Echilibrul nutrienților din frunze explică schimbarea timpurie a culorii de toamnă în pădurile din SUA
Un nou studiu condus de cercetători de la Școala de Mediu Nicholas a Universității Duke arată că nivelurile de nutrienți din frunze influențează momentul în care începe colorarea de toamnă. Rezultatele, publicate în Nature Communications, ar putea îmbunătăți prognozele privind căderea frunzelor și urmărirea ciclului carbonului.
Începând aproximativ din septembrie, în Statele Unite, arborii cu frunze căzătoare încetează să mai producă pigmentul verde clorofilă, folosit în fotosinteză. Pe măsură ce alți pigmenți devin vizibili, frunzele trec spre nuanțe de galben-ocru și purpuriu înainte de a cădea. Până la mijlocul lunii noiembrie, majoritatea arborilor cu frunze căzătoare sunt dezgoliți. Acest proces, numit senescență, este modul prin care arborele își conservă energia pentru iarnă. Pe măsură ce zilele se scurtează, frunzele primesc mai puțină lumină solară pentru a transforma dioxidul de carbon din aer în zaharuri vitale. Fotosinteza, care consumă multă energie, devine practic prea costisitoare pentru câteva luni.
Deși arborii dintr-o anumită zonă încep să își schimbe culoarea cam în același timp în fiecare an, factori de mediu precum temperatura și precipitațiile pot afecta senescența frunzelor de toamnă. De exemplu, mai multe precipitații în toamnă pot prelungi perioada în care frunzele rămân pe arbori.
Nutrienții din frunze influențează calendarul de toamnă
Nutrienții din frunze joacă, de asemenea, un rol în senescență. Elemente precum azotul, fosforul și potasiul reglează procese esențiale ale frunzelor, inclusiv producția de clorofilă și transportul și utilizarea zaharurilor. Aceiași nutrienți sunt componente importante ale îngrășămintelor folosite în agricultură. Eliberarea lor în mediu ar putea perturba echilibrul nutrienților din frunze și, prin urmare, ar putea modifica momentul senescenței, potrivit lui Tong Qiu, profesor asistent de ecologie la Școala Nicholas, care a coordonat studiul. Totuși, măsurarea nivelurilor de nutrienți din frunze a fost în mod tradițional o activitate care necesită multă muncă și este costisitoare, ceea ce a limitat cercetarea bazată pe dovezi privind senescența de toamnă.
„De obicei, măsurarea nutrienților presupune ca oamenii să colecteze frunze, să se întoarcă în laborator și să facă un experiment pentru a le cuantifica concentrațiile”, spune Qiu.
Citirea nutrienților din coronament prin lumina reflectată
Pentru a ocoli aceste obstacole, Qiu și o echipă multiinstituțională s-au orientat către Rețeaua Națională de Observare Ecologică (NEON). NEON adună volume mari de date ecologice colectate de instrumente de teledetecție, precum sateliți și avioane, și de cercetători pe teren. Datele acoperă „o gamă diversă de ecosisteme, de la tundra boreală la pădurea tropicală și pădurea uscată, până la pădurea de foioase estică și coniferele vestice”, spune Hanshi Chen, doctorand la Școala Nicholas și primul autor al studiului.
Echipa a ales mai întâi 25 de păduri din SUA, reprezentând diferite compoziții de specii și locații. Folosind NEON, au adunat date de teledetecție privind sute de lungimi de undă diferite ale luminii reflectate și absorbite de păduri. Din aceste date spectrale, au derivat informații despre conținutul de nutrienți din coronamentele arborilor. Apoi, cercetătorii au folosit modele statistice pentru a determina modul în care raporturile dintre azot, fosfor și potasiu au afectat senescența în fiecare pădure.
Raporturile de nutrienți indică rezultate diferite
Au descoperit că raporturile mai mari de azot față de fosfor — adică mai mult azot, mai puțin fosfor — au fost asociate cu o senescență mai timpurie în 20 de păduri, indiferent de climă, altitudine, compoziția speciilor și structura coronamentului. În schimb, coronamentele cu un raport ridicat de azot față de potasiu au pierdut frunzele mai lent.
„Se pare că există un punct optim în care azotul și fosforul sunt în echilibru. Dacă acesta este depășit, arborii încep să își schimbe culoarea mai devreme”, spune Qiu.
Analize suplimentare au indicat că raporturile mai mari de azot față de fosfor provoacă stres frunzelor, determinându-le probabil să oprească fotosinteza și să cadă mai repede.
Pierderea timpurie a frunzelor reduce absorbția carbonului
Ce înseamnă aceste concluzii? Simplu spus, un dezechilibru între azot și fosfor „este dăunător pentru vegetație”, spune Qiu. „Dacă aveți o senescență mai timpurie, înseamnă că secvestrarea carbonului prin fotosinteză a fost redusă.”
Concluziile ar putea avea implicații pentru afacerile agricole precum livezile, potrivit lui Qiu. Un sezon de creștere productiv este în general legat de o senescență mai târzie. Pe măsură ce timpul trece, eliberarea de azot în mediu din activități umane va crește probabil, spune Qiu, astfel încât cultivatorii „ar putea avea nevoie să aplice fosfor pentru a echilibra raportul azot-fosfor”.
