Aunque los arces azucareros de Michigan Acer saccharum beneficiarse de los efectos de promoción del crecimiento de los compuestos de nitrógeno en el medio ambiente, esas ganancias no compensarán por completo las tensiones adicionales de crecer en un clima más seco en el futuro, según un nuevo estudio dirigido por la Universidad de Michigan.
Los arces azucareros, conocidos por su ardiente follaje otoñal y como la principal fuente de jarabe de arce, son una especie de árbol dominante en los bosques de frondosas del norte del este de América del Norte. Se encuentran principalmente en suelos húmedos y bien drenados y son sensibles a la sequía.
Algunos pronósticos climáticos para la región superior de los Grandes Lagos en las próximas décadas indican temperaturas más cálidas y una mayor probabilidad de sequía en verano, condiciones que podrían resultar estresantes para los arces azucareros y otros árboles.
Pero a medida que el clima continúa cambiando, los bosques de todo el mundo también están expuestos a niveles crecientes de compuestos de nitrógeno que estimulan el crecimiento generados por vehículos motorizados, centrales eléctricas, fábricas, agricultura y otras fuentes humanas. Este nitrógeno de origen humano se considera un contaminante, pero también tiene un efecto fertilizante en los árboles, promoviendo el crecimiento.
Los científicos del clima y los ecologistas forestales se han preguntado durante mucho tiempo si los efectos fertilizantes del nitrógeno derivado del ser humano serían suficientes para compensar el estrés adicional producido por un clima más cálido y seco. Es una pregunta difícil de responder, y estudios previos arrojaron resultados contradictorios.
El nuevo estudio dirigido por la UM, basado en 20 años de datos de cuatro sitios forestales en ambas penínsulas de Michigan, concluye que la deposición de nitrógeno de las actividades humanas "no compensará por completo los efectos negativos de crecer bajo los climas más secos pronosticados".
Según el estudio, en las próximas décadas, los habitantes de Michigan deben esperar un menor crecimiento de los arces azucareros en todo el estado. Y si las predicciones climáticas más extremas para la región se cumplen, los arces azucareros eventualmente, durante un período de siglos, desaparecerán por completo de la Península Inferior del estado.
“El nitrógeno agregado ayuda un poco, pero no lo suficiente”, dijo el ecólogo forestal de la UM. Inés Ibañez, autor principal del estudio.
“Bajo escenarios de clima extremo, el aumento de nitrógeno no podrá compensar la disminución del crecimiento de los arces azucareros debido a la falta de agua”, dijo Ibáñez.
Comprender cómo responderán varias especies de árboles a condiciones más cálidas y secas es esencial para producir pronósticos precisos del crecimiento futuro de los bosques. Y es importante saberlo porque los bosques del mundo eliminan aproximadamente una cuarta parte del dióxido de carbono que atrapa el calor y se emite a la atmósfera anualmente a través de la quema de combustibles fósiles.
Si el crecimiento de los bosques se ralentiza en respuesta al estrés climático, esos árboles eliminarán menos dióxido de carbono, lo que exacerbará el problema del calentamiento. Y los bosques del norte de todo el mundo son "sumideros" de carbono especialmente importantes, ya que eliminan grandes cantidades del aire y las almacenan en la madera de los árboles y en los suelos de los bosques.
“La mayoría del carbono almacenado en la tierra está en los bosques”, dijo el ecologista forestal de la UM y coautor del estudio. donald zak. “Y la forma en que crezcan los bosques en el futuro influirá en la cantidad de dióxido de carbono de origen humano que permanece en la atmósfera. Eso, a su vez, tendrá un efecto de retroalimentación sobre las temperaturas globales.
“Es por eso que estas preguntas sobre el crecimiento de los bosques son tan importantes. Y la única forma de obtener algunas de las respuestas es a través del tipo de investigación ecológica a largo plazo utilizada en este estudio”.
Para evaluar el impacto combinado de la deposición de nitrógeno de origen humano y el cambio climático en el crecimiento de los árboles, Ibáñez, Zak y sus colegas utilizaron datos de un estudio de deposición de nitrógeno financiado con fondos federales en cuatro sitios de estudio de bosques de frondosas de Michigan, incluido uno en la Estación Biológica de la UM cerca de Pellston, Michigan.
Los cuatro sitios están separados por 300 millas y abarcan la distribución de norte a sur de los bosques de frondosas del norte, desde el centro-oeste de la Península Inferior hasta el noroeste de la Península Superior. El Estudio de Gradiente de Michigan se estableció en 1987 para examinar los efectos del clima y la deposición atmosférica en el crecimiento forestal y los procesos del ecosistema en la región de los Grandes Lagos. Zak es uno de los principales investigadores del proyecto.
Desde 1994, los investigadores del proyecto han estado agregando sólidos nitrato de sodio, un compuesto de nitrógeno utilizado en fertilizantes, a los suelos en algunas de las parcelas del Estudio de Gradiente de Michigan para simular los niveles de deposición de nitrógeno esperados para fines de este siglo. Gran parte del nitrógeno emitido a la atmósfera por los humanos luego vuelve a la Tierra en forma de lluvia, nieve y polvo.
Para el estudio reportado en Ecología, los investigadores analizaron los efectos combinados de la deposición de nitrógeno, la temperatura del verano y la humedad del suelo en el crecimiento de los arces azucareros. Utilizaron registros de 1,016 árboles recolectados durante el período 1994-2013.
El vasto alcance de la Estudio de gradiente de Michigan, su diseño experimental inusual y las nuevas herramientas estadísticas permitieron a los investigadores separar los efectos del nitrógeno de origen humano en el crecimiento de los árboles de los asociados con la temperatura y la limitación del agua, algo que los estudios anteriores no pudieron hacer, dijo Zak.
Los resultados muestran que, en todos los casos, el nitrógeno agregado impulsó el crecimiento medido de los árboles, un efecto que se acentuó a medida que aumentaban las temperaturas y disminuía la humedad del suelo. Además, los investigadores simularon las tasas de crecimiento futuro de cada árbol en dos escenarios climáticos desarrollados previamente para la región superior de los Grandes Lagos.
El escenario uno prevé cambios moderados para 2100: un aumento de la temperatura de 1.3 grados Fahrenheit y un aumento del 14 por ciento en las precipitaciones de verano. Este escenario asume que las emisiones globales de dióxido de carbono finalmente revertirán su curso y comenzarán a disminuir.
El escenario dos asume que los niveles actuales de emisión de dióxido de carbono continúan en el futuro, lo que resulta en cambios climáticos más extremos en la región: un aumento de temperatura de aproximadamente 10 grados Fahrenheit y una disminución del 40 por ciento en las precipitaciones de verano para 2100.
Las simulaciones por computadora mostraron que el crecimiento del arce azucarero se vería levemente dañado en el escenario uno, especialmente en los sitios más cálidos del sur. Los resultados para el escenario dos mostraron una disminución grande y consistentemente significativa en el crecimiento de los arces azucareros en los cuatro sitios y para todas las parcelas, tanto las tratadas con fertilizante nitrogenado como las no tratadas. Las disminuciones triples en las tasas de crecimiento son posibles en las condiciones del Escenario Dos.
Bajo el Escenario Dos, los arces azucareros eventualmente desaparecerían de la Península Inferior de Michigan, aunque los cambios probablemente ocurrirían durante varios siglos, dijo Ibáñez. Si eso sucede, el bosque de frondosas del norte dominado por arces azucareros y hayas podría ser reemplazado por un bosque de robles y nogales, que se adapta mejor a las condiciones de sequía pero que no elimina tanto carbono de la atmósfera.
“El secuestro de carbono es un gran servicio que nos brindan los bosques y es muy importante para cualquier tipo de regulación climática en el futuro”, dijo Ibáñez. “Si las condiciones de sequía reducen la productividad de los bosques de Michigan en el futuro, su capacidad para secuestrar carbono también se verá afectada”.
Esto parece estar de acuerdo con otro estudio reciente de abeto blanco (Picea glauca) que mostró una aclimatación térmica moderada de la respiración pero no evidencia de aclimatación térmica de la fotosíntesis o adaptación genética local para rasgos relacionados con la aclimatación térmica.
