Efecto del cambio climático y de la intensificación por pastoreo sobre el carbono del suelo en los ecosistemas áridos

Resumen

El cambio global, que incluye el cambio climático y el aumento de presión por pastoreo, está afectando a los ecosistemas áridos de nuestro planeta. Entre los efectos registrados, se encuentra la alteración de los ciclos biogeoquímicos, como el del carbono (C). A pesar de que las zonas áridas en general se caracterizan por sus bajas concentraciones de C orgánico del suelo (COS), la cantidad total almacenada debido a su amplia extensión (alrededor de un 45 % de la superficie terrestre) es importante. El mantenimiento de este COS es necesario para el buen funcionamiento de estos ecosistemas y que puedan servir de aprovisionamiento para sus poblaciones (el 38% de la población humana). El cambio climático, entendido como el aumento de temperatura y los cambios en el régimen de precipitaciones, tiene consecuencias en la estructura y funcionamiento de los ecosistemas áridos. Sabemos que el aumento de temperatura acelera la descomposición de la materia orgánica por los microorganismos, aumentando las emisiones de C a la atmósfera; mientras que la disminución de las precipitaciones dificulta el crecimiento de la vegetación y, por tanto, el aporte de biomasa y la entrada de C en el suelo. Sin embargo, desconocemos cuál es el efecto que tienen las variaciones climáticas sobre la distribución del C en el suelo, en concreto en las fracciones de C orgánico particulado (COP) y C orgánico asociado a minerales (COAM). Esta última fracción está más protegida frente a la descomposición microbiana, por lo que cabría esperar que el C en la misma fuera más persistente en el suelo y menos sensible a los cambios ambientales. En un contexto en el que se está intensificando cada vez más el cambio climático, así como la presión por pastoreo, es esencial tener una comprensión más profunda sobre cómo estos agentes de cambio global afectan al C almacenado en las zonas áridas terrestres. Por su parte, el pastoreo, que es el principal uso de la tierra en las zonas áridas y una fuente de ingresos esencial para sus habitantes, también afecta al contenido de C en el suelo, aunque la literatura acumulada hasta la fecha no es concluyente a escala global ni ha estudiado en profundidad su efecto sobre los contenidos de C orgánico particulado y asociado a minerales. Además, el efecto que tiene el cambio climático y el pastoreo sobre los contenidos de C del suelo podría estar modulado por la presencia de las comunidades de costra biológica. Estas, definidas como el conjunto de organismos fotoautotróficos, como las cianobacterias, los briófitos o los líquenes, que viven en asociación con las partículas superficiales del suelo, son un componente principal de los ecosistemas áridos ya que contribuyen a su funcionalidad. El objetivo principal de esta tesis es evaluar el efecto del cambio climático y el aumento de presión por pastoreo en el C orgánico del suelo y sus fracciones en los sistemas áridos globales. Para ello, diferenciamos entre COP, que proviene principalmente de biomasa vegetal en etapas tempranas de la descomposición y que tiene una mayor sensibilidad a los cambios ambientales) y COAM, que proviene de productos de la descomposición microbiana de la biomasa, así como exudados de las plantas, y utilizamos diferentes escalas espaciales (global y local). Al mismo tiempo, evaluamos el papel de la costra biológica del suelo como posible agente modulador del efecto del cambio climático y del aumento de presión por pastoreo sobre el contenido de C del suelo y sus fracciones. El capítulo 1 evalúa cómo afectan diferentes variables bióticas y abióticas, con especial énfasis en la temperatura, la precipitación y la presión por pastoreo, sobre los contenidos de COS, COP y COAM en las zonas áridas del planeta a lo largo de un gradiente climático y utilizando 98 sitios localizados en zonas áridas de todos los continentes excepto la Antártida. Nuestros resultados muestran que, al contrario de lo que esperábamos, la respuesta de ambas fracciones es muy similar; es decir, las variables edáficas y las climáticas son las que determinan en mayor medida los contenidos de COS, COP y COAM, siendo el efecto del pastoreo indetectable en comparación con estas. Concretamente, el aumento de temperatura y la disminución de las precipitaciones disminuyen no solo los contenidos de COS y COP sino también de COAM, siendo el papel de los minerales menos determinante a la hora de secuestrar el C en el suelo. El capítulo 2 evalúa el posible efecto modulador de la costra biológica y la vegetación sobre el efecto que el cambio climático y el incremento de pastoreo ejercen sobre los contenidos de COS en las zonas áridas. Para ello, utilizamos un subconjunto de 28 sitios localizados en 14 países de todos los continentes a excepción de la Antártida. Nuestros resultados muestran que la contribución de la vegetación al COS, COP y COAM es mayor que la de la costra biológica. Paralelamente, la vegetación tiene un efecto a la hora de mitigar el efecto negativo del cambio climático sobre los contenidos de COS, aunque dicho efecto es bastante limitado. Mientras que no hemos encontrado ningún efecto mitigante de la costra biológica. Finalmente, nuestros resultados sugieren que el aumento de presión por pastoreo repercute negativamente sobre el COS en los suelos vegetados, mientras que no tiene efecto en el COS de áreas cubiertas de costra biológica. El capítulo 3 evalúa el posible efecto modulador de la costra biológica sobre los contenidos de COS, COP y COAM tras 9 años de condiciones experimentales de cambio climático (aumento de temperatura y reducción de precipitaciones) en una zona árida situada en el municipio de Aranjuez. Nuestros hallazgos muestran que, a escala local, la costra biológica podría amortiguar los efectos negativos del cambio climático sobre el COS, ya que no se ha observado una reducción en los contenidos de C a lo largo del tiempo bajos estas condiciones. A pesar de esto, el efecto amortiguador sería limitado y transitorio puesto que el C ganado pertenece al COP, cuyo tiempo de vida medio es menor que el del COAM, y está constituido principalmente por compuestos fácilmente degradables como carbohidratos. A modo de resumen, los resultados obtenidos en esta tesis proporcionan información novedosa sobre los efectos del cambio climático y del pastoreo sobre los contenidos de C del suelo en las zonas áridas, y sobre el efecto modulador que tienen las comunidades de costra biológica. Concretamente, nuestros hallazgos muestran que el COS está influenciado especialmente por las variables climáticas y edáficas, por lo que el pastoreo, en comparación con estas variables, no tiene un efecto significativo sobre los contenidos de COS en los ecosistemas áridos. Además, el COAM presenta una respuesta a las alteraciones climáticas muy similar a la del COP, de modo que el papel de los minerales en la retención de C en el suelo sería menos eficiente de lo que se creía. A escala local y bajo condiciones experimentales de cambio climático la costra biológica modula el efecto negativo del calentamiento y de su combinación con la reducción de lluvia sobre los contenidos del COS. Este efecto amortiguador parece ser muy limitado, y no se observa a escala global. Por su parte, la vegetación también parece tener un efecto limitado a la hora de compensar los efectos negativos del cambio climático, pues solo se observa un efecto modulador para el aumento de temperaturas. Finalmente, nuestros resultados muestran que el aporte de COS por parte de las comunidades de costra biológica, en comparación con los de la vegetación, son menos sensibles al incremento de la presión por pastoreo. La información proporcionada en esta tesis constituye una fuente valiosa para entender la dinámica del C en las zonas áridas y establecer estrategias de gestión y conservación de estas zonas, con el objetivo de mitigar las consecuencias del cambio climático y el aumento de presión por pastoreo sobre estos ecosistemas.