Intercambios de CO2 entre atmósfera y ecosistemas kársticosAplicabilidad de las técnicas comúnmente empleadas

Resumen

La cuantificación del balance anual de carbono en los distintos ecosistemas terrestres así como la identificación de los distintos procesos que intervienen, adquiere mayor importancia con la entrada en vigor en febrero de 2005 del Protocolo de Kyoto, acordado en 1997. En este estudio se pretende abordar dicha temática, cuantificando e identificando los procesos que intervienen en el balance anual de carbono en un ecosistema semiárido de sustrato carbonatado ubicado en la Sierra de Gádor (Almería) en el paraje conocido como El Llano de los Juanes. Con tal fin se realizó un seguimiento del comportamiento de este ecosistema durante aproximadamente tres años (mayo de 2004 hasta septiembre de 2006). Las herramientas empleadas han sido: la técnica eddy covariance, que estima el balance anual de carbono y vapor de agua mediante la cuantificación de flujos turbulentos; las cámaras de flujo de CO2 del suelo, que nos proporcionará información puntual sobre las emisiones de CO2 del suelo, y la técnica de isótopos estables que se emplea para la identificación de los procesos que intervienen en el balance de carbono. La técnica eddy covariance es una de las herramientas más usadas para la cuantificación del balance anual de carbono de un ecosistema (Baldocchi et al., 2001). La aplicación de esta poderosa herramienta requiere unos conocimientos micrometeorológicos previos y una continua búsqueda de nuevos avances en metodologías que resulten efectivas y aplicables (Aubinet et al., 2000). Como paso previo a cualquier interpretación de los resultados de flujos de CO2 obtenidos con esta técnica, es necesario estudiar la idoneidad de la ubicación de la torre de medida dentro del ecosistema. Con ese objetivo se estudia si los flujos de CO2 medidos con esta técnica proceden de un área representativa del ecosistema y si sus dimensiones no superan la extensión de superficie homogénea que rodea a nuestra torre (fetch). Entre todos los modelos disponibles en la bibliografía para análisis del área de medida (footprint) del sistema eddy covariance (EC) se ha seleccionado el modelo FSAM (Flux-Source Area model) (Schmid 1994) por su simplicidad y fácil aplicación. Además de este análisis se han realizado otros estudios para determinar la fiabilidad de los datos obtenido con el sistema EC. Así se ha realizado el análisis del cierre del balance de energía obtenido en nuestro ecosistema, con el fin de estudiar la fiabilidad de las medidas de los flujos turbulentos de calor sensible (H) y latente (LE) realizadas con nuestro sistema EC. Por otro lado se comparó el flujo de CO2 obtenido con el sistema EC con los valores de flujo de CO2 del suelo medidos con el sistema de cámaras LI-8100. Con todos estos análisis hemos verificado la idoneidad del lugar seleccionado para la instalación del sistema y la fiabilidad de los flujos turbulentos medidos en El Llano de los Juanes. Dada la complejidad de técnica EC, es importante tener en cuenta que aún en la actualidad existen numerosas incertidumbres relativas al cálculo del balance anual de carbono y a la aplicación de esta técnica (Dragoni et al., 2007). Por esta razón, cada vez son más numerosos los artículos enfocados a la detección de problemas relacionados con esta técnica y sus posibles soluciones (Baldocchi et al., 2000; Feigenwinter et al., 2004; Burba et al., 2006; Liu et al., 2006a). En este trabajo destacamos la detección de un nuevo problema asociado con una fuente de sobrestimación de la asimilación de carbono por parte del ecosistema. El origen del problema está en los problemas de mantenimiento del analizador de gases en el infrarrojo de trayectoria abierta, que se emplea para medir la densidad promedio de CO2 así como sus fluctuaciones, que son necesarias para el cálculo del flujo de CO2. La exposición de este problema, así como su solución ya ha sido publicada y se recoge en este trabajo (Serrano-Ortiz et al., 2008). Una vez estudiada la fiabilidad de los flujos turbulentos medidos con la técnica EC y resueltos los problemas detectados, estamos en condiciones de analizar los resultados obtenidos. En este trabajo estudiamos la variación estacional e interanual del flujo diurno de CO2 (FC) y la evapotranspiración (ET) en El Llano de los Juanes. Esta variabilidad, es consecuencia de una adaptación a las condiciones ambientales extremas a las que se ve sometido el ecosistema. Analizando la influencia de algunas de las variables medioambientales sobre los intercambios de carbono diurnos, observamos la importancia de la distribución de las lluvias a lo largo del año en la determinación del ciclo fenológico de las plantas y la productividad del ecosistema (Serrano-Ortiz et al., 2007). Además, las campañas de medida mensuales del flujo de CO2 en el suelo, realizadas con el sistema de cámaras LI-8100 nos han permitido estudiar las variables de las que depende la variabilidad estacional de las emisiones de CO2 del suelo. Llegando a la conclusión de que el factor que condiciona la respiración del suelo en nuestro ecosistema semiárido, durante la época de crecimiento biológico, es el contenido de agua en el suelo. Además, para estudiar más a fondo el comportamiento del flujo de CO2 en nuestro ecosistema, hemos recurrido a modelos no lineales ecofisiológicos que relacionan estos intercambios de CO2 con variables medioambientales (Falge et al., 2001b). Estos modelos suponen que el flujo de CO2 medido procede única y exclusivamente de procesos biológicos (fotosíntesis y respiración durante el día y respiración durante la noche). La aplicación de estos modelos a nuestro ecosistema nos confirma que durante la época de crecimiento, sin carencia de agua en el suelo, los modelos ecofisiológicos pueden usarse para describir el comportamiento del flujo de CO2. Sin embargo, estos modelos no son extrapolables a otras épocas del año (Serrano-Ortiz et al., 2007). En épocas de senescencia se detectan emisiones de CO2 a la atmósfera, que no dependen de variables ambientales que condicionan la respiración (temperatura) y por tanto no pueden modelizarse atendiendo a modelos ecofisiológicos. La hipótesis que formulamos en este trabajo es que estas emisiones son consecuencia de fenómenos de ventilación de los macroporos del sistema carbonatado, que parecen estar correlacionadas con la velocidad del viento. La dependencia de estas emisiones con el viento ha sido verificada con el sistema de cámaras LI-8100. En esta línea, estudios de fenómenos de desgasificación de cuevas e intercambios turbulentos de CO2 con la atmósfera, llevados a cabo en la Cueva de Altamira (Cuezva 2008), avalan la teoría de existencia de flujos de CO2 de procedencia geoquímica en ecosistemas localizados sobre sustrato karstico. Para estudiar la procedencia de los flujos de CO2 medidos con nuestro sistema EC en El Llano de los Juanes, hemos usado la técnica de isótopos estables. El análisis de la huella isotópica nos permite discriminar los procesos que intervienen en el intercambio de CO2 entre la atmósfera y nuestro ecosistema, dado que el CO2 de procedencia geoquímica tendrá una huella isotópica distinta al CO2 al procedente de la respiración. Tras analizar isotópicamante el CO2 medido durante épocas de crecimiento biológico y épocas de senescencia observamos que existen diferencias entre la huella isotópica del carbono en ambas estaciones. No obstante, parece oportuno seguir profundizando en la investigación con el fin de confirmar de modo concluyente la contribución de flujos abióticos de CO2 en el ecosistema de estudio. Finalmente, tras casi tres años de medidas, estamos en condiciones de estimar el balance anual de carbono en El Llano de los Juanes (Sierra de Gádor). Nuestro ecosistema actúa como sumidero de carbono asimilando aproximadamente 25 g C m-2 por año. Además vemos cómo la distribución de las lluvias condiciona la funcionalidad de nuestro ecosistema y cómo la duración del periodo de sequía determina la duración de las emisiones de CO2 de procedencia geoquímica, por ventilación del suelo.