Análisis de los ciclos de nutrientes en bosques de quercus afectados por decaimientoconectando cambios en la comunidad con el funcionamiento del ecosistema

Resumen

En las últimas décadas se ha detectado un incremento en las tasas de mortalidad en bosques a escala mundial, cuyas principales causas han sido atribuidas a fenómenos asociados al cambio global como el cambio climático y las plagas de insectos y patógenos invasores. El proceso de defoliación y muerte asociado a estos fenómenos podrían tener grandes impactos directos e indirectos sobre el funcionamiento del ecosistema. Sin embargo, nuestro conocimiento actual de las consecuencias del decaimiento es aún limitada y fuertemente sesgada a determinados eventos de mortalidad, como los asociados a incrementos de temperatura o las plagas de insectos. El objetivo general de esta tesis doctoral es analizar las consecuencias para el funcionamiento del ecosistema, y particularmente para los principales ciclos biogeoquímicos (carbono, nitrógeno y fósforo), de cambios en la estructura y composición de bosques mixtos del sur de la península ibérica afectados por el decaimiento de su especie dominante, Quercus suber, debido al patógeno invasor Phytophthora cinnamomi. Los trabajos experimentales de esta tesis se realizaron en seis parcelas situadas en el parque natural Los Alcornocales (Cádiz), tres de ellas situadas en bosques abiertos dominados por Q. suber y Olea europaea var. sylvestris y otras tres situadas en bosques cerrados de Q. suber y Q. canariensis. En el capítulo 2 de esta tesis doctoral se analizó la capacidad de los individuos de Q. suber de ajustar su fisiología (eficiencia del uso del agua y crecimiento secundario) ante el fenómeno de decaimiento asociado al patógeno P. cinnamomi a diferentes escalas espaciales: individual, local y regional. Los resultados de este trabajo mostraron cómo árboles sometidos a factores edáficos limitantes y a una alta abundancia de P. cinnamomi son capaces de incrementar su eficiencia del uso del agua a escala local. Sin embargo, esta capacidad es limitada y no es suficiente para que los árboles superen el estrés fisiológico asociado al decaimiento inducido por patógenos, de tal forma que árboles sanos y defoliados no mostraron diferencias en la eficiencia del uso del agua o el crecimiento secundario de sus ramas. La elevada vulnerabilidad del Q. suber al patógeno invasor podría ser responsable de la elevada mortalidad que sufren los individuos de esta especie. Una vez los árboles comienzan el proceso de defoliación y muerte se producen alteraciones en las relaciones planta-suelo que pueden desencadenar importantes consecuencias para el funcionamiento del ecosistema. En los capítulos 3 y 4 se utilizaron modelos de vecindad espacialmente explícitos para poder estimar el efecto per cápita de los árboles de diferentes especies y estado de salud sobre variables clave de los ciclos del carbono, nitrógeno y fósforo y las comunidades microbianas. Estos trabajos se realizaron cubriendo una extensa escala espacial (seis sitios de estudio pertenecientes a dos tipos de bosques) y temporal (intra e interanual), lo que ha permitido obtener unas aportaciones muy valiosas hacia el conocimiento de las consecuencias de la mortalidad arbórea asociada a patógenos en la biología del suelo. En el capítulo 3 se muestra la fuerte relación espacial detectada entre la distribución y el estado de salud de árboles y la tasa de respiración del suelo y la disponibilidad de nutrientes. El decaimiento de Q. suber provocó un descenso en las tasas de respiración del suelo y la disponibilidad de fósforo, mientras que el efecto sobre la disponibilidad de nitrógeno varió entre tipos de bosque. Mientras, en el capítulo 4 se muestra cómo el decaimiento de Q. suber provocó cambios en variables clave del ciclo del carbono y nitrógeno, aunque el signo y magnitud de estos cambios varió en función de textura del suelo local. Sin embargo, no se detectó ningún efecto del decaimiento de Q. suber ni en la diversidad funcional ni en la biomasa de la comunidad microbiana, aunque sí se observó un descenso en la respiración microbiana en el suelo. Los resultados de ambos capítulos mostraron además que existen diferencias importantes en la huella de Q. suber y las especies arbóreas coexistentes sobre los ciclos de carbono, nitrógeno y fósforo, lo que conllevaría importantes alteraciones de los ciclos biogeoquímicos a largo plazo si ocurriera una sustitución de Q. suber por otras especies no afectadas por decaimiento a lo largo del proceso de sucesión secundaria. En el capítulo 5 se analizaron cómo múltiples factores de cambio global afectan simultáneamente al funcionamiento del suelo en bosques mediterráneos. Concretamente, se estudiaron los efectos interactivos de la mortalidad de Q. suber asociada a P. cinnamomi, el calentamiento y la sequía sobre la respiración del suelo y la disponibilidad de amonio, nitrato y fosfato. En este trabajo se observó cómo la mortalidad inducida por P. cinnamomi y el futuro calentamiento y sequía podrían interaccionar para alterar simultáneamente los ciclos biogeoquímicos en suelos de bosques de Q. suber. Además, este trabajo demostró que tanto la respiración del suelo como la disponibilidad de nutrientes podrían ser afectados indirectamente por la sustitución de especies provocada por la mortalidad asociada a P. cinnamomi. Los resultados presentados en esta tesis doctoral han contribuido a mejorar nuestro conocimiento sobre las consecuencias del proceso de decaimiento y muerte del arbolado sobre el funcionamiento del suelo en bosques mediterráneos. El incremento de la mortalidad del alcornoque es considerado un problema de gran envergadura para gestores, propietarios e investigadores debido a que provoca graves pérdidas tanto económicas como ecológicas y sociales. Esta tesis doctoral ha mostrado cómo, una vez el alcornoque es afectado y muere, el funcionamiento del bosque varía, produciéndose importantes cambios tanto en el reciclado de la materia orgánica como en la disponibilidad de nutrientes limitantes tan importantes como el fósforo y el nitrógeno.