Come l'aumento di CO2 influisce sulle interazioni tra erba e legumi

Le piante interagiscono in tanti modi all'interno delle comunità e degli ecosistemi. Queste interazioni possono cambiare nel tempo e a seconda dell'ambiente, portando a competizione per le risorse o supporto tra le specie. Ad esempio, alcune piante condividono risorse mentre altre possono combattere per gli stessi nutrienti. Un concetto chiave qui è la suddivisione delle nicchie, che è quando specie diverse trovano il loro spazio o ruolo per ridurre la competizione.

La suddivisione delle nicchie permette a varie specie di coesistere anche quando condividono bisogni simili. Questa coesistenza porta a comunità di piante diversificate che possono performare meglio come gruppo piuttosto che se ogni specie agisse da sola. Questo si vede spesso in come varie piante accedono e usano l'Azoto, un nutriente essenziale per la crescita. Le piante fissatrici di azoto, come le leguminose, possono creare il loro azoto attraverso un processo che coinvolge batteri, il che dà loro un vantaggio in condizioni di azoto scarso. Questa relazione può migliorare la salute generale e la funzionalità di un ecosistema.

#Il Ruolo dell'Azoto nelle Comunità Vegetali

L'azoto è un nutriente cruciale che influisce su come le piante interagiscono tra loro e su quanto bene funzionano gli ecosistemi. Le piante che possono usare batteri fissatori di azoto, come le leguminose, possono prosperare anche quando i livelli di azoto nel suolo sono bassi. Questo processo aiuta a promuovere la biodiversità poiché specie diverse possono contare su varie fonti di azoto. Quando le leguminose fissano azoto, questo può essere condiviso con piante vicine o creare una situazione in cui ci sono meno piante a competere per le stesse risorse.

Nelle comunità con leguminose, spesso si presume che queste piante aiutino ad aumentare l'azoto complessivo disponibile nell'ecosistema. Possono fornire azoto che supporta la crescita delle piante vicine, portando a una maggiore produzione vegetale complessiva. Questo può avvenire attraverso due percorsi principali: i cespugli possono condividere direttamente azoto con le piante circostanti, oppure le graminacee possono competere di meno per l'azoto poiché le leguminose possono accedere all'azoto dall'esterno del suolo.

Inoltre, il modo in cui le piante interagiscono e condividono risorse può portare a una maggiore produttività all'interno della comunità, a volte chiamata sovraproduzione. Questo significa che comunità vegetali diversificate possono produrre di più insieme rispetto alla somma dei loro sforzi individuali. Comprendere come le piante interagiscono, specialmente come condividono e competono per l'azoto, è vitale per riconoscere come la biodiversità influisce sulle funzioni degli ecosistemi.

#Effetti dell'Anidride Carbonica Elevata

Dalla rivoluzione industriale, i livelli di anidride carbonica (CO2) nell'atmosfera sono aumentati notevolmente. Questo cambiamento può avere vari effetti sugli ecosistemi. Ad esempio, livelli più alti di CO2 possono aumentare la crescita delle piante e alterare la composizione delle comunità vegetali. Tuttavia, questi cambiamenti possono dipendere da fattori come la disponibilità di acqua e i livelli di nutrienti nel suolo. Ad esempio, quando l'acqua è limitata o i nutrienti abbondano, i benefici dell'aumento di CO2 possono essere più evidenti.

In condizioni di abbondante acqua, le piante C3, che includono molte leguminose, spesso beneficiano di più dell'aumento di CO2 rispetto alle piante C4, come le graminacee tropicali. Inoltre, è stato dimostrato che l'aumento di CO2 migliora la crescita delle radici, potenzialmente migliorando l'accesso ai nutrienti nel suolo. Anche se molti studi suggeriscono che le piante fissatrici di azoto rispondono positivamente all'aumento di CO2 grazie a un miglior accesso alle risorse di carbonio, questa risposta può variare a seconda di altri nutrienti limitanti come il fosforo o di stress ambientali come alte temperature o siccità.

La ricerca indica che per le piante non fissatrici di azoto, livelli più alti di CO2 possono portare a concentrazioni più basse di azoto nelle loro foglie, influenzando quindi la loro qualità. All'interno di sistemi misti di erba e leguminose, i risultati possono essere diversi, poiché le leguminose potrebbero non essere così negativamente impattate in condizioni di CO2 elevate rispetto ai loro omologhi non fissatori di azoto.

#Focus della Ricerca

Questo studio mira a capire meglio come i livelli elevati di CO2 potrebbero supportare le graminacee C4 che crescono insieme a leguminose tropicali. L'attenzione è rivolta a valutare la produzione e la disponibilità di nutrienti nelle coppie di erbe e leguminose per vedere se le capacità di fissazione dell'azoto delle leguminose offriranno vantaggi alle graminacee. Lo studio si propone di testare quattro ipotesi riguardo alle relazioni tra erbe e leguminose sotto diversi scenari di CO2.

#Design Sperimentale

La ricerca è stata condotta in un ambiente controllato di serra, utilizzando diverse camere per simulare le condizioni attuali e future di CO2 atmosferico. Il suolo è stato raccolto e preparato per la piantagione, e sono state scelte specifiche specie di erba e leguminose tropicali, comunemente usate nella gestione dei prati. Le piante sono state coltivate in varie combinazioni per valutare come interagissero tra loro in termini di crescita e assorbimento di nutrienti.

#Misurazioni della Crescita

Dopo un periodo di crescita, la biomassa sopra il suolo è stata raccolta dalle piante per misurare la produttività. Le piante sono state separate per tipo, pesate e analizzate per il contenuto di azoto. Anche la biomassa sotterranea è stata misurata rimuovendo con cautela il suolo e valutando le radici. Inoltre, il numero e il peso dei noduli delle leguminose sono stati registrati per comprendere l'attività di fissazione di azoto.

I nutrienti del suolo sono stati valutati utilizzando sacchetti di resina specializzati per catturare l'azoto e il fosforo disponibili durante l'esperimento. I sacchetti di resina sono stati raccolti, risciacquati e analizzati per determinare i livelli di nutrienti nel suolo.

#Risultati della Biomassa e del Contenuto di Azoto

I risultati della crescita hanno indicato differenze significative nella produzione di biomassa tra le coppie di specie. In particolare, una combinazione di leguminosa e erba ha prodotto più biomassa rispetto all'altra. Le condizioni di CO2 elevate sembravano avere un impatto limitato sulla biomassa totale, con il maggior aumento osservato in una specie di leguminosa.

Nel complesso, le leguminose avevano un contenuto di azoto superiore nelle loro parti aeree rispetto alle graminacee, portando a quantità totali di azoto maggiori nelle specie di leguminosa. Curiosamente, la quantità di azoto derivato dal suolo è rimasta relativamente costante tra le diverse combinazioni vegetali, con le graminacee che assorbivano una quota maggiore di azoto dal suolo.

#Il Ruolo della Fissazione biologica dell'azoto

Entrambe le specie di leguminose hanno mostrato una percentuale elevata di azoto nelle foglie proveniente dalla fissazione biologica dell'azoto, specialmente quando coltivate in miscele. La dipendenza da questa fonte di azoto era più pronunciata quando le leguminose erano mescolate con le graminacee. Nonostante le riduzioni complessive di azoto nelle miscele, le leguminose mostrano spesso una maggiore dipendenza dalla fissazione dell'azoto quando crescono con le graminacee.

Il numero di noduli radicali e i loro livelli di attività sono stati anch'essi registrati. Sebbene una specie di leguminosa avesse una maggiore biomassa di noduli, entrambe le specie mostravano una significativa attività dei noduli, essenziale per la fissazione dell'azoto. Tuttavia, nelle miscele, la biomassa dei noduli e il numero sono diminuiti per entrambe le specie di leguminose.

#Sovrapproduzione e Interazioni Dinamiche

La sovrapproduzione è stata osservata nei vasi misti rispetto ai vasi a monocultura, evidenziando i benefici della diversità delle specie. Per una combinazione erba-leguminosa, l'impatto positivo era principalmente dovuto all'effetto di complementarità, dove specie diverse beneficiavano l'una dell'altra. Al contrario, per l'altra coppia di specie, l'effetto di selezione ha giocato un ruolo maggiore, dove una specie aveva una biomassa notevolmente superiore a quella prevista.

Sotto condizioni di CO2 elevate, la sovrapproduzione è stata ridotta per entrambe le coppie di specie. Anche se alcune interazioni positive esistevano, la produttività complessiva della comunità è diminuita quando i livelli di CO2 sono aumentati. Questa diminuzione della produttività sotto CO2 elevate suggerisce difficoltà per le coppie erba-leguminosa nel mantenere interazioni benefiche.

#Conclusione

Nelle miscele di erbe e leguminose tropicali, lo studio ha trovato che la suddivisione delle nicchie ha giocato un ruolo cruciale nelle interazioni tra piante, permettendo alle leguminose di fare maggiormente affidamento sulla fissazione biologica dell'azoto quando coltivate con le graminacee. Sebbene il CO2 elevato presentasse alcuni benefici, ha anche portato a una riduzione della sovrapproduzione nei vasi con specie miste. La complessità delle interazioni tra piante sotto condizioni ambientali in cambiamento evidenzia la necessità di ulteriori ricerche su come queste dinamiche possono cambiare nei futuri climi.

I risultati sottolineano l'importanza di comprendere le relazioni e le interazioni tra piante all'interno di ecosistemi diversificati per prevedere come risponderanno ai cambiamenti climatici in corso. Questa conoscenza è vitale per sviluppare pratiche di gestione efficaci per sistemi agricoli e conservare la biodiversità negli ecosistemi naturali.