Mikrofoner avslöjar när träd drabbas av torkstress

Upptäckten kan bli ett nytt verktyg för att spåra klimatstress i skogen. 

Torka är en välkänd orsak till att träd dör i skogbeklädda delar av världen, och vattenbrist är en viktig faktor bakom träd-död och minskad tillväxt i Europas skogar. Den svenska skogens tillväxtminskning under senare delen av 2010-talet har ofta förklarats med negativa effekter av perioder av torka. En central orsak till att träd inte återhämtar sig efter torka tros vara att vävnaden - xylemet, som leder vatten uppåt i trädet - fylls med luftbubblor. Detta tillstånd kallas embolism och kan liknas med blodpropp hos människor.

Forskaren Jonatan Klaminder och hans forskningsgrupp har nu lyckats visa att mikrofoner faktiskt kan användas för att upptäcka när träden drabbas av embolism. Det uppstår nämligen ett ljud när vattenpelaren inne i xylemet (vävnaden) brister och vattnet övergår från vätska till ånga (en process som kallas kavitation), och det här ljudet kan forskarna fånga upp med mikrofoner.

‒ Vår studie lägger grunden för att vi ska kunna utveckla en metod som gör det möjligt att studera när och varför träd drabbas av embolism under torka, säger Jonatan Klaminder.

Så genomfördes studien

Vid en plats nära Svartbergets forskningsstation utanför Umeå valde forskarna ut 32 träd i julgransstorlek, jämnt fördelad mellan björk och tall. Träden sågades av och gavs antingen vanligt vatten (kontrollgrupp) eller vatten som behandlats för att minska vattnets kohesionskraft (dess förmåga att hålla ihop vattenmolekylerna). På så sätt framkallade forskarna det tillstånd då luftbubblor bildas i trädets vävnad. Med hjälp av mikrofoner monterade på och intill stammarna kunde de lyssna efter ljudet när bubblorna bildas och mäta deras negativa effekter på vattenupptaget.

Tekniken är inte ny – men forskarna bryter ny mark

Redan på 1980-talet användes akustiska metoder i växtstudier, men då i laboratoriemiljö eller med hjälp av akustiska kammare. Tidigare försök att använda liknande metoder för att upptäcka när luftbubblor bildas i vävnaden på växter med intakt bark i laborativ miljö misslyckats - vilket gör denna studie som utförts i en naturlig skogsmiljö ensam i sitt slag.

‒ Vi kunde se att träd där vi framkallat embolism gav ifrån sig ultraljud mer frekvent och tappade sin förmåga att ta upp vatten, säger Jonatan och fortsätter:

‒ Men även våra kontrollträd gav i viss mån ifrån sig ultraljud vilket är intressant då vi inte riktigt vet varför.

Tallarna som fått det behandlade vattnet gav ifrån sig ljud från både basen och den övre delen av stammen, medan ljud från björkarna endast kom från stambasen. Denna skillnad kopplas troligen till trädslagens olika anatomi vilket påverkar var inne i trädet som vattenpelaren i xylemet brister och var bubblorna bildas.

Mer forskning behövs

Studien lägger en viktigt grund för att kunna studera torkstress hos träd. I sommar kommer forskarna att fortsätta testa metoden på nya trädslag i hopp om att förfina metoden och försöka förstå ursprunget till de olika ultraljud som träd avger. Metoden skall även testas och utvärderas på vuxna träd, där en tjockare bark utgör en utmaning i ljudupptagningen.

På sikt kan metoden komma att användas som övervakningsmetod av torkstress i skogar.

Länk till studiens publikation: Ultrasonic acoustic emissions as indicators of tree drought stress in outdoor forest settings: Testing the concept using cut saplings