Il mondo vegetale costituisce la spina dorsale degli ecosistemi naturali e assorbe circa il 30 per cento di tutta l’anidride carbonica emessa dall’uomo ogni anno. Ma i livelli più alti di CO2 stanno cambiando le carte in tavola
di MIT Technology Review Italia
Una nuova ricerca ha scoperto che tra il 1982 e il 2020, la fotosintesi globale delle piante è cresciuta del 12 per cento, in concomitanza con un incremento della CO2 nell’atmosfera del 17 per cento. La crescita della fotosintesi determina il cosiddetto effetto di fertilizzazione del carbonio, che permette una maggiore crescita in alcune piante e un minor consumo di acqua.
Come riportato da “Phys.org“, gli scienziati hanno scoperto che in risposta a livelli elevati di CO2, la crescita delle piante all’esterno è aumentata in media del 21 per cento, mentre la crescita sotto terra è aumentata del 28 per cento. Di conseguenza, si prevede che alcune colture come frumento, riso e soia beneficeranno dell’aumento della CO2 con un aumento delle rese dal 12 al 14 per cento. Tuttavia, la crescita di alcune graminacee tropicali e subtropicali e di diverse colture importanti, tra cui mais, canna da zucchero, sorgo e miglio, non sembrate influenzate dall’aumento di CO2.
Con elevate concentrazioni di CO2, le piante, grazie al loro sistema di stomi, utilizzano meno acqua durante la fotosintesi. Ciò potrebbe far sì che le piante rilascino meno acqua nell’atmosfera, lasciandone così di più nel suolo e nei corsi d’acqua. Ma il cambiamento climatico ha anche un impatto su altri fattori critici per la crescita delle piante, come i nutrienti, la temperatura e l’acqua.
I ricercatori che hanno studiato centinaia di specie vegetali tra il 1980 e il 2017 hanno scoperto che la maggior parte degli ecosistemi terrestri non fertilizzati stanno diventando carenti di nutrienti, in particolare di azoto e hanno attribuito questa diminuzione ai cambiamenti globali, compreso l’aumento delle temperature e dei livelli di CO2.
L’azoto è un elemento essenziale nel DNA e nell’RNA ed è necessario alle piante per produrre carboidrati e proteine per la crescita. Tuttavia, le piante non possono utilizzare l’ azoto gassoso che si trova nell’atmosfera perché ha due atomi di azoto tripli legati insieme così strettamente che sono difficili da rompere in una forma che le piante possano usare.
Interviene allora un fenomeno chiamato fissazione dell’azoto, che si verifica nel terreno, dove alcuni tipi di batteri si attaccano alle radici delle piante, come i legumi. I batteri ottengono carbonio dalla pianta e in uno scambio simbiotico, fissano l’azoto, combinandolo con ossigeno o idrogeno in composti che le piante possono utilizzare.
“La CO2 intorno alle piante di solito aumenta la produttività”, ha detto Kevin Griffin, professore del Department of Ecology, Evolution and Environmental Biology della Columbia University e del Lamont-Doherty Earth Observatory della Columbia University, . “ma la permanenza del fenomeno è legata alla presenza sufficiente di azoto”.
Ricerche precedenti sulla fissazione dell’azoto, basate su misurazioni di batteri allo stato libero, hanno previsto che il processo di fissazione funziona più velocemente fino a 25 °C, poi scende. In un mondo in fase di riscaldamento, le piante rimuoverebbero quindi meno CO2 dall’atmosfera, causando un ulteriore riscaldamento e una minore fissazione dell’azoto, e così via. Griffin e i suoi colleghi hanno sviluppato uno strumento che ha permesso loro di misurare i comportamenti dell’azoto sui batteri che formavano un’associazione con le radici delle piante, al contrario dei batteri liberi.
“I nostri dati ci dicono che la temperatura ottimale per la fissazione dell’azoto è in realtà di circa 5 °C superiore a qualsiasi stima precedente, e in alcuni casi può arrivare fino a 11 °C in più. Se la nostra conclusione è valida, significa che la probabilità che la fissazione dell’azoto diminuisca è molto più bassa e che le piante potrebbero mantenere alta la produttività”.
L’aumento delle temperature sta anche facendo sì che le stagioni di crescita diventino più lunghe e più calde. Poiché le piante cresceranno di più e per un tempo più lungo, utilizzeranno effettivamente più acqua, compensando i benefici della chiusura parziale degli stomi. Contrariamente a quanto credevano gli scienziati in passato, il risultato saranno suoli più asciutti e meno ruscellamenti, vitali per corsi d’acqua e fiumi. Ciò potrebbe anche portare a un riscaldamento a livello locale poiché l’evapotraspirazione, quando le piante rilasciano umidità nell’aria, mantiene l’aria più fresca.
Inoltre, quando i terreni sono asciutti, le piante si stressano e non assorbono tanta CO2, il che potrebbe limitare la fotosintesi. Gli scienziati hanno scoperto che anche se le piante hanno assorbito il carbonio in eccesso per la fotosintesi durante un anno piovoso, la quantità non potrebbe compensare la quantità ridotta di CO2 assorbita durante un anno di siccità precedente.
Gli effetti negativi delle temperature più alte
Inverni più caldi e una stagione di crescita più lunga favoriscono la proliferazione di parassiti, agenti patogeni e specie invasive che danneggiano la vegetazione. Durante le stagioni di crescita più lunghe, più generazioni di parassiti possono riprodursi poiché le temperature più calde accelerano i cicli di vita degli insetti e più parassiti e agenti patogeni sopravvivono durante gli inverni caldi. L’aumento delle temperature sta anche spingendo alcuni insetti a invadere nuovi territori , con effetti talvolta devastanti per le colture locali.
Temperature più elevate e un aumento dell’umidità rendono le piante più vulnerabili. Le erbacce, molte delle quali prosperano con il caldo elevato, causano già circa il 34 per cento delle perdite di raccolto, insieme a insetti che contribuiscono con il 18 per cento e le malattie con il 16 per cento. Il cambiamento climatico probabilmente amplificherà queste perdite.
Molte colture iniziano a subire stress a temperature comprese tra 32 e 35 °C, sebbene ciò dipenda dal tipo di coltura e dalla disponibilità di acqua. I modelli mostrano che ogni grado di calore aggiunto può causare una perdita dal 3 al 7 per cento dei raccolti di alcune colture importanti, come mais e soia. Inoltre, un aumento della temperatura accelera il ciclo di vita della pianta in modo che, quando la pianta matura più rapidamente, ha meno tempo per la fotosintesi e di conseguenza produce meno grani e rese inferiori.
Si prevede inoltre che il cambiamento climatico porterà più ondate di calore e siccità combinate, che probabilmente compenserebbero qualsiasi beneficio derivante dall’effetto di fertilizzazione del carbonio. Mentre i raccolti spesso diminuiscono durante le stagioni di crescita calde, la combinazione di caldo e siccità potrebbe causare un calo dei raccolti di mais del 20 per cento in alcune parti degli Stati Uniti e del 40 per cento nell’Europa orientale e nell’Africa sudorientale.
Inoltre, la combinazione di scarsità di calore e acqua può ridurre i raccolti in luoghi come gli Stati Uniti settentrionali, il Canada e l’Ucraina, dove si prevede che i raccolti aumenteranno a causa delle temperature più calde.
Sebbene alcune rese delle colture possano aumentare, l’aumento dei livelli di CO2 influisce sul livello di importanti nutrienti nelle colture. Secondo uno studio, con una presenza di CO2 elevata, le concentrazioni proteiche nei chicchi di grano, riso e orzo e nei tuberi di patata sono diminuite dal 10 al 15 per cento.
Le colture perdono anche importanti minerali tra cui calcio, magnesio, fosforo, ferro e zinco. Uno studio del 2018 su diverse varietà di riso ha rilevato che mentre elevate concentrazioni di CO2 aumentavano la vitamina E, hanno comportato una diminuzione delle vitamine B1, B2, B5 e B9.
Controintuitivamente, l’ aumento della crescita delle piante alimentato dalla CO2 può comportare un minore accumulo di carbonio nel suolo. Una ricerca recente ha scoperto che le piante devono trarre più nutrienti dal suolo per stare al passo con la crescita aggiuntiva innescata dalla fertilizzazione del carbonio. Questo stimola l’attività microbica, che finisce per rilasciare CO2 nell’atmosfera che altrimenti sarebbe rimasta nel suolo.
I risultati mettono in discussione la convinzione di vecchia data secondo cui man mano che le piante crescono di più a causa dell’aumento di CO2, la biomassa aggiuntiva si trasformerebbe in materia organica e il suolo potrebbe aumentare il loro accumulo di carbonio.
Nell’insieme, quindi, ci sono ancora molte incognite e preoccupazioni su come le complesse interazioni tra la fisiologia e il comportamento delle piante, la disponibilità e l’uso delle risorse, lo spostamento delle comunità vegetali verso Nord e altri fattori influenzeranno la vita complessiva delle piante di fronte al cambiamento climatico.
(rp)
