En los bosques tropicales secos las plantas se empapan de agua cuando termina la estación lluviosa y la almacenan durante el periodo más seco del año. Esta gran cantidad de agua almacenada permite a los árboles desarrollar sus hojas aproximadamente un mes antes de la siguiente estación de lluvias. Este sorprendente resultado sale a la luz por primera vez, gracias a las observaciones obtenidas por satélite y realizadas principalmente en la región africana de Miombo (aproximadamente 4 veces la superficie de Francia), en un estudio publicado en la revista Nature Ecology and Evolution. Estos trabajos permitirán mejorar los Modelos del Sistema Terrestre (que no consideran suficientemente los mecanismos hidráulicos de las plantas) así como las predicciones del clima futuro y del ciclo del agua en estas regiones del mundo.
¿Qué relación existe entre el contenido de agua de las plantas y el desarrollo de las hojas? ¿Ambas variables se hallan estrechamente vinculadas en el tiempo y el espacio a lo largo de la superficie terrestre? Estas cuestiones son clave para mejorar la toma en consideración de la interacción vegetación-atmósfera en los Modelos del Sistema Terrestre y predecir la respuesta de los ecosistemas al cambio climático.
Hallazgos en el bosque tropical africano de Miombo
Los trabajos realizados por la Universidad de Copenhague y el INRA, en colaboración con el CREAF-CSIC Barcelona, CEA, el CNRS, el CNES, y Bordeaux Sciences Agro, han demostrado mediante observaciones satélite que las variaciones estacionales en cuanto al contenido de agua de las plantas y al desarrollo de las hojas son altamente sincrónicas en las regiones boreales y templadas. En cambio, sorprende que dichas variaciones sean altamente asíncronas en los bosques tropicales secos, donde el aumento de las cantidades de agua almacenada en la planta precede al reverdecimiento de la vegetación (“vegetation greening”) entre 25 y 180 días. Los trabajos se han centrado en la región forestal de Miombo, que abarca una inmensa superficie de más de 2,7 millones de km2 al sur de la selva ecuatorial africana. En esta región, las observaciones por satélite muestran claramente que el índice de área foliar (LAI) empieza a aumentar varias semanas antes del inicio de la temporada de lluvias, una clara señal del reverdecimiento “pre-lluvias” que ya ha sido documentado en numerosos estudios. “Los mecanismos implicados en este fenómeno aún no se conocen del todo pero es probable que supongan costes energéticos importantes para las plantas: estas deben desarrollar tanto su sistema radicular, para acceder al agua en capas profundas del suelo, como sus tallos leñosos, para aumentar su capacidad de almacenamiento”, comenta el Dr. Feng Tian de la Lund University, Suecia.
La novedad en este caso viene dada por las observaciones del índice L-VOD (espesor óptico de la vegetación en banda L) —un valioso indicador de la dinámica del contenido de agua de las plantas, obtenido gracias a los datos del satélite SMOS de la ESA (Agencia Espacial Europea) y el CNES—, que muestran que la vegetación de Miombo se empapa de agua al terminar la estación de lluvias (cuando disminuyen las pérdidas de agua por transpiración) y que ese agua se almacena en los tejidos leñosos durante la mayor parte de la estación seca hasta la aparición de las hojas nuevas, varias semanas antes de las primeras lluvias de la estación húmeda. “Esta aparición precoz de las hojas tiene ventajas fisiológicas y ecológicas, reduciéndose considerablemente el desfase temporal existente entre el inicio de la estación de lluvias y la actividad fotosintética”, indica el Prof. Rasmus Frensholt de la University of Copenhagen, Dinamarca.
Este sorprendente comportamiento hidráulico ya había sido observado en experimentos in situ realizados con algunos árboles de bosques tropicales secos, particularmente en Costa Rica. Sin embargo, este nuevo estudio es el primero en demostrar que se trata en realidad de un fenómeno a gran escala, visible en regiones forestales tan vastas como la selva de Miombo, así como en regiones del norte del África ecuatorial o en El Cerrado (Brasil).
Por otra parte, estos procesos fisiológicos e hidrológicos aún no se han incorporado en los Modelos del Sistema Terrestre. “Nuestros resultados ofrecen nuevas ideas de las relaciones globales planta-agua a escala ecosistémica y proporcionan una base para mejorar la parametrización de los modelos eco-hidrológicos y de los Modelos del Sistema Terrestre. El nuevo conjunto de datos L-VOD será clave para mejorar la próxima generación de estos modelos, lo que dará lugar a mejores predicciones del clima futuro y del ciclo del agua en estas regiones del mundo”, indica el Prof. Josep Peñuelas del CREAF-CSIC.
Acoplamiento temporal entre la estacionalidad del índice L-VOD y la del índice de área foliar (LAI): desfase temporal para que L-VOD registre la mayor correlación con el LAI para píxeles que muestran una estacionalidad bien diferenciada. El rectángulo negro abarca la región boscosa de Miombo. © Universidad de Copenhague, F. Tian
| Un arsenal de observaciones satelitales
Este estudio está basado en una amplia gama de observaciones satelitales que tienen por objeto caracterizar las variaciones temporales de los parámetros clave del ciclo hidrológico y de la vegetación a escala de ecosistema. Los investigadores han contado con un nuevo conjunto de datos SMOS-IC sobre el índice L-VOD (L-band vegetation optical depth), extraído de las observaciones espaciales del satélite europeo SMOS de la AEE-CNES. Este índice está estrechamente relacionado con el contenido en agua de la vegetación (kg/m2) del conjunto del dosel arbóreo. Más concretamente, junto al L-VOD, indicador del contenido de agua de la vegetación, las otras variables consideradas en el estudio son: el índice de área foliar (leaf area index, LAI), obtenido gracias a observaciones satelitales ópticas y empleado para caracterizar la fenología foliar; las anomalías en el almacenamiento de agua terrestre (TWS, en inglés), calculadas con satélites GRACE; o la humedad del suelo, las precipitaciones y los flujos de transpiración. Las observaciones de la humedad del suelo consideradas aquí se calcularon al mismo tiempo que el índice L-VOD a partir de observaciones multiangulares del satélite SMOS. Variaciones estacionales en el bosque tropical seco de Miombo, África (2011-2012) en cuanto al contenido en agua de las plantas (L-VOD), el índice de área foliar (LAI) y las precipitaciones en una región de 1°×1° (centrada en 11.5° S, 18.5° E). Las zonas grises indican la estación seca. © Universidad de Copenhague, F. Tian. Cuando se calcula su promedio a escala anual, el índice L-VOD está íntimamente relacionado con la biomasa aérea de la vegetación, una característica que se ha utilizado recientemente para cuantificar los cambios en las reservas de carbono de la vegetación en el continente africano. Más información: http://presse.inra.fr/Communiques-de-presse/un-nouvel-outil-pour-suivre-le-bilan-carbone-de-la-vegetation |
Referencia
Tian, J.-P. Wigneron, P. Ciais, J. Chave, J. Ogée, J. Peñuelas, A. Ræbild, J-C Domec, X. Tong, M. Brandt, A. Mialon, N. Rodriguez-Fernandez, T. Tagesson, A. Al-Yaari, Y. Kerr, C. Chen, R. B. Myneni, W. Zhang, J. Ardö, R. Fensholt, Coupling of ecosystem-scale plant water storage and leaf phenology observed by satellite, Nature Ecology & Evolution, 13 août 2018 – https://doi.org/10.1038/s41559-018-0630-3