Insolação é mais importante do que chuva na produção de folhas na Amazônia

25 de agosto de 2017

Peter Moon  |  Agência FAPESP – Um aspecto da floresta amazônica que foi por muitas décadas dado como certo é que, com a chegada do período de chuvas, as árvores produzem novas folhas e a mata fica mais verde. Nas florestas temperadas, a maioria dos modelos usados em estudos mostra um decréscimo da fotossíntese na estação seca e cientistas estimavam que o mesmo ocorreria em regiões tropicais.

Mas em 2006 entrou em cena a hipótese de que na Amazônia a produção de novas folhas não seguiria o padrão das florestas temperadas. Argumentou-se que o fator que levaria ao “verdejamento” (greening em inglês) da mata na maior parte da Amazônia não seria a chegada do período das chuvas, mas o aumento da radiação solar.
A hipótese acaba de ser comprovada, como resultado de um estudo feito por pesquisadores do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe) em colaboração com colegas da França, Camarões, Reino Unido, Finlândia e Estados Unidos.

A pesquisa, detalhada em artigo publicado na PLOS ONE, parte da análise de imagens feitas por satélite e de dados de campo para comprovar que na maior parte da Amazônia é o aumento da radiação solar – e não a falta ou fartura de água – o fator determinante para o verdejamento da floresta, como explicam os principais autores, o francês Fabien Hubert Wagner e o carioca Luiz Eduardo Aragão, ambos do Inpe.

O objetivo foi comprovar a possibilidade do uso de dados de satélites para verificar o verdejamento da Amazônia. O estudo foi realizado com apoio da FAPESP e do Conselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq). Wagner atualmente recebe apoio da FAPESP por meio de auxílio e bolsa no âmbito do programa Jovens Pesquisadores em Centros Emergentes.
“Enquanto os ciclos tropicais são geralmente definidos em termos das estações seca e úmida, conseguimos demonstrar que a variação sazonal na produção visível de folhas é, em grande medida, desencadeada pelo aumento da insolação. Identificamos isso em 70,4% da área estudada”, disse Wagner.

O estudo envolveu os estados do Amazonas, Roraima e Amapá, a parte oeste do Pará, a porção norte da Amazônia peruana, as Amazônias equatoriana, colombiana e venezuelana, Guiana, Guiana Francesa e Suriname.

“Nossa hipótese atual para explicar tal fenômeno é que na maior parte da Amazônia as plantas nunca sofrem de estresse hídrico, pois sempre existe água suficiente, mesmo na estação seca. Logo, na ausência da limitação de água, é o aumento da insolação o fator determinante para o crescimento das folhas”, disse Wagner.

Em compensação, o estudo também apontou que em 29,6% da área analisada é o regime de chuvas que determina a produção de uma nova geração de folhas pelas árvores da floresta. Ou seja, na estação seca as plantas sofrem com o estresse hídrico e param de produzir novas folhas, o que só voltam a fazer com a chegada da estação úmida.
Aí se incluem a porção sul da Amazônia peruana, o norte da Bolívia, os estados do Acre, Rondônia e Mato Grosso, além da porção centro-leste do Pará. “Até hoje ninguém conseguiu fazer esta modelização”, disse Wagner.

Áreas com limitação solar e hídrica

Os resultados foram obtidos estabelecendo-se uma correlação entre os dados mensais de insolação e de precipitação da Amazônia e a expansão ou a retração da mancha verde de floresta que se observa desde o espaço a partir de dois satélites de sensoriamento remoto da Nasa, o Terra e o Aqua, que orbitam o planeta a 705 quilômetros de altitude.

Foram usadas as imagens do índice de vegetação ampliado obtidas pelo sensor Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS), a bordo do Terra e do Aqua.
Os instrumentos mapeiam todo o planeta a cada dois dias, fornecendo dados em escala da dinâmica global, o que inclui, por exemplo, mapas da vegetação global e mudanças na cobertura de nuvens sobre os oceanos e os continentes ou na baixa atmosfera.
As imagens utilizadas cobrem a área compreendida entre as latitudes 10 ºN e 20 ºS, e as longitudes 80 ºO e 40 ºO. Foram analisados dados produzidos entre 2000 e 2012, com uma resolução espacial de 1 km.

As medidas de precipitação, por sua vez, foram fornecidas mensalmente pela missão Tropical Rainfall Measuring (TRMM), um satélite da Nasa e da agência espacial japonesa Jaxa. A TRMM produz estimativas mensais de precipitação para as regiões tropicais e subtropicais do planeta, com resolução de 0,25 grau. Foram analisados dados entre 2000 e 2013.
As temperaturas máximas da Amazônia foram levantadas em uma base de dados do clima global, disponível para o período entre 1901 e 2012. Foram usados ainda os dados mensais de radiação solar na superfície, cobrindo o período entre 2000 e 2012 e com uma resolução espacial de 0,5 graus, estimados pelo sistema Ceres, um instrumento dos satélites Terra e Aqua. Os dados dos satélites Terra e Aqua, bem como da missão TRMM, estão disponíveis numa base de dados on-line de livre acesso.
“Uma importante contribuição do estudo foi conseguir separar as áreas com limitação solar e hídrica”, disse Aragão. Na Amazônia, a estação seca vai de julho a outubro, dependendo da região que se observa.

“Do meio para o fim da estação seca, as plantas já começam a produzir folhas, de modo que atinjam a maior cobertura folicular quando chegam as chuvas, maximizando a fotossíntese. Mas para produzir folhas na estação seca, as plantas precisam ter acesso à água. É o que ocorre em 70% da Amazônia, onde os solos possuem maior capacidade de retenção de água”, disse.
Segundo Aragão, que também é professor associado na University of Exeter, no Reino Unido, o valor da pesquisa é muito maior do que apenas o de estabelecer uma relação estática entre os efeitos da insolação e da chuva no verdejamento da Amazônia.
“A pesquisa permite identificar de que forma o bioma amazônico está reagindo às variações climáticas globais. Os próximos passos incluem tentar replicar esta modelagem para outras áreas de vegetação tropical”, disse.

O artigo Climate drivers of the Amazon forest greening, de Fabien Hubert Wagner, Bruno Hérault, Vivien Rossi, Thomas Hilker, Eduardo Eiji Maeda, Alber Sanchez, Alexei I. Lyapustin, Lênio Soares Galvão, Yujie Wang e Luiz E. O. C. Aragão, pode ser lido em https://doi.org/10.1371/journal.pone.0180932.

Caminho inverso

Estudo indica que árvores da serra da Mantiqueira captam água pelas folhas e a transportam para o solo 

IGOR ZOLNERKEVIC | Edição 208 - Junho de 2013

© RAFAEL OLIVEIRA / UNICAMP

Entre nuvens: neblina se adensa sobre trecho
de mata atlântica na serra da Mantiqueira,
interior de São Paulo

De Campos do Jordão

Em uma expedição no início de maio à serra da Mantiqueira, o biólogo Paulo Bittencourt parou diante de um córrego de água fria e cristalina numa estrada de terra entre fazendas de criação de ovelhas próximas ao Parque Estadual de Campos do Jordão. “Pode beber que não tem como estar poluída. Essa água vem lá de cima”, disse, apontando para o local onde nasce o riacho, a cerca de 2 mil metros de altitude, em um morro coberto por uma mata de árvores baixas com folhas pequenas. “São riachos assim que descem a serra para alimentar e manter estáveis os rios maiores lá embaixo”, explicou. Paulo faz mestrado na Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) sob a orientação do ecólogo Rafael Oliveira, que trabalha para quantificar a contribuição desse tipo pouco conhecido de mata atlântica para o abastecimento de água do Vale do Paraíba.

“Há uma importante relação entre essas matas e as nascentes da serra da Mantiqueira”, afirma Oliveira. Sem essa vegetação, a chamada floresta tropical montana nebular, a neblina que sobe a serra seguiria continente adentro, carregando a umidade que obtém a partir da evaporação dos rios e a transpiração das plantas no vale. As pequenas matas nebulares nas encostas montanhosas retêm umidade quando o vapor da neblina se condensa em gotas sobre suas folhas e escorre para o solo. Estudos em matas nebulares tropicais da Costa Rica sugerem que a captação de água da neblina pelas árvores pode contribuir com até 30% do volume dos rios de uma região.

Uma porção menor da água da neblina retorna ao solo de um modo surpreendente: por dentro das árvores. Em artigo publicado on-line em março na New Phytologist – será a capa da edição de julho –, a equipe de Oliveira mostra que, quando o solo está seco e a neblina aparece, as folhas da casca-de-anta – Drimys brasiliensis, a árvore mais abundante nessas matas – são capazes de absorver a água que se deposita em sua superfície.
Os pesquisadores observaram que o sistema vascular da árvore conduz essa água até suas raízes e libera parte dela no solo. Segundo Oliveira, é a primeira vez que se observa essa forma de transporte de água em uma árvore tropical. “Essa constatação muda como enxergamos a interação entre as árvores e a atmosfera”, afirma.

© ANA PAULA CAMPOS

Até pouco tempo atrás, achava-se que era impossível as árvores absorverem água pelas folhas. Afinal, a superfície das folhas é coberta por uma fina camada de cera impermeável, a cutícula, que evita a perda de água para o ambiente. Mas, nos últimos tempos, segundo o botânico Gregory Goldsmith, da Universidade da Califórnia em Berkeley, foram identificadas 70 espécies de plantas com folhas capazes de absorver água. A botânica Aline Lima confirmou a absorção de água pelas folhas em seu mestrado, orientado por Oliveira e parte do projeto Biota Gradiente Funcional, financiado pela FAPESP. Ela pingou gotas de água contendo cristais fluorescentes sobre folhas de casca-de-anta em uma estufa, para depois observar ao microscópio o caminho percorrido pela água. O trabalho comprovou que a água atravessa a cutícula e penetra na folha. Segundo Oliveira, estudos recentes feitos na Alemanha mostram que os cristais de cera da cutícula são dinâmicos. Numa atmosfera muito úmida eles se rearranjam e deixam a folha permeável.

Na contramão

Esses resultados contrariam o que dizem os livros-texto de biologia. Esses livros ensinam que o fluxo de água nas plantas segue um sentido único. Segundo a visão clássica, as folhas estão sempre transpirando, perdendo água para o ar por meio dos estômatos, orifícios na superfície inferior das folhas que abrem e fecham segundo a disponibilidade de luz e água. Como alguém que sorve líquido por um canudo, a perda de água por transpiração exerce uma força de sucção no interior dos vasos condutores fazendo a água subir até as folhas enquanto mais água é retirada do solo pelas raízes. “É o que a maioria das plantas faz o tempo todo”, explica Oliveira. Estudos sugerem que até 50% da umidade que circula na atmosfera em certas regiões venha da transpiração de suas florestas.

Imagem de microscopia mostra que a água
atravessa a cutícula…

Nos últimos anos, entretanto, alguns pesquisadores começaram a observar que esse fluxo pode ser invertido em situações em que o ar está mais úmido do que a terra. O biólogo Todd Dawson, que orientou Oliveira durante seu doutorado na Universidade da Califórnia em Berkeley, descreveu em 2004 como as sequoias transportam água na contramão.

As florestas de sequoias, árvores com até 115 metros de altura, ocorrem em regiões da Califórnia onde cai uma quantidade de chuva comparável à do sertão nordestino. O que salva essas árvores da seca é a neblina vinda do mar, que satura o ar de vapor-d’água. Nessa condição, as folhas das sequoias absorvem água e param de transpirar, cessando o fluxo de baixo para cima. Ao mesmo tempo, a secura no interior do tronco cria uma força de sucção capaz de puxar a água da atmosfera para baixo, até a árvore se reidratar.
Tentando identificar um fenômeno semelhante em árvores brasileiras, Oliveira procurou por florestas nebulares em todo o país até encontrar as matas da serra da Mantiqueira, onde nascem vários rios, embora seja uma região com secas frequentes. Nas matas do Parque Estadual de Campos do Jordão, onde  trabalha desde 2009, chove um pouco mais do que no cerrado. O clima é seco de junho a agosto, embora quase sempre haja neblina no começo e no fim do dia.

Para entender como a casca-de-anta sobrevive nessas condições, Cleiton Eller, aluno de doutorado de Oliveira, cultivou essas árvores em uma estufa na Unicamp em três condições: recebendo água pela terra, hidratadas por meio de uma neblina artificial borrifada sobre as folhas ou sem irrigação. As plantas tratadas só com neblina sobreviveram por dois meses.

© ANA PAULA CAMPOS

… e penetra na folha quando a atmosfera está saturada.

A fim de confirmar que a água absorvida pelas folhas podia ser transportada até a terra, os pesquisadores realizaram um experimento complementar. Tomando cuidado para não molhar o solo, eles borrifaram as folhas da casca-de-anta com água pesada. A água pesada contém átomos de um tipo de hidrogênio mais pesado que o normal, o deutério, que podem ser detectados por um espectrômetro de massa. Segundo o raciocínio desse teste, o deutério encontrado posteriormente na terra serve como prova de que a água teria sido absorvida pelas folhas, transportada até as raízes e injetada no solo. Pelos números obtidos no experimento, Oliveira estima que, se uma árvore transpira 10 litros de água por dia, ela é capaz de transportar em seu interior, no mesmo dia, 2,5 litros de água da atmosfera para o solo.
“Esse é o nosso resultado mais impressionante”, afirma Oliveira, que encontrou apenas outro registro na literatura científica de água absorvida pelas folhas chegando ao solo. Em 1969, a botânica Fusa Sudzuki, da Universidade do Chile, demonstrou o mesmo fenômeno em um experimento com o tamarugo, árvore típica do deserto do Atacama. “O trabalho dela é bonito, mas seus resultados foram rejeitados na época”, conta Oliveira.

Possível e relevante

“O estudo do grupo da Unicamp mostra que o fluxo de água da atmosfera para o solo não só é fisicamente possível, mas fisiologicamente relevante”, observa a botânica Lúcia Dillenburg, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, que publicou evidências de que as araucárias também absorvem água pelas folhas.
“Esse é um trabalho muito original”, afirma o botânico Marcos Buckeridge, da Universidade de São Paulo. Ele, no entanto, comenta que nem toda a água com deutério detectada no solo corresponde à água captada pelas folhas. Segundo Buckeridge, a planta pode ter usado a água que captou pelas folhas para produzir compostos orgânicos, como os açúcares, normalmente liberados pelas raízes. “Em questão de segundos, os açúcares trocam deutério com a água do solo”, explica. Na sua opinião, um modo de desfazer a dúvida seria repetir o experimento usando água pesada contendo oxigênio-18, que interage menos com outras substâncias do que o deutério. “Seria um experimento mais caro e complicado”, diz.

© RAFAEL OLIVEIRA / UNICAMP

Oliveira concorda que há incerteza sobre a quantidade de água que as raízes liberam para o solo, mas ressalta que seus experimentos comprovaram o fluxo inverso da água das folhas até as raízes. “Como a maioria das plantas não tem um mecanismo que previna a liberação de água das raízes para o solo e como há um gradiente de potencial hídrico grande o suficiente para permitir o movimento de água das folhas para as raízes”, diz Oliveira, “o mais provável é que a água tenha saído das raízes para o solo”. Nos testes feitos na serra da Mantiqueira, a equipe de Oliveira traçou o fluxo de água nas árvores com sensores conectados por fios a um equipamento que armazena as informações. Agora o grupo se prepara para iniciar o monitoramento de matas nebulares com sensores sem fios, a serem desenvolvidos por engenheiros da Microsoft, com apoio da FAPESP. A ideia é acompanhar as transformações que esses ambientes podem sofrer com as alterações climáticas.

Projeto

Mudanças climáticas em montanhas brasileiras: respostas funcionais de plantas nativas de campos rupestres e campos de altitude a secas extremas (nº 2010/17204-0); Modalidade: Linha Regular de Auxílio a Projeto de Pesquisa; Coord.: Rafael Silva Oliveira – IB/Unicamp; Investimento: R$ 566.468,84 (FAPESP).

Artigo científico

ELLER, C. B. et al. Foliar uptake of fog water and transport belowground alleviates drought effects in the cloud forest tree species, Drimys brasiliensis (Winteraceae). New Phytologist. 2013. No prelo.