Esqueletos cinzentos e esguios manchavam a paisagem à minha frente, agora postes altos e sem vida, sombras desbotadas de sua antiga glória verde – havia árvores mortas por toda parte. Pinheiros-ponderosa, pinheiros-piñon e tocos de zimbro-jacaré cobriam as encostas das montanhas. Eu estava no norte do Novo México, em outubro de 2016, quando vi pela primeira vez com meus próprios olhos o que é a morte generalizada de árvores. Fiquei boquiaberto ao pensar em quanto tempo essas megafloras carismáticas levaram para se tornarem as figuras dominantes da paisagem que deviam ter sido no auge de suas vidas. Mesmo mortas, elas dominavam a vista, imponentes acima de qualquer coisa viva. Durante essa viagem, visitei vários locais e testemunhei eventos de morte florestal que se estenderam pelos últimos setenta anos. Seca, insetos e incêndios desempenharam papéis na dizimação contínua dessas florestas. Algo em ver esses cadáveres em primeira mão era fascinante, pois as fotografias não conseguem transmitir a enormidade de tudo aquilo.

Este é um momento emocionante para estudar os mecanismos por trás da mortalidade das árvores. Muito se sabe sobre os fatores que contribuem para a morte das árvores, mas uma das maiores fontes de incerteza na maioria dos modelos de vegetação continua sendo o destino do sumidouro de carbono terrestre. Sem saber em que condições as árvores persistirão ou morrerão, as previsões de quanto carbono será capturado pelas plantas terrestres permanecem incertas. As florestas dominam esse sumidouro de carbono terrestre – trabalhando diligentemente para capturar concentrações cada vez maiores de dióxido de carbono atmosférico. Quando milhões de árvores morrem em um curto período de tempo, esses gigantes podem deixar de ser um sumidouro de carbono para uma fonte de carbono. Melhor entendimento #WhatKillsTrees ajudará a refinar nossa capacidade de prever o destino das florestas globais.

Foram realizadas pesquisas que destacaram as vias interativas que levam à morte de árvores: falha hidráulica, privação de carbono e ataque biótico. Minha pesquisa se concentra na falha hidráulica. As árvores dependem de uma coluna contínua de água em seu xilema, desde a absorção pelas raízes até a evapotranspiração na folhagem. Como essa água é puxada contra a gravidade pela demanda evaporativa na folha, qualquer interrupção na coluna de água tornará a via funcionalmente inútil para a planta. Quando a disponibilidade de água no solo diminui, a demanda atmosférica por umidade aumenta ou ambos ocorrem simultaneamente, a coluna de água em uma árvore pode sofrer tensão significativa. A cavitação ocorre durante o estresse hídrico quando as tensões no xilema se tornam tão negativas que a coluna de água se rompe, permitindo a formação de uma embolia (bolha de ar). A intensidade e a duração do estresse hídrico podem levar à cavitação generalizada nos caules das árvores. Em algum momento, essa perda acumulada da capacidade de conduzir água pela planta pode se tornar letal. Minha pesquisa busca identificar esse limiar.

Para quantificar os impactos do estresse hídrico, muitos métodos podem ser empregados. Recentemente, voltei de um workshop sobre Métodos em Relações Hídricas de Plantas (financiado pela NSF e pela seção de Ecofisiologia da ESA) em Idaho (um abraço para #Idahydraulics2017), onde pude aprender diversos métodos para avaliar a resposta das plantas ao estresse hídrico com especialistas da área. Me inscrevi para participar do workshop para adquirir conhecimento sobre métodos em relações hídricas de plantas, mas vale ressaltar que a melhor parte de participar foi poder interagir com tantas pessoas que estão se dedicando apaixonadamente a pesquisas nessa mesma área. Um ano após o início do meu doutorado, senti que finalmente encontrei minha turma.

A tensão no xilema é frequentemente medida usando uma câmara de bomba de pressão. Ao adicionar pressão igual à tensão do xilema quando uma amostra foi cortada da planta, a água emergirá da extremidade cortada de uma amostra como no tweet abaixo.

https://twitter.com/wmhammond/status/865556281565691905

À medida que as árvores sofrem aumento do estresse ambiental, proporções maiores de xilema tornam-se cavitadas até que a árvore não possa mais fornecer a quantidade mínima de água necessária para sobreviver. Essa relação entre a tensão do xilema e a cavitação foi caracterizada com curvas de vulnerabilidade, que plotam a porcentagem de perda de condutividade (PLC) ao longo de uma tensão crescente de água no xilema (um potencial de água mais negativo, veja abaixo).

Em árvores não afetadas pela seca, à medida que o potencial hídrico diminui, a porcentagem de perda de condutividade aumenta. Em alguns PLC, essas curvas mostram uma resposta semelhante a um limite dramático: um ponto sem retorno para espécies que cruzam esse ponto de estresse. A relação entre potencial hídrico e PLC pode desacoplar durante a seca subseqüente. Isso pode ser demonstrado por meio de uma técnica chamada coloração ativa do xilema. Ao puxar o corante através de uma seção do caule seco, apenas os tecidos que ainda conduzem água absorverão a mancha. Isso permite a visualização de vias embolizadas em uma visão transversal do caule. A Dra. Anna Jacobsen fornece um guia extremamente útil para este método aqui. Este guia foi uma contribuição do Dr. Martin Venturas, com quem tive o prazer de aprender a Coloração Ativa do Xilema enquanto estava na #IdaHidráulica2017.

Duas mudas de Pinus taeda, com o mesmo potencial hídrico (-0.50 MPa), foram coradas e seccionadas transversalmente. O caule à esquerda foi exposto a um estresse hídrico quase letal, foi reidratado e se recuperou. O caule à direita nunca sofreu estresse hídrico. Embora seus potenciais hídricos indiquem um PLC muito baixo, o caule que sofreu seca retém xilema embolizado. Quando a água retorna a uma planta sob seca, o xilema funcional remanescente se equilibra com o novo potencial hídrico mais alto do solo. Não se observou que os vasos embolizados em árvores se esvaziem ou se reabasteçam, e essa embolia remanescente após a reidratação é um legado funcional da seca (veja as imagens acima). O aumento da área condutora requer o crescimento de novos canais de xilema preenchidos com água. Como se pode imaginar, quando as árvores operam com um PLC alto (mesmo na presença de umidade disponível no solo), elas são mais vulneráveis. À medida que as mudanças climáticas futuras preveem um aumento na frequência, duração e intensidade das secas em muitas partes do mundo, compreender os mecanismos pelos quais a falha hidráulica contribui para a morte de árvores torna-se mais urgente do que nunca. Seja trabalhando em campo, em estufa ou em laboratório, frequentemente penso nas montanhas do Novo México cobertas de troncos mortos em pé, de um cinza metálico. A mortalidade de árvores aumentará e precisamos trabalhar urgentemente para entender os mecanismos envolvidos, permitindo previsões mais precisas sobre quais áreas estão mais vulneráveis.