Precipitazioni: un nuovo studio dimostra che l’equilibrio tra l’acqua del suolo e l’apporto energetico in un ecosistema determina se la crescita delle piante è limitata dalle precipitazioni o dalla temperatura.

La fotosintesi sulla Terra è regolata dalla fenologia vegetale ossia il modo in cui i cicli di vita delle piante interagiscono con il clima e dalle condizioni ambientali, entrambe sostanzialmente cambiate negli ultimi decenni.

A differenza della fotosintesi di inizio stagione che è principalmente guidata dal riscaldamento o dall’insorgere della stagione delle piogge, la fotosintesi di fine stagione può essere limitata da diversi fattori, come il ciclo di vita delle piante e le radiazioni, e i suoi meccanismi sottostanti sono meno compresi.

La fotosintesi di fine stagione sulla terra contribuisce notevolmente alla fissazione annuale totale del carbonio ed è sensibile al clima.

Gli scienziati concordano generalmente sul fatto che la limitazione della temperatura sulla fotosintesi di fine stagione si allevierà con il riscaldamento, ma gli effetti della disponibilità di acqua sono altamente incerti.

Un nuovo studio della Columbia Engineering mostra che un aumento dello stress idrico, ossia una maggiore frequenza di siccità dovuta a temperature più elevate, limiterà il ciclo fenologico: in effetti, diminuendo la fotosintesi, si genererà un assorbimento di carbonio complessivamente inferiore a fine stagione, contribuendo così ad aumentare il riscaldamento globale.

I ricercatori hanno utilizzato sia i dati di telerilevamento che le osservazioni in situ per analizzare i limiti di temperatura e acqua sulla fotosintesi.

Hanno scoperto che la limitazione dell’acqua sulla fotosintesi di fine stagione è regolata sia dall’acqua del suolo sia dalla temperatura media annuale.

I modelli del sistema terrestre hanno previsto il riscaldamento e l’essiccazione del suolo su gran parte della superficie terrestre entro il 2100, quindi è chiaro che la disponibilità di acqua diventerà sempre più importante come fattore limitante per la fotosintesi e l’assorbimento di carbonio.

Volevamo capire quale fosse il fattore trainante della fotosintesi delle piante durante la tarda stagione di crescita e come cambierà in futuro

afferma Pierre Gentine, professore associato di ingegneria della terra e dell’ambiente e affiliato con l’Istituto della Terra, che ha guidato lo studio pubblicato Proceedings of National Academy of Sciences (PNAS) che continua:

Il nostro studio è un ottimo esempio di come i progressi nelle tecnologie di telerilevamento possono essere utilizzati per risolvere domande cruciali come questa.

Il team ha utilizzato sia l’apprendimento automatico sia il telerilevamento per generare un nuovo set di dati per la mappatura della fotosintesi globale delle piante.

Hanno trovato un modello spaziale contrastante di limiti di temperatura e acqua sulla fotosintesi alla fine della stagione di crescita.

La soglia che li separava era determinata dall’equilibrio tra disponibilità di energia e approvvigionamento idrico del suolo. Le precipitazioni e la temperatura hanno avuto impatti importanti ma opposti sulla fine della fotosintesi della stagione di crescita per gli ecosistemi in luoghi diversi: se la fotosintesi delle piante in alcune aree è limitata dalle precipitazioni (relazione positiva con le precipitazioni), è probabile che la temperatura abbia un effetto negativo e vice versa.

Siamo i primi a dimostrare che l’equilibrio tra l’acqua del suolo e l’energia immessa nell’ecosistema determina se il sistema è limitato dalle precipitazioni o dalla temperatura

ha affermato l’autore principale dello studio Yao Zhang, post-doc presso il laboratorio nazionale Lawrence Berkeley, che continua

Poiché la limitazione della temperatura diminuisce, è necessaria una maggiore quantità di acqua nel suolo per supportare una maggiore attività della vegetazione, specialmente durante la tarda stagione di crescita.

I modelli CMIP5 prevedono il riscaldamento e l’essiccazione futuri ciò causerà grandi variazioni e potenziali diminuzioni nella fotosintesi in futuro.