Segnali emergenti di un declino della resilienza delle foreste ai cambiamenti climatici

Natura volume 608, pagine 534–539 (2022)Citare questo articolo

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Gli ecosistemi forestali dipendono dalla loro capacità di resistere e riprendersi dalle perturbazioni naturali e antropiche (ovvero, dalla loro resilienza)1. Le prove sperimentali di improvvisi aumenti della mortalità degli alberi stanno sollevando preoccupazioni sulla variazione della resilienza delle foreste2, ma si sa poco su come si sta evolvendo in risposta ai cambiamenti climatici. Qui integriamo gli indici di vegetazione basati su satellite con l’apprendimento automatico per mostrare come la resilienza delle foreste, quantificata in termini di indicatori critici di rallentamento3,4,5, è cambiata durante il periodo 2000-2020. Mostriamo che le foreste tropicali, aride e temperate stanno sperimentando un significativo declino della resilienza, probabilmente correlato alle maggiori limitazioni idriche e alla variabilità climatica. Al contrario, le foreste boreali mostrano modelli locali divergenti con una tendenza media all’aumento della resilienza, probabilmente beneficiando del riscaldamento e della fertilizzazione con CO2, che potrebbero controbilanciare gli effetti negativi del cambiamento climatico. Questi modelli emergono in modo coerente sia nelle foreste gestite che in quelle intatte, corroborando l’esistenza di fattori climatici comuni su larga scala. Le riduzioni della resilienza sono statisticamente legate a bruschi cali della produttività primaria delle foreste, che si verificano in risposta al lento spostamento verso una soglia critica di resilienza. Circa il 23% delle foreste intatte e indisturbate, corrispondenti a 3,32 Pg C di produttività primaria lorda, hanno già raggiunto una soglia critica e stanno sperimentando un ulteriore degrado della resilienza. Insieme, questi segnali rivelano un diffuso declino della capacità delle foreste di resistere alle perturbazioni, di cui si dovrebbe tenere conto nella progettazione di piani di mitigazione e adattamento a livello terrestre.

Le foreste coprono circa 41 milioni di km2, ovvero circa il 30% della superficie terrestre. Svolgono un ruolo fondamentale nel ciclo globale del carbonio, assorbendo circa il 33% delle emissioni di carbonio di origine antropica, e sono considerati un elemento chiave per mitigare i futuri cambiamenti climatici6. Inoltre, le foreste forniscono una serie di servizi ecosistemici che contribuiscono al benessere sociale, come la regolazione dei flussi d’acqua, la protezione dei suoli e la conservazione della biodiversità7. Purtroppo, gli ecosistemi forestali sono sempre più messi a rischio da numerosi disturbi, tra cui agenti naturali (ad esempio incendi, tempeste di vento e agenti patogeni) e pressioni antropiche2. La persistenza e la funzionalità di questi ecosistemi dipendono fortemente dalla loro resilienza, definita come la capacità di resistere e riprendersi dalle perturbazioni ambientali3,4,5. Le foreste a bassa resilienza sono più sensibili alle anomalie dei fattori esterni e sono potenzialmente più esposte a cambiamenti improvvisi e possibilmente irreversibili (ad esempio, cambiamenti di regime)8. Ciò è particolarmente critico in considerazione della continua intensificazione dei regimi di disturbo che potrebbero influenzare la fornitura di servizi ecosistemici chiave nel prossimo futuro9,10,11. Allo stesso tempo, le strategie di mitigazione basate sulle foreste che fanno affidamento su pozzi e riserve di carbonio sostenibili stanno diventando cruciali per raggiungere gli obiettivi climatici più ambiziosi. In questo contesto, è sempre più importante indagare la vulnerabilità degli stock e dei flussi di carbonio forestale alle perturbazioni esterne. Tuttavia, si sa poco su come la resilienza delle foreste si sia evoluta in risposta ai cambiamenti ambientali globali. Comprendere i meccanismi alla base della resilienza forestale e le sue recenti dinamiche è quindi di fondamentale importanza per sviluppare validi piani di conservazione e gestione.

Studi teorici hanno dimostrato che quando i sistemi si avvicinano a un punto di non ritorno (vale a dire, una soglia in cui inizia un cambiamento fuori controllo autosostenuta), perdono la resilienza, così che piccole perturbazioni esterne continue possono spostare il sistema in una configurazione alternativa12. È stato proposto che tale perdita di resilienza possa essere rilevata dall’aumento dell’autocorrelazione temporale (TAC) nello stato del sistema, che riflette un calo dei tassi di recupero dovuto al rallentamento critico (CSD) dei processi del sistema che si verificano alle soglie3 ,4,5 (Metodi supplementari 1–3 e figure supplementari 1 e 2). In tale contesto, la resilienza è definita come la capacità degli ecosistemi di resistere alle perturbazioni ed evitare cambiamenti di stato, e non come il ripristino allo stato iniziale dopo che un cambiamento di stato è indotto da un evento importante. La riduzione della resilienza può essere causata da funzioni fisiologiche compromesse che rendono l’ecosistema instabile o almeno più vulnerabile ai cambiamenti di regime in caso di perturbazioni (ad esempio, in termini di produttività, indice di area fogliare o composizione delle specie)12,13,14. Questa proprietà è stata sfruttata in studi precedenti per valutare i modelli spaziali di resilienza statica delle foreste15,16,17,18. Tuttavia, l'applicazione di questo metodo su larga scala in un contesto dinamico è impegnativa a causa delle serie temporali limitate di osservazioni, della presenza di frequenze stagionali dominanti nelle variazioni sia delle risposte dell'ecosistema che dei segnali forzanti, delle variazioni nell'autocorrelazione dei segnali forzanti e della presenza del rumore stocastico4. Finora queste sfide hanno limitato lo studio dell’evoluzione temporale della resilienza delle foreste nei sistemi reali19,20,21 e hanno portato alla sostanziale mancanza di valutazioni su scala globale. A questo proposito, la crescente disponibilità di osservazioni della Terra temporalmente coerenti nel corso di diversi decenni offre ora nuove opportunità per monitorare la resilienza delle foreste che varia nel tempo su scala regionale e globale.