Balance de carbono y los procesos determinantes en ecosistemas semiáridos del sureste de España

Resumen

El cambio climático constituye el reto global más importante del siglo 21. En este contexto, el calentamiento global es uno de los ejes principales del paradigma del cambio climático, el cual está causado mayoritariamente por el aumento de dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera terrestre. La combustión de combustibles fósiles, las actividades industriales y los cambios de uso de suelo han provocado el aumento de la fracción molar de CO2 atmosférico desde la era pre-industrial hasta el presente, de en torno a 280 ppm a 406 ppm. Sin embargo, la tasa de incremento de CO2 en la atmósfera es la mitad a la esperada debido al papel mitigador de la biosfera, donde tanto ecosistemas terrestres y acuáticos actúan como sumideros de CO2. En este sentido, los ecosistemas terrestres absorben una mayor cantidad de CO2 en comparación a los océanos y además, presentan una mayor variabilidad interanual que notablemente determina los patrones del CO2 atmosférico. Por lo tanto, es necesario comprender en profundidad el ciclo del carbono (C) global con el objetivo de mejorar los modelos de C terrestres que nos permitirán, por un lado, identificar mecanismos de retroalimentación entre la biosfera y el cambio global y por el otro, diseñar políticas de mitigación y adaptación adecuadas. Sin embargo, a pesar de su gran extensión y de que su influencia en el balance global de C ha sido demostrada, las regiones áridas están infrarrepresentadas en las redes globales de monitorización continua destinadas el intercambio de CO2 entre biosfera y atmósfera directamente. Además, el funcionamiento de estos ecosistemas difiere del funcionamiento de los ecosistemas templados, los cuales han sido más estudiados y donde los factores limitantes principales son la luz y la temperatura, en lugar del agua. De este modo, el principal objetivo de esta tesis ha sido investigar los procesos más relevantes que están involucrados en el balance de C de regiones áridas, y especialmente de ecosistemas semiáridos, los cuales ocupan la mayor fracción a escala global. Concretamente, esta tesis está enmarcada espacialmente en dos sitios experimentales, Amoladeras y Balsa Blanca, situados en el Parque Natural de Cabo de Gata-Níjar (Almería), en el sudeste de España, que coincide con la región más árida de Europa donde los ecosistemas naturales están sujetos a condiciones de gran aridez y son susceptibles a la degradación. Para ello, hemos usado la técnica eddy covariance, una metodología estandarizada que es usada mundialmente, junto con otras metodologías adicionales, como las cámaras de flujo o los sensores de CO2 de suelo que igualmente permiten la medida del intercambio de CO2 entre los ecosistemas terrestres y la atmósfera. Los resultados de esta tesis se pueden considerar como un paso hacia adelante con respecto a la cuantificación precisa y el conocimiento de los procesos del ciclo del C de ecosistemas semiáridos. Los capítulos incluidos en esta tesis investigan asuntos clave que son especialmente relevantes en el ciclo de C de ecosistemas semiáridos, como su vulnerabilidad frente a los procesos de degradación (Capítulo 1), su dependencia a los pulsos de precipitación (Capítulo 2) y al papel potencialmente importante de la ventilación subterránea (Capítulo 3), un proceso no biológico y poco conocido responsable de grandes emisiones de CO2, desde la zona vadosa hacia la atmósfera. Durante el período de estudio (seis años hidrológicos, 2009-2015), el balance de C anual fue -23 ± 20 g C m-2 en Balsa Blanca y 231 ± 48 g C m−2 en Amoladeras. Por tanto, Balsa Blanca, es sitio menos degradado (o sitio de referencia), se comportó como un sumidero de C de pequeña magnitud mientras que una gran cantidad de C fue emitida a la atmósfera en Amoladeras, el sitio más degradado. Además, el funcionamiento de ambos ecosistemas de estudio fue distinto. Los procesos biológicos dominaron el intercambio de C neto medido en Balsa Blanca, mientras que los procesos no biológicos, especialmente la ventilación subterránea que jugó un papel crucial en el intercambio de C neto medido en Amoladeras. Asimismo, la sequía moduló la importancia relativa de estos procesos, ya que el estrés hídrico, por una parte, restringió la actividad biológica y, por la otra promovió la presencia de la ventilación subterránea debido al aumento del espacio libre de agua de poros y grietas en el suelo y la zona vadosa. En general, esta tesis ha resultado en un conocimiento más preciso del ciclo de C en zonas áridas, pero también ha conducido a nuevas preguntas. Una de ellas es el papel potencial que puede jugar la morfología de la zona vadosa y del movimiento subterráneo de agua y aire en el balance de C de ecosistemas áridos y semiáridos. Además, el comportamiento de la biosfera terrestre en escenarios futuros de cambio climático es aún incierto, ya que necesitamos conocer cómo eventos climáticos extremos, como sequías y olas de calor, afectan actualmente y afectarán al funcionamiento de los ecosistemas tanto a corto como a largo plazo. Por tanto, la continuidad de las estaciones de monitorización continua, tales como las torres eddy covariance y los perfiles de CO2 en el suelo, distribuidas uniformemente por todo el planeta son un requisito indispensable para responder a estas preguntas.