Ormanların Hava Kalitesini ve İklim Değişikliğini Nasıl Etkilediğini Öğrenmek İçin, Toprağı Anlamamız Şart!

Ağaçlar, genellikle çevresel tahribatları azaltan kahramanlardır. İklim değişikliğinin hızını yavaşlatırlar; atmosferdeki karbondioksit, su ve hava kalitesini iyileştirirler, nitrojen gibi besin maddelerinin döngülerine katılırlar.

Tüm ağaç türleri, bu görevleri yerine getirmek için görünür kısımlarını kullanmazlar. Ağaçların ekosistem üzerindeki en güçlü etkiye sahip görevlerinden bazıları, toprağın altında ve görmediğimiz alanda, gözden ırakta gerçekleşir. Hal böyle olunca, patojenler sebebiyle ve iklim değişikliğinden dolayı ağaç türlerinin değişime uğramasıyla, bu etkenlerin ne gibi sonuçlara sebebiyet verebileceğini ve yeniden ağaçlandırma çabalarında hangi ağaç türlerinin en çok fayda verebileceğini tahmin etme çabaları da zorlaşmaktadır.

Bunlara ek olarak araştırmacılar, farklı ağaç türlerinin bir arada bulunmasıyla meydana gelmiş ormanların sirkülasyonlarının neden ve ne şekillerde farklılık gösterdiğini yıllar boyunca anlamaya çalıştılar. Yeryüzünde çok fazla sayıda tür bulunması nedeniyle, her bir ağaç türünün karbon döngüsü ve besin döngüsü üzerindeki benzersiz ve birbirinden önemli olan rollerini incelemek kolay değildir. Son zamanlarda da küresel iklim değişiminden dolayı ağaç türlerinin değişmesinin nasıl sonuçlara yol açtığını anlamak için ağaçları sınıflandırmaya yönelik bir çaba vardır.

Bu sınıflandırma çalışmalarına girişimde bulunan, Indiana Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, Batı Virginia Üniversitesi, NASA Jet İtki Laboratuvarı, Virginia Üniversitesi ve Warwick Üniversitesi’nden bilim insanlarının işbirliği içerisinde yaptıkları çalışmaların sonucunda, “ılıman orman ağaçlarını”, ağaçların simbiyotik ilişki içinde olduğu mantarların türüne göre sınıflandırmayı buldular. Bu bulgu, ağaçlar ve ormanların birlikte nasıl etkileşim gösterdiklerinin geniş yelpazeli bir göstergesi olarak kullanılabilir.

Bir ağacın sıklıkla ilişkili olduğu mantar türü, ağaçların nasıl fonksiyon göstereceğini belirlediği için, ağaçları mikorizal mantar türlerine göre sınıflandırmanın ağaçları sınıflandırmak için iyi ve pratik bir yol olduğu öne sürülmüştür. Neredeyse bütün ağaçlar en az iki tür mikorizal mantardan biriyle ilişkilidir. Bu özelleşmiş mantarlar, ağaçların kökleriyle karşılıklı olarak bağlantılar ve ilişkiler kurarlar; bu da mantarın ağaçtan karbon elde etmesinin karşılığında, ağacın da mantar aracılığıyla topraktan besin elde etme kabiliyetini artırır.

Global Change Biology ve Ecology Letters‘da yayınlanan iki çalışmada araştırmacılar, arbusküler mikorizal (AM) mantarlarla ilişkilendirilen ağaçların hakim olduğu orman meşcerelerinin, ektomikorizal (ECM) mantarlarla ilişkilendirilen ağaçların hakim olduğu meşcerelerden ne gibi farklılıklarının olduğunu bildirdiler: Karbonu ve nitrojeni depoluyorlardı ve tutuyorlardı.^{[1], [2]}

İlk çalışmada yazarlar, hızlı döngülü döküntü veren akçaağaç, lale ağaçları, kiraz ve dişbudak gibi arbusküler mikorizal, yani AM ile ilişkili ağaçların nitrojeni işleyebilen daha fazla gene sahip toprak mikrobiyal topluluklarını harekete geçirdiğini bulmuşlardır. Bu hareketlenme, hava kalitesini düşüren nitrojen gazlarının salınmasına neden olur. Buna karşılık meşe, ceviz, kayın ve baldıran gibi ektomikorizal yani ECM ile ilişkili ağaçlar az sayıda nitrojen döngüsü genine sahip mikrobiyal toplulukları harekete geçiren ve daha düşük nitrojen gazı kayıplarına yol açan yavaş döngülü döküntüler üretir.

Ağaç türlerinin ve bu ağaçların yakınında bulunan toprak mikroorganizmalarının ilişkileri arasındaki bağlantıyı anlamak için araştırmacılar Amerika Birleşik Devletleri’nin doğusundaki altı ormana eşit olarak yayılmış 54 parselden toprak örneği topladılar. Örneği topladıkları alanlarda hem AM hem ECM ile ilişkili ağaçları vardı. Her arsadaki toprak örneklerinden DNA elde ettiler ve azot döngüsü için kritik olan genlerin bolluğunu araştırdılar. Daha sonra topraktan ne kadar nitrojen gazı salındığını ölçmek ve bu salınımın nitrojen döngüsünü sürdüren genlerin bolluğu ile ilgili olup olmadığını belirlemek için toprakları laboratuvardaki kapalı odalara yerleştirdiler. Çalışmanın baş yazarı Ryan Mushinski şöyle anlatıyor:

Hangi ağaç türlerinin mevcut olduğuna bakılmaksızın, AM ağaçlarının hakim olduğu arazilerde yaklaşık 5 kat daha fazla nitrojen döngüsü yapabilme potansiyeli bulduk. Bu eğilimin Amerika Birleşik Devletleri’nin doğusundaki arazide tutarlı olması çok heyecan verici, bu bulgu dünyadaki diğer ılıman ormanlarda nitrojen döngüsü aktivitesini ve daha da önemlisi gaz halindeki nitrojenin kaybolduğunu gösteriyor.

Laboratuvar ölçümlerini yapan Jonathan Raff ise şöyle diyor:

Orman toprağının karmaşıklığını basit hale getirmek ve nitrojen gazlarının toprak emisyonlarının bölgesel değişkenliklerini tahmin edebilmek bir zamanlar imkansız gibi düşünülüyordu. Bu gazlardan bazılarını ölçmek çok zor. Ancak bu gazlar hava kalitesi ve iklim değişikliğinin azaltılması için inanılmaz derecede önemlidir.

Adrienne Keller tarafından yürütülen ikinci çalışmada, çalışma sırasında araştırmacılar, AM mantarlarla ilişkili ağaçların egemen olduğu ormanların, köklerinden karbonu salarak toprak karbonu depolamasını geliştirdiğini buldu. Keller, çekirdekleri kökü olmayan toprakla doldurdu ve çekirdekleri tekrar aynı 54 orman arazisine yerleştirdi (Doğu Amerika Birleşik Devletleri’ndeki altı ormana eşit olarak yayılmış 54 parsel).

Çekirdeklerin içindeki toprağın eşsiz bir kimyasal imzası olduğu için yerleştirilen toprağın kökü olmasa bile, köklerden salınan karbonu toprakta zaten halihazırda bulunan karbondan ayırabildi. Keller, AM ağaçlarının köklerinin toprağa ECM ağaçlarının köklerinden daha fazla karbon saldığını ve kök karbonunun çoğunun mikrobiyal bozunmadan korunuğu toprak minerallerinin yüzeyine yapıştığını buldu. Bu, kök karbonun özellikle AM’nin baskın olduğu meşcerelerde onlarca yıl veya daha uzun süre kalabilecekleri anlamına gelir. Keller buna bağlı olarak şöyle diyor:

Köklerinden toprağa ne kadar karbon taşındığını ölçmek zor. Burada sadece toprakta tutulan kök karbon miktarını ölçmekle kalmadık, aynı zamanda bu miktarın toprak üstü bitki girdisiyle kıyaslanabilir ölçüde olduğunu gösterdik.

IU Biyoloji Bölümü’nde biyoloji profesörü ve her iki çalışmanın ortak yazarı Richard Phillips şöyle diyor:

Son on yılda toprakta karbon depolanmasını neyin kontrol ettiği konusundaki düşüncemizde bir değişiklik oldu. Eskiden yavaş çürüyen yaprak döküntülerinin topraktaki karbon depolamasının ana itici gücü olduğunu düşünürdük; ancak şimdi, kökler tarafından salınan hızlı çürüyen bileşiklerin toprak karbonunun sürdürülmesine neden olabileceğini biliyoruz.

Amerika Birleşik Devletleri’nin doğu ormanlarının ötesinde, bu kalıpların Dünya genelindeki ormanlarını ne kadarını kapsadığını araştırmak için daha fazla çalışmaya ihtiyaç duyulurken, bu iki çalışma, türler ormanlarımıza girip çıktığı için, ekosisteme olan etkisinin sonuçlarının tahmin edilmesinin zor olacağını gösteriyor.

AM ağaçları, hava kalitesi gibi faktörler için olumsuz sonuçlarla nitrojen döngüsünün oranını artırabilirken, aynı zamanda iklim değişikliğini yavaşlatabilen toprak karbon depolamasını da artırabilir. Çoğunlukla iklim değişikliğini yavaşlatmak için, küresel ağaçlandırma çabalarının bir parçası olarak küresel bir şekilde ağaç dikme girişimlerinin sayısı göz önüne alındığında, arazi yöneticileri toprakta neler olduğunu, köklerin ve toprağın faaliyetinin durumunu düşünmek akıllıca olacaktır. Mikroorganizmalar çok kritikler ve çok kilit roller üstleniyorlar; fakat ekosistemdeki işlevleri yeterince takdir görmüyor.