Thuja occidentalis L (cedro bianco). Credito:USDA-NRCS PLANTS Database/Wikipedia
In un'era di livelli di anidride carbonica atmosferica senza precedenti, la questione se piante e alberi possano o meno utilizzare il carbonio in eccesso attraverso la fotosintesi è di fondamentale importanza. I ricercatori hanno osservato quello che è stato chiamato CO 2 effetto di fecondazione, per cui i tassi di fotosintesi delle piante aumentano in risposta a livelli più elevati di CO 2 nell'atmosfera, sebbene si pensi che questo dipenda da vari altri fattori come la temperatura, umidità, disponibilità di nutrienti, ecc. Un gruppo di ricercatori del Quebec ha cercato di capire meglio come i più antichi alberi boreali del Nord America:Thuja occidentalis L, cedro bianco:hanno risposto a livelli più elevati di CO . atmosferica 2 ( C un ) in termini di efficienza intrinseca nell'uso dell'acqua di questi alberi (iWUE ).
Claudie Giguere-Croteau e colleghi hanno pubblicato il loro studio "Gli alberi boreali più antichi del Nord America sono utenti più efficienti dell'acqua a causa dell'aumento [CO 2 ], ma non crescere più velocemente, "di recente in PNAS . Il loro studio sugli alberi di cedro bianco dal margine meridionale della foresta boreale nordamericana comprende un'analisi a doppio isotopo degli anelli di alberi di 715 anni situati intorno alle rive del lago Duparquet in Quebec. L'estrema vecchiaia degli alberi è significativa in quanto gli anelli di crescita campionati forniscono centinaia di anni di dati sul clima e sulle condizioni di crescita prima dell'inizio della rivoluzione industriale e del concomitante aumento dell'anidride carbonica atmosferica ( C un ), quale, secondo i criteri di questo studio, iniziato nel 1850. Come gli autori della nota di studio, "le piante non sono state esposte a concentrazioni [di C un ] superiore a 290 ppm per almeno 650, 000 anni, quindi l'accoppiamento dinamico carbonio-acqua che ha prevalso per diversi millenni potrebbe essere interrotto con potenziale, ancora incerto, ripercussioni sul funzionamento dell'idroecosistema”.
elevato C un , in termini di risposta fisiologica delle piante, è noto per corrispondere a iWUE —una misura dell'assorbimento di carbonio per unità di acqua persa—però iWUE può anche essere governato da variabili come il tasso di assimilazione ( UN ) e conduttanza stomatica ( G S ), e come queste variabili in definitiva influenzano il carbonio interno di una pianta ( C io ). Gli autori citano tre possibili scenari che spiegano i processi di acclimatazione degli alberi in risposta all'innalzamento C un in relazione con iWUE .
Lo scenario 1 (S1) suppone una costante C io , in quale iWUE aumenta con forza. Lo scenario 2 (S2) consente una costante C io /C un rapporto, in quale iWUE aumenta moderatamente. Lo scenario 3 (S3) presuppone una differenza costante tra C un e C io , per cui iWUE rimane costante. S1 sembra lo scenario più plausibile di fronte alla CO 2 effetto di fecondazione, sebbene esistano pochi dati a lungo termine per chiarire ulteriormente la natura specifica di iWUE in una foresta boreale nordamericana, e c'è molta incertezza al riguardo. Contro questo sfondo, Giguere-Croteau e colleghi presentano i loro risultati.
I ricercatori hanno utilizzato un'analisi a doppio isotopo degli anelli degli alberi (δ 13 C e δ 18 O; carbonio-13 e ossigeno-18, rispettivamente) per tenere traccia delle modifiche in iWUE in un periodo di 715 anni. I loro risultati hanno mostrato "un notevole e senza precedenti (59%) iWUE aumentare negli ultimi 150 anni, " il periodo che segue l'inizio delle principali emissioni di carbonio atmosferiche di origine antropica. L'esame dei dati a doppio isotopo di questo periodo ha rivelato due modelli distinti di iWUE attività, ciascuno corrispondente a due dei tre iWUE scenari descritti in precedenza.
La prima fase, negli anni dal 1850 al 1965, corrispondeva a S1, dove C io rimane costante in relazione all'aumento C un . Questo periodo di tempo ha mostrato un aumento del 28% in iWUE rispetto alla media preindustriale dei 550 anni precedenti. Nel 1965, quando C un i livelli hanno raggiunto 320 ppm tuttavia, iWUE attività spostata per riflettere una costante C io /C un rapporto (0,49), come descritto in S2, e questo è stato accompagnato da un ulteriore aumento del 31% in iWUE .
Il tasso di aumento di iWUE osservato nella prima fase dello studio è tra i più alti mai osservati nell'emisfero settentrionale, e notevole anche in quanto la risposta è avvenuta in alberi già maturi. Lo spostamento dell'attività da una costante C io ad un proporzionale C io /C un relazione - un cambiamento di paradigma da S1 a S2 - avvenuto nel secondo periodo a partire dal 1965, era anche notevole. Nessun cambiamento del genere era stato precedentemente osservato in una foresta boreale nordamericana.
Il cambiamento osservato nella strategia di acclimatazione degli alberi ha suggerito cambiamenti fisiologici sia in UN , G S , o entrambi, e così i ricercatori hanno cercato indizi nell'analisi del doppio isotopo per chiarire il meccanismo all'opera in entrambi i periodi di tempo. Hanno scoperto che nel primo periodo, dal 1850 al 1965, UN (tasso di assimilazione) stimolazione da aumento di CO 2 probabilmente ha guidato iWUE aumenta; ma dopo il 1965, il iWUE risposta probabilmente cambiata in una dominata da G S , questo è, in questo caso, diminuzione della conduttanza stomatica. In sostanza, questi alberi sembravano impiegare una strategia che massimizzasse i guadagni di carbonio a un livello relativamente basso C un , come visto nel periodo 1. Tuttavia, a partire dal 1965, gli alberi sono passati a una strategia di prevenzione della siccità mentre il loro apparato fotosintetico si avvicinava a un punto di saturazione, dopodiché le perdite d'acqua sarebbero sproporzionatamente elevate rispetto ai guadagni di carbonio, se dovessero mantenere una costante C io .
Prossimo, i ricercatori hanno esaminato le variazioni del clima in relazione a iWUE , esaminando variabili come l'indice di umidità del suolo, deficit di pressione di vapore, e temperatura. La loro analisi ha mostrato che, mentre ciascuno di questi fattori legati al clima ha avuto un effetto significativo su iWUE tra il 1953 e il 2014, ciascuno ha avuto un effetto massimo a una frequenza temporale diversa. Inoltre, il grandissimo aumento di iWUE a partire dal 1850 non poteva essere attribuito a cambiamenti climatici come le condizioni più calde/secche che hanno prevalso dal 1965. L'evidenza indica che infatti prevalevano condizioni più fredde e più umide, e l'elevata conduttanza stomatica necessaria per iWUE aumenti al tasso osservato del periodo 1850-1965 probabilmente non sarebbero stati possibili in condizioni più calde e più secche. L'andamento climatico di condizioni più calde e secche potrebbe aver giocato un ruolo nel facilitare il passaggio da S1 a S2, però.
Forse la scoperta più importante di questo studio però, è il fatto che l'inedito iWUE gli aumenti osservati dal 1850 non si sono tradotti in una crescita sostanzialmente più elevata. Guardando gli indici di larghezza dell'anello dagli alberi, i ricercatori hanno trovato periodi di alta crescita dai tempi moderni relativamente recenti (1980-1990) di grandezza equivalente ad altri periodi molto prima del 1850. I ricercatori offrono diverse spiegazioni plausibili per questa mancanza di crescita apparente, che vanno dalla crescita di componenti non staminali dei tre, come essudati radicali, alle limitazioni nutrizionali, Per esempio, l'effetto del fosforo sulla crescita della biomassa nei cedri bianchi.
Indipendentemente, i risultati di questo studio servono come prova cautelativa per coloro che sviluppano modelli dinamici di vegetazione globale (DGVM) che si basano sul presupposto che un maggiore carbonio atmosferico si traduce necessariamente in un maggiore stoccaggio del carbonio attraverso la fotosintesi della biomassa. Così concludono gli autori:"I nostri risultati suggeriscono quindi che anche in condizioni favorevoli per la crescita, non tutti gli alberi possono trarre vantaggio da livelli elevati di C un e iWUE . Questi meccanismi non sono in genere presi in considerazione dai modelli ecofisiologici e dai DGVM, il che può portare a sopravvalutare gli eventuali effetti positivi conferiti da una maggiore C un sull'assimilazione e fissazione del carbonio. Previsioni di elevata crescita futura e possibili effetti di attenuazione su C un potrebbe essere eccessivamente ottimista se i modelli non consentono la possibilità di una crescita costante o addirittura ridotta nel contesto dell'aumento C un ."
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