Durante séculos, as florestas seguiram um ritmo extremamente consistente. Abaixo das árvores, raízes e microorganismos decompõem a matéria orgânica e alimentam o crescimento das plantas, liberando constantemente dióxido de carbono na atmosfera.
Os cientistas chamam esse processo de respiração do solo e representa um dos maiores fluxos de carbono da Terra.
Uma nova investigação mostra que este ritmo natural está a ser perturbado por uma forma crescente e muitas vezes ignorada de poluição: o excesso de azoto.
A poluição por nitrogênio está se espalhando pelas florestas em todo o mundo
Numa manhã fresca de primavera, o solo da floresta pode parecer calmo e imóvel. No entanto, abaixo da superfície, milhares de milhões de microrganismos trabalham arduamente para quebrar folhas, madeira e outras matérias orgânicas. Ao mesmo tempo, as pequenas raízes liberam dióxido de carbono à medida que crescem e funcionam.
Juntos, esses processos criam uma troca estável de carbono entre a terra e a atmosfera.
Ao longo das décadas, contudo, as florestas tornaram-se cada vez mais poluídas com azoto. Os fertilizantes químicos, as emissões dos veículos e a actividade industrial libertam azoto reactivo no ar, grande parte do qual eventualmente regressa ao solo através da chuva, neve ou partículas transportadas pelo ar.
As atividades humanas praticamente triplicaram a deposição global de nitrogênio desde a Revolução Industrial.
Os cientistas sabem há muito tempo que o excesso de nitrogênio afeta os ecossistemas florestais. O que ainda não está claro é por que alguns estudos constatam que o nitrogênio aumenta a respiração do solo, enquanto outros constatam o efeito oposto.
Desvendando 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 abrangente:
- 168 experimentos de adição de nitrogênio realizados 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 respiração microbiana
A equipe então usou o aprendizado de máquina para modelar como as florestas ao redor do mundo respondem ao aumento da entrada de nitrogênio.
A conclusão deles foi surpreendentemente simples: nem todas as florestas respondem da mesma maneira. Em vez disso, eles geralmente seguem um de dois caminhos diferentes.
Quando o nitrogênio funciona como fertilizante
Em florestas deficientes em azoto, o azoto extra pode inicialmente estimular a actividade biológica.
Estas florestas com limitação de azoto são frequentemente encontradas em regiões boreais e áreas montanhosas remotas.
Quando o nitrogênio está disponível, os microrganismos 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 durarão indefinidamente.
À medida que os níveis de azoto continuam a aumentar, os efeitos positivos começam a desaparecer. Pode desenvolver-se toxicidade, as fontes de carbono prontamente disponíveis esgotam-se e o aumento da respiração do solo eventualmente estabiliza e depois diminui.
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 de seus limites
Nas florestas onde os níveis de azoto já são elevados, a situação é muito diferente.
Nestes ecossistemas saturados de azoto, o azoto adicional pode levar o sistema para além do seu limiar de tolerância.
As comunidades microbianas mudam. As espécies sensíveis desaparecem. As raízes finas encolhem ou morrem. A acidez do solo aumenta.
A respiração do solo pode diminuir acentuadamente em vez de mostrar uma resposta gradual.
A investigação mostra que esses declínios repentinos são comuns em áreas que sofreram grave poluição por azoto durante décadas, incluindo partes da Europa, leste da China e leste dos Estados Unidos.
Portanto, duas florestas que recebem quantidades semelhantes de azoto podem responder de formas completamente diferentes. Um pode experimentar um aumento na actividade do solo, enquanto o outro pode sofrer uma grande diminuição na actividade do solo.
Conexões climáticas ocultas
Essas descobertas são importantes porque a respiração do solo é enorme em escala global.
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 aumentou a respiração global do solo em cerca de 5%. O nitrogénio permanece limitado na maioria das florestas e o nitrogénio adicional ainda estimula a actividade biológica.
Contudo, o declínio observado na respiração em florestas saturadas de azoto não é necessariamente uma boa notícia.
A redução das emissões de dióxido de carbono do solo nestas áreas reflecte frequentemente a redução da actividade das raízes e a redução das populações microbianas. São um componente chave de ecossistemas saudáveis e desempenham um papel importante no estabelecimento e manutenção de reservas de carbono no solo.
Por outras palavras, a redução das emissões de CO2 pode por vezes significar uma perda de resiliência do ecossistema, em vez de benefícios ambientais.
Uma nova estrutura para prever respostas florestais
Ao combinar milhares de observações com décadas de investigação ecológica, os cientistas desenvolveram um novo quadro que ajuda a explicar as respostas graduais e repentinas observadas em todo o mundo.
A estrutura inclui:
- limites bioquímicos
- Tolerância ao nitrogênio específica da espécie
- Mudanças na composição da comunidade
- ponto de inflexão ecológico
- 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 mundo.
Por que reduzir a poluição por nitrogênio é importante
Esforços para reduzir a poluição por azoto já estão em curso, no meio de preocupações com a perda de biodiversidade e a qualidade do ar.
As novas descobertas revelam outro benefício importante.
A redução da utilização de azoto proveniente da agricultura, dos transportes e da indústria pode ajudar a proteger o carbono armazenado nos solos florestais.
Ao evitar que os ecossistemas ultrapassem os limiares de saturação de azoto, as florestas poderão ser mais capazes de manter os seus processos naturais do ciclo do carbono e permanecer resilientes à medida que o clima continua a mudar.
Colaboradores: Aarhus University Land-CRAFT, Stanford University, National Forestry and Grassland Administration em Harbin, China, Pacific Northwest National Laboratory da Academia Chinesa de Ciências, Beijing Normal University, Maastricht University, SLAC National Accelerator Laboratory, Duke University e Karlsruhe Institute of Technology.
Financiamento: Este trabalho foi apoiado por doações da Fundação Nacional de Ciências Naturais da China (32430067, 32588202, 42141004) e do Programa Nacional Chave de Pesquisa e Desenvolvimento (2023YFF1305900, 2022YFF080210102) e Permacultura.
