Durante la più lunga siccità nella storia moderna della California, una coppia di ricercatori dell'UO si è recata nei boschi della Sierra Nevada per studiare come la composizione della foresta influenzi l'approvvigionamento idrico e quali cambiamenti potrebbero verificarsi quando il cambiamento climatico altera la composizione ecologica delle foreste.

Quello che hanno trovato è un modo per utilizzare la relazione tra alberi e suolo per prevedere i cambiamenti nei livelli di acqua e carbonio in queste foreste e bacini idrografici di montagna. Combinando i loro risultati con i dati storici, suggeriscono un possibile aumento dal 10 al 60 percento della perdita d'acqua regionale poiché il cambiamento climatico spinge le specie arboree a migrare a diverse altitudini.

Il ricercatore post-dottorato UO Toby Maxwell dell'Istituto di ecologia ed evoluzione e Lucas Silva, un professore di studi ambientali e geografia, ha condotto lo studio, che è stato fatto in collaborazione con lo scienziato del suolo Will Horwath dell'Università della California, Davis. Lo studio è apparso in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

"La siccità della California avrebbe dovuto causare cambiamenti ai paesaggi forestali montani ed eravamo interessati a cercare di capire come questi cambiamenti potessero influenzare il ciclo di due importanti risorse naturali:acqua e carbonio, " disse Maxwell, l'autore principale dello studio. "Abbiamo scoperto che l'interazione tra specie arboree e proprietà del suolo è utile per comprendere meglio le relazioni carbonio-acqua e per prevedere i cambiamenti nel modo in cui l'acqua si muove attraverso queste foreste".

I ricercatori si sono concentrati sulla composizione della foresta perché gli alberi svolgono un ruolo fondamentale nel movimento e nella disponibilità di acqua. Ciò avviene principalmente attraverso la traspirazione, un processo in cui l'umidità si sposta dagli alberi nell'atmosfera.

Se un albero trasporta più acqua dal suolo all'atmosfera, meno acqua scorrerà nei fiumi e nei bacini idrici. Ma l'esatta natura del ruolo di ogni albero e cosa significa per i livelli di acqua e carbonio varia ampiamente in base a una serie di fattori biologici e ambientali.

Questi fattori sono in continua evoluzione, ricercatori hanno detto, perché le foreste stanno cambiando insieme al clima mentre piante e alberi reagiscono all'aumento delle temperature e ai modelli fluttuanti delle precipitazioni. Nella Sierra Nevada, ci sono anni di dati che mostrano che alcuni tipi di alberi iniziano a crescere ad altitudini più elevate poiché le tendenze climatiche dello stato sono più calde e più secche.

"I grafici di monitoraggio a lungo termine in tutta la Sierra Nevada mostrano l'espansione delle latifoglie verso altitudini più elevate, " Silva ha detto. "Una delle principali risposte al cambiamento climatico negli ambienti montani è la migrazione degli alberi in salita".

Considerando che questi bacini forestali forniscono acqua a ben 20 milioni di persone in California, i cambiamenti in queste foreste - e l'acqua che scorre attraverso i loro bacini idrografici - potrebbero avere conseguenze significative per lo stato.

"Uno dei motivi principali per cui ero interessato a ricercare cosa potrebbero significare i cambiamenti nella composizione della foresta per i cicli dell'acqua e del carbonio è a causa delle implicazioni per le risorse naturali e questi paesaggi, " ha detto Maxwell.

Maxwell era anche interessato a utilizzare la sua ricerca per esaminare un'area di grande incertezza nel funzionamento delle foreste:l'interazione tra suolo e specie arboree.

Da tre diverse altitudini della Sierra Nevada, dai pendii granitici fuori dal lago Tahoe ai fianchi vulcanici del monte Lassen, hanno raccolto 225 campioni di suolo e lettiera di piante e 345 campioni di foglie da nove specie di alberi per misurare l'efficienza nell'uso dell'acqua - un indice che mostra quanta acqua viene persa attraverso la traspirazione rispetto alla quantità di anidride carbonica che rimuovono dall'aria - attraverso paesaggi diversi.

"Ho conseguito il mio secondo dottorato di ricerca in impianti di macinazione, " ha scherzato Maxwell, che ha reclutato l'aiuto di un macinacaffè e soluzioni acide per farsi strada attraverso le prime fasi dell'estrazione della cellulosa da centinaia di foglie e aghi di pino.

Una delle prime osservazioni è stata sconcertante:i dati hanno mostrato che gli alberi nei luoghi con i più alti livelli di precipitazioni erano i più soggetti a stress idrico, il che significa che gli alberi stavano razionando l'acqua perché sentivano che era una risorsa scarsa. Sembra controintuitivo, data la notevole piovosità nella regione in cui si trovavano questi alberi, ha detto Maxwell.

Quando i ricercatori hanno scavato più a fondo nei dati ed esaminato il suolo, scoprirono che il terreno non tratteneva molta acqua, limitando la traspirazione. Questa è stata una delle loro prime importanti scoperte per capire come il suolo e le specie interagiscono per influenzare il modo in cui l'acqua si sposta dalla terra all'aria.

Hanno continuato a ordinare enormi quantità di dati per estrarre informazioni su come ogni specie di albero trasporta l'acqua e su come questa cambia in base al suolo in cui sono radicate.

"All'inizio erano dati piuttosto rumorosi. È stata davvero quell'interazione tra alberi e sviluppo del suolo che ha portato a risultati significativi, " Silva ha detto. "Se guardi solo gli alberi, vedi un mucchio di punti dati, senza una chiara tendenza. Una volta considerate le loro interazioni con il suolo e i cambiamenti atmosferici, ha davvero senso".

Esaminando le interazioni, sono stati in grado di trasformare il loro complicato set di dati in risultati condensati che aiutano a individuare quali combinazioni di alberi e suolo producono diversi livelli di traspirazione.

"Abbiamo scoperto che la quantità di perdita d'acqua varia ampiamente tra le diverse specie di alberi e che diversi tipi di suolo regolano questo effetto, " ha detto Maxwell.

Silva ha aggiunto, "Quando metti insieme i due, puoi passare dalla comprensione di ciò che sta accadendo a livello fogliare alla comprensione di ciò che significa per il paesaggio".

I risultati dovrebbero essere utili per i gestori forestali e i responsabili politici mentre pensano a come gestire strategicamente le foreste e le risorse naturali, Dissero Maxwell e Silva. Le informazioni dovrebbero anche aiutare nella modellazione di come il cambiamento climatico influenzerà i paesaggi.

Maxwell prevede di continuare questa ricerca nel laboratorio di ricerca suolo-pianta-atmosfera di Silva presso l'UO attraverso una sovvenzione appena assegnata dal National Geographic Committee for Research and Exploration. Il nuovo studio, "Il paradosso climatico:mappare la resilienza e la vulnerabilità delle foreste montane, " incorporerà nuovi siti dalle foreste in tutto l'Oregon.

I ricercatori hanno in programma di generare mappe regionali dell'uso dell'acqua e del sequestro del carbonio in collaborazione con gli studiosi dell'Infografica Lab nel Dipartimento di Geografia dell'UO.