Influencia de la temperatura y de la humedad en la dinámica de la materia orgánica de los suelos de Galicia y su relación con el cambio climático

Resumo

TITULO: "La influencia de la temperatura y de la humedad en la dinámica de la materia orgánica de los suelos de Galicia y su relación con el cambio climático". Palabras Clave: temperatura, humedad, materia orgánica, suelos de Galicia, emisión de CO2, formas de nitrógeno inorgánico, sensibilidad, modelización, cambio climático. Antecedentes y Objetivos: Actualmente se dispone de un gran banco de datos sobre la mineralización de la materia orgánica en los suelos gallegos que tienen en cuenta tanto su variación estacional a lo largo del año, como sus diferentes usos (Trasar-Cepeda et al., 2008). Por otra parte, los primeros trabajos que intentan estudiar las relaciones entre mineralización de la materia orgánica y los factores climáticos datan de 1976 y 1981 (Fernández-Ferro y Díaz-Fierros, 1976; Gil-Sotres y Díaz-Fierros, 1981). Con posterioridad, en 1999 Leirós et al. estudian bajo condiciones de laboratorio la influencia de la temperatura sobre la respiración de los suelos forestales, determinando que el horizonte más afectado es el Ah y modelan ecuaciones sencillas para los procesos de mineralización anuales del carbono y del nitrógeno. Estos autores sugieren que los suelos gallegos serían muy susceptibles al efecto del cambio climático. Recientemente, Guntiñas et al., 2007, ponen de manifiesto que suelos de prado traslocados desde zonas del interior, al centro y litoral de Galicia (Rey et al., 2007) sufren un descenso progresivo de los contenidos de nitrógeno y carbono con relación a los suelos in situ. Además, estos autores, estiman que la eficiencia climática aumenta desde las zonas del interior a las centrales y litorales por lo que el cambio de ubicación de los suelos había generado un auténtico cambio climático. Por otra parte, realizan el estudio cinético de la variación progresiva de C y N en relación a la intensidad de cambio climático mediante una ecuación de primer orden, obteniendo resultados de elevada significación estadística. Asimismo, manifiestan que los suelos gallegos responderían de forma rápida e intensa a un calentamiento del clima. Con esta tesis se pretende profundizar en el conocimiento de la influencia de las variaciones de la temperatura y de la humedad edáficas sobre los procesos de mineralización de la materia orgánica de los suelos de Galicia. Estudio realizado: Se diseñó una experiencia de laboratorio basada en la incubación, durante 42 días, de muestras de tres suelos, cada uno de ellos bajo un uso habitual de la comunidad gallega (robledal, prado y rotación de cultivos), humectadas a cinco diferentes niveles de porcentaje de capacidad de campo y sometidas a seis temperaturas diferentes (10, 15, 20, 25, 30 y 35 ºC). Durante la incubación se mantuvo constante el nivel de humectación y se determinaron pH y Eh de todas las muestras, así como la emisión de CO2, y las formas de nitrógeno inorgánico (N-Ntinorg, N-NH4+, N-NO2- y N-NO3-) presentes en el suelo. Los datos experimentales se ajustaron a diversas ecuaciones tales como Van't Hoff, Lloyd y Taylor, lineales, polinómicas, cuadráticas...para estudiar la sensibilidad de la mineralización del C y del N a las variaciones de la temperatura o de la humedad. De igual modo se realizó un estudio de modelización con el objetivo de hallar una ecuación con un nivel de significación elevado que explicase los procesos concernientes a la emisión de CO2 y a la mineralización de los compuestos de nitrógeno de los suelos ensayados en función de la temperatura, humedad y duración de la incubación; el hallazgo de dicha ecuación permitiría predecir el comportamiento de los suelos de Galicia frente a un cambio climático y, a la vez, estimar cuál o cuáles de los usos habituales del suelo en Galicia (forestal, prado y rotación de cultivos) podría verse más afectado por el efecto de un posible cambio de clima. Los resultados obtenidos indican que la emisión de CO2 depende del tipo y cantidad de materia orgánica del suelo. Las emisiones para las diferentes temperaturas se ajustaron de manera significativa a un modelo bicompartimental que pone de manifiesto que el pool de materia orgánica lábil es poco importante y que los valores de la constante cinética del compartimento de la materia orgánica (k2) muestran una dependencia de tipo exponencial con la temperatura. Los valores de Q10 ponen de manifiesto que la sensibilidad de la emisión de CO2 a los cambios de temperatura es mayor cuanto menor es la temperatura de incubación. Por otra parte, los valores de Q10 obtenidos para el compartimento recalcitrante sugieren que las modificaciones térmicas apenas afectarían a la materia orgánica recalcitrante de los suelos gallegos. El aumento del nivel de humectación en los suelos bajo uso de prado y de cultivo incrementa la emisión de CO2 de los mismos, incluso cuando están encharcados y, en general, potenciaría la mineralización de la materia orgánica recalcitrante, según el ajuste al modelo bicompartimental. Asimismo, se puede modelar mediante una función cuadrática completa de forma altamente significativa la influencia de la humedad sobre la respiración edáfica, pero por su complejidad resulta difícil hacer estimaciones sobre la sensibilidad de la actividad biológica a este factor. No obstante, se estima que la respiración de los suelos bajo condiciones anóxicas es más sensible a los cambios de temperatura que cuando están bajo condiciones óxicas. Para los tres suelos, y bajo condiciones de humedad inferiores o iguales a las de capacidad de campo, se puede modelar la respiración en función de la temperatura, humedad y duración de la incubación mediante una ecuación cuyo nivel de significación es p¿0,001. Esta ecuación incluye los términos de interacción resultantes de la combinación de las variables anteriormente dichas, tomadas de dos en dos, el término temperatura al cuadrado y los términos lineales de las tres variables: R = z + a1T2+ a2T + a4H + a6D + a7TD + a8DH + a9TH. De todos ellos el término más significativo para los tres suelos estudiados fue el de interacción temperatura-duración de la incubación (TD), es decir, el término equivalente a la integral térmica. Utilizando este modelo se hacen predicciones sobre lo que supondría el efecto de un cambio climático en la emisión de CO2 por los suelos gallegos y cómo ese cambio climático afectaría a los suelos bajo diferente uso. El análisis de la dinámica de las formas de nitrógeno resultó más complejo ya que las variaciones de temperatura y de humedad afectan de manera particular a cada suelo, aunque, en general, se podría decir que el factor más influyente es la humedad y que el comportamiento de los suelos bajo condiciones óxicas es muy distinto al de los suelos bajo condiciones anóxicas, llegando a ser contrario. También se evidencia que en cada suelo las variaciones de la temperatura afectan de distinta manera a los procesos relacionados con las formas de nitrógeno, así, bajo condiciones óxicas, los procesos de amonificación son fuertemente dependientes de la temperatura mientras que los de nitrificación apenas muestran una respuesta a dichos cambios. Por otra parte, los modelos exponenciales de Van't Hoff y de Lloyd y Taylor no aportaron una información clara sobre la sensibilidad a la temperatura de los procesos que afectan al ciclo del nitrógeno. Sin embargo, en todos los casos se manifestó que la forma de nitrógeno más afectada por las modificaciones del nivel de humedad del suelo fue la forma amoniacal y que, bajo condiciones óxicas, al aumentar la humedad edáfica el balance de nitrógeno inorgánico en el suelo de robledal se incrementa hasta capacidad de campo mientras que en los suelos de prado y de cultivo se alcanza el valor máximo a un nivel del 60/65% de la capacidad de campo. De todas maneras se evidenció que el ciclo del nitrógeno se modifica de forma severa en los suelos bajo condiciones anóxicas, ya que, en general, se produjo acumulación de formas amoniacales y en los suelos que habían recibido aportes de fertilizantes orgánicos (como purines y estiércol) se manifestaron procesos de desnitrificación intensa, fundamentalmente cuando las temperaturas de incubación son superiores a 25 ºC. El mejor modelo obtenido para explicar la evolución de las distintas formas de nitrógeno inorgánico en función de la temperatura, humedad y duración de la incubación, en los suelos bajo condiciones óxicas, resultó ser demasiado complejo y de niveles de significación estadística inferiores a los obtenidos para la emisión de CO2. En cualquier caso, y al igual que para la emisión de CO2, el término más significativo para explicar la varianza de las distintas formas de nitrógeno resultó ser el equivalente a la integral térmica, en el caso de las formas amoniacales, y el de interacción humedad-duración de la incubación, en el caso de las formas nitrato.