Em uma época de altos níveis de dióxido de carbono atmosférico sem precedentes, a questão de saber se as plantas e árvores podem ou não utilizar o carbono em excesso por meio da fotossíntese é de suma importância. Os pesquisadores observaram o que tem sido chamado de CO ₂ efeito de fertilização, em que as taxas de fotossíntese das plantas aumentam em resposta a níveis mais elevados de CO ₂ na atmosfera, embora se acredite que isso dependa de vários outros fatores, como temperatura, umidade, disponibilidade de nutrientes, etc. Um grupo de pesquisadores de Quebec procurou entender melhor como as árvores boreais mais antigas da América do Norte - Thuja occidentalis L, cedro branco - responderam a níveis mais elevados de CO atmosférico ₂ ( c _uma ) em termos de eficiência intrínseca do uso de água dessas árvores (iWUE )

Claudie Giguere-Croteau e colegas publicaram seu estudo "As árvores boreais mais antigas da América do Norte são usuários de água mais eficientes devido ao aumento de [CO ₂ ], mas não cresça mais rápido, "recentemente em PNAS . Seu estudo de árvores de cedro branco da borda sul da floresta boreal norte-americana compreende uma análise de isótopos duplos de anéis de árvores de 715 anos localizadas ao redor das margens do Lago Duparquet, em Quebec. A extrema velhice das árvores é significativa porque os anéis de crescimento amostrados fornecem centenas de anos de dados climáticos e de condições de crescimento antes do início da Revolução Industrial e do aumento concomitante do dióxido de carbono atmosférico ( c _uma ), que, pelos critérios deste estudo, começou em 1850. Como os autores da nota de estudo, "as plantas não foram expostas a concentrações [de c _uma ] acima de 290 ppm por pelo menos 650, 000 anos, portanto, o acoplamento dinâmico de carbono-água que prevaleceu por vários milênios poderia ser interrompido com potencial, ainda incerto, impactos no funcionamento do hidro-ecossistema. "

Elevado c _uma , em termos de resposta fisiológica das plantas, é conhecido por corresponder a iWUE - uma medida de absorção de carbono por unidade de água perdida - embora iWUE também pode ser governado por variáveis ​​como a taxa de assimilação ( UMA ) e condutância estomática ( g _s ), e como essas variáveis ​​afetam o carbono interno de uma planta ( c _eu ) Os autores citam três cenários possíveis que explicam os processos de aclimatação das árvores em resposta ao aumento c _uma em relação a iWUE .

O cenário 1 (S1) supõe uma constante c _eu , no qual iWUE aumenta de forma robusta. O cenário 2 (S2) permite uma constante c _eu / c _uma Razão, no qual iWUE aumenta moderadamente. Cenário 3 (S3) assume uma diferença constante entre c _uma e c _eu , através do qual iWUE permanece constante. S1 parece o cenário mais plausível diante do CO ₂ efeito de fertilização, embora existam poucos dados de longo prazo para elucidar ainda mais a natureza específica de iWUE em uma floresta boreal norte-americana, e existe muita incerteza a esse respeito. Neste contexto, Giguere-Croteau e colegas apresentam suas descobertas.

Os pesquisadores usaram uma análise de isótopo duplo de anéis de árvores (δ 13 C e δ 18 O; carbono-13 e oxigênio-18, respectivamente) para rastrear mudanças em iWUE ao longo de um período de 715 anos. Seus resultados mostraram "um notável e sem precedentes (59%) iWUE aumento nos últimos 150 anos, "o período que acompanha o início das principais emissões antropogênicas de carbono atmosférico. O exame de dados de isótopos duplos desse período revelou dois padrões distintos de iWUE atividade, cada um correspondendo a dois dos três iWUE cenários descritos anteriormente.

A primeira fase, abrangendo os anos de 1850 a 1965, correspondeu a S1, Onde c _eu permanece constante em relação ao aumento c _uma . Este período de tempo mostrou um aumento de 28% em iWUE em comparação com a média pré-industrial do período anterior de 550 anos. Em 1965, quando c _uma os níveis alcançaram 320 ppm, no entanto, iWUE a atividade mudou para refletir uma constante c _eu / c _uma proporção (0,49), conforme descrito em S2, e isso foi acompanhado por um aumento adicional de 31% em iWUE .

A taxa de aumento em iWUE observada na primeira fase do estudo está entre as mais altas já vistas no Hemisfério Norte, e notável também porque a resposta ocorreu em árvores já maduras. A mudança na atividade de uma constante c _eu para um proporcional C _eu / C _uma relacionamento - uma mudança de paradigma de S1 para S2 - que ocorreu no segundo período, começando em 1965, também foi notável. Nenhuma mudança foi observada anteriormente em uma floresta boreal norte-americana.

A mudança observada na estratégia de aclimatação das árvores sugeriu mudanças fisiológicas tanto em UMA , g _s , ou ambos, e assim os pesquisadores buscaram pistas na análise de isótopos duplos para esclarecer o mecanismo em funcionamento em ambos os períodos de tempo. Eles descobriram que no primeiro período, de 1850 a 1965, UMA (taxa de assimilação) estimulação por aumento de CO ₂ provavelmente dirigiu iWUE aumenta; mas depois de 1965, a iWUE resposta provavelmente mudou para uma dominada por g _s , isso é, neste caso - declínio da condutância estomática. Em essência, essas árvores pareciam empregar uma estratégia que maximizava os ganhos de carbono em níveis relativamente baixos c _uma , como visto no período 1. No entanto, começando em 1965, as árvores mudaram para uma estratégia de prevenção à seca conforme seu aparato fotossintético se aproximava de um ponto de saturação, após o que as perdas de água seriam desproporcionalmente altas em comparação com os ganhos de carbono, deveriam manter uma constante c _eu .

Próximo, os pesquisadores analisaram as variações do clima em relação a iWUE , examinando variáveis ​​como índice de umidade do solo, déficit de pressão de vapor, e temperatura. A análise deles mostrou que, enquanto cada um desses fatores relacionados ao clima teve um efeito significativo sobre iWUE entre 1953 e 2014, cada um teve um efeito máximo em uma frequência de tempo diferente. Além disso, o grande aumento em iWUE começando em 1850 não pode ser atribuído às mudanças climáticas, como as condições mais quentes / secas que prevalecem desde 1965. As evidências indicam que as condições mais frias e úmidas de fato prevaleceram, e a alta condutância estomática necessária para iWUE aumentos na taxa observada no período de 1850 a 1965 provavelmente não teriam sido possíveis em condições mais quentes e secas. A tendência climática de condições mais quentes e secas pode ter desempenhado um papel na facilitação da mudança de S1 para S2, Contudo.

Talvez a descoberta mais importante deste estudo, no entanto, é o fato de que o sem precedentes iWUE os aumentos vistos desde 1850 não resultaram em um crescimento substancialmente maior. Olhando para os índices de largura dos anéis das árvores, os pesquisadores encontraram períodos de alto crescimento desde tempos modernos relativamente recentes (anos 1980-1990) de magnitude equivalente a outros períodos bem antes de 1850. Os pesquisadores oferecem várias explicações plausíveis para essa falta de crescimento aparente, variando do crescimento de componentes não-tronco dos três, como exsudatos de raiz, às limitações de nutrientes, por exemplo, o efeito do fósforo no crescimento da biomassa em cedros brancos.

Sem considerar, os resultados deste estudo servem como evidência preventiva para aqueles que desenvolvem modelos de vegetação globais dinâmicos (DGVMs), que se baseiam na suposição de que o carbono atmosférico mais elevado necessariamente se traduz em maior armazenamento de carbono através da fotossíntese em biomassa. Assim, os autores concluem:"Nossos resultados sugerem que mesmo em condições favoráveis ​​para o crescimento, nem todas as árvores podem tirar proveito de níveis elevados de c _uma e iWUE . Esses mecanismos não são normalmente levados em consideração por modelos ecofisiológicos e DGVMs, o que pode levá-los a superestimar quaisquer efeitos positivos conferidos por uma maior c _uma na assimilação e fixação de carbono. Previsões de crescimento futuro elevado e possíveis efeitos de alívio sobre c uma pode ser excessivamente otimista se os modelos não permitirem a possibilidade de crescimento constante ou mesmo reduzido no contexto de aumento c _uma . "

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