Perubahan iklim membuat pepohonan kesulitan 'bernafas'

Pepohonan kesulitan menyerap karbon dioksida yang memerangkap panas di iklim yang lebih hangat dan lebih kering, sehingga hal ini berarti pohon tidak lagi bisa menjadi solusi untuk mengimbangi jejak karbon umat manusia karena suhu bumi terus memanas, menurut sebuah studi baru yang dipimpin oleh Penn State. Peneliti.

“Kami menemukan bahwa pohon-pohon di iklim yang lebih hangat dan kering malah batuk dibandingkan bernapas,” kata Max Lloyd, asisten profesor riset geosains di Penn State dan penulis utama studi yang baru-baru ini diterbitkan dalam jurnal Science. Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional. “Mereka melepaskan lebih banyak karbon dioksida ke atmosfer dibandingkan pepohonan di kondisi yang lebih dingin dan basah.”

Melalui sebuah proses FotosintesisPohon menghilangkan karbon dioksida dari atmosfer untuk menghasilkan pertumbuhan baru. Namun, dalam kondisi stres, pepohonan melepaskan karbon dioksida ke atmosfer, suatu proses yang disebut fotorespirasi. Dengan menganalisis kumpulan data global jaringan pohon, tim peneliti menunjukkan bahwa laju fotorespirasi dua kali lebih tinggi di iklim hangat, terutama ketika air terbatas. Mereka menemukan bahwa ambang batas respons ini di iklim subtropis mulai terlampaui ketika suhu rata-rata siang hari melebihi sekitar 68 derajat. F Kondisi ini menjadi lebih buruk ketika suhu semakin meningkat.

Peran kompleks tumbuhan dalam adaptasi iklim

Temuan ini memperumit kepercayaan umum tentang peran tanaman dalam membantu menarik atau menggunakan karbon dari atmosfer, sehingga memberikan wawasan baru tentang bagaimana tanaman beradaptasi terhadap perubahan iklim. Yang lebih penting lagi, para peneliti mencatat bahwa ketika iklim memanas, temuan mereka menunjukkan bahwa tanaman mungkin kurang mampu menarik karbon dioksida dari atmosfer dan menyerap karbon yang diperlukan untuk membantu planet ini menjadi lebih dingin.

“Kita telah membuat siklus mendasar ini menjadi tidak seimbang,” kata Lloyd. “Tumbuhan dan iklim mempunyai keterkaitan yang sangat erat. Tarikan terbesar karbon dioksida dari atmosfer kita berasal dari organisme fotosintetik. Ini merupakan kunci penting dalam komposisi atmosfer, artinya perubahan kecil mempunyai dampak yang besar.”

Lloyd menjelaskan bahwa tanaman saat ini menyerap sekitar 25% karbon dioksida yang dihasilkan oleh aktivitas manusia setiap tahunnya, menurut Departemen Energi AS, namun persentase ini kemungkinan akan menurun di masa depan seiring dengan memanasnya iklim, terutama jika air menjadi langka.

“Ketika kita memikirkan masa depan iklim, kita memperkirakan karbon dioksida akan meningkat, yang secara teori baik bagi tanaman karena molekul itulah yang mereka hirup,” kata Lloyd. “Tetapi kami telah menunjukkan bahwa akan ada trade-off yang tidak diperhitungkan oleh beberapa model umum. Dunia akan menjadi lebih hangat, yang berarti tanaman akan kehilangan kemampuan untuk menarik karbon dioksida.

Dengan menganalisis kumpulan data global jaringan pohon, tim yang dipimpin oleh peneliti Penn State menunjukkan bahwa laju fotorespirasi pada pohon dua kali lebih tinggi di iklim hangat, terutama ketika air terbatas. Mereka menemukan bahwa ambang batas respons ini di iklim subtropis, seperti wilayah Appalachia dan Lembah ini, mulai terlampaui ketika suhu rata-rata siang hari melebihi sekitar 68 derajat Fahrenheit dan memburuk ketika suhu semakin meningkat. Kredit: Warren Reed/Penn State

Dalam studi tersebut, para peneliti menemukan bahwa variasi kelimpahan isotop tertentu pada bagian kayu yang disebut gugus metoksil bertindak sebagai pelacak fotorespirasi pada pohon. Lloyd menjelaskan bahwa Anda dapat menganggap isotop sebagai berbagai jenis atom. Sama seperti es krim versi vanila dan coklat, atom dapat memiliki isotop berbeda yang memiliki “rasa” uniknya sendiri karena perbedaan massanya. Tim mempelajari tingkat “rasa” isotop metoksil dalam sampel kayu dari sekitar tiga lusin spesimen pohon dari berbagai iklim dan kondisi di seluruh dunia untuk mengamati tren fotorespirasi. Sampel berasal dari arsip di Universitas California, Berkeleyyang berisi ratusan sampel kayu yang dikumpulkan pada tahun 1930-an dan 1940-an.

“Database ini awalnya digunakan untuk melatih para ahli kehutanan bagaimana mengenali pohon-pohon dari berbagai tempat di seluruh dunia, jadi kami menggunakannya kembali untuk merekonstruksi hutan-hutan ini untuk melihat seberapa baik mereka menyerap karbon dioksida,” kata Lloyd.

Hingga saat ini, laju fotorespirasi hanya dapat diukur secara real-time dengan menggunakan tanaman hidup atau spesimen mati yang terpelihara dengan baik dan masih mempertahankan karbohidrat struktural. Artinya, hampir mustahil untuk mempelajari laju penyerapan karbon oleh tanaman dalam skala besar atau di masa lalu. . Lloyd menjelaskan.

Melihat ke masa lalu untuk memahami masa depan

Kini setelah tim memvalidasi metode pemantauan laju fotorespirasi menggunakan kayu, ia mengatakan metode tersebut dapat memberikan para peneliti alat untuk memprediksi seberapa baik pohon akan “bernafas” di masa depan dan bagaimana kinerjanya di iklim masa lalu.

Jumlah karbon dioksida di atmosfer meningkat pesat; Menurut data, jumlah tersebut sudah lebih besar dibandingkan sebelumnya dalam 3,6 juta tahun terakhir Administrasi Kelautan dan Atmosfer Nasional. Lloyd menjelaskan, periode ini relatif baru dalam waktu geologis.

Tim sekarang akan bekerja untuk menemukan tingkat fotorespirasi di masa lalu, hingga puluhan juta tahun yang lalu, dengan menggunakan kayu yang membatu. Metode ini akan memungkinkan para peneliti untuk secara eksplisit menguji hipotesis yang ada mengenai perubahan dampak fotorespirasi tanaman terhadap iklim seiring waktu geologis.

“Saya seorang ahli geologi, bekerja di masa lalu,” kata Lloyd. “Jadi, jika kita tertarik pada pertanyaan besar tentang bagaimana siklus ini terjadi ketika iklim sangat berbeda dibandingkan sekarang, kita tidak bisa menggunakan tanaman hidup. Kita mungkin harus kembali ke jutaan tahun yang lalu untuk lebih memahami apa yang terjadi di bumi. masa depan akan terlihat seperti apa.”

Referensi: “Pengelompokan isotop pada kayu sebagai alternatif fotorespirasi pada pohon” oleh Max K. Lloyd, Rebekah A. Stein, Daniel E. Ibarra, Richard S. Barclay, Scott L. Wing, David W. Stahle, Todd E. Dawson dan Daniel A. . Stolper, 6 November 2023, Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional.
doi: 10.1073/pnas.2306736120

Penulis lain dalam makalah ini adalah Rebecca A. Stein, dan Daniel A. Stolper, dan Daniel E. Ibarra, dan Todd E. Dawson dari Universitas California, Berkeley; richard s. Barclay dan Scott L. Wing dari Museum Nasional Sejarah Alam Smithsonian, dan David W. Stahl dari Universitas Arkansas.

Pekerjaan ini sebagian didanai oleh Aguron Institute, Hyssing-Simons Foundation, dan US National Science Foundation.