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Diversas estratégias de uso de água pelas plantas tornam as florestas mais resistentes a secas extremas
A floresta tropical envidraçada na Biosfera 2, que abriga 90 espécies de plantas em uma área do tamanho de sete quadras de tênis, permitiu aos pesquisadores simular uma seca total do ecossistema.
Por Universidade do Arizona - 16/12/2021


Um experimento sem paralelo na Biosfera 2 da Universidade do Arizona forçou a "floresta tropical sob o vidro" por meio de uma seca controlada e experimento de recuperação para pintar um quadro mais claro de como a mudança climática global afetará os ecossistemas da Terra. Crédito: Rosemary Brandt

Para pintar um quadro mais claro de como a mudança climática global afetará os ecossistemas da Terra, uma equipe de 80 cientistas internacionais se preparou para concluir um experimento sem paralelo: forçar a única floresta fechada do mundo - localizada na Biosfera 2 da Universidade do Arizona - por meio de um seca controlada de um mês e recuperação.

Suas descobertas, publicadas esta semana na revista Science , revelaram uma queda de cerca de 70% no armazenamento de carbono da floresta tropical - falando sobre as preocupações com a capacidade das florestas de capturar e armazenar dióxido de carbono da atmosfera à medida que a mudança climática avança. No entanto, uma intrincada teia de estratégias de uso da água e interações com o solo foram encontradas para apoiar a estabilidade da floresta em face de secas extremas.

"A floresta foi, de certa forma, surpreendentemente resistente à seca", disse Laura Meredith, uma das três lideranças do projeto e professora assistente na Escola de Recursos Naturais e Meio Ambiente da Faculdade de Agricultura e Ciências da Vida.

A floresta tropical envidraçada na Biosfera 2, que abriga 90 espécies de plantas em uma área do tamanho de sete quadras de tênis, permitiu aos pesquisadores simular uma seca total do ecossistema.

O experimento, chamado Água, Atmosfera e Dinâmica da Vida - ou WALD, que significa "floresta" em alemão - começou a capturar todos os dados possíveis durante o processo de seca e reumedecimento. Quase 2 milhas de tubos de Teflon e mais de 133 sensores foram colocados em toda a floresta tropical de cerca de 3 acres para coletar simultaneamente medições em tudo, desde reservatórios de carbono na atmosfera e vegetação, até microbioma e processos de solo em águas profundas.

"Usamos isótopos estáveis ​​para rastrear o movimento de carbono e água através do ecossistema sob condições normais e seca severa , o que revelou surpreendentes interações planta-ecossistema", disse Meredith. "É importante ressaltar que as plantas individuais não responderam à seca da mesma maneira. Algumas eram altamente sensíveis à seca e rapidamente desaceleraram seu ciclo crítico de carbono e água para garantir a segurança, enquanto outras foram mais tolerantes à seca e mantiveram sua função mesmo em ambientes mais arriscados condições de seca. "

Em seu experimento, os pesquisadores categorizaram as reações das plantas por sua tolerância e sensibilidade à seca em grandes árvores de dossel e espécies de vegetação rasteira.
 
"Observamos uma das reações mais surpreendentes entre as árvores grandes, tolerantes e sensíveis à seca", disse Christiane Werner, professora de fisiologia do ecossistema na Universidade de Freiburg da Alemanha e um dos líderes do projeto.

Árvores grandes e sensíveis à seca geralmente consomem a maior parte da água, especialmente da camada superficial do solo. Como a camada superficial do solo secou primeiro durante a seca, essas árvores foram as que sofreram mais com a falta de água e mais severamente, explicou Werner. Os pesquisadores presumiram que as árvores sensíveis à seca teriam acesso imediato aos recursos hídricos do solo profundo.

“Em vez disso, eles reduziram drasticamente o consumo de água e só recorreram às reservas de águas profundas sob seca extrema”, disse Werner. "Dessa forma, eles conservaram as reservas de águas profundas pelo maior tempo possível."

As árvores grandes e tolerantes à seca seguraram suas folhas das copas por mais tempo, proporcionando sombra contínua e poupando a vegetação rasteira de mais desidratação da camada superior do solo.

"Ter uma diversidade de respostas à seca dentro das plantas ajudou a manter maiores funções de ciclagem de carbono e água de todo o ecossistema, tanto durante a extensão máxima da seca, como também para responder rapidamente à disponibilidade renovada de umidade com a chegada da chuva," Meredith explicou.

Enquanto o armazenamento de carbono no sistema florestal diminuiu significativamente sob o aumento do estresse hídrico, as plantas liberaram mais compostos orgânicos voláteis , ou VOCs, que estão envolvidos na comunicação e sinalização entre os micróbios do solo e as plantas. COVs são particularmente importantes na forma como as plantas lidam com o estresse.

De acordo com os resultados, houve uma cascata de emissões de diferentes COVs, incluindo isopreno, hexanal e monoterpenos, os últimos dos quais podem suportar a condensação de nuvens e a formação de chuvas e podem servir como mecanismo de proteção contra a seca.

Enquanto as plantas eram fortes emissores de VOCs para a atmosfera, a vida microbiana no solo interceptou alguns desses compostos, mitigando a quantidade total que seria liberada para a atmosfera acima de uma floresta tropical.

"Esse papel de contrapeso dos micróbios do solo para plantar as emissões de COV persistiu, mesmo sob severa seca , indicando que precisamos levar em consideração o papel da atividade microbiana nos processos atmosféricos", disse Meredith.

A equipe de pesquisa do WALD continua trabalhando com os dados do experimento e agora se voltou para a menor escala do ecossistema, a vida microbiana. A equipe tem como objetivo descrever os mecanismos do ciclo do carbono e da água nessas escalas pequenas, capturando os perfis genômicos e metabolômicos dos microbiomas do solo e da raiz.

"Ecossistemas experimentais, como o que temos na Biosfera 2, permitem que os pesquisadores entendam a resposta holística de todo um ecossistema ao estresse", disse Meredith. "Enquanto trabalhamos para entender e prever a função do ecossistema em resposta à mudança global, temos que considerar os grupos funcionais das plantas e suas interações com os solos e a atmosfera, tanto em estudos observacionais quanto de modelagem."

 

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