أوراق النباتات تكشف كيفية استجابة الغابات لارتفاع ثاني أكسيد الكربون

دراسة رائدة من جامعة ديوك وجامعة ووهان تكشف الآليات الفسيولوجية التي تحد من نمو الغابات رغم ارتفاع CO₂، الشقوق الدقيقة في الأوراق (stomata) تتحكم في “معادلة التوازن” بين امتصاص الكربون وفقدان الماء، مما يفسر النتائج المتضاربة في الغابات الاستوائية.
هذا يعيد تشكيل توقعات مكافحة الاحتباس الحراري، خاصة في المناطق الجافة مثل الشرق الأوسط.

الفرضية التقليدية مقابل الواقع الميداني

في دورة الفوتوسنتيز الأساسية، تمتص النباتات ثاني أكسيد الكربون (CO₂) والماء باستخدام ضوء الشمس لإنتاج السكريات، وتطلق الأكسجين.
مع ارتفاع تركيز CO₂ في الغلاف الجوي (الذي تجاوز 420 جزءًا في المليون حاليًا)، يُفترض أن تنمو الغابات أسرع، تخزن المزيد من الكربون، وتبرر جزءًا من الاحتباس الحراري، هذه “التسميد بالكربون” (CO₂ fertilization) كانت أساس نماذج المناخ لعقود.

لكن القياسات الطويلة الأمد في غابات حقيقية – مثل تلك في الأمازون أو غابات بورنيو – تظهر صورة معقدة: زيادة طفيفة في النمو في بعض الحالات (حوالي 10-20% في تجارب معزولة)، استقرار في أخرى، وحتى انخفاض في مناطق جافة.
الدراسة الجديدة، المنشورة في مجلة علمية مرموقة، تقدم إجابة: الماء هو العامل المفقود.

النموذج الهندسي: قرار يومي للأشجار

قاد الباحثون من جامعة ديوك وجامعة ووهان نموذجًا يعامل الشقوق الدقيقة في الأوراق (stomata) كـ”صمامات هندسية” تُحل معادلة التحسين الديناميكي، كل شجرة تواجه قرارًا يوميًا: فتح الشقوق لامتصاص CO₂ (للنمو) أم إغلاقها لحفظ الماء (للبقاء)؟

جابي كاتول، أستاذ الهندسة المدنية والبيئية في ديوك: “كان يُعتقد أن ارتفاع CO₂ يجعل الأشجار تنمو أكثر وتخزن كربونًا إضافيًا، لكن التجارب أظهرت أن العوامل البيئية الأخرى تلعب دورًا كبيرًا. اكتشفنا الآليات الأساسية.”

في الهواء الغني بالكربون، تفتح الشقوق أقل للحصول على نفس الكمية، مما يحسن كفاءة استخدام الماء، لكن الحرارة والجفاف (زيادة “عجز الضغط البخاري” أو VPD) يزيدان التبخر، فيغلق الشقوق لتجنب انهيار أعمدة الماء في الأوعية الخشبية (xylem)، الذي يشبه كسر قشة تحت الضغط.

تجارب ميدانية نادرة تؤكد النظرية

اعتمد النموذج على بيانات غنية من موقعين:

– جامعة ديوك (16 عامًا): غابة FACE (Free-Air CO₂ Enrichment) تعرضت لـCO₂ إضافي (+200 جزء/مليون). النمو زاد قليلاً، لكن التخزين انخفض بسبب إغلاق الشقوق في الأيام الحارة.

– ETH Zurich (سويسرا): زيادة الرطوبة المحلية سمحت بفتح الشقوق أطول، مما رفع امتصاص الكربون بنسبة تصل إلى 30% مقارنة بالجاف.

عند تطبيقه على 50 عامًا من سجلات الغابات الاستوائية (مثل مشروع RAINFOR)، شرح النموذج التناقضات: في مناطق ذات VPD مرتفع (مثل أجزاء من الأمازون الجنوبية)، ينخفض النمو؛ في الرطبة، يرتفع.

الآليات الفسيولوجية بالتفصيل: من الورقة إلى الغابة

– دور الـstomata تتحكم في 90% من تدفق CO₂ والماء. في CO₂ مرتفع، تنخفض المقاومة بنسبة 20-40%، لكن الحرارة (>30°C) تزيد التبخر 2-3 مرات.

– مخاطر الهيدروليكية: فقدان الماء السريع يسبب “تجمد السفن” (embolism)، يهدد الأشجار الطويلة أكثر (مثل في الغابات الاستوائية).

– التأثيرات الثانوية: ارتفاع CO₂ يقلل تركيز النيتروجين في الأوراق (بنسبة 10%)، مما يضعف التغذية.

النموذج يعيد إنتاج هذه ديناميكيات بدقة عالية، مقارنة بنماذج تقليدية تبالغ في التسميد بنسبة 50%.

قيود أخرى وتحديات التوسع العالمي

لا يغطي النموذج كل شيء: نقص العناصر الغذائية (مثل الفوسفور في التربة الاستوائية)، الآفات، تغير المواسم، وتركيبة الأنواع، في الشرق الأوسط والمغرب العربي، حيث الجفاف شديد، قد تكون الغابات (مثل في المغرب أو السعودية) أقل استجابة، مما يتطلب استراتيجيات محلية مثل الري الذكي أو زراعة أصناف مقاومة.

التحدي التالي: دمج هذا في نماذج المناخ العالمية (مثل CMIP6) لتجنب التنبؤات المفرطة بالتخزين (التي تقدر 25% من امتصاص الكربون حاليًا).

آثار على السياسات ومكافحة المناخ

الغابات تخزن حاليًا 30% من انبعاثات الإنسان، لكن الاستجابة “مشروطة”، في أيام حارة جافة (متوقع زيادتها 20-50% بحلول 2050)، تختار الأشجار البقاء.

توصيات:

– حماية رطوبة التربة عبر الغطاء النباتي.

– تقليل الضغوط (حرائق، قطع أشجار).

– دعم تقنيات “خضراء” مثل الغابات المزروعة المقاومة.

قال كاتول: “النظر الهندسي ضروري لاستراتيجيات المناخ؛ يتطلب تعاونًا متعدد التخصصات.”

ليس تسميدًا تلقائيًا

بين CO₂ في الهواء والكربون في الخشب شبكة حية من الصمامات والتوازنات، إذا أردنا مساعدة الغابات، يجب الحفاظ على “عطشها” أقل.