La crescita degli arbusti alpini segue modelli stagionali bimodali nei biomi

Biologia delle comunicazioni volume 5, numero articolo: 793 (2022) Citare questo articolo

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Sotto il cambiamento climatico, gli ecosistemi alpini adattati al freddo si stanno trasformando in punti caldi di riscaldamento. Tuttavia, la complessità delle forze trainanti della crescita, del guadagno di biomassa associato e dello stoccaggio del carbonio degli arbusti alpini è poco conosciuta. Abbiamo monitorato i meccanismi di crescita alpina di sei specie arbustive comuni attraverso biomi contrastanti, Mediterraneo e tundra, utilizzando 257 dendrometri, registrando la variabilità del diametro dello stelo ad alta risoluzione temporale. Collegando la crescita degli arbusti alle condizioni ambientali in loco, abbiamo modellato modelli di crescita intra-annuali basati su modelli non lineari a ritardo distribuito implementati con modelli additivi generalizzati. Abbiamo trovato modelli di crescita bimodali pronunciati nei biomi e, controintuitivamente, all’interno del bioma adattato al freddo, all’umidità, e all’interno del bioma adattato alla siccità, la temperatura era cruciale, con conseguenze inaspettate. In un mondo più caldo, le zone alpine mediterranee potrebbero sperimentare forti cambiamenti nella vegetazione, aumento di biomassa e inverdimento, mentre la tundra alpina potrebbe vedere meno cambiamenti nei modelli di vegetazione, piccole modifiche delle riserve di biomassa e un piuttosto imbrunimento.

Si prevede che il rapido cambiamento climatico avrà un impatto sulle piante legnose in tutti i biomi, ma le tendenze osservate negli ultimi decenni sono stagionalmente eterogenee e spazialmente variabili1. Un aumento della temperatura, superiore alla media globale, sta trasformando gli ecosistemi ad alta quota in punti caldi del riscaldamento climatico2,3. All’interno di questi hotspot emergenti, la vita si è evolutivamente adattata alle peculiarità fisiche dell’ambiente alpino, con temperature troppo basse per sostenere la crescita degli alberi e le specie vegetali che raggiungono il limite climatico di bassa temperatura4. Allo stesso tempo, si prevede che i cambiamenti osservati e previsti in questa struttura della vegetazione avranno un profondo impatto sul ciclo globale del carbonio e sul clima4,5. Tuttavia, data la complessità e l’eterogeneità spaziale delle tendenze osservate, i modelli generali e i processi fisiologici sottostanti rimangono scarsamente compresi6,7.

Nelle regioni alpine del bioma della tundra, un’intensa tendenza al riscaldamento3,8 ha fortemente potenziato la crescita degli arbusti e promosso l’invasione degli arbusti al limite superiore della distribuzione, portando a un aumento diffuso della biomassa e alla copertura degli arbusti nani9,10, con potenziali implicazioni per l’assorbimento e lo stoccaggio della CO2 atmosferica, nonché per il verde del paesaggio e i feedback associati3,6,7,11. A parte il calo della temperatura latitudinale, si ritiene che la crescita in questi ecosistemi alle alte latitudini sia principalmente limitata dalla diminuzione delle temperature con l’aumento dell’altitudine4. Si ritiene che questo legame con la temperatura e le condizioni dell'atmosfera libera sia meno pronunciato negli arbusti rispetto agli alberi, principalmente a causa della loro bassa statura12. Allo stesso tempo, studi recenti sottolineano gli impatti locali di altri fattori sulla crescita e sulla distribuzione delle piante, tra cui la durata e la distribuzione spaziale della copertura nevosa13,14 e i regimi di umidità del suolo associati7,15. Potenziali cambiamenti nella quantità e nella stagionalità delle precipitazioni potrebbero quindi influenzare ulteriormente la crescita delle piante legnose in queste aree. In generale, si prevede un aumento delle precipitazioni nella maggior parte delle regioni dell’Artico16, il che potrebbe comportare una complessa interazione con la crescente domanda evaporativa associata all’aumento delle temperature7.

Nel bioma mediterraneo, il clima è caratterizzato da estati calde e secche e inverni miti, con un massimo pronunciato delle precipitazioni in inverno e frequenti precipitazioni estreme dopo la stagione secca16,17. Di conseguenza, la crescita degli arbusti è fortemente limitata dalla siccità durante i mesi estivi e quindi la crescita potrebbe diminuire con stagioni di crescita più calde e una maggiore aridificazione2,18. Allo stesso tempo, la crescita nelle regioni alpine è ulteriormente limitata da inverni relativamente freddi con scarsa copertura nevosa protettiva19,20. Il riscaldamento invernale previsto potrebbe, quindi, favorire la crescita degli arbusti in queste regioni riducendo i vincoli termici e, di conseguenza, allungando la stagione di crescita21,22.