Tropické lesy sú kľúčovým regulátorom globálneho uhlíkového cyklu, pričom vymieňajú s atmosférou viac oxidu uhličitého (CO2) než ktorékoľvek iné suchozemské biomy. Klimatické modely predpovedajú v nadchádzajúcich desaťročiach bezprecedentné klimatické otepľovanie v tropických regiónoch. Napriek tomu, in situ terénne štúdie otepľovania v tropických lesoch kriticky chýbajú. Prevládal názor, že tropické ekosystémy budú menej citlivé na otepľovanie ako ekosystémy vo vyšších zemepisných šírkach, čo sa zakladalo najmä na laboratórnych experimentoch a štúdiách výškových gradientov. Nová rozsiahla štúdia vykonaná v Portoriku však prináša prekvapivé výsledky, ktoré spochybňujú túto paradigmu.

Experiment TRACE v Portoriku

Výskumníci v rámci experimentu „Tropical Responses to Altered Climate Experiment (TRACE)“ v Luquillo Experimental Forest v Portoriku, umelo zvýšili teplotu pôdy a podrastových rastlín o 4 °C nad okolitú teplotu do hĺbky minimálne 50 cm. Na dosiahnutie tohto oteplenia použili hexagonálne pole infračervených ohrievačov. Štúdia prebiehala rok (od septembra 2016 do septembra 2017), pričom polhodinové miery dýchania pôdy sa merali nepretržite, čo viedlo k 57 450 meraniam. Tri vyhrievané parcely boli spárované s tromi kontrolnými parcelami s podobnou topografickou polohou (spodný, stredný a horný svah), aby sa zabezpečila porovnateľnosť.

Dramatický nárast dýchania pôdy

Výsledky experimentu ukázali, že miery dýchania pôdy boli vo vyhrievaných parcelách o 42 % až 204 % vyššie v porovnaní s kontrolnými parcelami. Tieto miery predstavujú jedny z najvyšších hodnôt dýchania pôdy zaznamenaných v akomkoľvek suchozemskom ekosystéme. Oteplenie viedlo k uvoľneniu značného množstva dodatočného CO2 do atmosféry: 6,5, 9,7 a 81,7 Mg CO2-C na hektár ročne viac vo vyhrievaných parcelách na spodnom, strednom a hornom svahu, v uvedenom poradí. Napríklad dodatočný CO2 uvoľnený zo stredného svahu bol ekvivalentný celkovej ročnej čistej primárnej produkcii (NPP) mierneho trávneho porastu. Najdramatickejšie zvýšenie (204 %) bolo pozorované na hornom svahu, čo z neho robí „horúci bod“ pre uvoľňovanie CO2. Tieto zistenia sú výrazne vyššie ako 95 % rozpätie pozorované v experimentoch otepľovania v lesoch severnej pologule (12 – 31 %).

Zmeny v mechanizmoch a pôdnej vlhkosti

Napriek výrazne vyššej rýchlosti dýchania sa teplotná citlivosť (Q10) pôdy znížila o 71,7 % vo vyhrievaných parcelách (z 2,51 na 0,71). Hoci Q10 klesol, samotné miery dýchania boli vyššie, čo naznačuje posun k celkovo vyšším bazálnym metabolickým rýchlostiam. Štúdia tiež zistila, že živá biomasa jemných koreňov bola po šiestich mesiacoch otepľovania o 32 % nižšia vo vyhrievaných parcelách. Naopak, biomasa pôdnych mikroorganizmov sa významne zvýšila, a to o viac ako 50 % vo vyhrievaných parcelách. Tieto výsledky naznačujú, že nárast dýchania pôdy bol spôsobený hlavne zvýšeným uvoľňovaním CO2 z mikrobiálnych zdrojov, zatiaľ čo príspevok CO2 pochádzajúceho z koreňov klesol.

Zaujímavé sú aj interakcie s pôdnou vlhkosťou. Zatiaľ čo pôda na spodnom a strednom svahu bola pod vplyvom otepľovania suchšia (o 6,8 % a 16 % menej vody), pôda na hornom svahu bola prekvapivo vlhkejšia (o 18 % viac vody). Tieto údaje naznačujú, že otepľovanie bude čiastočne regulovať dýchanie pôdy prostredníctvom interakcií s pôdnou vlhkosťou.

Dôsledky pre budúcu klímu

Tieto zistenia vyvracajú dlhodobý predpoklad, že tropické lesy budú relatívne necitlivé na otepľovanie. Miery dýchania pôdy boli podstatne vyššie (o 42 – 205 %) vo vyhrievaných parcelách vo všetkých topografických polohách. To má podstatné dôsledky pre prognózy budúcej klímy v globálnom meradle a zdôrazňuje, že tropické lesy môžu v teplejšom svete viesť k rozsiahlym stratám uhlíka. Štúdia tiež ukazuje, že reakcie tropických ekosystémov sú komplexné a môžu sa líšiť v závislosti od konkrétneho lesného typu a podmienok, čo podčiarkuje potrebu ďalších in situ výskumov. JRi