Un experimento evidencia el colapso de los árboles con el resecamiento del suelo

Cuando se bebe un jugo con una pajilla, es necesario mantener el tubito bien sumergido. De lo contrario, se forman burbujas de aire que interrumpen el flujo líquido que lleva a la bebida desde el vaso hasta la boca. Si se aumenta esa escala a la altura de un edificio de diez pisos, podría imaginarse el flujo de agua por el interior de uno de los gigantescos árboles amazónicos. La transpiración por las hojas promueve la succión que impulsa al agua desde las raíces hasta las inmensas copas de los árboles, que pueden superar los 40 metros de altura, y lanzan hacia la atmósfera la humedad responsable de entre 35% y el 50% de las lluvias en la región, con gran impacto sobre la hidrología global. Cuando este sistema falla, el ciclo del agua no es la única variable afectada. Los árboles, que hasta entonces parecía que funcionaban normalmente, mueren súbitamente. Un experimento que condujo el ecólogo inglés Patrick Meir, de la Universidad de Edimburgo, en Escocia, y de la Universidad Nacional de Australia, provocó 15 años de sequía en un segmento de la Amazonia y develó el rol de ese mecanismo, de acuerdo con un artículo que se publicó en el mes de noviembre en la revista Nature.

Para llevar a cabo el experimento se necesitaron 500 metros cúbicos (m³) de madera, cinco toneladas de plástico, dos toneladas de clavos y 23 mil horas de trabajo (diez hombres trabajando de lunes a lunes durante un año), de acuerdo con el meteorólogo Antonio Carlos Lola da Costa, de la Universidad Federal de Pará (UFPA). El resultado de ese trabajo son seis mil paneles de plástico que miden tres metros (m) por medio metro cada uno, con 18 canaletas intercaladas de 100 m de largo para impedir que el 50% de la lluvia caída llegue al suelo en una parcela de terreno de una hectárea en la reserva de Selva Nacional de Caxiuanã, en el norte del estado de Pará, donde el Museo Paraense Emílio Goeldi mantiene una base científica. “Patrick Meir vino a buscarme en 1999 con esa idea absurda”, relata Lola da Costa. El meteorólogo no sabía por dónde empezar, pero estudió las fotografías de un experimento similar, el Seca Selva, que Meir le había enviado y que se estaba montando en la reserva conocida como Selva Nacional del Tapajós, en el sector occidental del estado, y se dispuso a trabajar en terreno. “En un año estaba hecho”.

No se trataba de un emprendimiento logístico trivial. Para llegar a Caxiuanã hay que salir desde Belém y pasarse 12 horas a bordo de un barco repleto de redes coloridas amontonadas, hasta llegar a Breves. En esa ciudad, que cuenta con unos 100 mil habitantes, Lola da Costa obtuvo el material para su emprendimiento: los tubos de hierro galvanizado para construir dos torres de 40 metros de altura, por ejemplo. Desde allí, otras diez horas a bordo de un barco de menor porte conducen a Caxiuanã, donde hubo que transportar los materiales a través de una densa selva.

El experimento, al que se bautizó con el nombre de Esecaflor, la abreviatura en portugués por Efectos de la Sequía en la Selva, es el más grande y prolongado realizado en el mundo para analizar el efecto de la sequía en una selva tropical. El único que puede comparársele es el Seca Selva, que abarcó un área similar y se dio por finalizado al cabo de cinco años (lea en Pesquisa FAPESP, edición nº 156). Durante esta última década y media, Antonio Carlos Lola da Costa ha sido el responsable principal de monitorear la reacción de la selva y mantener el experimento en pie incluso cuando resulta constantemente afectado por ramas y árboles que caen, una labor que demanda gastos de entre 10 mil y 15 mil reales mensuales. Una cifra cuya tendencia va en aumento, ahora que hay más árboles sucumbiendo a la sequía y destruyendo parte de la estructura. “Vivo alrededor de seis meses al año en medio de la selva, con interrupciones”, relata el investigador, quién además ha coordinado una serie de proyectos de alumnos de maestría y doctorado en el marco de ese experimento.

Una larga observación

A grandes rasgos, los resultados de los experimentos amazónicos revelan historias similares, tal como muestra un artículo de revisión que publicaron Meir y otros colegas en el mes de septiembre en la revista BioScience: durante los primeros años, la selva parece no verse afectada por la falta de lluvia y mantiene un funcionamiento normal. Sin embargo, una vez transcurridos algunos años de sequía comienzan a desprenderse ramas, y los árboles van muriendo, sobre todo los más altos y los menores. Otros experimentos llevados a cabo en otros países, o analizaron áreas menores o duraron menos tiempo; el mayor de ellos, en Indonesia, funcionó durante dos años.

Fuego experimental en el estado de Mato Grosso: bajo condiciones normales de humedad, los incendios son de escasa energía y poco destructivos.

El estudio en Caxiuanã suministra resultados inéditos debido a su larga duración: el colapso de los árboles mayores recién se produjo luego de 13 años de sequía experimental, y podría representar un punto de inflexión en el cual la selva se transforma. Desde 2001, los científicos vienen realizando mediciones fisiológicas en los árboles, comparando el área con lluvias restringidas con un sector similar sin intervención. En los últimos dos años, comenzó a registrarse una mortandad drástica entre los ejemplares más altos, naturalmente raros, que al caer causan destrucción y transforman la pujante selva en un monte aparentemente degradado. “De los 12 árboles más altos con un diámetro troncal de más de 60 centímetros, tan sólo quedan tres”, comenta Lucy Rowland, investigadora británica que realiza una pasantía de posdoctorado con el grupo de Meir en la Universidad de Edimburgo, y comanda el proyecto desde 2011. Lo sorprendente fue la detección, en el sistema hidráulico, de la causa interna de esa mortalidad. Cuando la caída de agua sobre el suelo se reduce, se eleva la tensión en la columna de agua del interior de los vasos conductores de los árboles, el xilema. La integridad de esa columna, que depende de la adherencia natural entre las moléculas de agua, acaba comprometida debido a la presencia de burbujas de aire, en un proceso al que los expertos denominan cavitación. Como consecuencia de dicho colapso, que se produce en forma repentina, surge la incapacidad de transportar agua desde las raíces hasta las hojas y se produce la muerte súbita del árbol. Meir remarca que ese fallo hidráulico funciona como un disparador que inicia el proceso de muerte, aunque no sea necesariamente la causa final, que aún se desconoce.

Hay otra hipótesis propuesta que explicaría la muerte de los árboles bajo condiciones de sequía a la que los científicos denominan “hambre de carbono”. En ese caso, cuando las hojas cierran los estomas (poros que posibilitan la transpiración y el intercambio gaseoso) para evitar resecarse, también reducen su absorción de carbono. Lo más probable es que ambos procesos se produzcan en forma simultánea, aunque en el caso de Caxiuanã los científicos desestimaron la falta de carbono como factor principal, al comprobar que los árboles mantenían una provisión normal de este elemento y no dejaron de crecer hasta su muerte.

“Medimos la vulnerabilidad del sistema hidráulico de las plantas frente a la cavitación y notamos que la misma guarda relación con el diámetro del árbol”, relata el biólogo Rafael Oliveira, de la Universidad de Campinas (Unicamp), colaborador en el proyecto desde hace dos años. Dicha observación condice con el predominio de las primeras víctimas: quince árboles con un diámetro troncal de más de 40 centímetros que cayeron en el área experimental, frente a tan sólo uno o dos en la zona de control, donde no hay exclusión de lluvia. Se trata de un gran impacto, porque esos árboles gigantescos concentran una parte importante de la biomasa de la selva y del dosel emisor de humedad. Mientras tanto, los de mediano porte están creciendo más aún, gracias a la luz que les llega ahora que el bosque se va raleando y se llena de resquicios entre copa y copa.

Paneles de plástico que impiden que la mitad de la lluvia llegue al suelo

Oliveira ha estudiado la interacción entre el suelo, las plantas y la atmósfera, y en una revisión publicada en 2014 en la revista Theoretical and Experimental Plant Physiology, reveló que las alteraciones del régimen de precipitaciones pueden provocar un estrés hídrico letal por cavitación, incluso aunque la sequía quede compensada por un período de lluvias intensas, de modo tal que el total de precipitaciones anuales no se altere. A su juicio, es necesario comprender mejor el funcionamiento fisiológico y anatómico de los árboles en esas condiciones para prever su reacción frente a las perspectivas de cambios climáticos. Esas particularidades también explicarían por qué dicha reacción variaría entre las distintas especies. El estudio de Caxiuanã, por ejemplo, indica una gran vulnerabilidad a la sequía en el género Pouteria; y que el Licania es el más resistente entre las especies de árboles estudiados. Los mecanismos que utilizan las plantas son diversos, tales como la absorción del agua por sus partes aéreas, es decir, sus hojas e incluso sus ramas y sus troncos. “Tendremos que detectar cuáles árboles de la Amazonia hacen eso”, planea.

Otro de los efectos de la mortandad de los árboles es la acumulación de mayores volúmenes de hojas y ramas en el suelo de la selva. “Quienes trabajan con el fuego le dicen combustible a esa capa”, bromea el ecólogo Paulo Brando, investigador del Instituto de Investigación Ambiental de la Amazonia (Ipam) y del Centro de Investigación Woods Hole, en Estados Unidos. Brando es uno de los integrantes del proyecto Seca Selva, cuyo inmenso banco de datos todavía se está analizando, casi diez años después de la finalización del proyecto, y recientemente encabezó un estudio sobre incendios forestales en el marco de un experimento realizado en el Alto Xingú, la región más seca de la Amazonia. Según los datos que se presentaron en un artículo publicado en 2014 en la revista PNAS, los árboles resistieron bien a la primera quema, en 2004, en parte porque la propia humedad de la selva impidió que el fuego alcanzara proporciones devastadoras. El contraste se produjo en 2007, cuando el incendio programado coincidió con una acentuada sequía, que representa, según interpretan los autores, un punto de inflexión para la selva. “Lo que observamos fue un fuego avasallante que arrasó con todo, principalmente con los árboles pequeños”, relata, lo cual denota que la interacción entre la sequía y el fuego potencia a las fuerzas motrices de la degradación.

Una menor cantidad de agua en el suelo, escasa humedad en el aire y una mayor cantidad de combustible en el suelo intervienen en conjunto e incrementan bastante las probabilidades de incendios. Y no puede soslayarse a la actividad humana en las fronteras agrícolas, donde el fuego es algo común para el manejo y se suma a los efectos del desmonte, generando islas forestales cuyos bordes son vulnerables. “La frontera entre la selva y una plantación de soja, por ejemplo, presenta una temperatura de cinco grados Celsius más cálida que la del interior de la selva, y más seca”, dice Brando.

El ecólogo es coautor de un estudio realizado por la geógrafa Ane Alencar, también del Ipam, quien estudió los registros de incendios en la Amazonia, mediante imágenes satelitales, durante el período comprendido entre 1983 y 2007. Los resultados, que se publicaron en el mes de septiembre en la revista Ecological Applications, revelan que ya ha habido un incremento en la frecuencia de los incendios forestales como respuesta ante un clima más seco. Al comparar tres tipos de bosque diferentes en el sector oriental de la Amazonia, el grupo comprobó que la selva densa es sensible a los cambios climáticos, mientras que las formaciones abiertas y de transición se encuentran mayormente sujetas a la actividad humana por desmonte.

El futuro
Como no se dispone de una bola de cristal para prever lo que sucederá, varios grupos intentan desarrollar modelos climáticos y ecológicos. Brando participó en un estudio bajo el liderazgo de Philip Duffy, del Woods Hole, en el cual se comparó la capacidad de los modelos climáticos para encuadrar las sequías que se produjeron en la Amazonia entre 2005 y 2010, que fueron tan drásticas que no se contemplaba que se repitieran en un período menor que un siglo. Los resultados, que se divulgaron en el mes de octubre en el sitio web de la revista PNAS, contemplan un aumento significativo de las sequías, con un incremento del área afectada por las mismas en la región amazónica. El problema, según Brando, radica en que gran parte de los modelos se basa en guarismos promedio, y lo que realmente importa son los extremos climáticos. Este año, que se caracteriza por un fenómeno de El Niño más fuerte, el equipo del proyecto Esecaflor se topó, en el mes de noviembre, con una selva prácticamente sin lluvias desde hacía más de dos meses. En los próximos años, se espera poder estudiar las consecuencias de este período.

Canaletas que conducen el agua afueraen un área de una hectárea de la reserva Selva Nacional de Caxiuanã

“El informe del año 2013 del IPCC puso de relieve nuestra falta de capacidad para prever la mortandad relacionada con la sequía en las selvas como una de las falencias de la ciencia relacionada con la vegetación y el clima”, comenta Meir. “Nuestros resultados nos indican cuáles son los mecanismos fisiológicos que deben contemplar fielmente los modelos para prever la mortandad de árboles”, explica. En esa búsqueda en pos de reducir la incertidumbre y anticiparse al futuro, Rowland ‒quien es experta en el uso de datos de campo para alimentar modelos‒ está trabajando en colaboración con el grupo de Stephen Sitch, en la Universidad de Exeter, Inglaterra, para perfeccionar la representación de las respuestas de los bosques tropicales frente a la sequía, en el modelo de vegetación que se conoce como Jules.

La Amazonia señala claramente la importancia de que existan políticas tendientes a la disminución de los cambios climáticos, un tema recurrente en las noticias de los últimos tiempos a causa de la Conferencia del Clima en París (COP21), que se celebró durante este mes. Los experimentos muestran efectos localizados, pero las sequías naturales como las sufridas durante la década pasada pueden afectar a un área extensa de la selva. Meir reitera la necesidad de interrumpir ese ciclo: al descomponerse, los inmensos árboles que sucumbieron liberan en la atmósfera una cantidad de carbono que tiende a agravar el efecto invernadero. “Se podrían establecer normas de energía y de uso de la tierra que sean económicamente benéficas, para no dañar al medio ambiente a largo plazo”, completa.

Proyecto
Interacciones suelo-vegetación-atmósfera en un ecosistema tropical en transformación (n° 2011/52072-0); Modalidad Investigación en Asociación para la Innovación Tecnológica (Pite) y Convenio FAPESP-Microsoft Research; Investigador responsable Rafael Silva Oliveira (IB-Unicamp); Inversión R$ 1.082.525,94.

Maria Guimarães

Pesquisa Fapesp

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ARTÍCULOS CIENTÍFICOS

ALENCAR, A. A. et al. Landscape fragmentation, severe drought, and the new Amazon forest fire regime. Ecological Applications. v. 25, n. 6, p. 1493-505. sept. 2015.

BRANDO, P. M. et al. Abrupt increases in Amazonian tree mortality due to drought-fire interactions. PNAS. v. 111, n. 17, p. 6347-52. 29 abr. 2014.

DUFFY, P. B. et al. Projections of future meteorological drought and wet periods in the Amazon. PNAS. online. 12 oct. 2015.

MEIR, P. et al. Threshold responses to soil moisture deficit by trees and soil in tropical rain forests: insights from field experiments. BioScience. v. 65, n. 9, p. 882-92. sept. 2015.

OLIVEIRA, R. S. et al. Changing precipitation regimes and the water and carbon economies of trees. Theoretical and Experimental Plant Physiology. v. 26, n. 1, p. 65-82. mar. 2014.

ROWLAND, L. et al. Death from drought in tropical forests is triggered by hydraulics not carbon starvation. Nature. online. 23 nov. 2015.