Εξερευνώντας τα χαρακτηριστικά των φύλλων και των απορριμμάτων στην αποσύνθεση
Η αποσύνθεση των απορριμμάτων φύλλων είναι μια ζωτική διαδικασία στα δασικά περιβάλλοντα:έτσι ανακυκλώνονται τα θρεπτικά συστατικά που αποθηκεύονται στα φύλλα, επιστρέφουν στο έδαφος και γίνονται διαθέσιμα για τα δέντρα για να τα προσλάβουν ξανά, διατηρώντας έτσι την ανάπτυξη και την επιβίωσή τους. Τα απορρίμματα φύλλων διασπώνται από φυσικούς παράγοντες (δηλαδή, διάλυση με νερό), καθώς και από ζωντανούς οργανισμούς, όπως μικρόβια του εδάφους και έντομα, αλλά ο ρυθμός με τον οποίο διασπώνται τα απορρίμματα εξαρτάται επίσης εν μέρει από τα χαρακτηριστικά του ίδιου του απορριμμάτων.
Πολλές έρευνες έχουν αποκαλύψει ότι η χημική σύνθεση των απορριμμάτων επηρεάζει το πόσο γρήγορα διασπάται και ενσωματώνεται στο δάσος, αλλά δεν έχει γίνει τόση δουλειά για να εξεταστεί ο ρόλος των φυσικών χαρακτηριστικών των φύλλων σε αυτή τη διαδικασία. . Όταν εξετάζουμε τη χημική σύνθεση των απορριμμάτων φύλλων, αυτές οι διαφορές που παρατηρούμε στη χημεία αντανακλούν διαφορετικές φυσικές δομές και χαρακτηριστικά που επηρεάζουν το πόσο γρήγορα διασπώνται τα απορρίμματα; Γνωρίζοντας περισσότερα για αυτό μπορεί να μας βοηθήσει να κατανοήσουμε καλύτερα τους μηχανισμούς με τους οποίους αποσυντίθενται τα απορρίμματα.
Γνωρίζουμε επίσης τώρα ότι πολλά χαρακτηριστικά των φύλλων ποικίλλουν μαζί κατά μήκος ενός φάσματος που στο ένα άκρο αντανακλά τιμές χαρακτηριστικών που συνήθως σχετίζονται με την απόκτηση πόρων (π.χ. υψηλές συγκεντρώσεις αζώτου στα φύλλα, μεγαλύτερη ειδική περιοχή σε σχέση με τη μάζα (ειδική επιφάνεια φύλλου) και άλλες τιμές χαρακτηριστικών που βρέθηκαν σε φυτά που τείνουν να αναπτύσσονται πιο γρήγορα, παράγοντας πλούσια σε θρεπτικά συστατικά, βραχύβια φύλλα) και το άλλο άκρο αντικατοπτρίζει τιμές χαρακτηριστικών που συνήθως συνδέονται με τη διατήρηση των πόρων (π. βρίσκεται σε φυτά που παράγουν φύλλα μεγαλύτερης διάρκειας, λιγότερο πλούσια σε θρεπτικά συστατικά). Αρκετές μελέτες έχουν δείξει ότι οι ρυθμοί αποσύνθεσης ποικίλλουν κατά μήκος αυτού του φάσματος στα φρέσκα φύλλα. Ισχύουν όμως οι σχέσεις μεταξύ των χαρακτηριστικών στα απορρίμματα φύλλων; Μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να συμπεράνουμε πόσο γρήγορα θα αποσυντίθενται τα απορρίμματα;
Πραγματοποιήσαμε τη μελέτη μας για να διερευνήσουμε πόσο καλά διαφορετικά φυσικά χαρακτηριστικά θα μπορούσαν να προβλέψουν πόσο γρήγορα διασπώνται τα απορρίμματα φύλλων και εάν τα χαρακτηριστικά των απορριμμάτων φύλλων θα σχετίζονται μεταξύ τους με τρόπο που θα παράγει ένα φάσμα που θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε για να συμπεράνουμε πόσο γρήγορα τα απορρίμματα από διαφορετικά τα φυτικά είδη θα αποσυντεθούν.
Μετρήσαμε μια ποικιλία φυσικών και χημικών χαρακτηριστικών τόσο σε φρέσκα φύλλα όσο και σε απορρίμματα φύλλων δώδεκα διαφορετικών ξυλωδών ειδών φυτών που προέρχονται από τη Βρετανική Κολομβία του Καναδά. Εξετάσαμε είδη πλατύφυλλων όπως η χάρτινη σημύδα (Betula papyrifera ), κόκκινη σκλήθρα (Alnus rubra ), και σφενδάμι με μεγάλα φύλλα (Acer macrophyllum ), και κωνοφόρων ειδών όπως το πεύκο (Pinus contorta ), έλατο Ντάγκλας (Pseudotsuga menziesii ), και το δυτικό κώνειο (Tsuga heterophylla ). Συμπεριλάβαμε επίσης τη δυτική πεύκη (Larix occidentalis ), ένα κωνοφόρο που ρίχνει τις βελόνες του κάθε χρόνο και salal (Gaultheria shallon ), ένας αειθαλής πλατύφυλλος θάμνος, ο οποίος πιστεύαμε ότι και οι δύο πιθανότατα βρίσκονται στη μέση ενός φάσματος που παράγεται από χαρακτηριστικά των φύλλων. Μετρήσαμε χημικά χαρακτηριστικά, όπως το ποσοστό αζώτου, το pH και τις συγκεντρώσεις υδατανθράκων και συμπεριλάβαμε φυσικά χαρακτηριστικά όπως η σκληρότητα και η πρόσληψη νερού. Μετρήσαμε επίσης το πάχος της επιδερμίδας (κηρώδες επίχρισμα) των φρέσκων φύλλων. από όσο γνωρίζουμε, το πάχος της επιδερμίδας δεν έχει συμπεριληφθεί σε μια μελέτη όπως αυτή.
Στη συνέχεια μετρήσαμε τα ποσοστά απώλειας μάζας απορριμμάτων αυτών των δώδεκα ειδών σε διάστημα ενός έτους, μετρώντας τις αλλαγές στη μάζα των απορριμμάτων που είχαμε τοποθετήσει σε σάκους πλέγματος (σακούλες απορριμμάτων) που τοποθετήσαμε στο δάσος. Διαπιστώσαμε ότι σχεδόν όλα αυτά τα είδη αποσυντέθηκαν πιο γρήγορα μετά τους πρώτους τρεις μήνες και επιβραδύνθηκαν μετά, έτσι αποφασίσαμε να εξετάσουμε την αναλογία της απώλειας μάζας από 0 έως 3 μήνες και στη συνέχεια από 3 έως 12 μήνες.
Διαπιστώσαμε ότι τα χαρακτηριστικά στρωμνής που μετρήσαμε ποικίλλουν μεταξύ τους, δημιουργώντας ένα φάσμα με υψηλή απώλεια έκπλυσης, πρόσληψη νερού, συγκέντρωση υδατοδιαλυτών εκχυλίσιμων υλικών και ειδική επιφάνεια φύλλων στο ένα άκρο και υψηλές τιμές πάχους, σκληρότητας και συγκέντρωσης οξέα-μη υδρολυόμενα υπολείμματα από την άλλη. αυτό το φάσμα μπορεί να σχετίζεται με τον βαθμό έκπλυσης που υφίσταται η στρωμνή. Βρήκαμε επίσης ότι το πάχος της επιδερμίδας συσχετίστηκε με την απώλεια μάζας κατά τους πρώτους τρεις μήνες, υποδηλώνοντας ότι τα παχύτερα πετσάκια μπορεί να επιβραδύνουν τον ρυθμό απώλειας μάζας. Εν ολίγοις, ορισμένα από τα φυσικά χαρακτηριστικά που μετρήσαμε, όπως το πάχος και η σκληρότητα της επιδερμίδας, εξηγούν την αποσύνθεση εξίσου καλά καθώς και ορισμένα από τα χημικά χαρακτηριστικά.
Το πάχος της επιδερμίδας συσχετίστηκε ισχυρά με τις συγκεντρώσεις υπολειμμάτων που δεν μπορούν να υδρολυθούν με οξύ, στα οποία περιλαμβάνεται η κουτίνη (ένα σημαντικό χημικό δομικό στοιχείο των επιδερμίδων). Ίσως η χρήση χημικών και φυσικών χαρακτηριστικών στην πρόβλεψη των ρυθμών αποσύνθεσης αντικατοπτρίζει διαφορετικούς τρόπους έκφρασης του ίδιου φαινομένου, αλλά η μέτρηση φυσικών χαρακτηριστικών μπορεί να προσφέρει πρόσθετες πληροφορίες και να μας βοηθήσει να δημιουργήσουμε περισσότερες υποθέσεις σχετικά με τον τρόπο με τον οποίο αυτή η απορρίμματα στην πραγματικότητα διασπάται, τις οποίες μπορούμε να εξερευνήσουμε περαιτέρω.
Τα χαρακτηριστικά που σχετίζονταν πιο έντονα με την απώλεια μάζας κατά τους πρώτους τρεις μήνες ήταν χαρακτηριστικά που θα μπορούσαν να σχετίζονται με την απώλεια έκπλυσης, όπως η πρόσληψη νερού από απορρίμματα, η απώλεια έκπλυσης, η ειδική επιφάνεια των φύλλων και οι συγκεντρώσεις υδατοδιαλυτών εκχυλίσιμων. Τα χαρακτηριστικά στρωμνής που σχετίζονται με απώλεια μάζας από 3 έως 12 μήνες περιλαμβάνουν σκληρότητα, ειδική επιφάνεια φύλλων και αναλογία άνθρακα προς άζωτο (C:N), με τα σκληρά απορρίμματα με χαμηλή ειδική επιφάνεια φύλλου και υψηλή C:N να αποσυντίθενται πιο αργά. Επειδή βρήκαμε επίσης σχέσεις με την αποσύνθεση και το άζωτο των φρέσκων φύλλων αλλά όχι με το άζωτο των απορριμμάτων, αναρωτιόμαστε εάν ίσως η σχέση μεταξύ αζώτου των φύλλων και αποσύνθεσης αντανακλά μια σχέση μεταξύ της αναλογίας του ιστού μεσοφύλλης στα φύλλα και της αποσύνθεσης. Ίσως τα φύλλα με υψηλότερες αναλογίες μεσοφύλλης, η οποία περιέχει μόρια χλωροφύλλης πλούσια σε άζωτο που διασπώνται κατά τη γήρανση (η διαδικασία κατά την οποία ένα δέντρο απορροφά θρεπτικά συστατικά από τα φύλλα τους πριν τα ρίξει ως απορρίμματα), σε αντίθεση με σκληρότερους ιστούς όπως οι φλέβες των φύλλων, αποσυντίθενται πιο γρήγορα γιατί είναι πιο προσιτά στους αποικοδομητές. Αυτή η υπόθεση, ωστόσο, πρέπει να ελεγχθεί.
Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι τα ευρήματά μας είναι παρατηρούμενα μοτίβα. δεν είναι το αποτέλεσμα ενός πειράματος που δοκιμάζει την επίδραση αυτών των χαρακτηριστικών στην αποσύνθεση. Από τις παρατηρήσεις μας, υποθέτουμε ότι τα χαρακτηριστικά των απορριμμάτων σχετίζονται μεταξύ τους και έτσι ένα φάσμα τιμών μπορεί να μας βοηθήσει να προβλέψουμε τα ποσοστά αποσύνθεσης. Υποθέτουμε επίσης ότι ίσως αξίζει να εξετάσουμε περαιτέρω τα φυσικά χαρακτηριστικά των απορριμμάτων φύλλων και τις σχέσεις τους με τη χημεία των απορριμμάτων, ώστε να κατανοήσουμε καλύτερα τους μηχανισμούς με τους οποίους τα απορρίμματα διασπώνται και τα θρεπτικά συστατικά ανακυκλώνονται στα δάση.
Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο Σχέσεις μεταξύ των λειτουργικών χαρακτηριστικών των φύλλων, των χαρακτηριστικών απορριμμάτων και της απώλειας μάζας κατά τις πρώιμες φάσεις της αποσύνθεσης απορριμμάτων φύλλων σε 12 ξυλώδη είδη φυτών, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Oecologia. Αυτή η εργασία διεξήχθη από την Jenna M. Zukswert και Cindy E. Prescott από το University of British Columbia.
