Retained pine density shapes short-term carbon reallocation after thinning and broadleaved enrichment in a Pinus massoniana plantation

Sintesi Tecnica: La densità di pino trattenuta modella la riallocazione del carbonio a breve termine dopo l'diradamento e l'arricchimento con latifoglie in una piantagione di Pinus massoniana

Problematica
Le piantagioni forestali gestite sono fondamentali per la mitigazione climatica globale, tuttavia la dinamica del carbonio durante la trasformazione da monoculture in popolamenti misti rimane scarsamente compresa. Nello specifico, non è chiaro come il diradamento combinato con l'arricchimento di latifoglie (TMPT) influenzi la riallocazione del carbonio a breve termine tra i pool ecosistemici (biomassa arborea, sottobosco, lettiera e suolo) piuttosto che semplicemente aumentare la biomassa totale. Un'incertezza chiave risiede nel modo in cui diverse densità di pino trattenuto influenzano il guadagno di carbonio dell'ecosistema o si limitano a spostare la distribuzione del carbonio, e se le risposte del carbonio nel suolo seguano la densità del pino o covariano con le condizioni dei nutrienti del suolo e microbiche. Lo studio affronta se la densità del pino trattenuto controlli il guadagno di carbonio dell'ecosistema o semplicemente ne sposti la distribuzione, e se le risposte del carbonio nel suolo seguano la densità del pino o covariano con le condizioni dei nutrienti del suolo e microbiche.

Metodologia
Lo studio è stato condotto in una piantagione di Pinus massoniana di 18 anni a Guangxi, Cina. Nel 2018, un Controllo non diradato (750 fusti ha⁻¹) è stato confrontato con quattro trattamenti TMPT in cui la densità del pino è stata ridotta a 600 (MP600), 450 (MP450), 300 (MP300) o 150 (MP150) fusti ha⁻¹. Immediatamente dopo il diradamento, tutti i lotti TMPT hanno ricevuto 300 piantine di latifoglie autoctone ha⁻¹ (Mytilaria laosensis, Erythrophleum fordii e Castanopsis hystrix).

Sei anni dopo il trattamento (2024), i ricercatori hanno misurato:

• Struttura del popolamento: Indici non spaziali (coefficiente di variazione del DBH, asimmetria, coefficiente di Gini, diversità dimensionale di Shannon-Wiener) e indici spaziali (angolo uniforme, dominanza, mescolanza, affollamento).
• Stock di carbonio: Biomassa e concentrazioni di carbonio sono state quantificate per i componenti di pino, latifoglie, sottobosco e lettiera. Il carbonio del suolo (0–20 cm) è stato calcolato utilizzando la densità apparente e la concentrazione di carbonio organico.
• Proprietà del suolo: Proprietà fisico-chimiche (pH, SOC, TN, TP, densità apparente, contenuto d'acqua), biomassa microbica (C, N, P) e attività enzimatica (BG, NAG, ACP).
• Analisi statistica: ANOVA a una via, Hedges' g per gli effetti dimensionali, analisi di regressione per relazionare la densità del pino trattenuto ai pool di carbonio, e Analisi delle Componenti Principali (PCA) per riassumere gli assi nutrienti del suolo-microbici.

Risultati Chiave

1. Cambiamenti Strutturali: Il TMPT ha aumentato significativamente la variazione delle dimensioni, la disuguaglianza dimensionale e la mescolanza di specie rispetto al Controllo. Tuttavia, la disposizione spaziale dei fusti (angolo uniforme e dominanza) è rimasta ampiamente invariata, indicando che i cambiamenti strutturali sono stati guidati dalla differenziazione dimensionale e dal mescolamento delle specie piuttosto che da una riorganizzazione delle posizioni dei fusti.
2. Carbonio del Pino vs. Carbonio dell'Ecosistema: Sebbene le densità inferiori di pino abbiano portato a alberi individuali più grandi (aumento di DBH e altezza), ciò non ha compensato la perdita di fusti di pino per unità di superficie. Il carbonio del pino ($C_{pine}$) è diminuito linearmente con la riduzione della densità. Di conseguenza, il carbonio dell'ecosistema ($C_{eco}$) è sceso del 22% (MP300) e del 41% (MP150) rispetto al Controllo.
3. L'Equilibrio MP450: Il trattamento MP450 (mantenendo 450 pini + 300 latifoglie) ha mantenuto un carbonio dell'ecosistema (88,48 Mg ha⁻¹) comparabile al Controllo (92,03 Mg ha⁻¹), nonostante una riduzione del 22% del carbonio del pino. Questo equilibrio è stato raggiunto perché l'MP450 ha presentato:
   • Un carbonio del suolo ($C_{soil}$) superiore del 19%.
   • I più alti stock di carbonio del sottobosco e della media delle latifoglie.
   • Uno spostamento nell'allocazione del carbonio: i pool non legati al pino (suolo, latifoglie, sottobosco, lettiera) hanno contribuito per il 50% al carbonio totale dell'ecosistema in MP450, rispetto al 38% nel Controllo.
4. Driver dei Pool di Carbonio: La densità del pino trattenuta ha predetto fortemente il carbonio del pino ($R^2 = 0,885$) e il carbonio dell'ecosistema ($R^2 = 0,845$). Tuttavia, il carbonio del suolo e il carbonio delle latifoglie non erano significativamente correlati alla densità del pino trattenuta. Inveve, il carbonio del suolo covariava fortemente con un "asse nutrienti del suolo-microbico" (pH, TN, TP, biomassa microbica e attività enzimatica), spiegando il 62,4% della variazione del carbonio del suolo.
5. Risposta Microbica del Suolo: L'MP450 ha mostrato le condizioni del suolo più favorevoli, con un SOC superiore del 38%, una biomassa microbica di carbonio superiore del 52% e attività enzimatiche per l'acquisizione di C, N e P superiori del 56–65% rispetto al Controllo. L'MP600 (densificazione) ha prodotto il carbonio del suolo e l'attività microbica più bassi tra i TMPT, mentre l'MP300 e l'MP150 hanno mostrato valori intermedi.

Contributi Chiave e Significato
Il documento sfida l'assunto che il diradamento e l'arricchimento portino automaticamente a guadagni uniformi di carbonio nell'ecosistema. Invece, dimostra che il TMPT causa principalmente una riallocazione del carbonio a breve termine tra i pool. Lo studio identifica la sostituzione della densità (MP450) come una configurazione specifica che bilancia la ritenzione del carbonio del pino maturo con lo sviluppo del carbonio del suolo e della vegetazione non legata al pino.

Gli autori concludono che:

• Implicazione Gestionale: L'aggiunta di alberi di latifoglie a un popolamento denso (MP600) può intensificare la competizione e limitare i guadagni del suolo/sottobosco, mentre un diradamento aggressivo (MP300/MP150) crea un deficit di carbonio a breve termine che altri pool non possono immediatamente compensare. La configurazione MP450 offre un approccio operativo sostenibile per trasformare le piantagioni di P. massoniana senza perdite sostanziali di carbonio a breve termine.
• Approfondimento Meccanicistico: Le risposte del carbonio nel suolo sono disaccoppiate dalla densità del pino trattenuto e sono invece guidate dai cambiamenti coordinati nei nutrienti del suolo, nella biomassa microbica e nelle attività enzimatiche.
• Cautela: Questi risultati rappresentano un'istantanea a breve termine (6 anni). Gli autori dichiarano esplicitamente che è necessario un monitoraggio a lungo termine per determinare se questo equilibrio del carbonio persista man mano che le latifoglie introdotte maturano e la competizione del popolamento evolve. I risultati sono presentati come specifici per il sito e la specie piuttosto che come un ottimo universale.