Soil carbon cycle responses to global change and its prediction by modelling links between key biotic and abiotic processes in terrestrial ecosystems

Abstract

El cambio global amenaza la conservación de la biodiversidad y de los servicios ecosistémicos que obtenemos de la naturaleza, como el secuestro de carbono (C) en suelos. Por ello es necesario mejorar nuestra capacidad de en-tender el funcionamiento de los ecosistemas y de predecir futuras respuestas ecosistémicas ante el cambio global. Sin embargo, los actuales modelos biogeoquímicos basados en aproximaciones empíricas simplifican excesivamente la complejidad ecológica del sistema suelo, subestimando además las emisiones de carbono de los ecosistemas áridos y semiáridos, porque no tienen en cuenta mecanismos de descomposición de hojarasca como la descomposición abiótica inducida por radiación solar (fotodegradación) o la descomposición biótica usando aportes de agua alternativos a la lluvia (e.g. rocío) (Adair et al., 2017). Esto tiene un enorme impacto en las estimaciones globales de emisiones y secuestro de carbono en los suelos, pues esos ecosistemas cubren aproximadamente el 45% de las tierras emergidas, siendo uno de los principales reservorios de este elemento (Hewins et al., 2019), y para finales del siglo podrían extenderse más allá del 50% de la superficie terrestre (Huang et al., 2016).En esta tesis se ha desarrollado un nuevo modelo mecanicista de suelo basado en procesos, llamado KEYLINK, que integra la estructura física del suelo, la hidrología y la diversidad funcional del suelo para la simulación del ciclo de carbono a escala de ecosistema. Las simulaciones realizadas muestran la capacidad del modelo para representar de forma integrada el papel de fenómenos biológicos como las cascadas tróficas sobre el secuestro de carbono en el suelo o sus emisiones, así como que la estructura del suelo es clave para la estabilización física y físico-química de la materia orgánica que se deposita en él.

También mostraron que, bajo escenarios de cambio global, la fluctuación espacial en la radiación que incide sobre el suelo, por cambios en la cobertura vegetal, puede determinar cambios entre la prevalencia de fotodegradación de hoja-rasca en lugares más expuestos, y la prevalencia de descomposición biótica inducida por rocío en lugares más sombreados bajo la vegetación. Adicionalmente se realizaron dos experimentos para estudiar cómo el clima, la estructura del ecosistema y la variabilidad intraespecífica de la calidad de la hojarasca regulan las tasas de des-composición. En concreto, trabajamos con la hojarasca de encina, Quercus ilex, en la península ibérica. A escala regional, la estructura de la vegetación (concretamente la cobertura del soto-bosque) fue un factor más determinante que el clima. Por otro lado, el clima y el pH del suelo afectaron indirectamente a la descomposición de la hojarasca, determinando la composición química de las hojas. En conclusión, necesitamos desarrollar una nueva generación de modelos mecanicistas que integren mejor la complejidad estructural y biológica de los ecosistemas, como se ha realizado en el modelo KEYLINK para suelos de ecosistemas terrestres. Con este trabajo hemos desarrollado esta herramienta a la que se puede acceder online y que esperamos que resulte de gran utilidad para mejorar la precisión de las pre-dicciones de impactos del cambio global sobre los ecosistemas terrestres y de la retroalimentación que generan los procesos ecosistémicos al cambio climático.