Penelitian terbaru yang dipimpin oleh Penn State menunjukkan bahwa pepohonan di lingkungan yang lebih hangat dan kering kesulitan menyerap karbon dioksida, sehingga mengurangi kemampuannya untuk melawan perubahan iklim. Studi ini menyoroti peningkatan fotorespirasi—sebuah proses di mana pohon-pohon yang mengalami stres melepaskan CO2—dalam kondisi ini, menantang efektivitas pohon dalam menyerap karbon alami di dunia yang memanas. Kredit: SciTechDaily.com
Pepohonan kesulitan menyerap karbon dioksida (CO2) yang memerangkap panas di iklim yang lebih hangat dan lebih kering, yang berarti bahwa pohon tidak lagi berfungsi sebagai solusi untuk mengimbangi jejak karbon umat manusia karena suhu bumi terus memanas, menurut sebuah studi baru yang dipimpin oleh Penn State peneliti.
“Kami menemukan bahwa pohon-pohon di iklim yang lebih hangat dan kering pada dasarnya batuk daripada bernapas,” kata asisten profesor geosains Max Lloyd di Penn State dan penulis utama studi yang baru-baru ini diterbitkan di Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional. “Mereka mengirimkan CO2 kembali ke atmosfer jauh lebih banyak dibandingkan pepohonan di kondisi yang lebih sejuk dan basah.”
Melalui proses fotosintesispohon menghilangkan CO2 dari atmosfer untuk menghasilkan pertumbuhan baru. Namun, dalam kondisi penuh tekanan, pepohonan melepaskan CO2 kembali ke atmosfer, sebuah proses yang disebut fotorespirasi. Dengan analisis terhadap kumpulan data global jaringan pohon, tim peneliti menunjukkan bahwa laju fotorespirasi dua kali lebih tinggi di iklim hangat, terutama ketika air terbatas. Mereka menemukan ambang batas respons ini di iklim subtropis mulai terlampaui ketika suhu rata-rata siang hari melebihi sekitar 68 derajat Fahrenheit dan memburuk ketika suhu semakin meningkat.
Rumitnya Peran Tumbuhan dalam Adaptasi Iklim
Hasil penelitian ini memperumit kepercayaan luas mengenai peran tanaman dalam membantu menarik atau menggunakan karbon dari atmosfer, sehingga memberikan wawasan baru tentang bagaimana tanaman dapat beradaptasi terhadap perubahan iklim. Yang penting, para peneliti mencatat bahwa ketika iklim memanas, temuan mereka menunjukkan bahwa tanaman menjadi kurang mampu menarik CO2 dari atmosfer dan mengasimilasi karbon yang diperlukan untuk membantu planet ini menjadi lebih dingin.
“Kita telah membuat siklus penting ini menjadi tidak seimbang,” kata Lloyd. “Tanaman dan iklim saling terkait erat. Penarikan CO2 terbesar dari atmosfer kita adalah organisme yang melakukan fotosintesis. Ini merupakan masalah besar pada komposisi atmosfer, sehingga perubahan kecil akan berdampak besar.”
Tanaman saat ini menyerap sekitar 25% CO2 yang dihasilkan oleh aktivitas manusia setiap tahunnya, menurut Departemen Energi AS, namun persentase ini kemungkinan akan menurun di masa depan seiring dengan memanasnya iklim, jelas Lloyd, terutama jika air semakin langka.
“Ketika kita memikirkan masa depan iklim, kita memperkirakan bahwa jumlah CO2 akan meningkat, yang secara teori baik bagi tanaman karena molekul itulah yang mereka hirup,” kata Lloyd. “Tetapi kami telah menunjukkan bahwa akan ada trade-off yang tidak diperhitungkan oleh beberapa model yang ada. Dunia akan semakin panas, yang berarti kemampuan tanaman untuk menyerap CO2 akan semakin berkurang.”
Dengan analisis terhadap kumpulan data global jaringan pohon, tim yang dipimpin oleh peneliti Penn State menunjukkan bahwa laju fotorespirasi pada pohon dua kali lebih tinggi di iklim hangat, terutama ketika air terbatas. Mereka menemukan bahwa ambang batas respons ini terjadi di daerah beriklim subtropis, seperti wilayah Pegunungan dan Lembah Appalachian, yang mulai dilewati ketika suhu rata-rata siang hari melebihi sekitar 68 derajat Fahrenheit dan memburuk ketika suhu semakin meningkat. Kredit: Warren Reed/Penn State
Dalam studi tersebut, para peneliti menemukan bahwa variasi kelimpahan isotop tertentu pada bagian kayu yang disebut gugus metoksil berfungsi sebagai pelacak fotorespirasi pada pohon. Anda dapat menganggap isotop sebagai jenis atom, jelas Lloyd. Sama seperti es krim versi vanila dan coklat, atom dapat memiliki isotop berbeda dengan “rasa” uniknya sendiri karena variasi massanya. Tim mempelajari tingkat “rasa” metoksil isotop dalam sampel kayu dari sekitar tiga puluh spesimen pohon dari berbagai iklim dan kondisi di seluruh dunia untuk mengamati tren fotorespirasi. Spesimen berasal dari arsip di Universitas California, Berkeleyyang berisi ratusan sampel kayu yang dikumpulkan pada tahun 1930-an dan 40-an.
“Database ini awalnya digunakan untuk melatih para ahli kehutanan bagaimana mengidentifikasi pohon dari berbagai tempat di seluruh dunia, jadi kami mengubahnya untuk merekonstruksi hutan-hutan ini untuk melihat seberapa baik mereka menyerap CO2,” kata Lloyd.
Hingga saat ini, laju fotorespirasi hanya dapat diukur secara real-time menggunakan tanaman hidup atau spesimen mati yang terpelihara dengan baik dan masih mempertahankan karbohidrat struktural. Artinya, hampir tidak mungkin untuk mempelajari laju penyerapan karbon oleh tanaman dalam skala besar atau di masa lalu. , Lloyd menjelaskan.
Melihat ke Masa Lalu untuk Memahami Masa Depan
Kini setelah tim memvalidasi cara untuk mengamati laju fotorespirasi menggunakan kayu, dia mengatakan metode tersebut dapat memberi para peneliti alat untuk memprediksi seberapa baik pohon “bernafas” di masa depan dan bagaimana kondisinya di iklim masa lalu.
Jumlah karbon dioksida di atmosfer meningkat pesat; jumlah ini sudah lebih besar dibandingkan sebelumnya dalam 3,6 juta tahun terakhir, menurut National Oceanic and Atmospheric Administration. Namun periode tersebut relatif baru dalam waktu geologis, jelas Lloyd.
Tim tersebut sekarang akan berupaya mengungkap tingkat fotorespirasi di masa lalu, hingga puluhan juta tahun yang lalu, dengan menggunakan fosil kayu. Metode ini akan memungkinkan para peneliti untuk secara eksplisit menguji hipotesis yang ada mengenai perubahan pengaruh fotorespirasi tanaman terhadap iklim seiring waktu geologis.
“Saya seorang ahli geologi, saya bekerja di masa lalu,” kata Lloyd. “Jadi, jika kita tertarik dengan pertanyaan besar tentang bagaimana siklus ini bekerja ketika iklim sangat berbeda dengan saat ini, kita tidak bisa menggunakan tanaman hidup. Kita mungkin harus kembali ke jutaan tahun yang lalu untuk lebih memahami seperti apa masa depan kita.”
Referensi: “Penggumpalan isotop pada kayu sebagai proksi fotorespirasi pada pohon” oleh Max K. Lloyd, Rebekah A. Stein, Daniel E. Ibarra, Richard S. Barclay, Scott L. Wing, David W. Stahle, Todd E. Dawson dan Daniel A. Stolper, 6 November 2023, Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional.
DOI: 10.1073/pnas.2306736120
Penulis lain dalam makalah ini adalah Rebekah A. Stein, Daniel A. Stolper, Daniel E. Ibarra dan Todd E. Dawson dari University of California, Berkeley; Richard S. Barclay dan Scott L. Wing dari Museum Nasional Sejarah Alam Smithsonian dan David W. Stahle dari Universitas Arkansas.
Pekerjaan ini sebagian didanai oleh Agouron Institute, Heising-Simons Foundation, dan US National Science Foundation.
