Contrasting Soil-Surface CO2 and CH4 Fluxes across Marsh Types in a Cold- Temperate Wetland: Links with Soil Moisture, Enzyme Activity, and Microbial Communities
Questo studio rivela che in una zona umida di clima temperato-freddo, diversi tipi di palude esibiscono modelli contrastanti di flussi di CO2 e CH4 dal suolo alla superficie guidati da variazioni nell'umidità del suolo, nelle attività enzimatiche e nelle comunità microbiche, con le emissioni di metano che mostrano un accoppiamento più forte con i controlli biotici e ambientali rispetto all'anidride carbonica.
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Le zone umide sono tra i motori più vitali del sistema climatico terrestre, agendo come enormi spugne che immagazzinano carbonio e, contemporaneamente, rilasciano gas che riscaldano l'atmosfera. Due di questi gas, l'anidride carbonica e il metano, sono centrali nella storia di come funzionano le zone umide. Mentre l'anidride carbonica viene rilasciata ogni volta che le piante e i microbi decompongono la materia organica, il metano è una creatura completamente diversa; si forma solo quando l'ossigeno scarseggia, creando un mondo sommerso e nascosto dove prosperano microbi specifici. Poiché questi due gas rispondono al loro ambiente in modi così diversi, gli scienziati hanno sospettato da tempo che i piccoli dettagli del paesaggio di una zona umida — se sia dominata da erbe, arbusti o alberi — potrebbero causare un comportamento opposto dei gas. Comprendere questo delicato equilibrio è fondamentale, poiché determina se una zona umida agisce come un pozzo netto, intrappolando il carbonio, o come una fonte netta, pompando gas che intrappolano il calore verso il cielo.
Nella vasta e remota estensione dei monti Grande Khingan, nel nord della Cina, un team di ricercatori si è messo in viaggio per testare queste idee all'interno del Parco Nazionale delle Zone Umide di Genheyuan. Questo paesaggio è un mosaico di tre distinti tipi di palude situati l'uno accanto all'altro: paludi erbose aperte, zone umide ricche di arbusti e foreste dove gli alberi crescono direttamente nell'acqua. Gli scienziati volevano sapere se questi diversi habitat respirassero in modo differente. Durante due stagioni di crescita, hanno posizionato camere sigillate sul terreno in ciascun tipo di palude per misurare i gas che sfuggivano dal suolo. Hanno anche scavato nel terreno per misurare quanto fosse umido, quali nutrienti contenesse, quali enzimi fossero attivi e quali comunità di batteri e archei vivessero lì. Il loro obiettivo era vedere se il tipo di vegetazione sopra il suolo dettasse il flusso di gas sottoterra, e se i due gas, l'anidride carbonica e il metano, seguissero le stesse regole o marciassero al ritmo di tamburi diversi.
I risultati hanno rivelato un modello sorprendente e controintuitivo. La palude forestale, dove alberi come il larice e la betulla svettavano alti, ha rilasciato la maggiore quantità di anidride carbonica. Questo ha senso, poiché il suolo ricco e i sistemi radicali di una foresta sono impegnati a decomporre la materia organica. Tuttavia, questa stessa palude forestale ha agito come una spugna per il metano, assorbendolo costantemente dall'aria invece di rilasciarlo. In netto contrasto, la palude erbosa ha rilasciato la minore quantità di anidride carbonica ma è diventata una potente fonte di metano, emettendolo nell'atmosfera a ritmi molto più elevati rispetto agli altri habitat. La palude arbustiva si è posizionata nel mezzo, rilasciando quantità moderate di anidride carbonica e quantità moderate di metano. Ciò significava che, mentre il paesaggio passava da erba ad arbusti e poi a foresta, i due gas non salivano e scendevano insieme; al contrario, si muovevano in direzioni opposte, con uno che raggiungeva il picco proprio dove l'altro era al minimo.
La chiave di questo enigma risiedeva nell'umidità del suolo. Le paludi erbose e arbustive erano costantemente più umide, con livelli di umidità del suolo che rimanevano elevati durante tutta la stagione di crescita. Questa saturazione ha creato le condizioni povere di ossigeno necessarie affinché i microbi produttori di metano potessero prosperare e rilasciare il loro gas. La palude forestale, al confronto, era significativamente più asciutta. Questo livello di umidità inferiore ha permesso a più ossigeno di raggiungere il suolo, incoraggiando i microbi che "mangiano" il metano a diventare attivi, trasformando il suolo forestale in un pozzo che purifica l'aria dal gas. Sebbene le temperature dell'aria e del suolo fossero simili in tutti e tre gli habitat, la differenza nel modo in cui il terreno rimaneva umido è stata il fattore più stabile e chiaro nel separare i tipi di palude.
Scavando più a fondo nel suolo, i ricercatori hanno scoperto che la macchina biologica all'interno di ogni palude era altrettanto distinta rispetto alle piante sovrastanti. La palude arbustiva era una centrale di riciclo dei nutrienti, trattenendo alti livelli di azoto e carbonio, e il suo suolo era brulicante di enzimi attivi che decompongono la materia organica complessa. La palude forestale, pur essendo più asciutta, conteneva alti livelli di carbonio organico disciolto e fosforo disponibile. Cosa più importante, le comunità microscopiche che vivevano nel suolo erano diverse in ogni habitat. La palude arbustiva ospitava una gamma più diversificata di microbi legati al metano, incluso un gruppo specifico chiamato Methanoregula, mentre la palude erbosa era dominata da un gruppo diverso chiamato Methanobacterium. La palude forestale, con le sue condizioni più asciutte, supportava una struttura comunitaria che favoriva il consumo di metano rispetto alla sua produzione.
Lo studio ha concluso che il flusso di questi gas non è guidato da un singolo fattimento, ma da una complessa rete di interazioni. Mentre il rilascio di anidride carbonica sembrava essere un riflesso diretto del tipo di habitat — semplicemente più alto nella foresta e più basso nell'erba — la storia del metano era molto più intricata. Il flusso di metano era strettamente legato agli effetti combinati dell'umidità del suolo, della disponibilità di nutrienti, dell'attività degli enzimi del suolo e della specifica miscela di microbi presenti. I ricercatori hanno scoperto che il metano non rispondeva solo al paesaggio; era plasmato dai complessi processi biologici e chimici che avvengono all'interno del suolo. Questa scoperta evidenzia che nelle zone umide temperate fredde, non si può assumere che tutti i gas si comportino allo stesso modo. Una zona umida potrebbe essere una forte fonte di metano pur essendo simultaneamente una modesta fonte di anidride carbonica, o viceversa, a seconda del sottile intreccio tra acqua, vita e chimica sotto la superficie.
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