Intensifying phosphorus limitation accelerates the global decline of the CO₂ fertilization effect

Per decenni, la terraferma è stata come uno scudo massiccio contro il cambiamento climatico, assorbendo circa un terzo dell'anidride carbonica che gli esseri umani rilasciano nell'aria. Questa capacità si basa su un fenomeno che gli scienziati chiamano effetto di fertilizzazione da anidride carbonica. Pensatelo come una spinta naturale: man mano che l'atmosfera si riempie di più anidride carbonica, le piante generalmente crescono più velocemente e diventano più grandi perché hanno più della materia prima necessaria per costruire foglie e legno. Questa crescita extra ha aiutato a rallentare il ritmo del riscaldamento globale. Tuttavia, osservazioni recenti suggeriscono che questa spinta benefica stia svanendo. La domanda che tiene svegli i ricercatori la notte è il perché. Per anni, la teoria principale è stata che le piante stessero finendo l'acqua, o che l'aria stesse diventando troppo secca perché potessero prosperare. Ma un nuovo studio suggerisce che la storia sia più complicata, indicando una carenza diversa, spesso trascurata, che sta silenziosamente minando la capacità del pianeta di assorbire carbonio.

Un team di ricercatori, guidato da Jing Peng della Sun Yat-sen University, si è posto l'obiettivo di indagare questo declino della spinta. Hanno combinato immagini satellitari a lungo termine della crescita delle piante con complesse simulazioni al computer che tracciano come il carbonio, l'azoto e il fosforo si muovono attraverso il suolo e le piante. Il loro obiettivo era vedere se il calo della crescita delle piante fosse guidato dalle condizioni di siccità o da una mancanza di nutrienti, specificamente il fosforo. Il fosforo è un minerale vitale di cui le piante hanno bisogno per immagazzinare energia e costruire il DNA, ma a differenza dell'azoto, che può essere prelevato dall'aria, il fosforo deve essere estratto dalle rocce nel suolo. I ricercatori hanno scoperto che, sebbene lo stress idrico giochi un ruolo, non è tutta la storia. Infatti, in molte parti del mondo, le piante non soffrono della mancanza di pioggia. Invece, stanno sbattendo contro un muro perché non riescono a ottenere abbastanza fosforo per stare al passo con l'anidride carbonica extra che cercano di utilizzare.

Lo studio si è concentrato sugli anni compresi tra il 1982 e il 2015, un periodo in cui i livelli atmosferici di anidride carbonica sono aumentati costantemente. Il team ha misurato quanta crescita extra si verificava per ogni aumento di anidride carbonica, un tasso che sta diminuendo globalmente. Hanno scoperto che questo calo stava avvenendo più rapidamente in regioni specifiche dove la limitazione del fosforo stava diventando più intensa. Queste aree, che includono parti dei tropici e delle alte latitudini settentrionali, hanno visto l'effetto di fertilizzazione da anidride carbonica indebolirsi a un ritmo di circa il 2,28 percento per ogni aumento di 100 parti per milione di anidride carbonica. Questo era leggermente più veloce della media globale e sensibilmente più veloce rispetto ad altre regioni. Fondamentalmente, i ricercatori hanno controllato i dati meteorologici per queste aree specifiche e hanno scoperto che non stavano sperimentando siccità più intense o temperature più calde rispetto al resto del mondo. In alcuni casi, il clima era addirittura più mite. Questa discrepanza significava che il declino più rapido della crescita delle piante non poteva essere attribuito al meteo.

Per capire cosa stesse accadendo all'interno delle piante, i ricercatori hanno esaminato l'equilibrio chimico delle loro foglie. Hanno scoperto che, nelle regioni in cui la spinta alla crescita stava svanendo più velocemente, il rapporto tra azoto e fosforo nelle foglie stava cambiando in un modo che segnalava una grave carenza. Mentre le piante cercavano di crescere più velocemente a causa dell'eccesso di anidride carbonica, richiedevano più fosforo, ma il suolo non riusciva a fornirlo abbastanza velocemente. Questo ha creato un collo di bottiglia. Le simulazioni al computer hanno mostrato che questa carenza di nutrienti stava diventando un vincolo potente quanto la secchezza dell'aria per la crescita delle piante. In queste zone limitate dal fosforo, la mancanza di nutrienti stava efficacemente annullando i benefici dell'anidride carbonica extra. Le piante cercavano di crescere, ma stavano esaurendo gli ingredienti essenziali necessari per costruire i propri corpi.

L'impatto di questa scoperta varia a seconda del tipo di foresta. Lo studio ha mostrato che le foreste miste, comuni nelle alte latitudini settentrionali, erano le più vulnerabili. In queste aree, la capacità delle piante di utilizzare l'anidride carbonica extra per la crescita è diminuita di quasi il 5 percento per ogni aumento di 100 parti per milione di carbonio. Al contrario, le foreste decidue sempreverteni nei tropici, che si sono adattate nel corso di milioni di anni a suoli poveri di fosforo, hanno mostrato un declino molto minore. Questi alberi tropicali hanno sviluppato strategie intelligenti per riciclare il fosforo in modo efficiente, permettendo loro di mantenere il loro vantaggio di crescita più a lungo. Tuttavia, il rapido declino nelle foreste settentrionali è una preoccupazione significativa perché questi ecosistemi sono attualmente i principali motori del pozzo di assorbimento del carbonio globale. Se la loro capacità di assorbire carbonio si indebolisce più velocemente del previsto, la difesa naturale del pianeta contro il cambiamento climatico è meno robusta di quanto si pensasse in precedenza.

I ricercatori hanno anche monitorato il flusso di nutrienti attraverso l'intero ecosistema, dagli alberi vivi alle foglie morte e al suolo sottostante. Hanno scoperto che il rapporto tra carbonio e fosforo stava aumentando in tutti questi pool, il che significa che il carbonio si stava accumulando nel sistema molto più velocemente di quanto il fosforo potesse essere reintegrato. Questo squilibrio suggerisce un ciclo che si autoalimenta: man mano che le piante crescono, intrappolano più carbonio, ma il fosforo necessario per sostenere tale crescita rimane scarso. Le foglie morte che cadono al suolo stanno diventando più ricche di carbonio ma più povere di fosforo, il che rallenta il processo di decomposizione e limita ulteriormente il ritorno dei nutrienti al suolo. Questo crea un ciclo di feedback in cui l'atto stesso di crescere più velocemente porta infine a una maggiore carenza dei nutrienti necessari per continuare a crescere.

Questo studio mette in discussione l'assunto di lungo corso secondo cui l'acqua è il limite primario alla quantità di carbonio che la terra può assorbire. Sebbene la secchezza conti certamente, la ricerca indica che in molti luoghi il vero collo di bottiglia è la disponibilità di fosforo. Gli autori suggeriscono che gli attuali modelli informatici utilizzati per prevedere il futuro cambiamento climatico spesso trascurano questa dinamica del ciclo dei nutrienti. Non tenendo conto di come la limitazione del fosforo si intensifichi nel tempo, questi modelli potrebbero sovrastimare quanto carbonio le foreste terrestri saranno in grado di immagazzinare nei prossimi decenni. Se la terra non potrà assorbire tanto carbonio quanto speriamo, la concentrazione di anidride carbonica nell'atmosfera aumenterà più rapidamente, portando a un riscaldamento più veloce. Le scoperte servono da promemoria che i sistemi della Terra sono profondamente interconnessi e che risolvere l'enigma climatico richiede di guardare non solo all'aria e all'acqua, ma anche alla chimica invisibile del suolo sotto i nostri piedi.