Le precipitazioni si accoppiano profondamente con il ciclo dei nutrienti attraverso le sue interazioni con la deposizione atmosferica e l’intercettazione della chioma, che ne altera le proprietà chimiche. Il flusso attraverso e lo stelo trasportano numerosi elementi nel suolo, influenzando non solo la struttura delle comunità microbiche del suolo, la sopravvivenza delle singole piante e la successione delle comunità vegetali, ma regolando anche la struttura e la funzione dell'ecosistema. Ciò costituisce un processo ecologico chiave che collega l'atmosfera, la fillosfera e la rizosfera.
Rispetto ai processi idrologici di ridistribuzione delle precipitazioni nella chioma, permane una mancanza di conoscenza approfondita dei meccanismi e degli impatti del trasporto dei nutrienti, in particolare l'insufficiente riconoscimento del modello generale di arricchimento dei nutrienti basato sui confronti tra le tipiche zone bioclimatiche di tutto il mondo.
In un articolo pubblicato sulla rivista Science China Earth Sciences , i ricercatori hanno analizzato una serie di documenti accademici inglesi e cinesi pubblicati dall’inizio di questo secolo, concentrandosi sull’arricchimento di nutrienti guidato dalla ridistribuzione delle precipitazioni nella chioma. Esaminando 1.020 articoli dai database Web of Science e CNKI dal 2000 al 2022, gli ioni chiave critici per la sopravvivenza delle piante, tra cui K + , Na + , Ca 2+ , Mg 2+ , NH4 + , Cl − , NO3 - , SO4 2 - , sono stati identificati per calcolare le loro concentrazioni e i coefficienti di lisciviazione.
La quantità di nutrienti e la capacità di arricchimento sono state confrontate per concludere un modello generale di arricchimento di nutrienti in diverse zone piovose (aride e semi-aride, umide e semi-umide ed estremamente umide), zone di temperatura (tropicali, temperate calde e temperate fredde), forme di vita vegetale (alberi e arbusti), morfologie delle foglie (conifere e latifoglie), abitudini delle foglie (sempreverdi e decidue), tipi di foreste (pure e miste) e tipi di ecosistemi (naturali e artificiali).
I loro risultati suggeriscono che l’arricchimento di nutrienti negli ecosistemi terrestri guidato dalla ridistribuzione delle precipitazioni nella chioma coinvolge i processi di immissione, trasporto e rilascio dei nutrienti. Le caratteristiche aerodinamiche della chioma, in particolare durante la stagione di crescita, influenzano i meccanismi di trasporto dei nutrienti.
Le strutture complesse della chioma con rami e foglie intricati hanno una capacità maggiore di catturare la deposizione atmosferica secca rispetto alla deposizione umida. I residui e le escrezioni delle specie che vivono nella chioma aggiungono complessità alle fonti di nutrienti, rendendo necessarie le analisi del bilancio dei nutrienti per comprendere il ruolo della chioma come fonte o pozzo di nutrienti.
Inoltre, l’interazione delle condizioni meteorologiche, dei tratti delle piante e delle caratteristiche dei soluti influisce sull’arricchimento dei nutrienti nel flusso e nel flusso degli steli. Sebbene la ricerca attuale spesso analizzi questi fattori in modo indipendente per facilitare la quantificazione, questo approccio non riesce a catturare completamente i meccanismi sottostanti che influenzano l'arricchimento dei nutrienti.
È stato segnalato un modello globale di quantità e arricchimento di nutrienti guidato dalla ridistribuzione delle precipitazioni nella chioma. La concentrazione media di ioni nel flusso dello stelo (6,13 mg L − 1 ) è 2,1 volte superiore a quello a cascata. SO4 2 - (12,45 e 6,32 mg L − 1 ) e Cl − (9,21 e 4,81 mg L − 1 ) mostrano le concentrazioni più elevate sia nello stemflow che nel throughfall, mentre K + (13,7 e 5,8) e Mg 2+ (5.6 e 2.8) mostrano i coefficienti di lisciviazione più elevati. In diverse zone piovose, le regioni estremamente umide hanno le concentrazioni di ioni più basse nel flusso e nel flusso, ma i coefficienti di lisciviazione più alti.
A causa dei vincoli energetici, le regioni con temperature più elevate spesso hanno una distribuzione della vegetazione diffusa. La traspirazione e l’evaporazione vigorose accelerano il ciclo regionale del vapore acqueo, che, combinato con l’aumento della frequenza e della quantità delle precipitazioni, diluisce parzialmente le concentrazioni di ioni. La zona temperata fredda presenta quindi le concentrazioni di ioni più elevate, mentre i coefficienti di lisciviazione non mostrano una tendenza chiara con l'aumento della temperatura.
Per quanto riguarda i tipi funzionali delle piante e i tipi di ecosistemi, gli arbusti, le piante di conifere, le foreste miste e gli ecosistemi artificiali hanno capacità di arricchimento di nutrienti più forti rispetto agli alberi, alle latifoglie, alle foreste pure e agli ecosistemi naturali. I loro coefficienti di lisciviazione ionica vanno da 1,1 a 3,0 volte superiori a quelli di questi ultimi.
I ricercatori sottolineano una mancanza di comprensione riguardo alla maggiore efficienza dell’arricchimento di nutrienti attraverso il flusso dello stelo, nonostante i benefici consolidati dell’arricchimento di nutrienti attraverso il flusso. La ricerca attuale si concentra principalmente sull'intercettazione della chioma negli ecosistemi naturali con specie di alberi di latifoglie, con un'attenzione limitata agli arbusti, alle piante di conifere e agli ecosistemi artificiali che dimostrano maggiori capacità di arricchimento di nutrienti.
L’articolo suggerisce indicazioni mirate per la ricerca futura. Pur riconoscendo le lacune della ricerca attuale, è anche necessario analizzare i tratti funzionali delle radici, il flusso preferenziale del suolo e i processi di erosione idraulica del suolo. Questa valutazione completa è necessaria per valutare l'impatto dell'intero processo di ridistribuzione delle precipitazioni, compresi la chioma e il suolo, sull'arricchimento, il trasporto e la trasformazione dei nutrienti.
Ulteriori informazioni: Chuan Yuan et al, Arricchimento di nutrienti guidato dalla ridistribuzione delle precipitazioni della chioma:meccanismo, quantificazione e modello, Scienza Cina Scienze della Terra (2024). DOI:10.1007/s11430-023-1267-8
Informazioni sul giornale: Scienza Cina Scienze della Terra
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