Ao longo dos séculos, as florestas seguiram um ritmo notavelmente consistente. Abaixo das árvores, raízes e organismos microscópicos liberam constantemente dióxido de carbono na atmosfera à medida que decompõem a matéria orgânica e alimentam o crescimento das plantas.
Os cientistas chamam esse processo de respiração do solo e representa o maior fluxo de carbono da Terra.
Uma nova investigação sugere que este ritmo natural está a ser perturbado por um poluente crescente e muitas vezes esquecido: o excesso de azoto.
A poluição por nitrogênio está atingindo florestas em todo o mundo
Numa manhã fresca de primavera, o chão de uma floresta pode parecer calmo e imóvel. No entanto, abaixo da superfície, milhares de milhões de micróbios trabalham arduamente para decompor folhas, madeira e outras matérias orgânicas. Ao mesmo tempo, pequenas raízes liberam dióxido de carbono à medida que crescem e funcionam.
Juntos, esses processos criam uma troca constante de carbono entre a terra e a atmosfera.
Ao longo das décadas, no entanto, as florestas foram expostas a quantidades crescentes de poluição por azoto. Fertilizantes, emissões de veículos e atividades industriais liberam nitrogênio reativo no ar, grande parte do qual retorna ao solo através da chuva, neve ou partículas transportadas pelo ar.
Desde a Revolução Industrial, as atividades humanas quase triplicaram a deposição global de nitrogênio.
Os cientistas sabem há muito tempo que o excesso de nitrogênio afeta os ecossistemas florestais. O que não ficou claro foi por que alguns estudos descobriram que o nitrogênio aumentou a respiração do solo, enquanto outros encontraram o efeito oposto.
Resolvendo um mistério florestal de longa data
Para investigar, uma equipe internacional de pesquisadores reuniu um dos maiores conjuntos de dados já usados para estudar a respiração do solo.
Análise Agregada:
- 168 adições de nitrogênio foram testadas em florestas ao redor do mundo
- 3.689 observações da respiração natural do solo
- Mapa global mostrando florestas limitadas e saturadas de nitrogênio
- Dados de deposição de nitrogênio de alta resolução
- Medição da respiração radicular e da respiração microbiana
A equipe então usou o aprendizado de máquina para modelar como as florestas em todo o mundo respondem ao aumento da entrada de nitrogênio.
A conclusão deles foi surpreendentemente simples: nem todas as florestas reagem da mesma maneira. Em vez disso, eles geralmente seguem um de dois caminhos distintos.
Quando o nitrogênio atua como fertilizante
Nas florestas deficientes em azoto, o excesso de azoto 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 está disponível, os micróbios tornam-se 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 indefinidamente.
À medida que os níveis de nitrogênio aumentam, os efeitos positivos começam a desaparecer. Pode ocorrer toxicidade, as fontes de carbono disponíveis esgotam-se e a respiração do solo cessa antes que o crescimento eventualmente diminua.
Os pesquisadores descrevem esse padrão como uma resposta em forma de U invertido. A respiração do solo aumenta, atinge um pico e depois começa a diminuir.
Quando o nitrogênio empurra as florestas além dos seus limites
As florestas que já contêm altos níveis de nitrogênio parecem muito diferentes.
Nestes ecossistemas saturados de azoto, o excesso de azoto pode levar o sistema para além do seu limiar de tolerância.
Mudanças nas comunidades microbianas. As espécies sensíveis desaparecem. As raízes finas encolhem ou morrem. A acidez do solo aumenta.
Em vez de reagir lentamente, a respiração do solo pode diminuir rapidamente.
Esses declínios repentinos são comuns em regiões que sofreram forte poluição por nitrogênio durante décadas, incluindo a Europa, o leste da China e o leste dos Estados Unidos, de acordo com o estudo.
Como resultado, duas florestas que recebem a mesma quantidade de azoto podem responder de formas completamente diferentes. Um pode experimentar um aumento na atividade do solo, enquanto o outro pode experimentar um grande declínio.
Uma conexão climática oculta
Os resultados são importantes porque a respiração do solo é enorme em todo o mundo.
Os investigadores estimam que o carbono libertado através da respiração do solo é sete a oito vezes maior do que as emissões anuais de combustíveis fósseis produzidas pelos seres humanos.
Mesmo mudanças relativamente pequenas podem ter um impacto significativo.
No geral, o estudo descobriu que a deposição de nitrogênio aumenta a respiração global do solo em cerca de 5%. A maioria das florestas é limitada em nitrogênio o suficiente para que o excesso de nitrogênio ainda estimule a atividade biológica.
Contudo, a redução da respiração em florestas saturadas de azoto não é necessariamente uma boa notícia.
As baixas emissões de dióxido de carbono do solo nestas regiões reflectem frequentemente a redução da actividade das raízes e a diminuição das populações microbianas. São componentes essenciais de ecossistemas saudáveis e desempenham um papel importante na construção e manutenção de reservas de carbono no solo.
Por outras palavras, emissões mais baixas de dióxido de carbono podem, por vezes, sinalizar uma redução na resiliência dos ecossistemas, em vez de um benefício ambiental.
Uma nova estrutura para previsão de 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 abruptas observadas em todo o mundo.
A estrutura inclui:
- Limites bioquímicos
- Tolerância específica ao nitrogênio da espécie
- Mudando a estrutura da comunidade
- Ponto de inflexão ambiental
- 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 a redução da 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 a qualidade do ar.
As novas descobertas sugerem outro benefício importante.
A redução da utilização de azoto proveniente da agricultura, dos transportes e da indústria pode ajudar a conservar o carbono armazenado nos solos florestais.
Ao evitar que os ecossistemas excedam os limiares de saturação de azoto, as florestas podem manter os seus processos naturais de ciclagem de carbono e permanecer resilientes à medida que as alterações climáticas continuam.
Colaboradores: Land-craft na Universidade de Aarhus, Universidade de Stanford, Administração Nacional de Florestas e Pastagens de Harbin China, Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico, Academia Chinesa de Ciências, Universidade Normal de Pequim, Universidade de Maastricht, Laboratório Nacional de Aceleradores SLAC, Universidade Duke e Instituto de Tecnologia de Karlsruhe.
Financiamento: Este trabalho foi apoiado financeiramente pela Fundação Nacional de Ciências Naturais da China (32430067, 32588202, 42141004) e pelo Programa Nacional de P&D Chave da China (2023YFF1305900, 2022YFF080210102, Centro de Paisagem e Paisagismo). Subvenção da DNRF número P2 recebida pela Agricultural Futures (Land-Craft), KBB
