QWARTS : Ett projekt om vittring Quantifying Weathering for Sustainable Forest Management. Kevin Bishop

Transkript

1 QWARTS : Ett projekt om vittring Quantifying Weathering for Sustainable Forest Management Kevin Bishop

2 Minskad Svavel: Framgångsaga för vetenskap, diplomati och miljö Utsläpp av svaveldioxid i Europa SO2 (mi iljoner ton)

3 Nyckeln till framgång: g Kritisk Belastning Vad naturen klarar av utan skada

4 Nyckeln till Kritisk Belastning: Vittringi Vittring balanserar Surt nedfall & Biomassaskörd Men vad är vittringshastigeten? Ytvatten 1998 juni (Ri95) 5th CL(acidity) eq/ha/år 68 0 to to to to to Last Revision: tor 7 okt 1999

5 Osäkerhet i Kritisk Belastning mer beskymmersamt nu Kritisk belastning osäkerhet 1980 Svavel Nedfall 2012

6 Försurningen förändras 1900 s Surt nedfall Skogskörd

7 Försurningen förändras 1900 s Surt nedfall Skogskörd 2000 s Skogskörd > Surt nedfall

8 Vittring & Skogsbruk: Även om Träden Nedfall+vittring uttag: g hur mycket utrymme finns för utlakning och uppbyggnad av förråd? klarar sig, blir någonting över för fisk? Stamskörd GROT GROT och varmare G O klimat (Akselsson & Belyazid) PROFILE Vittring Model Grunden till officiella rapportering av kritisk belastning

9 Vittrings Osäkerhet Jämfört med Skogskötsel Alternativ Weathering uncertainty span Slide courtesy of Jonatan Klaminder Span of potassium Potassium loss at Potassium loss related harvest of 100 year liberated by to forestry old forest 100 years depending on of silicate harvest method weathering

10 Norden övertygade världen äld att investera i utsläpptskontroll baserat på nationella vittrtringsberäkningar. Det är ironiskt i att Sverige, idag, försummar dessa beräkningar för en hållbar förvaltning av sina egna skogar

11 Är Försurningen Tillbaka? (utan askåterföring åtminstone) Osäkerheten Spökar mm precision centimeter precision meter precision Slide courtesy of Jonatan Klaminder

12 Why weathering estimates vary: Different definitions of 02m? 0.2 the weathering zone Model assumptions (aluminum, organic matter, time scales, biological feedbacks) Spatial variation 0.5 m? 1 m?

13 Historiska Kuriosa Zeppelins Dinosaurier Vilken av dessa var mest hotade av deras framgång? Vittrings Forskare

14 FORMAS Stark Forskarmiljö: QWARTS j Quantifying Weathering for Sustainable Forest Management

15 The QWARTS Work Packages WP A. Laboratory Scale Quantification of biotic influence WP B. Plot scale variability mineralogy, vegetation and climate WP C. Catchment Weathering for Surface Waters WP D. Cross scale model development WP E. Operational Modeling Weathering Estimates

16 WP A. Laboratory Scale Quantification of biotic influence y Can this forest regulate weathering?

17 Weathering estimates vary due to: Different definitions of the weathering zone Model assumptions (processes, time scales, hydrology role of biological feedbacks, etc.) 02m? m? 1 m? Spatial variation

18 1 Biological Feedbacks: Chemists vs. Biologists

19 1 2 3 Mycorrhizal fungal hyphae interacting with minerals at different spatial scales: 1. Rock Surface, 2. Mineral patches (note higher allocation of C to apatite than to quartz) and 3. Individual grain scale growth on apatite particles Boreal forests contain around 800 m of hyphae per gram of soil in the highly leached E horizon. Is this just a co incidence? Figure 4 shows selective growth and allocation of assimilates to mineral material from the E horizon of a forest soil. Figure 5. shows the potential for quantitative measurements of mineral surface etching in the presence and absence of biotic components such as fungi. Figure 6. Ash granules are also intensively colonized by fungi Low N High N Figure 3 is taken from Smits et al Mineralogical Magazine The rest of the illustrations are our own. 8 In planned experiments we will investigate t growth of hyphae h into washed hdgranite substrates and examine possible mobilization of minerals in the prescence (Figure 7) and absence (Figure 8) of hyphae, as well as the effects of environmental conditions on hyphal growth and mineral mobilization (Figures 9 & 10). Note the vigorous of hyphae into the washed granite unamended with nutrients (Fig. 9)

20 WP B. Plot scale variability mineralogy, vegetation and climate Using observed data to estimate weathering

21 Long-term studies: Climate, deposition, growth, soils

22 (National Soil Inventory) Follows the soils Study tracts: 4 8 profiles / tract: Forests, mires, alpine, arable Permanent plots same as Forest Survey s Inventory Periods: I1: I2: I3: m 400m Field determnation (ca plots) Soil sampling: Humus samples (ca plots) Mineral soils (ca 4500 plots)

23 What is the scale of the uncertainty? River basins Small catchments Observation fields Field plots Lysimeters Soil samples

24 WP C. Catchment Weathering for Surface Waters What weathering is available to fish? Catchments different than soil profiles Ågren et al. 2010

25 Weathering for streams not trees Soil Profile Catchment Slide courtesy of Martyn Futter

26 Geochemical Modeling of Vindeln Hillslope Start with particle tracking hydrology Finally, after 25 years we get it right!

27 Will 10,000 years of 2011 ph & DOC give us weathering? 0 Di Ph Di ph NIRS DOC NIRS TOC (mg L 1 )

28 WP E Weathering in Operational Modeling WP D ForSAFE Cross scale modelling WP A Lab/Bio WP B Plot WP C Catchment

29 QWARTS Mission Impossible : Förbättra uppskattningar av vittring! 42 is the answer, plus minus 30. But what are the units? Can this help forestry that is interested in +\ 10?

30 QWARTS: Tre frågor och ett konstaterande Hur mycket vittring är tillgängligt för trädet? Hur mycket vittring är tillgängligt för fisken? Hur myckt kan klimat och vegetation förändring ändra dessa siffror? QWARTS bara tre siffror FutureForests Forests ska kopplar till praktiken. (Surface water acidificaiton NOT the only show in town)

31 Future Forest Nexus of Research and Applications? Formas Strong Research Environments QWARTS IMPRESS NiCaF Future Forests Soil and Water Formas N i sjöar

32 Future Forests The practical connection

33 Thanks for your time! and another shot at what the Cambridge Acid Rain Expedition came to do 25 years ago.

34

35 Tack för din tid! och en chans till att klara av målsättningen av den Cambridge Acid Rain Expedition från 25 år sedan. Bill Waterson

36 Median Range (max/min) 600% Futter et al., Environomental Research Letters, 2012