmosférické depozice v posledních letech vedl k remobilizaci takto akumulovaného uhlíku. Pokles atmosférické depozice síry je v přímé souvislosti s dlouhodobými trendy DOC koncentrací. Takže vzrůstající DOC v Evropě, USA ještě nemusí znamenat, že DOC stoupá globálně (třeba díky oteplování) Pokud se mění nabídka substrátu pro heterotrofní respiraci díky změnám půdního chemismu, můžeme očekávat změnu v míře dekompozice organického materiálu a ustanovení nového steady state – globální vliv na akumulaci uhlíku v půdách. Vzájemné propojení uhlíkového a dusíkového cyklu biogeochemickém modelování funguje Možnost odhadu budoucího vývoje N saturace a C imobilizace při měnících se podmínkách (T) BUDOUCNOST (naše) propojení mikrobiálního výzkumu a biogeochemie zavedení ekologické stochiometrie (C,N,P) do biogeochemického modelování Shrnutí


Stáhnout ppt "Vliv kyselé atmosférické depozice na koloběh uhlíku a dusíku „nejen“ v půdách Filip Oulehle, Chris Evans, Henning Meesenburg, Jakub Hruška, Pavel Krám,"

Podobné prezentace


Reklamy Google