Carbon-dioxide Emission and Organic Matter Dynamics of Forest Soil in Litter Manipulation Experiments

A jelenlegi, és relatív gyors légköri szén-dioxid emelkedés helyzete befolyásolja a szén körforgást és akkumulációt a szárazföldi ökoszisztémákban (ZAK et al. 2000). A felmelegedés hatással van a talaj szerves anyagainak bomlására, a talajlégzésre és ezen keresztül a bioszféra szén körforgalomára is. Várható tehát, hogy ennek hatására a talaj hőmérsékletétének növekedésével tovább fokozódik a talajlégzés, a talajból történő szén-dioxid kiáramlás, ami mint legfontosabb üvegházhatású gáz, pozitív visszacsatolásban tovább fokozza a felmelegedést (KAYE & HART 1998). A Síkfőkút Project hosszú távú meteorológiai adatsorai alapján kimutatható, hogy a síkfőkúti cseres-tölgyes klímája a kutatás 1972-es kezdete óta melegebbé és szárazabbá vált (ANTAL et al. 1997; TÓTH et al. 2007). A klímaváltozás hatására az erdő fafaj összetétele és struktúrája is jelentős mértékben megváltozott, amelyre jellemző a nagyarányú tölgypusztulás, a relatív elcseresedés és az eljuharosodás (BOWDEN et al. 2006; KOTROCZÓ et al. 2007; TÓTH et al. 2006). A klímaváltozás szempontjából lényeges kérdés, hogyan változik az avarprodukció – ezáltal a talajba jutó szerves anyagok mennyisége és minősége. Feltételezhető, hogy az avarprodukciót a felmelegedés növeli, ugyanakkor a szárazodás csökkenti, azaz a két folyamat együttes hatása, eredője fogja meghatározni a változások irányát, tendenciáját. Kevés információval rendelkezünk arra vonatkozóan, hogyan változik a talajban található szerves anyagok mennyisége, a talaj szerves anyagainak lebomlási sebessége, a talajlégzés. A Föld talajában kb. 1,58 × 1018 g szerves kötésű szén található, amely 2-3-szor nagyobb a vegetáció szén tartalmánál (REINERS 1968; SCHLESINGER 1990). A talaj szerves anyagainak bomlásakor, a talajlégzés folyamán jelentős mennyiségű szén-dioxid áramlik ki a talajból és jut az atmoszférába, ami kb. 10-szer nagyobb a fosszilis tüzelőanyagok elégetéséből származó CO2 mennyiségnél (SCHLESINGER 1977). Ezért azok a változások, amelyek a talaj szén forgalmát érintik, számottevően befolyásolják a globális szén-ciklust is. A talajlégzés növekedésének egyik káros következménye, hogy hosszabb távon a talaj szerves anyag tartalmának csökkenését eredményezheti, ami a termőhely leromlásához vezethet. Az értekezés célja annak feltárása, hogyan változik az avarprodukció, továbbá hogy az avar input szabadföldi avarmanipulációs kísérlet keretében történő mesterséges megváltoztatása milyen módon befolyásolja a talaj legfontosabb abiotikus paramétereit, a talaj-hőmérsékletét, nedvességtartalmát, a talajban lévő szerves anyagok mennyiségét, a talaj C- és N- dinamikáját, valamint a talajlégzést. Vizsgálatainkat a Síkfőkút DIRT Project keretében végeztük, amely része az USA ILTER (International Long-Term Ecological Research) DIRT (Detritus Input and Removal Treatment) Projectnek. A nemzetközi hálózatban jelenleg négy amerikai kutatóhely (Harvard Forest, Bousson Forest, H. J. Andrews Forest, Michigan Biological Station), és Európából két kutatóhely (Bayreuth Forest, Síkfőkút Project) vesz részt. A DIRT Projectet hosszú távú, több évtizedre kiterjedő vizsgálatra tervezték, az avar input és a talaj szerves anyag képződés bonyolult biológiai és kémiai összefüggéseinek a vizsgálatára és feltárására. A projekt célja annak feltárása, hogy a növényi avar input minőségi és mennyiségi összetételének a hosszú távú megváltoztatása különböző klimatikus viszonyok között, hogyan hat a talaj szerves anyag akkumulációjára, dinamikájára (NADELHOFFER 2004). A Síkfőkút DIRT Projectben kapott eredmények önmagukban is értékelhetők, az ILTER DIRT projectben való részvételünk azonban kutatásaink hatékonyságát jelentősen megnöveli. Az azonos módszerekkel kapott eredmények összehasonlítása alapján szélesebb érvényű általános összefüggések feltárására nyílik lehetőségünk. During the last few decades the long-term meteorological data of Síkfőkút Forest (Hungary) indicates the global climate change. The forest climate became dryer and warmer (ANTAL et al. 1997). Due to the climate change the forest’s structure and species composition have been changing dramatically. From 1972 till now the 68 % of Quercus petraea and 15 % of Q. cerris tree individuals died and in the gaps new tree species (Acer campestre, A. tataricum) grow up from the shrub layer into the canopy level (TÓTH et al. 2006). The climate change also affects the soil organic matter (SOM). The SOM is a critical component of ecosystems, it provides cation exchange and water holding capacity, and it acts as a major control on soil pH. SOM also strongly promotes soil aggregation, and retains water for use by plants. Soil C accumulation and turnover are important global processes: soils contain about 1.5 × 1018 g C, which is 2-3 times bigger than the total amount of C in vegetation (SCHLESINGER 1990). The C flux between soils and the atmosphere is huge, with soil respiration representing about 10 times the C flux due to fossil fuel combustion (WATSON et al. 1990). Thus, any change in rates of soil C turnover has a remarkable effect to the global C cycle. The litter input quantity and quality are taken into account under most scenarios of global climate change, but the resulting effects on SOM stability and turnover cannot now be predicted accurately. The level of SOM is influenced by litter production and added soluble organic material as input, and decomposition and leaching as output. The climate change affects on the input and output too. The goal of the DIRT project is to assess how rates and sources of plant litter inputs control the accumulation and dynamics of organic matter and nutrients in forest soils over decadal time scales