Ao longo dos séculos, as florestas seguiram um ritmo notavelmente consistente. Sob as árvores, raízes e organismos microscópicos liberam constantemente dióxido de carbono na atmosfera, decompondo a matéria orgânica e promovendo o crescimento das plantas.
Os cientistas chamam esse processo de respiração do solo e é um dos maiores fluxos de carbono da Terra.
Uma nova investigação mostra que este ritmo natural está a ser perturbado pelo crescimento e por uma forma de poluição muitas vezes esquecida: o excesso de azoto.
A poluição por nitrogênio está atingindo florestas em todo o mundo
Numa manhã fria de primavera, o chão da floresta pode parecer calmo e tranquilo. No entanto, abaixo da superfície, milhares de milhões de micróbios trabalham arduamente para decompor folhas, madeira e outras matérias orgânicas. Ao mesmo tempo, as pequenas raízes liberam dióxido de carbono à medida que crescem e funcionam.
Juntos, esses processos criam uma troca estável de carbono entre a terra e a atmosfera.
No entanto, durante décadas, as florestas foram expostas a uma poluição crescente por azoto. Os fertilizantes, as emissões dos veículos e a atividade industrial libertam azoto reativo no ar, grande parte do qual eventualmente regressa ao solo através da chuva, neve ou partículas transportadas pelo ar.
A atividade humana quase triplicou a deposição global de nitrogênio desde a Revolução Industrial.
Os cientistas sabem há muito tempo que o excesso de nitrogênio afeta os ecossistemas florestais. Ainda não está claro por que alguns estudos demonstraram que o nitrogênio aumenta a respiração do solo, enquanto outros encontraram o efeito oposto.
A solução para um antigo mistério da floresta
Para a investigação, uma equipa internacional de investigadores reuniu um dos maiores conjuntos de dados alguma vez utilizados para estudar a respiração do solo.
A análise combinou:
- 168 experimentos com adição de nitrogênio realizados em florestas ao redor do mundo
- 3.689 observações da respiração natural do solo
- Mapas globais mostrando florestas limitadas e ricas em nitrogênio
- Dados de deposição de nitrogênio de alta resolução
- Medições da respiração radicular e da respiração microbiana
A equipe então usou o aprendizado de máquina para modelar como as florestas ao redor do mundo respondem ao aumento do consumo de nitrogênio.
A conclusão deles foi surpreendentemente simples: nem todas as florestas respondem da mesma forma. Em vez disso, eles geralmente seguem um de dois caminhos diferentes.
Quando o nitrogênio atua como fertilizante
Nas florestas onde o azoto é baixo, o azoto adicional pode inicialmente estimular a actividade biológica.
Estas florestas com limitação de azoto são frequentemente encontradas em regiões boreais e em paisagens montanhosas remotas.
Quando o nitrogênio fica disponível, os micróbios ficam mais ativos, as raízes crescem mais rápido e a matéria orgânica se decompõe mais rapidamente. Como resultado, a respiração do solo aumenta.
Mas os benefícios não duram para sempre.
À medida que os níveis de nitrogênio continuam a aumentar, o efeito positivo começa a desaparecer. Pode ocorrer toxicidade, as fontes de carbono prontamente disponíveis esgotam-se e o aumento da respiração do solo eventualmente estabiliza antes de diminuir.
Os pesquisadores descrevem esse padrão como uma resposta em forma de U invertido. A respiração do solo aumenta, atinge o pico e depois começa a diminuir.
Quando o nitrogênio empurra as florestas além dos seus limites
O quadro é bem diferente nas florestas que já contêm altos níveis de nitrogênio.
Nestes ecossistemas saturados de azoto, o azoto adicional pode fazer com que o sistema ultrapasse o seu limiar de tolerância.
As comunidades microbianas estão mudando. As espécies sensíveis desaparecem. Raízes finas murcham ou morrem. A acidez do solo aumenta.
Em vez de mostrar uma resposta gradual, a respiração do solo pode cair drasticamente.
Este tipo de queda acentuada é comum em regiões que sofreram forte poluição por azoto durante décadas, incluindo partes da Europa, leste da China e leste dos Estados Unidos, de acordo com o estudo.
Como resultado, duas florestas que recebem a mesma quantidade de azoto podem responder de forma muito diferente. Um pode ter aumentado a atividade do solo, enquanto outro pode ter uma diminuição significativa.
A conexão climática oculta
As descobertas são importantes porque a respiração do solo é enorme em escala global.
Os pesquisadores estimaram que o carbono liberado pela respiração do solo é sete a oito vezes maior que as emissões anuais de combustíveis fósseis produzidas pelos humanos.
Mesmo mudanças relativamente pequenas podem ter consequências significativas.
No geral, o estudo descobriu que a deposição de nitrogênio aumenta a respiração global do solo em cerca de 5%. Na maioria das florestas, o azoto é tão limitado que o azoto adicional ainda estimula a actividade biológica.
Contudo, o declínio da respiração observado nas florestas ricas em azoto não é necessariamente uma boa notícia.
As menores emissões de carbono do solo nestas áreas reflectem frequentemente a redução da actividade radicular e a redução das populações microbianas. Estes são componentes essenciais de ecossistemas saudáveis e desempenham um papel importante na construção e manutenção dos stocks de carbono no solo.
Por outras palavras, emissões mais baixas de carbono podem, por vezes, indicar uma perda de resiliência do ecossistema, em vez de um benefício ambiental.
Uma nova estrutura para prever a resposta florestal
Ao combinar milhares de observações com décadas de investigação ecológica, os cientistas desenvolveram um novo quadro que ajuda a explicar as respostas graduais e dramáticas observadas em todo o mundo.
A estrutura inclui:
- Limites bioquímicos
- Resistência das espécies ao nitrogênio
- Mudanças na composição da comunidade
- Pontos de viragem ambientais
- Padrões globais de deposição de nitrogênio
Pela primeira vez, os investigadores dizem que podem prever de forma mais fiável como a poluição por azoto afetará a respiração do solo em todo o planeta.
Por que reduzir a poluição por nitrogênio é importante
Esforços para reduzir a poluição por azoto já estão em curso devido a preocupações com a perda de biodiversidade e qualidade do ar.
As novas descobertas revelam outro benefício importante.
A redução da utilização de azoto na agricultura, nos transportes e na indústria pode ajudar a proteger o carbono armazenado nos solos florestais.
Ao evitar que os ecossistemas ultrapassem os limiares de saturação de azoto, as florestas podem apoiar melhor o ciclo natural do carbono e permanecer resilientes à medida que o clima continua a mudar.
Colaboradores: Land-CRAFT na Universidade de Aarhus, Universidade de Stanford, Administração Nacional de Florestas e Rangeland em Harbin, China, Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico, Academia Chinesa de Ciências, Universidade Normal de Pequim, Universidade de Maastricht, Laboratório Nacional de Aceleradores SLAC, Univ. Instituto de Tecnologia Duke e Karlsruhe.
Financiado pela Futures (Land-CRAFT), concessão da DNRF número P2, recebida pela KBB
