Cambio Climático y Ciclos de Nutrientes en los Ecosistemas Mediterráneos

La temperatura media de la Tierra ha aumentado durante el último siglo 0.74 ºC, siendo este incremento todavía más acusado durante los últimos 50 años (0.13 ºC por década) (IPCC 2007). Estos cambios, en los parámetros climáticos, parece que van a ser todavía más acusados en los ambientes mediterráneos. En este tipo de ambientes, además del ascenso de temperatura previsto, de 5 ó 6 ºC, las predicciones hablan tanto de una disminución de la cantidad total de precipitación como de su concentración durante el invierno. Esta situación hará que se acentúe la evapotranspiración potencial, incrementando la aridez y el estrés hídrico que van a tener que soportar nuestros ecosistemas.

Bosque Mediterráneo. Fuente: Fotonatura

Por J. R. Quintana Nieto, A. López Lafuente y C. González Huecas

En este post nos atendremos a los escenarios de cambio climático proporcionados por el IPCC, y no a si en lugar de un calentamiento, nos dirigimos a más largo plazo hacia un enfriamiento, tal como contempla entre otros, “la recalenturienta» mente del impresentable administrador de esta bitácora ¡Se siente Juanjo!

En todos los ecosistemas, las comunidades microbianas son más sensibles que las plantas y los animales a las alteraciones en las condiciones ambientales, por lo que los cambios previstos en la temperatura y en los patrones de precipitación podrían tener una gran influencia en los ciclos de los nutrientes que controlan estas comunidades. Los cambios climáticos pronosticados en el área mediterránea son de tal magnitud que, probablemente, los ciclos de los nutrientes podrían verse muy afectados, llegando  determinar, al menos en parte, la estructura y dinámica de los ecosistemas.

Ciclo del Nitrógeno. Fuente MEC

La temperatura es un factor que regula muchos procesos biogeoquímicos de los ecosistemas terrestres, como la tasa de respiración del suelo, la descomposición de la hojarasca, la mineralización de nitrógeno y la nitrificación, la denitrificación y la captación de nutrientes por las plantas. Por otra parte, se ha visto que, en los ecosistemas mediterráneos, el estrés hídrico tiene una gran influencia en los ciclos de los nutrientes, ya que disminuyen algunos parámetros como las formas biodisponibles de los nutrientes, la actividad de algunas enzimas de los suelos, la tasa de respiración del suelo durante la época de crecimiento de las plantas,  la captación de nutrientes por parte de las mismas y su traslocación por los tallos.

Los suelos existentes en los ecosistemas mediterráneos sufren frecuentemente deficiencias de nutrientes, que pueden ser agravadas por el cambio climático. De forma particular, nitrógeno y fósforo son los nutrientes más limitantes de estos ecosistemas, por lo que la mayor parte de los trabajos realizados sobre la interacción entre cambio climático y ciclos de nutrientes se han centrado en su estudio.

Las interacciones entre el aumento de la temperatura y de la frecuencia y extensión de los eventos de sequía pueden producir importantes cambios en el ciclo del nitrógeno, debido a que el ciclo de este elemento está predominantemente controlado por la actividad microbiana del suelo. Existen evidencias de que en los ecosistemas en donde no hay estrés hídrico, el ascenso de temperatura, junto con el de CO2, provoca un aumento de la productividad primaria del ecosistema, incrementándose la cantidad de nitrógeno absorbido por las plantas. Esta mayor absorción de nitrógeno por parte de las plantas puede deberse al aumento de la actividad de las enzimas del suelo relacionadas con el ciclo de este elemento, incrementándose, al aumentar la temperatura,  la mineralización neta de nitrógeno y, por tanto, las formas disponibles de este elemento. No obstante, este aumento de la productividad neta y de las formas disponibles de nitrógeno, dependería del agua disponible del suelo, que en los ambientes mediterráneos es el principal factor que constriñe la productividad. Por tanto, la disponibilidad de nitrógeno en el suelo va a depender de cómo estos factores climáticos influyan en la actividad biológica del suelo, ya que la transformación del nitrógeno orgánico, no disponible para las plantas, a nitrógeno inorgánico disponible depende de esta actividad microbiana del suelo. En un experimento de manipulación del clima, llevado a cabo en un encinar Mediterráneo, Sardans & Peñuelas (2005) encontraron un descenso muy significativo en las actividades enzimáticas de proteasa y ureasa durante la primavera y el otoño en las parcelas sometidas a tratamientos de sequía. La primavera y el otoño son, en ese orden, las épocas en las que se ha encontrado una mayor actividad de estas enzimas, coincidiendo con las épocas de mayor crecimiento de las plantas. Estas enzimas determinan el paso de nitrógeno proteico a aminoácidos (proteasa) y de urea a amonio (ureasa) y, por tanto, el descenso de su actividad por los eventos de sequía puede hacer disminuir la disponibilidad de este elemento a largo plazo.

El P es el otro macronutriente considerado como limitante del crecimiento en los ecosistemas mediterráneos. El ciclo del P también puede verse muy afectado por el cambio climático previsto. Se ha observado que la sequía provoca un incremento del fósforo orgánico del suelo (disponible a medio plazo) y un descenso del P inorgánico (disponible para las plantas). Esto también puede deberse a la disminución de la actividad microbiana, particularmente de la actividad fosfatasa, como consecuencia  del estrés hídrico.

Ciclo del Fósforo. Fuente MEC

Por tanto, la alteración de los ciclos de nutrientes debido al calentamiento climático, con un descenso en la actividad de las enzimas relacionadas con los ciclos del N y del P, bajo condiciones de sequía, puede ser crítica por el papel limitante de estos elementos en los ecosistemas mediterráneos y puede tener importantes efectos en su estructura y funcionalidad. Así mismo, la elevada sensibilidad de la actividad enzimática del suelo, ante las variaciones en las condiciones climáticas citadas, hace que su determinación pueda ser empleada como bioindicador en las investigaciones del cambio climático.

Incremento de CO2 en la Atmósfera

José Ramón Quintana Nieto

Antonio López Lafuente

Concepción González Huecas