Efectos del cambio climático sobre la dinámica del nitrógeno en zonas áridas a distintas escalas espaciales

Resumen

A lo largo de este doctorado se llevaron a cabo una serie de experimentos de laboratorio y de campo para evaluar el impacto de distintos agentes de cambio ambiental global (en lo sucesivo cambio global) sobre el ciclo del nitrógeno en zonas áridas a distintas escalas espaciales (local, regional y global). En primer lugar llevamos a cabo un estudio observacional en 224 zonas áridas a nivel global, situadas en todos los continentes menos la Antártida, para evaluar los impactos del incremento de la aridez derivado del cambio climático sobre los ciclos biogequímicos del nitrógeno (N), carbono (C) y fósforo (P). Los resultados obtenidos indicaron que este aumento de la aridez conllevará una disminución del control biótico (ej. menor cobertura vegetal) y un incremento del abiótico (p. ej. mayor dominio de la meteorización mecánina) sobre los ciclos biogeoquímicos en las zonas áridas. De este modo, los nutrientes asociados a procesos biológicos como el C y N (p. ej. fotosíntesis, descomposición de materia orgánica y fijación de N atmosférico) disminuirán con el incremento de aridez, mientras que nutrientes como el P, asociados con procesos geoquímicos (p. ej. meteorización de la roca), se verán favorecidos, generando desacoples entre los ciclos biogeoquímicos del C, N y P. Debido a la fuerte dependencia estequiométrica que los seres vivos tienen sobre los ciclos biogeoquímicos del C, N y P, su desacople podría acarrear un impacto negativo sobre la producción primaria, la respiración o la descomposición de la materia orgánica a nivel global. En segundo lugar, evaluamos el papel de la vegetación como elemento modulador de los efectos del incremento de aridez que se espera en zonas áridas en respuesta al cambio climático sobre el N total disponible y la abundancia en el suelo de genes de bacterias (AOB) y arqueas (AOA) nitrificantes a lo largo de un gradiente regional mediterráneo (desde España a Túnez). Conforme aumentó la aridez en este gradiente, disminuyeron la disponibilidad total de N y el ratio AOB: AOA. Los micrositios con vegetación favorecieron un incremento de AOB, mientras que suelos desnudos favorecieron la abundancia de AOA, más resistentes al estrés ambiental. Los resultados obtenidos indican que la vegetación podría reducir los impactos del incremento de aridez derivado del cambio climático sobre el N disponible del suelo y los microorganismos implicados en la nitrificación, debido a la acumulación de matera orgánica que ésta promueve, y a los nichos que proporciona a diferentes grupos de bacterias y arqueas nitrificantes. Por último, evaluamos el papel de la costra biológica del suelo (CBS), comunidades dominadas por líquenes, musgos y cianobacterias, en la resistencia y resiliencia de variables del ciclo del N a cambios en temperatura, contenido de agua en suelo y en la disponibilidad de C, N y P a escala local mediante incubaciones en el laboratorio. En general, los suelos bajo CBS mostraron una mayor resistencia a los cambios en temperatura y una mayor resiliencia a las adiciones de C y N. Sin embargo, los cambios en humedad edáfica no afectaron a las variables del ciclo del N, sugiriendo que procesos tales como la mineralización en zonas áridas pueden ser llevados a cabo en un rango amplio de humedad. Posteriormente, llevamos a cabo un experimento en cámara de cultivo para evaluar el papel modulador de la CBS sobre el ciclo del N en respuesta a pequeños pulsos de agua (1% de la capacidad de campo), similares a los producidos por los eventos de rocío. La CBS favoreció una acumulación de N total disponible en suelo en respuesta a estos pequeños pulsos de agua, siendo el mecanismo descrito en este trabajo uno de los posibles responsables del incremento de los contenidos de N típicamente observado bajo la CBS en zonas áridas. En su conjunto, la investigación realizada en el marco de esta tesis doctoral, ha profundizado nuestro conocimiento sobre los papeles que juegan la costra biológica y la vegetación como moduladores de los impactos del cambio global sobre el ciclo del N en zonas áridas. Del mismo modo, concluimos que un incremento de aridez a nivel mundial podría llevar a un desacople de los ciclos del C, N y P en suelo en los ecosistemas más áridos, lo que posiblemente afectará a los procesos y servicios ecosistémicos que prestan estos ambientes. Asimismo, el trabajo realizado en esta tesis pone de manifiesto que el estudio de los impactos del cambio global requiere del entendimiento de atributos y procesos ecosistémicos ligados a distintas escalas espaciales, que van desde patrones generales ligados a escala global a los mecanismos y factores concretos que actúan a escalas regionales y locales.