Dynamic modelling of the forest ecosystem: Incorporation of the phosphorus cycle

Skogsekosystemet är ett av de viktigaste ekosystemen på jorden. Skogen förser oss med mycket som vi har nytta av, vilket numera ofta kallas ekosystemtjänster. Skogen reglerar och förser oss med många viktiga ekosystemtjänster, till exempel biodiversitet, skydd av mark och vatten, tillförsel av fiber, bränsle och andra skogsprodukter, klimatreglering samt sociokulturella värden och tjänster. Arealen som täcks av skog har dock minskat under de senaste århundradena. Riktlinjer har därför formulerats i ett försök att säkerställa att skogar brukas på ett uthålligt sätt, det vill säga att varor och tjänster levereras på ett balanserat sätt. Det kommer att vara svårt att uppnå en sådan balans i framtiden, på grund av förändringar i sociala, fysiska och miljörelaterade omständigheter: till exempel, vår ökande efterfrågan av timmer och bioenergi, ökningen av atmosfäriskt nedfall av kväve och koldioxid-koncentrationen som orsakats av industrialiseringen, och klimatförändringen som har orsakar en ökning i temperaturen samt extrema händelser som bränder, torka och stormar. Det är viktigt att veta hur skogen kommer att påverkas av alla dessa förändringar, och dynamisk modellering utgör ett kraftfullt verktyg med vilket detta kan studeras. Dock saknas några viktiga processer, medan andra är grovt förenklade, i de modeller som används idag, vilket leder till osäkra prediktioner om framtidens skogar. Exempelvis har avsaknaden av fosforcykeln identifierats som ett potentiellt problem i många modeller.
I arbetet som beskrivs i denna avhandling har jag först kombinerat den dynamiska biogeokemiska skogsmodellen ForSAFE med empiriska data från miljöövervakning, för att studera effekten av intensifiering av skogsskötseln och av stormstörningar på två svenska skogslokaler. Därefter inkluderade jag fosforcykeln i ForSAFE-modellen, och utvärderade modellen på en av platserna.
Resultaten från ForSAFE-modelleringen indikerade att de tre olika typerna of skogsskötselintensifiering som studerats – uttag av grenar och toppar (grot), ökad gallringsintensitet och kortare omloppstid – generellt skulle öka mängden bortförd biomassa, minska kollagret i marken och minska utlakningen av kväve och löst organiskt kol. En förkortning av omloppstiden tycks leda till markförsuning på grund av förlusten av baskatjoner. Stormstörningar kommer också att öka mängden bortförd biomassa, men kommer att öka kollagringen i marken, och öka utlakningen av kväve och löst organiskt kol. Stormar leder till korsiktig markförsurning, men det verkar inte finnas någon negativ försurningseffekt på lång sikt. Åtgärder bör dock vidtas för att förhindra försurning efter både skogsskötselintensifiering och stormar, för att förhindra att baskatjoner förloras från marken.
Resultaten från den nya versionen av ForSAFE, där fosforcykeln inkluderats, visade att fosformineraliseringen bidrar med omkring 80% av trädens upptag av fosfor i skogsekosystem i sydvästra Sverige, medan inflödet – atmosfäriskt nedfall och vittring, står för återstående 20%. Vikten av fosforvittring i skogsekosystem bör lyftas fram, på grund av vittringens viktiga bidrag till upptag i vegetationen och dess dominerande roll att tillföra fosfor till systemet. Både modellresultat och mätningar indikerade att den studerade lokalen uppvisade tecken på fosforbegränsning för närvarande, men modellen predikterar en möjlig återgång till kvävebegränsning i framtiden, om kvävenedfallet minskar kraftigt.
Sammanfattningsvis har kombinationen av dynamisk skogsmodellering och empiriska data visat sig vara ett kraftfullt angreppssätt för att studera processer och ekosystemtjänster i skogen, och kan vara användbart i framtiden för att stödja skogsbruk och beslutsfattade. Inkluderandet av fosforcykeln i ForSAFE kan vara värdefull för andra markmodeller för samma ändamål. Några av de viktiga resultat som presenteras i denna avhandling kan vara signifikativa och konstruktiva inte bara inom skogbruk, utan även för regional och global kol- och näringsomsättning, och kan därmed potentiellt bidra till framtida klimatreglering och bevarande av biodiversitet.