En una era de altos niveles de dióxido de carbono atmosférico sin precedentes, La cuestión de si las plantas y los árboles pueden utilizar el exceso de carbono mediante la fotosíntesis es de suma importancia. Los investigadores han observado lo que se ha llamado CO ₂ efecto de fertilización, por el cual las tasas de fotosíntesis de las plantas aumentan en respuesta a niveles más altos de CO ₂ en la atmósfera, aunque se cree que esto depende de varios otros factores, como la temperatura, humedad, disponibilidad de nutrientes, etc. Un grupo de investigadores de Quebec trató de comprender mejor cómo los árboles boreales más antiguos de América del Norte, Thuja occidentalis L, cedro blanco:han respondido a niveles más altos de CO atmosférico ₂ ( C _a ) en términos de la eficiencia intrínseca del uso del agua de estos árboles (iWUE ).

Claudie Giguere-Croteau y sus colegas publicaron su estudio "Los árboles boreales más antiguos de América del Norte son usuarios de agua más eficientes debido al aumento de [CO ₂ ], pero no crezcas más rápido, "recientemente en PNAS . Su estudio de los árboles de cedro blanco del borde sur del bosque boreal de América del Norte comprende un análisis de isótopos duales de anillos de árboles de 715 años ubicados alrededor de las orillas del lago Duparquet en Quebec. La vejez extrema de los árboles es significativa porque los anillos de crecimiento muestreados proporcionan cientos de años de datos sobre el clima y las condiciones de crecimiento antes del inicio de la Revolución Industrial y el aumento concomitante del dióxido de carbono atmosférico ( C _a ), cuales, según los criterios de este estudio, comenzó en 1850. Como señalan los autores del estudio, "las plantas no han estado expuestas a concentraciones [de C _a ] por encima de 290 ppm durante al menos 650, 000 años, por lo que el acoplamiento dinámico carbono-agua que prevaleció durante varios milenios podría interrumpirse con potencial, aún incierto, impactos en el funcionamiento del hidroecosistema ".

Elevado C _a , en términos de la respuesta fisiológica de las plantas, se sabe que corresponde a iWUE —Una medida de absorción de carbono por unidad de agua perdida — aunque iWUE también puede estar gobernado por variables como la tasa de asimilación ( A ) y conductancia estomática ( gramo _s ), y cómo estas variables afectan en última instancia el carbono interno de una planta ( C _I ). Los autores citan tres posibles escenarios que explican los procesos de aclimatación de los árboles en respuesta al aumento C _a En relación a iWUE .

El escenario 1 (S1) supone una constante C _I , en el cual iWUE aumenta con fuerza. El escenario 2 (S2) permite una constante C _I /C _a proporción, en el cual iWUE aumenta moderadamente. El escenario 3 (S3) supone una diferencia constante entre C _a y C _I , por lo cual iWUE permanece constante. S1 parece el escenario más plausible de cara al CO ₂ efecto de fertilización, aunque existen pocos datos a largo plazo para dilucidar aún más la naturaleza específica de iWUE en un bosque boreal de América del Norte, y existe mucha incertidumbre al respecto. Sobre este trasfondo, Giguere-Croteau y sus colegas presentan sus hallazgos.

Los investigadores utilizaron un análisis de isótopos duales de los anillos de los árboles (δ 13 C y δ 18 O; carbono-13 y oxígeno-18, respectivamente) para realizar un seguimiento de los cambios en iWUE durante un período de 715 años. Sus resultados mostraron "un notable y sin precedentes (59%) iWUE aumentar durante los últimos 150 años, "el período que sigue el inicio de las principales emisiones antropogénicas de carbono atmosférico. El examen de los datos de isótopos duales de este período reveló dos patrones distintos de iWUE actividad, cada uno correspondiente a dos de los tres iWUE escenarios descritos anteriormente.

La primera etapa, que abarca los años 1850 a 1965, correspondía a S1, dónde C _I permanece constante en relación con el aumento C _a . Este período de tiempo mostró un aumento del 28% en iWUE en comparación con el promedio preindustrial del período anterior de 550 años. En 1965, cuando C _a los niveles alcanzaron 320 ppm sin embargo, iWUE La actividad cambió para reflejar una constante C _I /C _a relación (0,49), como se describe en S2, y esto fue acompañado por un aumento adicional del 31% en iWUE .

La tasa de aumento en iWUE observado en la primera fase del estudio se encuentra entre los más altos jamás vistos en el hemisferio norte, y notable también porque la respuesta se produjo en árboles ya maduros. El cambio en la actividad de una constante C _I a un proporcional C _I /C _a relación, un cambio de paradigma de S1 a S2, que tuvo lugar en el segundo período a partir de 1965, también fue notable. Anteriormente no se había observado tal cambio en un bosque boreal de América del Norte.

El cambio observado en la estrategia de aclimatación de los árboles sugirió cambios fisiológicos en A , gramo _s , o ambos, por lo que los investigadores buscaron pistas en el análisis de isótopos duales para aclarar el mecanismo en funcionamiento en ambos períodos de tiempo. Descubrieron que en el primer período, de 1850 a 1965, A (tasa de asimilación) estimulación por aumento de CO ₂ probablemente condujo iWUE aumenta; pero después de 1965, los iWUE La respuesta probablemente cambió a una dominada por gramo _s , es decir, en este caso, disminución de la conductancia estomática. En esencia, Estos árboles parecían emplear una estrategia que maximizaba las ganancias de carbono a niveles relativamente bajos. C _a , como se vio en el período 1. Sin embargo, a partir de 1965, los árboles cambiaron a una estrategia para evitar la sequía cuando su aparato fotosintético se acercó a un punto de saturación, después de lo cual las pérdidas de agua serían desproporcionadamente altas en comparación con las ganancias de carbono, iban a mantener una constante C _I .

Próximo, los investigadores observaron variaciones en el clima en relación con iWUE , examinar variables como el índice de humedad del suelo, déficit de presión de vapor, y temperatura. Su análisis mostró que, mientras que cada uno de estos factores relacionados con el clima tuvo un efecto significativo en iWUE entre 1953 y 2014, cada uno tuvo un efecto máximo en una frecuencia de tiempo diferente. Es más, el gran aumento en iWUE a partir de 1850 no se pudo atribuir a cambios climáticos como las condiciones más cálidas / más secas que han prevalecido desde 1965. La evidencia indica que, de hecho, prevalecieron condiciones más frías y más húmedas, y la alta conductancia estomática necesaria para iWUE los aumentos a la tasa observada del período de 1850 a 1965 probablemente no hubieran sido posibles en condiciones más cálidas y secas. La tendencia climática de condiciones más cálidas y secas puede haber jugado un papel en facilitar el cambio de S1 a S2, sin embargo.

Quizás el hallazgo más importante de este estudio, sin embargo, es el hecho de que el sin precedentes iWUE los aumentos observados desde 1850 no dieron como resultado un crecimiento sustancialmente mayor. Mirando los índices de ancho de anillo de los árboles, los investigadores encontraron períodos de alto crecimiento desde tiempos modernos relativamente recientes (décadas de 1980 a 1990) de magnitud equivalente a otros períodos mucho antes de 1850. Los investigadores ofrecen varias explicaciones plausibles para esta falta de crecimiento aparente, que van desde el crecimiento de componentes no tallos de los tres, como exudados de raíces, a las limitaciones de nutrientes, por ejemplo, el efecto del fósforo sobre los crecimientos de biomasa en cedros blancos.

A pesar de todo, Los resultados de este estudio sirven como evidencia de advertencia para quienes desarrollan modelos dinámicos de vegetación global (DGVM) que se basan en la suposición de que un mayor carbono atmosférico se traduce necesariamente en un mayor almacenamiento de carbono a través de la fotosíntesis de la biomasa. Así, los autores concluyen:"Nuestros resultados sugieren que incluso en condiciones favorables para el crecimiento, no todos los árboles pueden aprovechar los niveles elevados de C _a y iWUE . Estos mecanismos no suelen ser tenidos en cuenta por los modelos ecofisiológicos y los DGVM, lo que puede llevarlos a sobrestimar los efectos positivos otorgados por una mayor C _a sobre la asimilación y fijación del carbono. Predicciones de crecimiento futuro elevado y posibles efectos paliativos sobre C a podría ser demasiado optimista si los modelos no permiten la posibilidad de un crecimiento constante o incluso reducido en el contexto de un aumento C _a . "

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