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Pesquisas de décadas revelam uma nova compreensão de como as mudanças climáticas podem impactar os estoques de carbono do solo do Ártico
Utilizando um dos experimentos de ecossistema mais antigos do Ártico, uma equipe de pesquisadores liderada pela Universidade Estadual do Colorado desenvolveu uma melhor compreensão da interação entre plantas, micróbios e nutrientes do solo...
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Universidade do Colorado - 03/10/2024
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Utilizando um dos experimentos de ecossistema mais antigos do Ártico, uma equipe de pesquisadores liderada pela Universidade Estadual do Colorado desenvolveu uma melhor compreensão da interação entre plantas, micróbios e nutrientes do solo — descobertas que oferecem novos insights sobre como depósitos críticos de carbono podem ser liberados pelo degelo do permafrost do Ártico.
Estimativas sugerem que os solos do Ártico contêm quase o dobro da quantidade de carbono que está atualmente na atmosfera. Como a mudança climática fez com que partes das regiões polares mais ao norte da Terra descongelassem, os cientistas há muito se preocupam com quantidades significativas de carbono sendo liberadas na forma de gases de efeito estufa, um processo alimentado por micróbios.
Grande parte dos esforços para estudar e modelar esse cenário se concentrou especificamente em como o aumento das temperaturas globais irá perturbar o carbono atualmente bloqueado nos solos do Ártico. Mas o aquecimento está impactando a região de outras maneiras também, incluindo a mudança da produtividade das plantas, a composição geral da vegetação na paisagem e o equilíbrio de nutrientes no solo . Essas mudanças na composição das plantas também afetarão a maneira como o carbono é ciclado do solo para a atmosfera, de acordo com um estudo publicado esta semana no periódico Nature Climate Change .
O trabalho foi liderado por Megan Machmuller, pesquisadora do Departamento de Ciências do Solo e Culturas da CSU.
"Nosso trabalho se concentrou em identificar os mecanismos responsáveis por controlar o destino do carbono no Ártico", disse Machmuller. "Sabemos que a temperatura desempenha um papel importante, mas também há mudanças no ecossistema que estão ocorrendo simultaneamente com as mudanças climáticas nesta região."
Em particular, disse Machmuller, a região está passando por um tipo de "shrub-ificação" — um aumento na abundância e no crescimento de arbustos. E o que Machmuller e seus coautores descobriram é que, durante longos períodos, esses arbustos podem contribuir para manter mais carbono no solo.
"Tem havido muito foco nos efeitos diretos do aquecimento no carbono do solo", disse a coautora Laurel Lynch, professora assistente na Universidade de Idaho, "mas o que estamos descobrindo com este trabalho é que ele é mais complexo. Precisamos pensar sobre este ecossistema como uma comunidade inteira com muitas partes interagindo e mecanismos concorrentes."
Uma descoberta surpreendente
Para o novo trabalho, Machmuller e a equipe testaram amostras de solo de um experimento de ecossistema de 35 anos no Ártico. Em 1981, os cientistas começaram a adicionar nutrientes para testar parcelas no sítio Arctic Long-Term Ecological Research no norte do Alasca, situado perto do Lago Toolik na base da Cordilheira Brooks. A ideia original era entender como a vegetação do Ártico responderia a nutrientes adicionais ao longo do tempo, mas o experimento também permitiu que os cientistas examinassem como mudanças de longo prazo no solo podem impactar o armazenamento de carbono.
Após 20 anos, os cientistas descobriram que houve uma perda significativa de carbono do solo quando nutrientes foram adicionados em comparação com as parcelas de controle, uma descoberta importante que moldou uma ampla compreensão científica de como o Ártico pode responder às mudanças climáticas. Esses experimentos continuaram, e Machmuller e sua equipe testaram as parcelas novamente após 35 anos de aplicação contínua de nutrientes.
Em vez de perda contínua de carbono, no entanto, eles descobriram que a tendência havia se revertido. Após 35 anos, a quantidade de carbono armazenada nos lotes de teste havia se recuperado ou excedido a quantidade nos lotes de controle próximos.
"Ficamos realmente surpresos com esses resultados e ficamos curiosos sobre o mecanismo subjacente", disse Machmuller.
Machmuller e sua equipe realizaram experimentos avançados de rastreamento de isótopos no laboratório para aprender mais sobre como o carbono estava se movendo pelo sistema. O que eles descobriram foi que quando os nutrientes foram adicionados pela primeira vez, eles estimularam a decomposição microbiana — um processo natural que envolve micróbios agitando a matéria orgânica no solo, o que resulta na liberação de dióxido de carbono.
Mas isso mudou ao longo do tempo, à medida que nutrientes eram continuamente adicionados aos lotes de teste. "Os arbustos condicionaram o solo de uma forma que alterou o metabolismo microbiano, diminuindo as taxas de decomposição e permitindo que os estoques de carbono do solo se reconstruíssem", disse Lynch. "Não esperávamos isso."
"Isso oferece um possível mecanismo biológico que pode explicar por que observamos uma perda líquida de carbono nos primeiros 20 anos, mas não depois de 35", disse Machmuller.
A importância de olhar a longo prazo
Esses resultados, disse Machmuller, demonstram que a forma como o Ártico pode responder às mudanças climáticas é mais complicada do que se pensava anteriormente. "É um quebra-cabeça complexo", disse ela, "e esse estudo enfatizou para nós a importância de usar estudos de longo prazo para avançar nossa compreensão dos processos do ecossistema".
Gus Shaver, um cientista pesquisador que ajudou a montar os primeiros lotes experimentais do Lago Toolik em 1981 e é coautor do estudo, também enfatizou o valor de fazer esse tipo de trabalho por períodos mais longos.
"Mostramos que experimentos de longo prazo oferecem surpresas frequentes à medida que seguimos a trajetória de suas respostas ao longo do tempo", disse Shaver. "O que você encontra nos primeiros anos de um experimento geralmente não é o que você aprende no 10º, 15º ou 35º ano."
Lynch observou que, à medida que esse ecossistema muda, há outros fatores a serem considerados além do carbono. Embora um aumento na abundância de arbustos possa impedir que mais carbono do solo seja transferido para a atmosfera, outros impactos não são tão benéficos, disse ela.
"Quando você tem uma espécie de planta que está superando maciçamente o resto da comunidade, há grandes implicações no ecossistema", disse Lynch. Por exemplo, ela disse, "o habitat e as fontes de alimento para muitos animais no Ártico dependem de comunidades vegetais diversas, e a perda dessa diversidade pode repercutir em todo o ecossistema".
Lauren Gifford, diretora associada do Centro de Soluções de Carbono do Solo da CSU, que não estava envolvida no estudo, disse que o trabalho destaca a necessidade de uma modelagem mais robusta e detalhada para melhor antecipar como as mudanças climáticas impactarão o carbono armazenado no Ártico.
"Este é um estudo notável de 35 anos de um dos ecossistemas mais vulneráveis da Terra", disse Gifford. "Mesmo com estudos abrangentes de longo prazo, os impactos das mudanças climáticas geralmente permanecem incertos. Intervenções para ajudar a se adaptar e mitigar as mudanças climáticas podem levar a resultados análogos, contraditórios ou produzir consequências não intencionais."
De sua parte, Machmuller espera que o trabalho incentive futuras pesquisas sobre esse tópico. "A pesquisa de carbono no Ártico tem sido um tópico quente por um longo tempo por causa do papel crítico que desempenha na regulação do nosso clima global", disse ela. "Mas ainda não temos uma noção de como será exatamente o futuro balanço de carbono."
Mais informações: Trajetórias de carbono do solo ártico moldadas por interações planta-micróbio, Nature Climate Change (2024). DOI: 10.1038/s41558-024-02147-3
Informações do periódico: Nature Climate Change
