El viatge del carboni al bosc: quant temps s’hi queda i com l’afecta la sequera

En la cursa per reduir l’excés de CO₂ a l’atmosfera, bona part dels esforços científics s’han centrat a entendre quant carboni atmosfèric són capaços de capturar els ecosistemes terrestres —boscos, prats, aiguamolls, etc.— per intentar augmentar o mantenir aquesta capacitat, per exemple, impulsant accions de reforestació o millorant la salut dels sòls agrícoles i així assolir els objectius climàtics que marca l’Acord de París i diversos organismes nacionals i internacionals. Tanmateix, hi ha una dimensió clau que no ha rebut l’atenció que mereix: un cop el carboni és capturat, quant temps roman a l’ecosistema abans de tornar-se a alliberar a l’atmosfera? Aquesta variable es coneix com a temps de trànsit del carboni i pot marcar la diferència entre un ecosistema que ajuda a mitigar l’escalfament global reduint el CO₂ atmosfèric i un que l’agreuja.

Investigacions recents demostren que el canvi climàtic pot provocar que entri menys carboni a l’ecosistema i que el que hi entra hi romangui menys temps segrestat. Això comporta dues conseqüències. D’una banda, fa que els microorganismes i la vegetació, en no disposar de tant carboni nou, es vegin obligats a consumir les reserves que han estat guardant-se a la natura des de fa dècades o segles, alliberant-les a l’atmosfera. De l’altra, també es redueix el temps que passa des que el carboni entra fins que torna a sortir —temps de trànsit—. El resultat? El carboni nou s’allibera més ràpid, empitjorant encara més les expectatives de mitigar el canvi climàtic. Parlem amb la investigadora del CREAF Estefanía Muñoz, que ens explica aquest concepte i la recerca que duu a terme a Catalunya. 

En concret, el temps de trànsit del carboni és el període que transcorre des que el carboni entra en un ecosistema —principalment a través de la fotosíntesi, quan les plantes capten CO₂ de l’atmosfera i l’assimilen en forma de carboni— fins que en torna a sortir.

Quan entra, una part del carboni s’integra en les estructures de les plantes, ja que és un element essencial per formar compostos com la cel·lulosa, la lignina, els sucres, les proteïnes i els lípids, que les plantes necessiten per fer créixer les arrels, la tija i les fulles. Quan les plantes moren o perden fulles, aquests residus també s’integren al sòl com a matèria orgànica. Part d’aquest carboni queda emmagatzemat al sòl durant anys o fins i tot segles, ja que es pot estabilitzar en forma d’humus, dins d’agregats o unit a partícules minerals.

Com torna a sortir en forma de CO₂? Una altra part del carboni emmagatzemat als ecosistemes terrestres s’allibera principalment a través de la respiració de les plantes i dels microorganismes. Les plantes emeten CO₂ a través de la respiració cel·lular, un procés pel qual descomponen compostos orgànics com la glucosa per obtenir energia, alliberant diòxid de carboni com a subproducte. D’altra banda, els microorganismes emeten CO₂ quan consumeixen la matèria orgànica acumulada al sòl —com fulles, branques, arrels o restes d’animals— per utilitzar aquest carboni com a font d’energia. 

En concret, el temps de trànsit del carboni és el període que transcorre des que el carboni entra en un ecosistema —principalment a través de la fotosíntesi, quan les plantes capten CO₂ de l’atmosfera i l’assimilen en forma de carboni— fins que en torna a sortir.

Quan entra, una part del carboni s’integra en les estructures de les plantes, ja que és un element essencial per formar compostos com la cel·lulosa, la lignina, els sucres, les proteïnes i els lípids, que les plantes necessiten per fer créixer les arrels, la tija i les fulles. Quan les plantes moren o perden fulles, aquests residus també s’integren al sòl com a matèria orgànica. Part d’aquest carboni queda emmagatzemat al sòl durant anys o fins i tot segles, ja que es pot estabilitzar en forma d’humus, dins d’agregats o unit a partícules minerals.

Com torna a sortir en forma de CO₂? Una altra part del carboni emmagatzemat als ecosistemes terrestres s’allibera principalment a través de la respiració de les plantes i dels microorganismes. Les plantes emeten CO₂ a través de la respiració cel·lular, un procés pel qual descomponen compostos orgànics com la glucosa per obtenir energia, alliberant diòxid de carboni com a subproducte. D’altra banda, els microorganismes emeten CO₂ quan consumeixen la matèria orgànica acumulada al sòl —com fulles, branques, arrels o restes d’animals— per utilitzar aquest carboni com a font d’energia. 

El temps que el carboni roman en un ecosistema varia molt segons el lloc on s’emmagatzema i el tipus d’ecosistema. Per exemple, en les fulles i les arrels fines, el carboni pot tornar a l’atmosfera en qüestió d’hores o mesos. En la fusta dels arbres, pot romandre-hi durant dècades, ja que forma part de l’estructura. I al sòl, especialment a les capes més profundes, pot quedar-hi segles.

Aquest temps també depèn del tipus d’ecosistema. Un exemple de dos ecosistemes molt diferents són els boreals i els tropicals. En el cas dels boscos boreals, el clima és fred, de manera que les plantes i els microorganismes són menys actius. Això fa que hi hagi menys fotosíntesi i es capti menys carboni de l’atmosfera, però també que hi hagi menys emissions de CO₂ perquè els microorganismes consumeixen menys matèria orgànica. En canvi, en els boscos tropicals, amb temperatures altes i un clima humit, plantes i microorganismes són molt més actius: les plantes capten molt CO₂ i els microorganismes consumeixen ràpidament, de manera que tant l’entrada com la sortida de carboni és molt més gran. Quina és la diferència? Que els boscos boreals capten menys carboni però el retenen durant més temps. Tot i així, com explica la investigadora Estefanía, a llarg termini s’ha comprovat que els boscos tropicals són els que més carboni mantenen emmagatzemat, perquè entra més CO₂ del que s’emet; tot i que també alerta que “hem vist que l’impacte humà en els boscos tropicals, principalment la desforestació, fa que disminueixi dràsticament la seva capacitat d’actuar com a reservori de carboni”. 

En el cas del Mediterrani, el clima és càlid i sec, cosa que significa que les plantes tenen menys aigua disponible i fan menys fotosíntesi en comparació amb altres ecosistemes. El motiu? Per captar CO₂ de l’atmosfera, les plantes han d’obrir unes petites “portes” a les seves fulles anomenades estomes. Però en fer-ho, també perden aigua. Així que, en condicions seques, els estomes s’obren menys per evitar deshidratar-se. Això limita l’entrada de CO₂ i, per tant, redueix la fotosíntesi.

I què passa amb el canvi climàtic? En aquest cas, Estefanía afirma que investigacions recents demostren que factors com la sequera i l’escalfament global poden reduir la capacitat d’un ecosistema per assimilar carboni nou, que s’emmagatzemi menys i durant menys temps. Com a conseqüència, augmenta la concentració de CO₂ a l’atmosfera. 

Per investigar com influeix la sequera en la capacitat de l’ecosistema mediterrani per emmagatzemar carboni, “viatgem” als boscos mediterranis de les muntanyes de Prades (Tarragona). Allà el CREAF té parcel·les experimentals on es simulen condicions de sequera des de 1999. En concret, hi ha parcel·les amb un 30% menys de precipitació —que correspon aproximadament a un 15% menys d’humitat al sòl— que es comparen amb parcel·les control no modificades. Actualment, a través de la seva beca Marie Skłodowska Curie i en col·laboració amb el Max-Planck Institute for Biogeochemistry, Estefanía duu a terme el projecte DISEQ. La iniciativa estudia precisament com canvia el temps de trànsit del carboni als boscos mediterranis en un escenari de sequera prolongada, que simula les condicions que s’esperen a la regió en les pròximes dècades. 

Els resultats són alarmants: les dades indiquen que s’està emmagatzemant poc carboni nou i que la vegetació i els microbis estan utilitzant les reserves de carboni més antigues.

Això s’ha descobert comparant el contingut de carboni i radiocarboni —tècnica per estimar l’edat del carboni— a les parcel·les control i a les de sequera. A les parcel·les control, la quantitat de carboni al sòl disminueix amb la profunditat, mentre que l’edat mitjana d’aquest carboni augmenta, és a dir, el sòl més profund té menys carboni però aquest és més vell i estable. “Normalment, els microorganismes ho tenen molt difícil per accedir a aquest carboni més estabilitzat, així que es manté intacte.” En canvi, a les parcel·les amb sequera induïda durant 25 anys, s’observa que les capes més superficials del sòl tenen un contingut i una edat del carboni molt similars a les capes una mica més profundes; és a dir, la quantitat i l’edat del carboni s’han homogeneïtzat als primers centímetres del sòl. Això suggereix que s’incorpora molt poc carboni nou al sòl a través de la fotosíntesi i que plantes i microorganismes es veuen obligats a consumir reserves més antigues i estabilitzades, que en les parcel·les control no fan servir perquè són més difícils d’obtenir.

Per fer-se’n una idea gràfica, imaginem per un moment que l’ecosistema terrestre és com un pastís de capes, amb nata fresca a dalt i massa seca a baix. Cada pastís és diferent: alguns tenen més nata, altres més massa seca. Però tots tenen en comú que la gent prefereix menjar-se la nata recent mentre el pastisser la va reposant. Si el pastisser deixa d’afegir nata i la gent continua menjant, al final només queda el pa de pessic, que, si hi ha gana, també acabaran consumint. Una cosa semblant passa amb les capes dels sòls en sequera: com que no s’incorpora carboni nou, els microorganismes i les plantes acaben consumint el carboni antic, perquè no els queda cap altra opció. 

Curiosament, a les parcel·les de sequera, les arrels són les úniques on sí s’observa carboni més nou que a les parcel·les control. Un dels motius pot ser que les plantes aprofitin el carboni fresc que incorporen durant la fotosíntesi per formar més ramificacions i allargar les arrels per arribar a zones on hi pugui haver aigua i aprofitar-ne cada gota.

Per què passa això?

Segons resultats preliminars, algunes explicacions podrien ser que, sota condicions de sequera:

1. Les plantes estan més inactives. Entra menys carboni nou perquè fan menys fotosíntesi. El motiu principal és que, per fer-la, necessiten obrir els estomes —petits porus a les fulles que regulen l’intercanvi de gasos—. Per aquests petits forats també surt aigua, així que, quan les reserves són baixes, els mantenen tancats més temps per evitar perdre’n i prevenir embòlies (obstruccions dels conductes que transporten l’aigua de les arrels a les fulles i que poden produir-se quan hi ha manca d’aigua).
2. Les comunitats de microorganismes canvien. La comunitat microbiana modifica la seva composició i funció. Per exemple, proliferen soques que descomponen i consumeixen més carboni. Com? A través de l’efecte priming o “activació del carboni”, ja que, sota estrès hídric, els microbis estan més “estresats” i produeixen moltes més enzims per digerir el carboni. Això fa que consumeixin ràpidament les noves entrades de carboni i també el carboni antic i resistent, alliberant-lo a l’atmosfera com a CO₂.

Tot i això, la investigadora aclareix que s’estan valorant altres motius i que la recerca continua oberta.