Efectos del cambio climático en la estructura y funcionamiento de ecosistemas semiáridos dominados por la costra biológica

Abstract

El cambio climático está alterando la estructura y funcionamiento de los ecosistemas terrestres en todo el mundo, provocando importantes cambios en su composición y diversidad. Estos efectos son especialmente significativos en las áreas más sensibles al aumento de la temperatura y los cambios en los patrones de precipitación, como es el caso de las zonas áridas y semiáridas. La costra biológica del suelo (CBS) "comunidad formada por musgos, líquenes, bacterias, hepáticas, algas y hongos que se desarrolla sobre la superficie del suelo" es uno de los componentes bióticos principales de los ecosistemas áridos y semi-áridos, donde ejerce un amplio control sobre múltiples procesos que determinan su estructura y funcionamiento. Es por ello que la CBS puede ser usada como modelo de estudio para observar los cambios producidos por el cambio climático en las comunidades de zonas áridas y semiáridas y en en el funcionamiento de estos ambientes. En el capítulo I estudiamos cómo el incremento de la temperatura y la reducción de las precipitaciones predichos por los actuales modelos de cambio climático afectarán a la estructura y composición de la CBS, así como al funcionamiento de sus principales constituyentes. Para ello evaluamos la respuesta de los líquenes y musgos que forman parte de la CBS a un aumento de temperatura de 2.4ºC y a una reducción de precipitación de aproximadamente un 30% en la precipitaciones anuales utilizando un experimento manipulativo de campo situado en Aranjuez (Madrid). El calentamiento provocó una importante disminución de la riqueza y diversidad de las comunidades de CBS tres años después del comienzo del experimento en las áreas con alta cobertura de CBS. Esta respuesta se debió fundamentalmente a la disminución de la cobertura de líquenes, ya que en los briofitos se encontró una tendencia al aumento de su cobertura con el calentamiento. Por último se observó un incremento en el indice Fv/Fm de la CBS durante el primer año de calentamiento que nos indicaría una mayor eficiencia del proceso fotosintético de la CBS durante este año. Este patrón no se encontró sin embargo, ante la disminución de la precipitación. En el capítulo II evaluamos la respuesta de las comunidades microbianas asociadas a zonas de alta cobertura de CBS al incremento de temperatura predicho por los modelos de cambio climático. Para ello realizamos un experimento de campo de calentamiento (2ºC de incremento) en una repoblación de Pinus halepensis situada en Sax (Alicante), donde evaluamos la respuesta de las comunidades de CBS y microbianas a dicho incremento de temperatura. Como en el capítulo anterior, observamos que el calentamiento provocó importantes reducciones en la riqueza y cobertura de las comunidades de costra biológica 52 meses después del inicio del experimento. Sin embargo, no observamos ningún efecto significativo del calentamiento en las comunidades microbianas en su conjunto ni en los principales grupos funcionales (Gram +, gram -, hongos, actinomicetes, bacterias totales, ratio hongos: bacterias). El calentamiento aumentó el índice de "hambruna" de las comunidades microbianas, una respuesta modulada por el nivel de desarrollo de la CBS y la distancia al individuo de P. halepensis más cercano. En el capítulo III analizamos el efecto del calentamiento y la reducción de la precipitación sobre las comunidades de costra biológica en dos zonas de la Península Ibérica (Aranjuez y Sorbas), y el efecto directo e indirecto de dichos cambios en el ciclo del carbono. Para ello se replicó el experimento situado en Aranjuez en Sorbas (Almería). El incremento de la temperatura provocó incrementos significativos en la respiración del suelo y redujo la fijación neta de CO2 en el suelo en aquellas áreas dominadas por la CBS. Además, se observaron que las pérdidas de cobertura de CBS debidas al calentamiento se relacionaban directamente con importantes incrementos de C recalcitrante en el suelo, y con el aumento de la abundancia de hongos respecto a la de bacterias. En el capítulo IV se evaluó más en detalle el efecto del incremento de temperatura y la reducción de la precipitación en la respiración del suelo en Aranjuez. Para ello evaluamos el efecto de la CBS, del incremento de la temperatura y de la reducción de la precipitación en la dinámica de la respiración del suelo en un año seco (2009) y otro húmedo (2010). La respiración del suelo fue sustancialmente menor en el año seco respecto al húmedo, siendo a su vez siempre mayoritaria en las zonas sometidas a calentamiento y con alta cobertura de CBS. También observamos que la CBS moduló el efecto de la reducción de la precipitación en la cantidad de C emitido, siendo éste menor respecto a las zonas controles en aquellas parcelas con poca cobertura de CBS, y mayor en las de alta cobertura. De manera global se observó que el incremento de temperatura incrementaba las tasas de respiración del suelo, los valores de Q10 y las emisiones anuales de C a la atmosfera en las zonas de alta cobertura de CBS, especialmente durante el año húmedo. En el capítulo V se analizó la respuesta del ciclo del N a un aumento de temperatura de 2.5ºC y a una reducción de precipitación de aproximadamente un 30% en la precipitaciones anuales utilizando el experimento manipulativo de campo situado en Aranjuez. También evaluamos cómo los cambios en las comunidades microbianas y en el desarrollo de la CBS fruto de la manipulación experimental pueden tener efectos directos o indirectos en dicho ciclo. Se observó que la dinámica del nitrógeno variaba en función del calentamiento y la reducción de la precipitación. Así como que incrementos en la diversidad funcional de las comunidades microbianas, y la reducción en la cobertura de costra, afectaba negativamente a la resistencia del ciclo del nitrógeno.