Le nostre aspettative che le foglie morte cadranno più tardi dagli alberi per effetto dei cambiamenti climatici sono destinate ad essere disattese, secondo i risultati di uno studio condotto da ricercatori del Politecnico di Zurigo su alcune specie arboree tipiche dell’Europa centrale.
L’apparato fogliare degli alberi decidui delle zone temperate brillano in tutto il loro splendore giallo e rosso appena prima di cadere, segnalando che l’autunno è arrivato. Questo processo, chiamato senescenza fogliare, consente agli alberi di prepararsi per il prossimo inverno sospendendo la loro crescita ed estraendo i nutrienti dal fogliame. Nel ciclo fenologico degli alberi la senescenza fogliare segna la fine del periodo produttivo durante il quale assorbono CO2 attraverso la fotosintesi.
Il riscaldamento globale indotto dai cambiamenti climatici ha determinato periodi di vegetazione più lunghi negli ultimi anni, con lo spuntare delle foglie primaverili sugli alberi europei circa due settimane prima rispetto a 100 anni fa e la senescenza autunnale circa 6 giorni dopo. Con l’aumento della temperatura globale si è ipotizzato che la senescenza delle piante continuerà a essere ritardata, con un correlato incremento della quantità di carbonio catturato.
Una ricerca condotta dal Politecnico federale svizzero di Zurigo (ETH) ha trovato che questa tendenza potrebbe essere invertita perché l’aumento della produttività fotosintetica determina una precoce senescenza delle foglie in autunno.
Nello Studio “Increased growing-season productivity drives earlier autumn leaf senescence in temperate trees”, pubblicato sul numero di Science del 27 novembre 2020, i ricercatori mostrano di aver identificato un meccanismo di autoregolazione negli alberi decidui europei che limiterebbero la quantità di carbonio che un albero può utilizzare o immagazzinare in un solo anno. Inoltre, se tutte le esigenze di carbonio fossero soddisfatte, le foglie potrebbero invecchiare prima piuttosto che più tardi in autunno.
Fino ad ora, gli scienziati hanno generalmente ipotizzato che, dopo la fine dell’estate, i cali autunnali della temperatura e di durata del dì siano i principali indizi che determinano i tempi della senescenza fogliare. Alcuni studi hanno indicato, inoltre, che l’emergere delle foglie in primavera abbia conseguenza sulla morte delle foglie in autunno.
“Le previsioni accurate della stagione di crescita degli alberi in precedenza sono state difficili, poiché i fattori che determinano la senescenza delle foglie non sono stati ben compresi – ha dichiarato Constantin Zohner, responsabile dello studio e scienziato senior presso il Crowther Lab dell’ETH di Zurigo, un gruppo di ricerca interdisciplinare specializzato nello studio su scala globale dei cambiamenti climatici – Poiché l’importanza di questi meccanismi è rimasta poco chiara, i modelli fenologici sono stati, nella migliore delle ipotesi, solo in parte in grado di tenere conto di tali effetti“.
Zohner sospettava che il legame tra la fenologia primaverile e quella autunnale potesse essere spiegato dall’attività fotosintetica o, più precisamente, dal fenomeno della limitazione dello stoccaggio del carbonio. In questa ipotesi, gli scarsi nutrienti del suolo come l’azoto, tra l’altro, limitano la quantità di CO2 che una pianta può assorbire durante la stagione. Più carbonio viene assorbito in primavera ed estate, prima comincia l’invecchiamento fogliare.
In altri termini, più che la temperatura sarebbe la quantità di CO2 assorbita dalla pianta a determinare la caduta delle foglie.
Il ruolo della fotosintesi nel controllo della senescenza fogliare, sottolineano i ricercatori, era già noto da tempo, ad esempio nelle colture, ma non era mai stato testato sugli alberi. Questo è ciò che ha motivato i ricercatori dell’ETH di Zurigo a studiare i fattori trainanti della fenologia autunnale con un approccio combinato di studi sperimentali, osservazioni sul campo e di modelli basati sugli alberi delle foreste europee.
Inoltre, i ricercatori hanno anche eseguito una serie di esperimenti con alberelli in camere climatiche e all’aperto. Ciò ha consentito loro di isolare gli effetti della temperatura, della luce diurna e del contenuto di CO2 che determinano la correlazione tra fotosintesi e senescenza fogliare.
Le osservazioni a lungo termine hanno rivelato un forte effetto della fotosintesi: negli anni con aumento della fotosintesi in primavera ed estate, la senescenza fogliare è iniziata prima. Con un aumento del 10% dell’attività fotosintetica, la senescenza fogliare viene anticipata di 8 giorni e gli esperimenti hanno supportato tali risultati.
“Le nostre analisi suggeriscono che la fotosintesi stagionale, le temperature autunnali e durata della luce diurna sono i fattori chiave della senescenza – ha affermato Deborah Zani, ricercatrice autore principale dello Studio che ha condotto l’analisi dei dati e la modellazione come parte della sua tesi di Master presso il Crowther Lab dell’ETH – Molti altri fattori, come la concentrazione di CO2 in atmosfera, le temperature estive, i livelli di luce e le precipitazioni sembrano influenzare la senescenza, ma solo indirettamente, influenzando la fotosintesi“.
Gli autunni più caldi indotti dai cambiamenti climatici tendono a posticipare la senescenza, ma questo effetto, tuttavia, viene contrastato dall’aumento di fotosintesi durante la primavera e l’estate per effetto dell’aumento di concentrazioni della CO2, dei periodi estivi più caldi e del germogliare precoce delle foglie.
Zani e Zohner hanno sviluppato un nuovo modello di fenologia autunnale che tiene conto di tutti i fattori in base al loro peso rilevante. Questo modello ha consentito ai ricercatori di prevedere i tempi della senescenza autunnale negli ultimi 6 decenni con una precisione fino al 42% in più rispetto ai modelli precedenti.
Gli autori hanno quindi utilizzato questo modello per generare previsioni aggiornate sui tempi di senescenza fogliare nel resto del secolo e i risultati sono stati piuttosto inaspettati.
“Il nostro nuovo modello suggerisce contrariamente a quanto supposto che se la fotosintesi continua ad aumentare, le foglie cadono da tre a sei giorni prima di quanto non facciano oggi – ha aggiunto la Zani – Ciò significa che la stagione di crescita sarà prolungata di soli 8-12 giorni entro la fine del secolo, circa due o tre volte meno di quanto si pensasse in precedenza”.
Nel loro studio, i ricercatori hanno utilizzato i dati del Progetto Pan European Phenology (PEO) valutando un totale di 434.000 osservazioni fenologiche in 3.800 località dell’Europa centrale tra il 1948 e il 2015, su 6 specie rappresentative: ippocastano europeo, betulla argentata, faggio europeo, larice europeo, roverella e sorbo.
Gli autori considerano il loro studio come una prova che le foreste temperate hanno una capacità limitata di assorbire CO2: “L’ assorbimento stagionale di CO2 aumenterà probabilmente in misura minore con l’aumento delle temperature rispetto a quanto previsto dai modelli precedenti“, ha concluso Zohner.
I ricercatori dell’ETH di Zurigo vogliono ora comprendere meglio le limitazioni dello stoccaggio di carbonio nelle foreste della terra, perché le modificazioni dei cicli naturali potrebbero avere effetti importanti su tutto l’ecosistema, minacciando la sopravvivenza di varie specie vegetali e animali e alterando anche le coltivazioni agricole. Inoltre, si ridurrebbe la capacità degli alberi di assorbire le emissioni di CO2, come conseguenza della minore attività.
Qui il video con le dichiarazioni dei ricercatori autori dello Studio.
Eleonora Giovannini