Si bien una sola planta es capaz de fijar dióxido de carbono inorgánico (CO 2 ) del aire, todo el ecosistema que rodea a la planta, incluido el agua, otros organismos y las condiciones del suelo, influye en la eficiencia con la que el ecosistema intercambia CO 2 .
por Investigación Océano-Tierra-Atmósfera (OLAR)
Comprender cómo difieren la fotosíntesis, la distribución de energía y la productividad en las plantas de distintos ecosistemas es un desafío. En el ecosistema forestal, los árboles más altos crecen durante décadas para absorber toda la radiación solar disponible en el dosel, privando a las plántulas de la luz solar necesaria para aumentar su biomasa. Del mismo modo, las hierbas de los pantanos se adaptan a los cambios en la elevación de los pantanos que afectan la cantidad de inundaciones que experimentan las hierbas y la energía que la planta asigna al crecimiento de las hojas o las raíces.
Para entender mejor cómo la dinámica de los ecosistemas puede cambiar la productividad de las plantas, científicos de la Universidad de Carolina del Sur y la Universidad Christopher Newport estudiaron la fotosíntesis y la respiración, o gasto de energía, de una sola especie de hierba de pantano, Spartina alterniflora, que crece en formas altas o bajas dependiendo de la elevación del pantano y la proximidad de las plantas al agua de los arroyos de marea.
El equipo publicó su estudio el 11 de diciembre de 2024 en la revista Ocean-Land-Atmosphere Research.
«En las marismas del este de Norteamérica, suele haber un gradiente espacial de productividad de la hierba dominante, Spartina alterniflora. La hierba es más alta y más productiva cerca de los bordes de los arroyos mareales, mientras que las zonas pantanosas interiores están cubiertas por una forma corta y menos productiva de Spartina.
«Nuestro objetivo era cuantificar el intercambio de gas CO2 entre la atmósfera, la cubierta vegetal y el suelo. Hicimos esto para entender mejor cómo se comparan los sitios pantanosos de alta y baja productividad», dijo James T. Morris, profesor de la Universidad de Carolina del Sur y primer autor del artículo de investigación.
Es importante destacar que los investigadores se aseguraron de que todos los parámetros fotosintéticos, o factores que influyen en la eficiencia de la fotosíntesis en una planta, en el estudio fueran iguales, incluida la cantidad de luz solar disponible, la temperatura y la especie de planta.
Los científicos midieron cuidadosamente el crecimiento de la hierba, la fotosíntesis y la respiración utilizando cámaras ambientales selladas que permitieron al equipo medir la actividad de un área específica del ecosistema de la marisma. En concreto, se recogieron mediciones de formas altas de la hierba de la marisma ubicadas más cerca del arroyo a menor altura y de formas bajas de la planta ubicadas más lejos del arroyo a mayor altura.
Al medir regularmente la biomasa del pasto, la absorción de gas CO2 para la fotosíntesis y la liberación de CO2 a través de la respiración a lo largo de un año, el equipo pudo comparar la fijación de carbono entre las formas altas y bajas del pasto.
En algunos casos, las gramíneas de forma corta y alta mostraron características similares, como los niveles más altos de respiración del dosel, o gasto de energía sobre el suelo, a principios de marzo, cuando la biomasa en pie de ambas formas de gramíneas es menor. La fotosíntesis bruta, o la cantidad total de CO2 consumida para la fotosíntesis, para ambas formas de plantas también se estabiliza a mediados del verano.
Más importante aún, las formas cortas y altas diferían en su productividad a lo largo de un mismo año. La respiración del suelo, o una medida de la cantidad de CO2 liberado y energía consumida por las raíces de las plantas, fue mayor en las gramíneas de dosel corto en comparación con las altas. Curiosamente, la tasa de fotosíntesis específica del peso de las hojas en una biomasa de dosel común fue similar en las gramíneas cortas y altas, pero el estudio descubrió que las plantas de dosel corto crecieron menos que las plantas altas.
Debido a que el crecimiento del dosel de los pastos de dosel corto se desaceleró antes durante la temporada de crecimiento que el de los pastos de dosel alto, el equipo también descubrió que los pastos de dosel alto capturan más CO2 atmosférico a lo largo del año que los pastos de dosel corto, que crecieron más lejos del arroyo en elevaciones más altas.
«Descubrimos que los parámetros fotosintéticos de las gramíneas eran equivalentes y que las diferencias en su productividad estaban determinadas por diferencias en la distribución del crecimiento entre hojas y raíces. La forma corta de la gramíneas, menos productiva, invierte más energía en el crecimiento de las raíces. Un segundo hallazgo importante fue que en una sola temporada de crecimiento, la biomasa de la forma más productiva de la gramíneas se expande para interceptar toda la energía solar disponible, de forma muy similar a un bosque maduro», dijo Morris.
Basándose en sus resultados y en los de otros investigadores, el equipo plantea la hipótesis de que la variabilidad en el secuestro neto de carbono entre diferentes marismas se debe a cambios en las diferencias en la elevación relativa de las marismas, el clima y la edad de las marismas.
El siguiente paso para el equipo de investigación es resolver una discrepancia en la cantidad de carbono medido que los pastos estaban invirtiendo en el crecimiento del dosel y las raíces, respectivamente, que deberían ser aproximadamente iguales.
«Descubrimos que una parte importante del presupuesto de carbono de las plantas no se incluye en nuestras mediciones. No pudimos equilibrar el crecimiento total de las plantas con la fotosíntesis total. El próximo paso será identificar la fuente del carbono que falta», dijo Morris.
Gary J. Whiting, del Departamento de Biología Organismal y Ambiental de la Universidad Christopher Newport en Newport News, Virginia, también contribuyó a esta investigación.
Más información: James T. Morris et al., Componentes del intercambio de CO2 en una marisma salada del sureste de Estados Unidos, Ocean-Land-Atmosphere Research (2024). DOI: 10.34133/olar.0077
