Impacto das mudanças no ambiente sobre a produtividade de cobertos arbóreos: o aumento da concentração CO2 na atmosfera

Abstract

A antecipação de quase uma semana do início da estação anual de crescimento da vegetação lenhosa da zona temperada do Hemisfério Norte, entre 40 e 70 ° N de latitude foi detectada desde 1980, e tem sido considerada um dos primeiros sinais do aquecimento global (0,6 t 0,2 OC) do planeta, durante o século XX. Tal acréscimo tem sido atribuído, em grande parte, ao aumento da concentração de gases com efeito de estufa (GHGs) na atmosfera, tais como o vapor de água (vH20), o dióxido de carbono (CO2), o metano (CH4), etc., resultante das actividades humanas. A concentração de CO2 na atmosfera aumentou mais de 31 %, desde o início da Era Industrial em meados do século XVIII (280 ppmv) até final do século XX (370 ppmv). De acordo com as projecções mais recentes feitas pelo IPCC continuará a aumentar, podendo chegar a valores entre 400 e 540 ppmv por volta de 2050, e de 540 a 970 ppmv até ao final do século XXI, se não forem cumpridas as medidas de mitigação das emissões de GHGs estabelecidas no Protocolo de Quioto. O impacto das mudanças no ambiente sobre a produtividade de cobertos arbóreos foi analisado com base em estudos feitos sobre a acção combinada entre a duplicação da concentração actual de CO2 na atmosfera coma temperatura do ar, irradiàricia solar, disponibilidade de água e de azoto no solo, no metabolismo do carbono e relações hídricas da vegetação lenhosa de regiões com climas temperado, incluindo o tipo mediterrânico. Tais estudos foram realizados no campo com árvores aclimatadas a atmosferas enriquecidas em CO2 utilizando sistemas FACE, câmaras de topo aberto (OTCs), locais próximo de fontes geológicas de CO2, e com plantas jovens em câmaras e estufas com ambiente controlado. Os estudos apresentados demonstram que o crescimento de plantas C3 em atmosferas enriquecidas em CO2, em geral, o dobro do teor actual, durante curtos períodos de tempo, em média, uma estação de crescimento, aumenta a taxa de assimilação de carbono, em cerca de 40 a 60 %, comparativamente às plantas desenvolvidas àconcentração ambiente de CO2. Porém, o estímulo na fotossíntese é reduzido para 20 a 30 %, durante o crescimento em elevada concentração de CO2 de médio e longo prazo, pelo menos em plantas lenhosas florestais, devido à regulação negativa da capacidade fotossintética. Durante a exposição de curto prazo a elevado teor de CO2 ambiente, associada a secura severa temporária do solo, o estímulo na taxa de fotossíntese também é reduzido, em espécies lenhosas florestais, quer em condições naturais (por exemplo, na Pinus taeda L.), quer em ambiente controlado (e.g. Castanea sativa Mill.). A exposição de curto prazo, cerca de 4 meses, à duplicação do teor actual de CO2 na atmosfera, pode aumentar até cerca de 40%, a produção de biomassa total de espécies lenhosas florestais da zona temperada, incluindo espécies mediterrânicas. Porém, tal estímulo é reduzido durante o crescimento prolongado destas plantas em atmosferas enriquecidas em CO2. Os estudos apresentados também demonstram que a resposta de plantas lenhosas florestais a elevada concentração de CO2 na atmosfera, associada a deficiência de azoto no solo também decresce. Por exemplo, a aclimatação de médio prazo a elevado teor de CO2e défice de azoto, em ambiente controlado, não aumentou a taxa fotossintética de sobreiros jovens (Quercus suber L.), o que sugere que o impacto previsível da duplicação do teor actual de CO2 na atmosfera, será mínimo na produtividade desta espécie, em solos com deficiência de azoto, como ocorre em condições naturais. Todavia, a duplicação do teor actual de CO2 na atmosfera protege o aparelho fotossintético dos efeitos lesivos do aumento temporário da temperatura do ar e da irradiância solar, associados ou não à secura severa do solo, estimulando a actividade de mecanismos fotoprotectores, ao nível das folhas. O aumento da concentração de CO2 na atmosfera também reduz a abertura estomãtica (20 a 40%) e a transpiração, o que tem efeitos positivos na eficiência de uso da água das plantas. Todavia, os estoumas respondem menos ao aumento do teor de CO2 na atmosfera, quando o défice de pressão de vapor de água entre as folhas e o ar é elevado, associado a stresse hídrico severo no solo. ### Abstract - The mean annual growing season of temperate-zone trees at northern latitudes between 40 and 70° N begins earlier by ca. seven days. lt was detected in the early 1980s and has been considered one of the first signs of the effects of global warming (0.6 ± 0.2 °C) of the Earth, during the 20th century. Part of this warming has been now attributed to the increase of the man-made greenhouse gas (GHGs) emissions to the atmosphere, like water vapour (vH2O), carbon dioxide (CO2), methane (CH4), etc. Since the middle of le century, when Industrial Era started to the end to the 20th century, the atmospheric CO2 concentration increased by more than 31%, from 280 to 370 ppmv, and it W11 increase, substantially in the future, if the policies under Kyoto Protocol are not implemented. According to the projections made by the IPCC, the atmospheric CO2 concentration can arise to values between 400 and 540 ppmv by 2050, and from 540 to 970 ppmv by the end of 21tth century. The impact of environmental changes on tree productivity was examined through the studies made about the combined action of the elevated CO2 concentration in the atmosphere (ca. 700 ppmv) and other climate or/and ambient factors (temperature, solar irradiance, water deficits, nutrient: limitation, particularly nitrogen) on carbon metabolism and water relations. These studies were made on the field with Temperate-zone and Mediterranean trees using several systems of CO2 enrichment, namely FACE rings, Open Top Chambers (OTCs), CO2 springs and controlled environment (growth chambers). The studies presented in this work show that growing C3 plants in enriched CO2 environment, in general, the doubling of the present content, during short-term, on average, one annual growing season, increases the carbon assimilation rate by ca. 40 to 60 %, comparatively to plants growing at ambient [CO2]. However, at least in woody plants, this stimulation is reduced to 20 to 30 %, during either middle or long-term exposure to elevated [CO2], due to down-regulation of photosynthetic capacity. That stimulation is also reduced during short-term exposure to elevated [CO2] of woody plants, when combined with temporary severe soil drought, either in the field (e.g. Pinus taeda L.) or in controlled environment (e.g. Castanea sativa Mill.). The Temperate-zone and Mediterranean trees total biomass can increase up to 40 %, by the short-term exposure, about four months; to doubling present [CO2]. However, this stimulation declines after the first growing season in enriched CO2 environments. The studies presented in this work also show that under conditions of N deficiency, the response to elevated [CO2] of woody plants will also decrease. For example, it was observed that under middle-terra acclimation to elevated [CO2] of Quercus saber L., plants with low N availability, did not show any increase of their photosynthetic rates. This suggests that in native ecosystems with low nitrogen availability, the impact of CO2 enrichment may be insignificant on cork oak productivity. Nevertheless, elevated CO2 protects the photosynthetic apparatus against high temperatures and high irradiances in stressed or not stressed woody plants. Elevated CO2 also stimulates the activity of photoprotective mechanisms of the leaves. CO2 enrichment also reduces stomatal aperture (20 to 40 %) and therefore transpiration. This has a positive effect on the water use efficiency of woody plants; however, in stressed woody plants, the stomata responses to elevated [CO21 in the atmosphere are lower, when vapour pressure deficits between leaves and the air are high.