L'assorbimento di nutrienti durante il periodo di inattività della fotosintesi è una grande proporzione dell'assorbimento annuale a livello globale. Questa mappa mostra la frazione di assorbimento annuale di azoto da parte delle piante che si verifica durante i periodi di inattività della fotosintesi. Credito:Berkeley Lab
Gli scienziati del clima non hanno tenuto adeguatamente conto di ciò che le piante fanno di notte, e quello, si scopre, è un errore. Un nuovo studio del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) del Dipartimento dell'Energia ha scoperto che l'assorbimento dei nutrienti delle piante in assenza di fotosintesi influisce sulle emissioni di gas serra nell'atmosfera.
In uno studio pubblicato oggi in Cambiamenti climatici naturali , l'autore principale William Riley dimostra come migliorare i modelli climatici per rappresentare in modo più accurato le dinamiche biogeochimiche del territorio. Utilizzando un nuovo modello terrestre globale, hanno sviluppato e integrato nell'Energy Exascale Earth System Model (E3SM) del DOE, Riley e il suo team hanno scoperto che le piante possono assorbire più anidride carbonica e che i terreni perdono meno ossido di azoto di quanto si pensasse in precedenza. Le loro simulazioni globali implicano feedback dell'ecosistema terrestre con l'atmosfera più deboli di quanto previsto dai modelli attuali.
"Questa è una buona notizia, rispetto a quanto è attualmente presente nei modelli climatici, " ha detto Riley, uno scienziato nell'area di scienze della terra e dell'ambiente del Berkeley Lab. "Ma non è una buona notizia in generale, non risolverà il problema. Non importa cosa, le piante non reggeranno le emissioni di anidride carbonica di origine antropica; è solo che potrebbero fare meglio di quanto suggeriscono i modelli attuali."
Gli esseri umani hanno emesso un record di 34 gigatonnellate di CO 2 per anno, media dell'ultimo decennio. Circa la metà rimane nell'atmosfera, mentre il resto viene assorbito dagli oceani e dalla terra (attraverso la fotosintesi); quest'ultimo importo, chiamato pozzo di carbonio terrestre, varia di anno in anno a seconda di fattori quali incendi, siccità, uso del suolo, e tempo.
Gli scienziati stanno cercando di capire come l'aumento delle emissioni globali di anidride carbonica influenzerà il pozzo di carbonio terrestre, che attualmente è stimato tra 0 e 11 gigatonnellate di CO 2 per anno, compreso il cambiamento di destinazione d'uso, con ampia variabilità interannuale. Un'ulteriore complicazione riguarda il protossido di azoto terrestre, che è un potente gas serra rilasciato naturalmente dalla terra e dalle attività agricole e industriali. In altre parole, fino a che punto le piante saranno in grado di migliorare l'aumento delle emissioni di anidride carbonica di origine antropica?
Il nuovo studio del Berkeley Lab ha scoperto che non tenendo adeguatamente conto di ciò che le piante fanno di notte e durante la stagione di non crescita, i modelli climatici potrebbero sottovalutare il pozzo di carbonio terrestre e sovrastimare il rilascio di protossido di azoto, quest'ultimo da 2,4 gigatonnellate di CO 2 -equivalente all'anno. "Questo numero è notevole rispetto all'attuale pozzo di carbonio terrestre, "Riley ha detto, ovunque da circa un quarto a oltre il 100%, a seconda dell'anno.
Competizione pianta-microbo per i nutrienti
La capacità delle piante di assorbire anidride carbonica è limitata dalla disponibilità di nutrienti del suolo, soprattutto azoto e fosforo. I nutrienti più abbondanti sono, più piante possono trarre vantaggio dall'aumento dell'anidride carbonica atmosferica. Anche i microbi nel terreno sono un fattore perché competono con le piante per i nutrienti.
microbi, infatti, svolgono un ruolo importante nel ciclo del carbonio, e interazioni tra piante, suolo, e i microbi sono complessi, una sfida per gli scienziati del clima. La maggior parte dei modelli climatici presuppone che le piante competano per i nutrienti nel suolo solo quando lo richiedono per la fotosintesi, e non, Per esempio, di notte o in stagioni non crescenti.
"Ciò che la maggior parte dei modelli climatici ha ignorato è questa letteratura osservativa piuttosto robusta che mostra che le piante acquisiscono azoto dal suolo anche quando non stanno fotosintetizzando, " ha detto Riley.
Berkeley Lab si è concentrato sul tema delle interazioni pianta-suolo-microbo attraverso la sua iniziativa Microbes to Biomes, e sarà un tema centrale del Centro di integrazione del programma biologico e ambientale, o BioEPIC, una struttura proposta che ospiterebbe capacità sperimentali uniche nel loro genere per far avanzare gli obiettivi della missione del DOE nel campo dell'energia e delle scienze ambientali. Uno degli obiettivi è rappresentare e studiare questi processi su larga scala e in modo controllato.
"Questo studio dimostra progressi nella rappresentazione più meccanicistica dei processi terrestri che sono importanti per il clima e saranno importanti per BioEPIC, " ha detto Riley.
Minori emissioni di protossido di azoto
In questo studio, Il ricercatore del Berkeley Lab Qing Zhu, un coautore del documento, ha condotto una meta-analisi di 120 esperimenti di assorbimento di azoto a breve termine da parte delle piante per testare il loro nuovo modello terrestre globale, denominato ELMv1. "Abbiamo anche confrontato le osservazioni sull'assorbimento dei nutrienti durante la notte rispetto al giorno e durante le stagioni di non crescita, " ha detto Riley. "Siamo abbastanza fiduciosi che i meccanismi di base nel modello siano corretti e questa meta-analisi e le osservazioni dei singoli siti lo confermano".
Hanno scoperto che una parte significativa dell'assorbimento dei nutrienti avviene in assenza di fotosintesi, poiché piante e microbi competono per i nutrienti. "Gli importi variano molto in base alla latitudine, ma alle latitudini più alte, come l'Artico, circa il 20% dell'assorbimento annuale di azoto da parte delle piante avviene al di fuori della stagione di crescita. Che arriva fino al 55 percento per l'assorbimento notturno ai tropici, " ha detto. "Questo è un grosso problema per le piante e faciliterà l'assorbimento del carbonio atmosferico, ed è attualmente completamente ignorato nella maggior parte dei modelli climatici".
"Questo tipo di miglioramento del modello ci aiuterà a comprendere meglio le implicazioni della futura CO 2 emissioni, " ha detto Riley.
Un ulteriore co-autore del documento, "Risposte più deboli sul clima terrestre dall'assorbimento di nutrienti durante i periodi di inattività della fotosintesi, " era lo scienziato del Berkeley Lab Jinyun Tang. Lo studio è stato finanziato dall'Office of Science del DOE.
