Lo studio “Key role of moss in supplementing nitrogen for plant growth under warming in a permafrost ecosystem”, pubblicato su Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). da un team di ricercatori guidato da Wei Zhou e Yuxuan Bai dell’istituto di botanica dell’Accademia cinese delle scienze (ACS), è il frutto di un vasto esperimento sul riscaldamento climatico in un ecosistema di permafrost e dimostra che «I muschi e i loro batteri possono fornire alle piante artiche azoto extra quando le temperature aumentano, aiutando gli ecosistemi a rimanere produttivi in un mondo che si riscalda».
Una delle autrici dello studio, la biologa danese Kathrin Rousk della Københavns Universitet, evidenzia che «Questa è stata la prima volta che abbiamo potuto osservare esattamente quali batteri iniziano a fissare più azoto quando l'Artico si riscalda. Questo apre nuove opportunità per comprendere come gli ecosistemi rispondono ai cambiamenti climatici».
Con il riscaldamento dell'Artico, le piante crescono più velocemente, ma solo se hanno accesso a una quantità sufficiente di azoto, uno dei nutrienti di cui hanno più bisogno. Il nuovo studio rivela che «I muschi e i batteri che vivono su di essi potrebbero aiutare le piante a soddisfare questa crescente domanda».
Per approfondire questo aspetto, i ricercatori hanno riscaldato per due anni il terreno con riscaldatori a infrarossi e barre riscaldanti sotterranee, quindi hanno misurato 43 diversi fattori legati al fabbisogno di azoto delle piante e all'apporto di azoto nel suolo. Tra questi, le strategie nutrizionali delle piante, il ciclo dei nutrienti del suolo, le caratteristiche del muschio e la fissazione dell'azoto da parte dei batteri associati al muschio.
Gli scienziati cinesi, danesi e dello Smithsonian Environmental Research Center, dicono che «I risultati sono stati sorprendenti: il riscaldamento globale ha aumentato la fissazione dell'azoto. Non solo i batteri sono diventati più attivi, ma la comunità di specie che fissano l'azoto si è spostata verso quelle che si comportano meglio a temperature più elevate».
La Rousk spiega che «Il nostro obiettivo era capire come le piante possano continuare a crescere quando il riscaldamento globale aumenta il loro fabbisogno di azoto. Abbiamo scoperto che i batteri associati al muschio aumentano e fissano più azoto in condizioni di riscaldamento, dando alle piante la spinta di cui hanno bisogno. Questa scoperta dimostra che gli ecosistemi del permafrost presentano meccanismi biologici che possono supportare temporaneamente la crescita delle piante in un clima in cambiamento. Lo studio evidenzia un processo importante, precedentemente trascurato, negli ecosistemi artici. Poiché la crescita delle piante contribuisce a immagazzinare carbonio, comprendere come le piante accedono all'azoto in condizioni di riscaldamento globale è essenziale per prevedere il futuro feedback carbonio-clima. In breve, i risultati possono contribuire a migliorare i modelli del sistema terrestre, rendendoli più accurati nel prevedere come gli ecosistemi artici rispondono al riscaldamento e quanta carbonio possono immagazzinare in futuro. Il nostro lavoro può contribuire a migliorare le previsioni climatiche mostrando come piccoli organismi, come i batteri che vivono sui muschi, possono influenzare lo stoccaggio del carbonio nell'Artico. Ci offre un nuovo modo di comprendere il feedback carbonio-clima».
Un altro studio, “Warming enhances soil carbon accumulation in boreal Sphagnum peatlands”, pubblicato il 9 febbraio su Nature Ecology & Evolution da un team di ricercatori dell'Istituto di Botanica dell'Accademia Cinese delle Scienze (ACS), in collaborazione con ricercatori dell'Università di Helsinki e dell'Istituto Meteorologico Finlandese, dimostra che il riscaldamento globale aumenta l'accumulo di carbonio nel suolo delle torbiere boreali di Sphagnum - un genere che comprende circa 300 specie di muschi della torba - «Aumentando la produttività delle piante e la protezione del ferro, oltre a inibire la decomposizione microbica - assicurano gli scienziati - Queste risposte sono in netto contrasto con la mineralizzazione del carbonio nel suolo, favorita dal riscaldamento globale, nelle foreste boreali e nella tundra, dimostrando il ruolo vitale ma trascurato delle torbiere di Sphagnum nel contrastare la perdita di carbonio boreale in caso di riscaldamento futuro».
Il team di ricerca, guidato da Feng Xiaojuan dell’ACS, ricorda che «Gli ecosistemi boreali immagazzinano il doppio del carbonio rispetto all'atmosfera e si riscaldano più velocemente della media globale. Il paradigma attuale, basato sulle osservazioni delle foreste boreali e della tundra, postula che il riscaldamento accelererà la perdita di carbonio boreale attivando i degradatori microbici. Tuttavia, le regioni boreali ospitano anche estese torbiere di Sphagnum, che costituiscono circa il 20% del bioma boreale e immagazzinano circa il 40% delle riserve di carbonio boreali. Caratterizzate da elevata umidità e ambienti acidi e antimicrobici, le torbiere di Sphagnum possono mostrare risposte divergenti al riscaldamento rispetto ad altri ecosistemi boreali più secchi. Tuttavia, il modo in cui il riscaldamento influisce sull'enorme riserva di carbonio del suolo nelle torbiere boreali di Sphagnum rimane poco compreso. Colmare questa lacuna conoscitiva è fondamentale per prevedere con precisione i feedback carbonio-clima nella regione boreale».
Per colmare questo gap conoscitivo, i ricercatori hanno sintetizzato 735 osservazioni provenienti da 93 studi basati su esperimenti di riscaldamento sul campo in regioni boreali e hanno confrontato la risposta al riscaldamento delle torbiere di Sphagnum con quella delle zone umide dominate da piante vascolari, delle foreste boreali e della tundra, Hanno inoltre sfruttato due esperimenti di riscaldamento a lungo termine (6 e 16 anni) in camera aperta in Finlandia, per condurre indagini più dettagliate e meccanicistiche.
Gli scienziati cinesi e finlandesi hanno così dimostrato che «Il riscaldamento ha costantemente aumentato l'accumulo di carbonio nel suolo nelle torbiere boreali di Sphagnum attraverso tre percorsi: 1) il riscaldamento ha stimolato la crescita dello Sphagnum e la produttività dell'ecosistema nelle torbiere boreali con umidità illimitata; 2) il riscaldamento ha aumentato la sintesi di metaboliti secondari antimicrobici nello Sphagnum, con effetti negativi a cascata sulla capacità di decomposizione microbica del suolo; 3) il riscaldamento ha promosso la protezione del carbonio nel suolo da parte del ferro attraverso l'accumulo di (idrossi)ossidi di ferro reattivi, favorito dall'elevata crescita dello Sphagnum, "ingegnere della ruggine"».
Una stima suggerisce che l'aumento del carbonio nel suolo indotto dal riscaldamento nelle torbiere boreali di Sphagnum potrebbe compensare quasi la metà del declino del pozzo di carbonio delle foreste boreali o dell'aumento della respirazione eterotrofa nella tundra artica in condizioni di riscaldamento.
Nel complesso, questo studio evidenzia «Risposte metaboliche ed ecosistemiche uniche delle torbiere di Sphagnum al riscaldamento globale e rappresenta un tempestivo passo avanti nella comprensione dei meccanismi specifici dell'ecosistema che regolano le dinamiche del carbonio nel suolo in condizioni di riscaldamento».
Feng conclude: «Il nostro studio rivela il ruolo cruciale ma trascurato delle torbiere di Sphagnum nel tamponare le emissioni di carbonio degli ecosistemi boreali in caso di futuro riscaldamento climatico. Queste informazioni sono importanti per comprendere come gli ecosistemi boreali rispondono al cambiamento climatico. Incorporare la risposta al riscaldamento delle torbiere di Sphagnum nei modelli del sistema Terra migliorerebbe notevolmente le previsioni future sui feedback carbonio-clima boreali».
