Un nuovo studio che mostra che la siccità dell'atmosfera influisce sulla produttività delle praterie statunitensi più delle precipitazioni potrebbe avere importanti implicazioni per prevedere come le piante risponderanno alle condizioni climatiche di riscaldamento.
Pubblicato online il 6 marzo sulla rivista Geoscienze naturali , lo studio condotto dagli scienziati della Stanford University e della Columbia University ha esaminato 33 anni di dati satellitari su clima e vegetazione per determinare come le piante regolano l'acqua e l'anidride carbonica in condizioni di siccità. Il team ha concluso che le praterie statunitensi sono più di tre volte più sensibili al deficit di pressione di vapore (VPD), o secchezza atmosferica, di quanto non lo siano alle precipitazioni. I metodi su larga scala dello studio per comprendere il comportamento delle piante potrebbero essere utilizzati per migliorare i modelli predittivi di come gli ambienti risponderanno alla siccità, che dovrebbero intensificarsi nel 21° secolo.
"Solo guardare i cambiamenti nelle precipitazioni non ti racconterà tutta la storia, " ha detto l'autore principale Alexandra Konings, un assistente professore di Scienze del sistema terrestre presso la School of Earth di Stanford, Scienze energetiche e ambientali (Stanford Earth). "Le praterie statunitensi sono molto più sensibili al deficit di pressione di vapore, che è importante. Poiché il VPD è così strettamente legato alla temperatura, possiamo prevedere che continuerà a salire in futuro."
Nello studio, gli scienziati hanno analizzato le condizioni in cui le praterie aprono e chiudono i loro stomi, aperture microscopiche sulle foglie delle piante che consentono il trasferimento del vapore acqueo, ossigeno e CO2. Quando i suoi stomi sono aperti, un impianto può assorbire CO2 dall'atmosfera per produrre energia ma rischia di perdere acqua in condizioni di siccità. La strategia utilizzata da diversi impianti:se rischiare di seccarsi per continuare ad assorbire carbonio, o chiudere e smettere di crescere - influisce sulla loro produttività. Il comportamento di una pianta dipende dalla quantità di acqua nell'atmosfera misurata dal VPD:un VPD più alto indica un maggiore potenziale per l'aria secca di estrarre l'umidità dalla pianta.
Variabilità nella risposta alla siccità
Utilizzando l'analisi statistica, i ricercatori hanno separato l'effetto del comportamento delle piante dagli impatti delle condizioni regionali, come differenze di precipitazione o di temperatura. Sebbene molti modelli climatici trattino tutte le praterie allo stesso modo, lo studio ha rivelato una grande variabilità in termini di come rispondono alla siccità.
"Più che il tipo di pianta, è la fisiologia vegetale che regolerà la loro risposta alla siccità e alle ondate di calore, ", ha affermato il coautore dello studio Pierre Gentine, professore associato di Ingegneria della Terra e dell'Ambiente presso la Columbia University.
I ricercatori hanno effettuato la loro analisi utilizzando i dati satellitari di telerilevamento disponibili pubblicamente dal 1981 al 2013 che mostrano il verde delle piante, che è un indicatore della produttività delle piante. Hanno quindi combinato quei dati con i set di dati relativi al clima e alle precipitazioni osservative per dividere le praterie americane in diverse regioni, a seconda del loro comportamento.
Capire come gli stomi delle piante rispondono ai cambiamenti nell'atmosfera è particolarmente importante nelle praterie statunitensi, che sono una fonte predominante di assorbimento del carbonio, o stoccaggio di carbonio dall'atmosfera. Le praterie ospitano una varietà di biodiversità e forniscono un habitat importante per il bestiame nelle industrie della carne e dei latticini, coprendo circa il 26% degli Stati Uniti e quasi il 20% della superficie terrestre del pianeta; sono il più grande tipo di copertura del suolo sulla Terra.
"L'assorbimento di carbonio è associato alla crescita e il modo in cui risponde in condizioni climatiche è una grande fonte di incertezza nelle previsioni future sui cambiamenti climatici, "Konings ha detto. "Sotto l'aumento delle temperature, potenzialmente vedremo molte meno praterie verdi, ma questo studio mostra che sarà più vero per alcune regioni rispetto ad altre".
Differenze comportamentali
L'analisi mostra che le praterie che rispondono alla siccità mantenendo i loro stomi aperti (comportamento anisoidrico) sono più sensibili alla secchezza dell'atmosfera rispetto a quelle che chiudono i loro stomi e arrestano la crescita per risparmiare acqua (comportamento isidrico). Entrambi i comportamenti sono presenti negli Stati Uniti. Lo studio mostra che le piante che mantengono aperti i loro stomi sono più danneggiate dalla siccità nelle praterie statunitensi perché sopprime la crescita delle piante nel corso di una stagione di crescita.
"Le praterie sono davvero interessanti perché mostrano un'enorme diversità nel comportamento dell'isoidricità, " ha detto Konings, che ha condotto la ricerca iniziale per lo studio mentre era ricercatore post-dottorato alla Columbia prima di unirsi a Stanford Earth. "Hanno strategie davvero diverse nel modo in cui rispondono alla siccità".
Mentre i metodi precedenti per comprendere la risposta alla siccità comportavano misurazioni sul campo, la nuova metrica consente ai ricercatori di misurare questi modelli in tutto il mondo. Konings ha detto che spera che il metodo possa essere utilizzato per vedere se i risultati dello studio sulle praterie possono essere applicati ad altri ecosistemi o per capire meglio cosa causa la morte di alcuni alberi in risposta alle condizioni di riscaldamento mentre altri no.
"Penso che ci sia ancora molto da fare con questa metrica, " ha detto Konings.
