Le foreste tropicali sono alleate nella lotta ai cambiamenti climatici. Gli alberi in crescita assorbono le emissioni di carbonio e le immagazzinano come biomassa legnosa. Di conseguenza, rimboschimento di terreni una volta bonificati per il disboscamento, estrazione, e l'agricoltura è vista come un potente strumento per bloccare grandi quantità di emissioni di carbonio in tutti i tropici sudamericani.

Ma una nuova ricerca pubblicata in Comunicazioni sulla natura mostra che la capacità delle foreste tropicali di trattenere il carbonio dipende da un gruppo di alberi che possiedono un talento unico:la capacità di fissare l'azoto dall'atmosfera.

Lo studio ha modellato come il mix di specie arboree che crescono in una foresta tropicale a seguito di un disturbo, come il taglio netto, possono influenzare la capacità della foresta di sequestrare il carbonio. Il team ha scoperto che la presenza di alberi che fissano l'azoto potrebbe raddoppiare la quantità di carbonio immagazzinata da una foresta nei suoi primi 30 anni di ricrescita. Alla maturità, le foreste con fissazione dell'azoto hanno assorbito il 10% in più di carbonio rispetto alle foreste senza.

Sarah Batterman, ricercatore presso il Cary Institute of Ecosystem Studies e coautore del documento, spiega, "Vogliamo utilizzare questo lavoro per guidare la riforestazione tropicale per ottimizzare l'assorbimento di carbonio e la resilienza. Ciò richiede la comprensione di quale mix di alberi è necessario per massimizzare lo stoccaggio del carbonio a lungo termine, pur resistendo alle condizioni climatiche future. I nostri risultati suggeriscono che gli alberi che fissano l'azoto sono un ingrediente chiave nella ricetta del rimboschimento".

Le piante che fissano l'azoto collaborano con i microbi del suolo per trasformare il gas azoto atmosferico in una forma di azoto disponibile per alimentare la crescita delle piante. Attraverso queste interazioni, i fissatori di azoto sono in grado di autofecondarsi. Questo adattamento dà loro un vantaggio nel recentemente cancellato, suoli tropicali di prima successione poveri di azoto. I fissatori aiutano anche a fertilizzare le piante vicine quando perdono le foglie e restituiscono l'azoto al terreno.

Ai tropici, gli alberi che fissano l'azoto sono comuni, ma possono essere relativamente rari nelle foreste appena ricostituite. Il loro grande, i semi ricchi di sostanze nutritive sono spesso dispersi dalla fauna selvatica. Avere semi dispersi dagli animali è uno svantaggio nelle prime fasi della ricrescita forestale, quando gli animali che un tempo vivevano nella foresta non sono ancora tornati. Piantare i fixer come parte degli sforzi di riforestazione potrebbe aumentare lo sviluppo delle foreste e l'accumulo di carbonio.

Batteman dice, "Per comprendere la funzione degli alberi che fissano l'azoto in una foresta tropicale, dobbiamo isolare i loro effetti. Non possiamo farlo in una vera foresta perché l'aggiunta o la rimozione di alberi altererebbe altri aspetti dell'ecosistema, come la disponibilità di luce, che distorcerebbe i risultati. Ci vorrebbero anche decenni o secoli per misurare. Anziché, abbiamo sviluppato un modello per quantificare i processi ecosistemici, come il ciclo dell'azoto, che influenzano la crescita delle foreste e il sequestro del carbonio".

Utilizzando i dati raccolti in 112 appezzamenti di foresta tropicale a Panama, un record che include dati su oltre 13, 000 singoli alberi di età compresa tra cinque e 300 anni dopo il disturbo:il team di ricerca ha sviluppato un modello che rappresenta le interazioni tra suolo, impianti, e nutrienti alla scala dei singoli alberi. Il modello tiene conto della competizione tra le piante per la luce e le sostanze nutritive, ciclo dei nutrienti tra le piante e il suolo, e fissazione dell'azoto a livello degli alberi.

Gli alberi sono stati classificati in quattro gruppi che sono unici per le diverse fasi della ricrescita forestale, compresi i primi, a metà, e specie tardive, più fissatori di azoto. Modificando la capacità degli alberi di fissare l'azoto nel loro modello, il team è stato in grado di prevedere quanto velocemente il carbonio si è accumulato in una foresta e quanto carbonio è stato in grado di immagazzinare.

Batterman spiega:"Le foreste con alberi che fissano l'azoto crescono più rapidamente nella prima successione e hanno un potenziale di stoccaggio del carbonio più elevato rispetto alle foreste senza fissatori dell'azoto. Inoltre, si riprendono più velocemente di fronte a disturbi".

Per quantificare il ciclo dell'azoto nelle foreste tropicali, molti modelli esistenti utilizzano parametri a livello di ecosistema come l'evapotraspirazione e la produzione primaria netta per stimare i flussi di fissazione dell'azoto. Questi modelli tendono a sovrastimare la quantità di azoto nel sistema.

L'autrice principale Jennifer Levy-Varon, che ha lavorato allo studio mentre era un Postdoctoral Research Associate presso la Princeton University, dice, "Il nostro modello è unico perché invece di esaminare i processi a livello di ecosistema e utilizzarli per stimare i flussi di azoto, ci stiamo concentrando sui singoli alberi. Questo ci dà una comprensione più accurata dei contributi dei fissatori di azoto al bilancio dell'azoto forestale e al sequestro del carbonio associato".

Per contestualizzare l'importanza degli alberi azotofissatori, il team ha utilizzato il proprio modello per prevedere quanto carbonio aggiuntivo potrebbe essere immagazzinato nelle aree rimboschite nei paesi tropicali in base alla superficie impegnata nell'ambito della Bonn Challenge.

"La Bonn Challenge è uno sforzo internazionale per riforestare 350 milioni di ettari di terra entro il 2030. Abbiamo scoperto che includendo alberi che fissano l'azoto in questi sforzi, i paesi tropicali potrebbero sequestrare ulteriori 6,7 Gt di anidride carbonica nei prossimi 20 anni. Per dare un po' di contesto a quel numero, 6.4Gt era la quantità totale di CO ₂ equivalenti emessi negli Stati Uniti nel 2017. È paragonabile a guidare 15,6 trilioni di miglia, che è circa 5 anni di emissioni dei veicoli statunitensi, "dice Batterman.

Coautore Lars Hedin, Professore di Ecologia e Biologia Evoluzionistica presso la Princeton University, conclude, "Questo modello ci avvicina alla comprensione dell'importanza delle foreste tropicali nel ciclo globale del carbonio, e il loro ruolo nella rimozione dell'anidride carbonica, gas serra, dall'atmosfera".