L’efecte de la temperatura sobre l’eficiència de producció forestal (Ecologia mediterrània, 43/2020)

La producció forestal pot mesurar-se en producció de biomassa, és a dir en la massa dels òrgans vegetals, o bé en producció primària neta, és a dir de la matèria orgànica. L’eficiència de producció forestal pot fer referència a totes dues variables. Andreas Ibrom, de la Universitat Tècnica de Dinamarca, ha coordinat una anàlisi global de la relació entre l’eficiència de producció forestal amb variables com la temperatura o la precipitació, fent ús d’una gran compilació de dades. Els resultats apareix aquesta setmana en la forma d’article a Nature Communications. Destaca que hagin trobat que l’eficiència de producció forestal augmenta amb la temperatura de creixement. Al capdavall, un augment de la temperatura ambiental provoca en la majoria d’espècies forestals una resposta fisiològica en sentit contrari, en ajustar-hi la taxa de respiració.

Collalti et al. troben que l’eficiència de producció forestal augmenta amb la temperatura (a), disminueix amb l’edat (b), i augmenta amb la precipitació (c) i amb la latitud (d). Tot encaixa, excepte l’efecte de la temperatura que sembla paradoxal amb la resposta fisiològica dels arbres a curt termini. Collalti et al. creuen que, si és així, els actuals models d’ecosistemes farien una sobreestimació de les pèrdues forestal de carboni en un clima més càlid.

Una anàlisi global de l’eficiència de producció forestal

Aquesta recerca fou concebuda per Alessio Collalti (de l’Istituto per i sistemi Agricoli e Forestali del Mediterraneo, de Perugia), Andreas Ibrom (del Departament d’Enginyeria Ambiental de la Universitat Tècnica de Dinamarca, a Lyngby) i Iain Colin Prentice (del Silwood Park de l’Imperial College of London).

Realitzaren l’anàlisi de dades Collalti, Anders Stockmarr (del Departament de Matemàtica Aplicada i Ciència Computacional de la Universitat Tècnica de Dinamarca), Ibrom, Alessandro Cescatti (del Centre de Recerca en Recursos Sostenibles d’Ispra) i Ramdane Alkama (Ispra).

Collalti, Cescatti, Alkama, Marcos Fernández-Martínez (del Grup de Recerca de Plantes i Ecosistemes de la Universitat d’Antwerp) i Prentice redactaren l’article, al qual contribuïren també investigadors d’altres centres.

La producció de biomassa sol expressar-se en grams de carboni, entenent que aquest és l’element estructura de la matèria orgànica viva. Anualment, la quantitat de carboni fixada per fotosíntesi per la biosfera planetària és de més de 1·1014 kg de C. Vora la meitat d’aquesta quantitat (uns 60 PgC) és consumida per la respiració dels propis organismes fotosintètics (respiració autotròfica). Tot i així, els ecosistemes forestals terrestres són considerats el principal embornal de carboni de les masses continentals. En la passada dècada es calcula que van captar 3,5±1,0 PgC cada any. Ja sabem que aquesta captació no és pas suficient per impedir que les emissions antropogèniques de CO2 no s’acumulin en l’atmosfera, però el cas que sense l’embornal dels boscos, l’escenari seria encara pitjor. L’augment de CO2 en l’atmosfera genera un efecte hivernacle addicional que promou un escalfament general del clima, i sovint s’assum que en climes més càlids l’embornal dels boscos podria veure’s afectat negativament. D’altra banda, l’augment de CO2 atmosfèric té un efecte “fertilitzant” sobre els ecosistemes forestals. Collalti et al. consideren que per tal de fer prediccions cal entendre quantitativament l’assimilació de CO2 a través de la fotosíntesi (és a dir, la producció primària bruta), la desassimilació a través de la respiració autotròfica, el grau d’eficiència en la conversió de carboni assimilat en nova matèria orgànica (la producció primària neta), i com aquesta matèria orgànica es reparteix entre els òrgans vegetals (la biomassa) i altres compartiments (exsudats rizosfèrics, compostos orgànics volàtils, etc.).

Collalti et al. es fixen en l’eficiència d’ús de carboni (CUE), que és el quocient entre la producció primària neta (NPP) i la producció primària bruta (GPP). També contemplen l’eficiència de producció de biomassa (BPE) que és el quocient entre la producció de biomassa (BP) i la producció primària bruta (GPP). Aquests dos quocients informen de l’eficiència de la producció forestal. Hi ha més dades sobre la BPE que sobre la CUE, de manera que Collalt et al. opten per sintetitzar totes dues en l’eficiència de producció forestal (FPE).

Una revisió quantitativa de més de 300 articles

La producció primària bruta (GPP) és la suma de la fixació bruta de carboni (és a dir, la que resulta de la carboxilació del cicle de Calvin restant-hi la fotorespiració) per les parts verdes (els teixits autotròfics fixadors de carboni) per àrea (superfície fotosintètica) i per temps (normalment, un any o més). La producció primària neta (NPP) és la fracció de GPP que no és respirada en el període corresponent.

Així doncs NPP = GPP – Ra.

La NPP és, alhora, la suma de l’augment anual de la biomassa (ΔB), de la producció anual de fullaraca (L, en la que cal incloure-hi també arrels i restes llenyoses), de la producció anual de fruit (F), del consum d’herbívors (H) i d’altres fluxos amagats de carboni (O, hidrats de carboni no-estructurals, exsudats d’arrels, consum de fongs i bacteris simbiòtics, emissions de compostos orgànics volàtils).

Per valorar aquests paràmetres s’utilitzen quatre tipus de metodologia:
– mètodes biomètrics, com ara la mesura directa d’arbres.
– mètodes micrometeorològics, com ara la determinació de fluxos de CO2.
– mètodes de modelatge, des d’equacions matemàtiques a models més complexos.
– mètodes d’escalat, que es basen en extrapolar dades obtingudes d’experiments fets en cambra.

Collalti et al. utilitzen les dades publicades en més de 300 articles científics. D’ací deriven una base de dades que conté 244 registres (197 de BPE i 47 de CUE), corresponents a més d’un centenar de localitats forestals (plantacions forestals, boscos sota gestió, boscos recentment cremats, boscos fertilitzats amb nitrogen, boscos irrigats, boscos fertilitzats artificialment amb CO2) i a 89 espècies diferents d’arbres. Dels 244 registres, 170 són de boscos temperats, 51 de boscos boreals i 23 de boscos tropicals. Una bona part són de boscos perennes acicufolis (132), seguits de boscos caducifolis de fulla plana (79), boscos perennifolis de filla planta (14) i boscos mixtos (19). La major part de les dades (93%) corresponen al període 1995-2015.

Entre els variables que estudien Collalti et al. en aquestes dades hi ha:
– l’edat mitjana dels arbres (que va de 5 a 500 anys).
– la temperatura mitjana anual (MAT, que va de 6,5 graus centígrads sota zero a 27,1 °C).
– la precipitació anual total (TAP, que va de 125 a 3500 mm anuals).
– el mètode de determinació.
– la localització geogràfica (considerant-hi latitud i longitud).
– l’elevació (de 5 a 2800 m per damunt del nivell del mar).
– l’índex d’àrea foliar (que va de 0,4 a 13).
– el tractament (exposició a l’atmosfera natural o a una amb nivells de CO2 augmentats artificialment).
– el tipus de pertorbació (foc o gestió forestal).
– el tipus de vegetació o de bioma.

L’eficiència de producció forestal no és una constant universal

El primer que constaten Collalti et al. és la gran variabilitat en la CUE (de 0,24 a 0,71) i en la BPE (de 0,22 a 0,79). Dels factors analitzats, n’hi ha quatre d’importants:
– l’edat.
– la temperatura mitjana anual.
– la precipitació total anual.
– la latitud.

Amb l’augment de temperatura, de precipitació o de latitud, augmenta l’eficiència de producció forestal (FPE). Contràriament, amb l’augment de l’edat hi ha una disminució d’aquesta eficiència. Val a dir que aquests efectes es visualitzen quan s’hi aplica un model de regressió múltiple, que explica el 30% de la variància observada en els valors de FPE.

La rellevància dels fluxos amagats de carboni

La CUE ofereix un valor igual o superior a la BPE degut al fet que la BPE no té en compte fluxos de carboni com els exsudats rizosfèrics o la secreció de compostos orgànics volàtils per part dels arbres. Els valors de CUE/BPE més alts (0,65) es corresponen a situacions de màxim creixement amb mínima despesa, i els valors més baixos (0,2) a una situació de creixement mínim sota un cost de manteniment màxim.

Amb l’edat, els valors de FPE tendeixen a decaure (amb un pendent de 0,0004 per any). Això es deu al tancament d’estomes en arbres més alts (i més vells), que seria un mecanisme de protecció front a la cavitació xilèmica (la formació de bombolles de gas que trenquen la continuïtat dels vasos de saba bruta). Però també s’explicaria per una major taxa de respiració dels arbres més vells i més grossos, i pel declivi de la fertilitat del sòl on creixen aquests arbres. Precisament, algunes tècniques de gestió forestal cerquen evitar aquest envelliment reduint la competició entre plantes i altres mesures.

Temperatura i precipitació sobre l’eficiència de producció forestal

Collalti et al. troben que una major precipitació anual s’associa amb un augment de l’eficiència de producció forestal. Pensen que això es deuria a l’augment de la disponibilitat d’aigua en el sòl, i un major grau d’obertura d’estomes, dos factors que promourien la fotosíntesi.

A major latitud, també trobem una major eficiència de producció forestal. Les latituds més extremes tenen dies més llargs a l’estiu. Les latituds més baixes, properes als tròpics, experimenten irradiàncies de saturació.

Però el resultat més remarcable de l’estudi és l’augment de l’eficiència a major temperatura anual mitjana. La fisiologia vegetal ens ensenya, contràriament, que la temperatura té un efecte més pronunciat sobre la respiració que sobre la fotosíntesi. Però aquest seria un efecte a curt termini, i Collalti et al. analitzen dades d’una escala temporal superior. L’aclimatació tèrmica i l’adaptació genètica contrarestarien aquest efecte fisiològic inicial. Una temperatura més elevada permetria als arbres realitzar la mateixa funció fotosintètica amb una menor quantitat d’enzims i, en conseqüència, una menor pèrdua respiratòria associada al manteniment de la capacitat catalítica.

Lligams:

Forest production efficiency increases with growth temperature. A. Collalti, A. Ibrom, A. Stockmarr, A. Cescatti, R. Alkama, M. Fernández-Martínez, G. Matteucci, S. Sitch, P. Friedlingstein, P. Ciais, D. S. Goll, J. E. M. S. Nabel, J. Pongratz, A. Arneth, V. Haverd, I. C. Prentice. Nat. Commun. 11: 5322 (2020).

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: