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Piantare alberi è spesso la soluzione istintiva per migliorare un paesaggio degradato, ma nelle regioni secche l’aggiunta di vegetazione arborea può modificare la quantità di erba e altre piante a bassa crescita che sopravvivono sotto la chioma. Questo aspetto riveste importanza cruciale dato che le terre aride coprono circa il 40% della superficie terrestre mondiale e le erbe che vi crescono sostengono la produzione di foraggi e la biodiversità locale.
Comprendere come gli alberi influenzano la vegetazione circostante può aiutare nelle decisioni relative al restauro ambientale, al pascolo e ad altre pratiche che rimodellano i paesaggi aperti. Un nuovo modello matematico sviluppato da ricercatori israeliani mostra perché gli alberi possono aiutare le piante vicine quando l’acqua scarseggia ma diventano problematici man mano che le condizioni diventano più umide.
Indice
Un modello matematico rivela come alberi e prato terre aride interagiscono in modo complesso. L'ombra aiuta in siccità riducendo l'evaporazione ma diventa dannosa con più pioggia. Le radici possono spostare acqua dagli strati profondi o competere per le risorse. La densità arborea influenza gli equilibri quanto le precipitazioni. Lo studio aiuta a comprendere restauro ambientale e gestione del territorio. Pubblicato su PNAS.
Come gli alberi modificano l’ambiente sottostante
Gli alberi influenzano le piante circostanti attraverso diversi meccanismi che agiscono simultaneamente. Le loro foglie bloccano la luce solare mentre le radici cambiano il modo in cui l’acqua si muove attraverso il terreno.
L’ombra può danneggiare l’erba perché le piante necessitano di luce per la fotosintesi, il processo che usano per trasformare l’energia luminosa in crescita vegetale. Allo stesso tempo l’ombra può abbassare la perdita di acqua dal terreno e dalle piante, fattore che diventa prezioso quando la pioggia è scarsa e ogni goccia conta per la sopravvivenza.
Le radici creano un altro compromesso ecologico interessante. Gli alberi occupano acqua dal suolo ma in alcune condizioni di siccità possono anche spostare l’acqua dal terreno più profondo verso gli strati superiori in cui crescono le erbe. I ricercatori hanno voluto capire quali di questi effetti contano di più come cambiano le precipitazioni annuali nella regione.
Il modello matematico sviluppato a Gerusalemme
Oded Hollander, il dottor Yair Mau e il dottor Niv DeMalach dell’Università ebraica di Gerusalemme hanno costruito un modello matematico che ha monitorato la crescita delle piante simile all’erba e l’umidità del suolo nel tempo.
Invece di cercare di ricreare una vera e propria prateria con tutta la sua complessità, hanno costruito un sistema semplificato che permettesse di isolare le variabili principali. Ciò ha permesso loro di cambiare la pioggia e la densità degli alberi e vedere come l’ombra, la perdita di acqua e l’attività delle radici hanno influenzato le piante che crescono sotto la chioma arborea.
Il modello ha confrontato le condizioni con gli alberi rispetto alle condizioni senza alberi per rivelare quando gli alberi hanno aumentato la crescita delle piante e quando l’hanno ridotta significativamente. Questo approccio ha permesso di identificare i punti di svolta nella relazione tra vegetazione arborea e erbacea.
Quando l’ombra diventa un vantaggio
In condizioni di siccità l’ombra moderata potrebbe essere utile perché ha ridotto la perdita di acqua per evaporazione. Anche se le erbe hanno ricevuto meno luce, l’umidità extra lasciata nel terreno potrebbe compensare quella perdita e garantire la sopravvivenza. Questo beneficio è scomparso quando la copertura degli alberi è diventata troppo densa e ha bloccato eccessivamente la radiazione solare.
L’ombra pesante ha ridotto la luce disponibile per la crescita delle piante così tanto che le erbe hanno faticato anche quando il risparmio idrico è stato utile per il suolo. Anche le precipitazioni hanno cambiato l’equilibrio nella relazione ecologica.
Man mano che le condizioni diventavano più umide, la conservazione dell’acqua contava meno mentre perdere la luce del sole comportava ancora un costo significativo per le piante erbacee. Alla fine l’ombra è diventata più dannosa che utile per la vegetazione sottostante.
Il ruolo complesso delle radici arboree
Le radici degli alberi hanno mostrato un cambiamento simile per un motivo diverso legato all’accesso all’acqua. Quando il terreno superiore era molto asciutto, il modello permetteva agli alberi di spostare l’acqua verso l’alto da strati più profondi, un processo chiamato sollevamento idraulico. Quell’acqua in più potrebbe aiutare le erbe a sopravvivere alle condizioni di siccità estrema. Ma quando il terreno superiore è diventato più umido, gli alberi non hanno più fornito tanta acqua dal basso alle piante vicine.
Invece le loro radici prendevano sempre più acqua dallo stesso terreno utilizzato dalle erbe circostanti. Nel modello l’effetto è gradualmente passato dall’aiutare le piante vicine a competere con loro per le risorse disponibili.
Gli autori sottolineano che l’ascensore idraulico non sempre giova alle erbe nel mondo reale e richiede cautela nell’interpretazione. Il lavoro sul campo precedente ha dimostrato che gli alberi possono utilizzare gran parte di quell’acqua da soli, quindi il team tratta questo effetto radice con più cautela dell’effetto ombreggiante.
Le precipitazioni non bastano a spiegare tutto
Uno dei risultati più interessanti è stato che le precipitazioni di per sé non sempre hanno creato l’interruttore previsto nella relazione ecologica. Se l’acqua è rimasta l’unica cosa che limita la crescita dell’erba, più pioggia ha semplicemente permesso a più erba di crescere senza cambiare gli equilibri. Quella maggiore quantità di vegetazione ha poi utilizzato più acqua, quindi l’umidità del suolo non continuava necessariamente a salire nonostante l’aumento delle piogge.
Il modello ha prodotto un interruttore più chiaro quando un altro limite alla crescita è diventato importante in condizioni più umide. Questo limite potrebbe rappresentare nutrienti disponibili, affollamento delle piante, agenti patogeni o un altro fattore che impedisce all’erba di crescere per sempre solo perché è disponibile più acqua.
Una volta che la crescita ha raggiunto quel limite, le precipitazioni extra potrebbero rimanere nel suolo senza essere utilizzate. A quel punto risparmiare acqua sotto l’ombra degli alberi contava molto meno mentre la luce solare ridotta limitava ancora la crescita vegetale.
La densità arborea influenza gli equilibri
La quantità di copertura degli alberi ha cambiato il risultato altrettanto fortemente delle precipitazioni annuali. A bassa piovosità la densità moderata degli alberi potrebbe aiutare le erbe perché l’effetto salva-acqua dell’ombra era utile per la sopravvivenza. La densità degli alberi molto elevata ha tuttavia ridotto la crescita delle piante perché troppa luce è stata bloccata dalla chioma.
Il modello ha anche mostrato un altro modo in cui la relazione potrebbe cambiare nel tempo. Se la densità degli alberi aumentasse insieme alle precipitazioni, l’ombra più pesante nei luoghi più umidi potrebbe rendere gli alberi sempre più competitivi anche senza un altro forte limite alla crescita dell’erba.
Questo aiuta a spiegare perché due paesaggi con precipitazioni simili potrebbero non mostrare lo stesso schema di vegetazione. La quantità di copertura dell’albero può cambiare il risultato finale in modo significativo.
Pattern diversi per meccanismi diversi
Il modello ha anche prodotto forme diverse a seconda che l’ombra o le radici stessero guidando l’interazione tra le specie vegetali. Con l’ombra l’effetto positivo più forte è apparso sulle precipitazioni intermedie quando i ricercatori hanno esaminato la differenza reale nella biomassa vegetale totale.
In condizioni estremamente secche c’era troppo poca acqua per l’ombra per aiutare molto mentre in condizioni più umide il costo della luce persa è diventato più importante per le piante erbacee.
Il percorso della radice ha mostrato un cambiamento più costante nel tempo. Il suo effetto positivo è diventato più debole con l’aumento della disponibilità di acqua, alla fine diventa negativo quando la competizione per le risorse si intensifica. Queste differenze possono aiutare i ricercatori a dare un senso ai risultati sul campo che sono sembrati incoerenti in passato tra diversi studi ecologici.
Implicazioni per la gestione delle terre aride
I risultati sono importanti perché la copertura degli alberi sta cambiando in molte regioni secche del pianeta. Alcune aree stanno guadagnando piante legnose attraverso l’espansione dell’arbusto o la piantagione di alberi mentre altre stanno perdendo alberi attraverso la siccità e il fuoco. I cambiamenti d’ombra possono influenzare le erbe e altre piante che crescono sotto, il che significa semplicemente che l’aggiunta di alberi non garantisce che la vegetazione del terreno migliorerà automaticamente.
La stessa idea può valere oltre gli alberi e la vegetazione naturale. Poiché una parte del modello dipende dalla riduzione della luce solare, effetti simili potrebbero verificarsi sotto i pannelli solari o in altri luoghi in cui la nuova tonalità cambia sia la luce che la perdita di acqua dal suolo. Ciò dà rilevanza al lavoro mentre le infrastrutture solari e i progetti di ripristino del territorio rimodellano i paesaggi secchi in molte regioni.
I limiti del modello matematico
Il modello non prevede esattamente quante precipitazioni causeranno gli alberi a diventare dannosi in ogni ecosistema specifico. È stato progettato per identificare i meccanismi generali non fornire una soglia di pioggia universale applicabile ovunque.
Tratta anche la vegetazione erbacea come un gruppo unico e non include tempeste irregolari, pascolo animale, terreni che cambiano o tutte le differenze tra le specie vegetali presenti in natura.
I paesaggi reali sono più complicati quindi sono ancora necessarie misurazioni sul campo per testare quanto bene queste previsioni si applicano in luoghi particolari con le loro specificità ecologiche.
Il messaggio principale è pratico e utile per i gestori del territorio. Gli alberi possono aiutare le piante vicine in alcune condizioni e sopprimerle sotto altre condizioni ambientali. Le precipitazioni contano ma anche l’ombra, il comportamento delle radici, la densità degli alberi e qualsiasi altra cosa limita la crescita delle piante.
Fonte:
- Lo studio sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences.