Impactos del cambio global en el intercambio de gases suelo-atmósfera y propiedades microbianas en ecosistemas áridos a distintas escalas espaciales

Abstract

Antecedentes: En zonas áridas de todo el mundo, los primeros centímetros de la superficie del suelo que se encuentra entre las manchas dispersas de vegetación perennes están dominados por la costra biológica. Se trata de comunidades compuestas por cianobacterias, algas, hongos, bacterias, líquenes y musgos que juegan un papel fundamental regulando la humectación y secado del suelo tras la precipitación, los ciclos biogeoquímicos del carbono y el nitrógeno y la composición de las comunidades microbianas del suelo. Como consecuencia del cambio climático se prevé un aumento de la temperatura y cambios en el régimen de precipitaciones en zonas áridas de todo el planeta. Sin embargo, se desconoce el efecto que estos cambios puedan tener en la hidrología de los suelos cubiertos con costra biológica. Asimismo, se desconoce si la costra biológica puede modular los flujos de gases de efecto invernadero y en las principales comunidades microbianas asociadas con los flujos de N2O y CH4 en respuesta al cambio climático. Además de los cambios en temperatura y precipitación consecuencia del cambio climático, el aumento de la deposición de nitrógeno atmosférico ocasionado por las actividades antrópicas puede también desempeñar un papel clave en el intercambio de gases de efecto invernadero entre el suelo y la atmósfera en zonas áridas. Objetivos y Métodos: El objetivo de esta Tesis Doctoral es comprender cómo el cambio global y la costra biológica afectan a la dinámica de humectación y secado del suelo y al intercambio suelo-atmósfera de gases traza (N2O, CH4 y CO2) así como a las comunidades microbianas asociadas a dicho intercambio. En el primer capítulo se analizó ocho años de registros continuos de datos meteorológicos y de humedad del suelo en un experimento de simulación del cambio climático (control, aumento de 2.5 °C de temperatura, reducción del 33% de la precipitación y combinación de ambos), con el objetivo de evaluar si el cambio climático afecta al comportamiento hidrológico de suelos cubiertos con costra biológica. En el segundo capítulo se estudió cómo, tras ocho años de simulación del cambio climático en el mismo experimento utilizado en el capítulo 1, áreas con un alto y bajo desarrollo de costra biológica afectan a los flujos de N2O y CH4, así como a la abundancia de genes funcionales relacionados con bacterias desnitrificantes y metanotrofas. En el tercer capítulo se evaluó como la simulación de cuatro niveles de deposición de N atmosférico afectan a los flujos de N2O, CH4 y CO2 en un experimento a largo plazo situado en el centro de la Península Ibérica. En el cuarto capítulo se utilizaron datos de un muestreo global estandarizado y modelos de ecuaciones estructurales para evaluar los efectos directos e indirectos de variables climáticas (aridez, estacionalidad de las precipitaciones y temperatura media anual) y del suelo (carbono orgánico, pH y textura) sobre la abundancia total, la riqueza y la estructura de comunidades de microorganismos relacionados con los flujos de N2O y CH4 (portadores de los genes nosZ y pmoA, respectivamente).