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Los científicos miran los suelos para aprender cómo los bosques afectan la calidad del aire y el cambio climático

Los científicos miran los suelos para aprender cómo los bosques afectan la calidad del aire y el cambio climático
La investigadora de suelos Adrienne Keller instalando un núcleo de crecimiento interno en una de las parcelas forestales. Crédito: Rich Phillips, Universidad de Indiana


Los árboles a menudo se anuncian como los héroes de la mitigación ambiental. Eliminan el dióxido de carbono de la atmósfera, lo que ralentiza el ritmo del cambio climático, y secuestran nutrientes como el nitrógeno, que mejora la calidad del agua y el aire.


por la Universidad de Indiana


Sin embargo, no todas las especies de árboles realizan estos servicios de manera similar, y algunos de los impactos más fuertes que los árboles tienen en los ecosistemas ocurren debajo de la superficie, lejos de los ojos de los observadores. Esto complica los esfuerzos por predecir lo que sucederá a medida que las especies de árboles cambien debido a plagas, patógenos y el cambio climático, así como para predecir qué especies son más beneficiosas en los esfuerzos de reforestación.

Además, los investigadores han buscado durante años comprender cómo y por qué los bosques compuestos por diferentes mezclas de especies de árboles difieren en su funcionamiento. Debido a la gran cantidad de especies en la Tierra, no es práctico estudiar los efectos únicos de cada especie de árbol sobre el ciclo del carbono y los nutrientes. Recientemente, ha habido un impulso para clasificar los árboles en grupos para ayudar a predecir las consecuencias de los cambios de especies de árboles.

Ahora, investigadores de la Universidad de Indiana, en colaboración con científicos de la Universidad de West Virginia, el Laboratorio de Propulsión a Chorro, la Universidad de Virginia y la Universidad de Warwick, han descubierto que clasificar los árboles de los bosques templados en función del tipo de hongos simbióticos con los que se asocian los árboles puede servir como un indicador amplio de cómo funcionan los árboles y los bosques.

Casi todos los árboles se asocian exclusivamente con uno de los dos tipos de hongos micorrízicos. Estos hongos especializados forman relaciones mutualistas con las raíces de los árboles, lo que mejora la capacidad del árbol para obtener nutrientes del suelo a cambio de carbono del árbol. Debido a que el tipo de hongos con los que un árbol a menudo se asocia refleja y determina cómo funcionan los árboles, se ha propuesto que agrupar los árboles en función de sus hongos micorrízicos es una buena forma de clasificar los árboles.

En dos estudios, publicados en Global Change Biology and Ecology Letters , los investigadores informaron que los rodales forestales dominados por árboles que se asocian con hongos micorrízicos arbusculares (AM) difieren de los rodales dominados por árboles que se asocian con hongos ectomicorrízicos (ECM) en términos de cómo almacenar y retener carbono y nitrógeno.

En el primer estudio, los autores encontraron que los árboles asociados a la MA, como los arces, los tulipanes, los cerezos y los fresnos, que producen detritos de ciclo rápido, promueven comunidades microbianas del suelo que tienen más genes capaces de procesar nitrógeno. Esto conduce a la liberación de gases de nitrógeno que reducen la calidad del aire. Por el contrario, los árboles que se asocian con ECM, como robles, nogales, hayas y cicuta producen detritos de ciclo lento que promueven comunidades microbianas con pocos genes que ciclan el nitrógeno, lo que conduce a menores pérdidas de nitrógeno gaseoso.

Para comprender el vínculo entre las especies de árboles y el funcionamiento de los microbios del suelo cerca de estos árboles, los investigadores recolectaron suelos de 54 parcelas distribuidas uniformemente en seis bosques en el este de Estados Unidos. Cada sitio tenía árboles asociados con AM y ECM. Extrajeron ADN de los suelos en cada parcela y buscaron la abundancia de genes críticos para el ciclo del nitrógeno. Luego colocaron suelos en cámaras cerradas en el laboratorio para medir cuánto gas nitrógeno se libera del suelo y determinar si esto se relaciona con la abundancia de genes que ciclan el nitrógeno.

«Independientemente de las especies de árboles presentes, encontramos casi cinco veces más potencial de ciclo de nitrógeno en las parcelas dominadas por árboles AM», dijo Ryan Mushinski, autor principal del estudio. «Es muy emocionante que la tendencia sea constante en todo el este de los Estados Unidos, lo que indica que podemos predecir la actividad del ciclo del nitrógeno y, lo que es más importante, la pérdida gaseosa de nitrógeno en otros bosques templados del mundo».

Mushinski, quien realizó el estudio como investigador postdoctoral en el Departamento de Biología y la Escuela O’Neill de Asuntos Públicos y Ambientales de la Universidad de Indiana, continúa este trabajo en su rol de profesor asistente en la Universidad de Warwick, Reino Unido.

«Simplificar la complejidad del suelo forestal y ser capaz de predecir la variabilidad espacial de las emisiones de gases de nitrógeno al suelo se pensó que era una tarea imposible», dijo Jonathan Raff, profesor asociado y químico atmosférico en la Escuela O’Neill y coautor del estudio. «Algunos de estos gases son muy difíciles de medir», agregó Raff, cuyo laboratorio realizó las mediciones, «pero estos gases son increíblemente importantes para la calidad del aire y la mitigación del cambio climático».

En el segundo estudio, dirigido por Adrienne Keller, quien era Ph.D. estudiante en el Departamento de Biología de IU en el momento del estudio y ahora postdoctorado en la Universidad de Minnesota, los investigadores encontraron que los bosques dominados por árboles AM mejoran el almacenamiento de carbono del suelo al liberar carbono de sus raíces. Keller empacó núcleos de malla con suelo libre de raíces e insertó los núcleos en las mismas 54 parcelas forestales que Mushinski.

Debido a que el suelo dentro de los núcleos tenía una firma química única, pudo separar el carbono liberado de las raíces del carbono ya presente en el suelo. Keller descubrió que las raíces de los árboles AM liberan más carbono al suelo que las raíces de los árboles ECM y que gran parte del carbono de la raíz se adhiere a la superficie de los minerales del suelo donde está protegido de la descomposición microbiana. Esto significa que el carbono de la raíz puede persistir durante décadas o más, especialmente en rodales dominados por AM.

«Es un desafío medir cuánto se transportan las plantas de carbono desde sus raíces al suelo», dijo Keller. «Aquí pudimos no solo cuantificar la cantidad de carbono de la raíz secuestrado en el suelo, sino también demostrar que su magnitud rivaliza con la de las entradas de plantas aéreas».

«Ha habido un cambio en nuestro pensamiento durante la última década sobre lo que controla el almacenamiento de carbono en el suelo», dijo Richard Phillips, profesor de biología en el Departamento de Biología de IU y coautor de ambos estudios. «Solíamos pensar que los detritos de las hojas de descomposición lenta eran el principal impulsor del almacenamiento de carbono del suelo, pero ahora sabemos que los compuestos de descomposición rápida liberados por las raíces pueden ser lo que hace que el carbono del suelo persista». Phillips agregó.

Si bien se necesita más trabajo para explorar la generalidad de estos patrones más allá de los bosques del este de los Estados Unidos, los dos estudios indican que a medida que las especies van y vienen en nuestros bosques, es probable que las consecuencias del ecosistema sean difíciles de predecir. Si bien los árboles de MA pueden aumentar las tasas de ciclo del nitrógeno, con consecuencias negativas para cosas como la calidad del aire, también pueden aumentar el almacenamiento de carbono en el suelo , lo que a su vez puede ralentizar el cambio climático. Dada la cantidad de iniciativas para plantar árboles a nivel mundial como parte de los esfuerzos de reforestación global (principalmente para frenar el cambio climático), los administradores de tierras deberían considerar lo que está sucediendo en los suelos, donde las raíces y el suelo Los microbios están llevando a cabo funciones ecosistémicas críticas pero subestimadas.


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