Les plantes i el canvi climàtic

Des de fa uns quants anys hem sentit parlar del canvi climàtic. Avui dia ja és una evidència i també una preocupació. No només ens afecta a nosaltres, als humans, sinó que també a tota la vida. S’ha parlat bastant de l’escalfament global, però potser no s’ha fet tanta transmissió del que succeeix amb la vegetació. Són moltes coses les que es veuen afectades pel canvi climàtic i la vegetació també n’és una d’elles. A més, els canvis produïts en aquesta també ens afecten a nosaltres. Però, quins són aquests canvis?, com els pot regular la vegetació? I, com podem ajudar a mitigar-los a través d’aquesta?

CANVIS EN LA VEGETACIÓ

Distribució dels biomes

En general, degut al canvi climàtic s’espera un increment de les precipitacions a algunes parts del planeta, mentre que en d’altres s’espera un descens. També es denota un increment global de la temperatura. Això comporta un desplaçament en la localització dels biomes, les grans unitats de vegetació (per exemple: selves, boscos tropicals, tundres, etc.).

Triangle dels biomes segons altitud, latitud i humitat (Imatge de Peter Halasaz).

Per una altra banda, existeix una tendència al augment de la distribució de les espècies en els rangs septentrionals (latituds altes) i un detriment en regions meridionals (latituds baixes). Això porta greus problemes associats; el canvi en la distribució de les espècies afecta a la seva conservació i la seva genètica. En conseqüència, les poblacions situades als marges meridionals, que han estat considerades molt importants per a la conservació a llarg termini de la diversitat genètica i pel seu potencial evolutiu, es veuen en perill per aquesta pèrdua. I, en canvi, els rangs septentrionals es veurien afectats per l’arribada d’altres espècies competidores que podrien desplaçar a les presents, essent doncs invasores.

Distribució de les espècies

Dins l’escenari del canvi climàtic, les espècies tenen una certa capacitat per reajustar la seva distribució i per adaptar-se a aquest.

Però, quin tipus d’espècies podrien estar responent més ràpidament a aquest canvi? Es dedueix que aquelles amb un cicle de vida més ràpid i una capacitat de dispersió major seran les que mostrin una major adaptació i responguin millor. Això podria comportar una pèrdua de les plantes amb ritmes més lents.

La calcida blanca (Galactites tomentosa) una planta de cicle ràpid i amb gran dispersió (Imatge de Ghislain118).

Un factor que facilita el reajustament en la distribució és la presència de corredors naturals: aquests són parts del territori geogràfic que permeten la connectivitat i desplaçament d’espècies d’un lloc a un altre. Són importants per evitar que aquestes quedis aïllades i puguin desplaçar-se cap a noves regions.

Un altre factor és el gradient altitudinal, aquest proporciona molts refugis per a les espècies, facilita la presència de corredors i permet la redistribució de les espècies en altitud. Per tant, en aquells territoris on hi hagi més rang altitudinal es veurà afavorida la conservació.

En resum, la capacitat de les espècies per fer front al canvi climàtic depèn de les característiques pròpies de l’espècie i les del territori. I, per contra, la vulnerabilitat de les espècies al canvi climàtic es produeix quan la velocitat que aquestes presenten per poder desplaçar la seva distribució o adaptar-se és menor a la velocitat del canvi climàtic.

A nivell intern

El canvi climàtic també afecta a la planta com a organisme, ja que li produeix canvis al seu metabolisme i a la seva fenologia (ritmes periòdics o estacionals de la planta).

Un dels factors que porta a aquest canvi climàtic és l’increment de la concentració de diòxid de carboni (CO₂) a l’atmosfera. Això podria produir un fenomen de fertilització de la vegetació. Amb l’augment de CO₂ a l’atmosfera s’incrementa també la captació d’aquest per les plantes, augmentat així la fotosíntesi i permetent una major assimilació. Però, no és tot avantatges, perquè per això es produeix una pèrdua d’aigua important, degut a que els estomes (estructura que permeten l’intercanvi de gasos i la transpiració) romanen oberts molt temps per incorporar aquest CO₂. Per tant, hi ha efectes contraposats i la fertilització dependrà de la planta en sí, com també del clima local. Molts estudis han demostrat que diverses plantes reaccionen diferent a aquest increment de CO₂, ja que el compost afecta a varis processos fisiològics i per tant les respostes no són úniques . Per tant, ens trobem amb un factor que altera el metabolisme de les plantes i que no es pot predir com seran els seus efectes sobre elles. A més, aquest efecte fertilitzat està limitat per la quantitat de nutrients presents i sense ells la producció es frena.

Procés de fotosíntesi (Imatge de At09kg).

Per un altre costat, no hem d’oblidar que el canvi climàtic també altera el règim estacional (les estacions de l’any) i que això afecta al ritme de la vegetació, a la seva fenologia. Això pot comportar repercussions inclús a escala global; per exemple, podria produir un desajust en la producció de plantes cultivades per a l’alimentació.

PLANTES COM A REGUALADORES DEL CLIMA

Encara que no es pot parlar de les plantes com a reguladores del clima global, esta clar que hi ha una relació entre el clima i la vegetació. Però, aquesta relació és un tant complicada perquè la vegetació té tan efectes d’escalfament com de refredament del clima.

La vegetació disminueix l’albedo; els colors foscos absorbeixen més la radiació solar i per tant menys llum solar es reflecteix cap al exterior. A més. al ser organismes amb superfície rugosa s’augmenta l’absorció. En conseqüència, si hi ha més vegetació, la temperatura local (calor transferida) augmenta més.

Però, per altra banda, al augmentar la vegetació hi ha més evapotranspiració (conjunt de l’evaporació d’aigua d’una superfície i la transpiració a través de la planta). De manera que el calor es consumeix en passar l’aigua líquida a forma gasosa, el que comporta un refredament. A més, l’evapotranspiració també ajuda augmentar les precipitacions locals.

Efectes biofísics de diferents usos del sòl i la seva acció sobre el clima local (Imatge de Jackson et al. 2008. Environmental Research Letters.3: article 0440066).

Per tant, és un efecte ambigu i en determinats entorns pesa més l’efecte de refredament, mentre que en altres té més rellevància el d’escalfament.

MITIGACIÓ

Avui dia hi ha varies propostes per reduir el canvi climàtic, però com poden ajudar les plantes?

Les comunitats vegetals poden actuar com a embornals, reserves de carboni, ja que a través de l’assimilació de CO₂ ajuden a compensar les emissions. Un maneig adequat dels ecosistemes agraris i dels boscos pot ajudar a la captació i emmagatzematge del carboni. Per altra banda, si s’aconsegueix reduir la desforestació i augmentar la protecció d’habitats naturals i boscos, es reduirien les emissions i s’estimularia aquest efecte embornal. Tot i així, existeix el risc de que aquests embornals es puguin convertir en fonts d’emissió; per exemple, degut a un incendi.

Finalment, presentar els biocombustibles: aquests, a diferència dels combustibles fòssils (com el petroli), són recursos renovables, ja que es tracta de cultius de plantes destinats al ús de combustible. Encara que no aconsegueixen retirar CO₂ de l’atmosfera ni redueixen emissions de carboni, eviten l’increment d’aquest a l’atmosfera. Per aquest motiu no arribarien a ser una tècnica del tot mitigadora, però mantenen el balanç d’emissió i captació neutre. El problema és que poden generar efectes colaterals a nivell social i ambiental, com l’increment de preus d’altres cultius o la desforestació per a instaurar aquests cultius, cosa que no hauria de succeir.

Cultiu de canya de sucre (Saccharum officinarum) a Brasil per produir biocombustible (Imatge de Mariordo).

REFERÈNCIES

• Apunts de Ciències de la Biosfera, Anàlisi de la Vegetació i Fisiologia Vegetal, Grau de Biologia Ambiental, UAB.
• Hample & R. J. Petit. 2005. Conserving biodiversity under climate change: the rear edge matters. Ecology letters 8 (5): 461-467.
• Botanic Gardens Conservation International. 2015. How does climate change affect plants?. https://www.bgci.org/climate/climate_change_effects/
• Earth Observatory. 2015. How plants can change our climate. http://earthobservatory.nasa.gov/Features/LAI/LAI2.php

The plants and the climate change

Since a few years ago, we have heard about the climate change. Nowadays, it is already evident and also a concern. This not only affects to us, the humans, but to all kind of life. It has been talked enough about the global warming, but perhaps, what happens to the vegetation has not been much diffused. There are many things affected by climate change and vegetation is also one of them. In addition, the changes in this also affect us. But, what are these changes? how can the vegetation regulate them? And how we can help to mitigate them through plants?

CHANGES ON PLANTS

Biomes distribution

In general, due to climate change, an increase of precipitations in some parts of the world are expected, while in others a decrease is awaited. A global temperature increment is also denoted. This leads to an alteration in the location of the biomes, large units of vegetation (e.g.: savannas, tropical forests, tundras, etc.).

Biome triangle classified by latitude, altitude and humidity (Author: Peter Halasaz).

On the other hand, there is an upward trend in the distribution of species in the high latitudes and a detriment in the lower latitudes. This has serious associated problems; the change in the species distribution affects their conservation and genetic diversity. Consequently, the marginal populations in lower latitudes, which have been considered very important for the long-term conservation of genetic diversity and due their evolutionary potential, are threatened by this diversity loss. And conversely, the populations in high latitudes would be affected by the arrival of other competing species that could displace those already present, being as invasive.

Species distribution

Within the scenario of climate change, species have some ability to adjust their distribution and to adapt to this.

But, what type of species may be responding more quickly to this change? It appears that those with a faster life cycle and a higher dispersion capacity will be showing more adaptability and a better response. This could lead to a loss of some plants with slower rates.

The Purple milk Thistle (Galactites tomentosa) is a plant with a fast life cycle and high distribution capacity  (Author: Ghislain118).

One factor that facilitates adjustment in the distribution is the presence of wildlife corridors: these are parts of the geographical area that enable connectivity and movement of species from one population to another. They are important because they prevent that some species can remain isolated and because they can also allow the movement to new regions.

Another factor is the altitudinal gradient, which provides shelter for many species, facilitates the presence of wildlife corridors and permits redistribution of species along altitude. Therefore, in those territories where there is greater altitudinal range, the conservation is favored.

In short, the ability of species to cope with climate change depends on the plant characteristics and the territory attributes. And, conversely, the species vulnerability to climate change occurs when the speed to displace their distribution or adapt their lives is less than the climate change velocity.

At internal level

Climate change also affects the plant as an organism, as it causes changes in their metabolism and phenology (periodic or seasonal rhythms of the plant).

One of the effects that pushes the climate change is the carbon dioxide (CO₂) concentration increase in the atmosphere. This could produce a fertilization phenomenon of vegetation. Due the CO₂ increase in the atmosphere it also increases the uptake by plants, thus increasing the photosynthesis and allowing greater assimilation. But, this is not all advantages, because for this an important water loss occurs due that the stomata (structures that allow gas exchange and transpiration) remain open long time to incorporate CO₂. So, there are opposing effects and fertilization will depend on the plant itself, but the local climate will also determine this process. Many studies have shown that various plants react differently to the CO₂ increase, since the compound affects various physiological processes and therefore there are not unique responses. Then, we find a factor that alters the plant metabolism and we cannot predict what will be the effects. Furthermore, this fertilizer effect is limited by the nutrients amount and without them production slows.

Photosynthesis process (Author: At09kg).

On the other hand, we must not forget that climate change also alters the weather and that this affects the vegetation growth and its phenology. This can have even an impact on a global scale; for example, could produce an imbalance in the production of cultivated plants for food.

PLANTS AS CLIMATE REGULATORS

Although one cannot speak of plants as regulators of global climate, it is clear that there is a relationship between climate and vegetation. However, this relationship is somewhat complicated because the vegetation has both effects of cooling and heating the weather.

The vegetation decreases the albedo; dark colours absorb more solar radiation and, in consequence, less sunlight is reflected outward. And besides, as the plants surface is usually rough, the absorption is increased. Consequently, if there is more vegetation, local temperature (transmitted heat) intensifies.

But, on the other hand, by increasing vegetation there is more evapotranspiration (set of water evaporation from a surface and transpiration through the plant). So, the heat is spent on passing the liquid water to gas, leading to a cooling effect. In addition, evapotranspiration also helps increase local rainfall.

Biophysical effects of different land uses and its consequences on the local climate. (From Jackson et al. 2008. Environmental Research Letters.3: article 0440066).

Therefore, it is an ambiguous process and in certain environments the cooling effect outweighs, while in others the heating effect has more relevance.

MITIGATION

Nowadays, there are several proposals to reduce climate change, but, in which way can the plants cooperate?

Plant communities can act as a sinks, carbon reservoirs, because through CO₂ assimilation, they help to offset carbon emissions. Proper management of agricultural and forest ecosystems can stimulate capture and storage of carbon. On the other hand, if deforestation were reduced and protection of natural habitats and forests increased, emissions would be diminished and this would stimulate the sink effect. Still, there is a risk that these carbon sinks may become emission sources; for example, due to fire.

Finally, we must introduce biofuels: these, unlike fossil fuels (e.g. petroleum), are renewable resources, since they are cultivated plants for use as fuels. Although they fail to remove CO₂ from the atmosphere or reduce carbon emissions, they get to avoid this increase in the atmosphere. For this reason, they may not become a strict mitigation measure, but they can keep neutral balance of uptake and release. The problem is that they can lead to side effects on social and environmental level, such as increased prices for other crops or stimulate deforestation to establish these biofuel crops, what should not happen.

Sugarcane crop (Saccharum officinarum) in Brazil to produce biofuel (Author: Mariordo).

REFERENCES

• Notes of Plant Physiology, Science of the Biosphere and Analysis of vegetation, Degree of Environmental Biology, UAB
• Hample & R. J. Petit. 2005. Conserving biodiversity under climate change: the rear edge matters. Ecology letters 8 (5): 461-467.
• Botanic Gardens Conservation International. 2015. How does climate change affect plants?. https://www.bgci.org/climate/climate_change_effects/
• Earth Observatory. 2015. How plants can change our climate. http://earthobservatory.nasa.gov/Features/LAI/LAI2.php