Global change and stream ecosystem functioningrepercussions on the leaf litter decomposition

Resumen

El crecimiento de la población humana y el aumento en el consumo de recursos observado en las recientes décadas está ocasionando cambios medioambientales a una velocidad sin precedentes y cuyas repercusiones alcanzan una escala global, afectando al funcionamiento general de la Tierra. Éstas características han conducido a proponer el término ¿Antropoceno¿ para designar una nueva era geológica en la cual la población humana ha emergido como una nueva fuerza capaz de controlar procesos fundamentales de la biosfera.El Cambio global es un amalgama de cambios medioambientales que van más allá del Cambio en el Clima. Incremento en la disponibilidad de nutrientes, contaminación o cambios en el uso del suelo son componentes principales del Cambio Global a los que se tienen que enfrentar los ecosistemas. Entre las múltiples consecuencias se incluyen la pérdida de la biodiversidad y la degradación generalizada de los ecosistemas, que en último caso afecta a los bienes y servicios que ellos proveen a la sociedad.Esta tesis explora los efectos de varios componentes del Cambio Global en el funcionamiento del ecosistema fluvial a través del estudio de la descomposición de hojarasca y mediante de la combinación de experimentos en campo y en laboratorio. En concreto, se exploran los efectos de la concentración atmosférica de CO2, la temperatura y la sequía, así como la variación en la diversidad funcional del recurso. La tesis aborda estos los potenciales efectos de estos factores del Cambio Global en cinco capítulos.En el primer capítulo, se examinan los efectos de una elevada concentración de CO2 atmosférico y de la disponibilidad de agua sobre la calidad del material vegetal de dos especies de plantas que difieren en sus rasgos biológicos bajo dos situaciones de competencia, así como su posterior descomposición por microorganismos. Para ello se realizó en un experimento de laboratorio. Los resultados observados fueron los siguientes:1) La escasez de agua redujo la calidad del material vegetal. Los efectos de la baja disponibilidad de agua fueron mayores que los efectos de un elevado CO2, cuyos efectos fueron específicos para cada especie de planta y no afectaron por igual al contenido de los diferentes nutrientes de las plantas. 2) La descomposición microbiana de estos materiales dependió de las especies. Por lo tanto, los resultados apuntan a que las tasas de descomposición de los materiales crecidos bajo futuros escenarios de elevado CO2 serán difíciles de predecir debido a las respuestas específicas de las especies y a la interacción con otros factores. En el segundo capítulo se examina la sensibilidad al incremento de la temperatura de la descomposición microbiana del detritus, así como las variables asociadas a este proceso de descomposición (respiración microbiana, crecimiento fúngico, cambio en nutrientes de las hojas). Esto se examina en hojarasca de distinta calidad para evaluar si distintos materiales se ven igualmente afectados. Además, se estudia si comunidades fúngicas adaptadas a diferente régimen térmico influenciarían las respuestas. Para ello, se realizaron experimentos en campo así como en condiciones controladas de laboratorio para aislar otros posibles factores Los resultados fueron los siguientes:1) La tasa de descomposición incrementó con la temperatura y ambos tipos de especies mostraron similar sensibilidad a la temperatura (energía de activación), sugiriendo que hojarascas de especies de distinta calidad podrían ser afectadas en un modo similar por los posibles aumentos en la temperatura. 2) Los patrones de respiración, crecimiento fúngico y cambio de nutrientes en las hojas fueron variables y menos predecibles con el aumento de temperatura, sugiriendo que la descomposición podría ser un mejor indicador del status del río ya que integra todos procesos que ocurren durante el tiempo de descomposición. 3) La respuesta de la tasa de descomposición y las actividades microbianas a la temperatura procedente de ríos con diferente régimen térmico siguió patrones similares.4) La respuesta en el experimento de campo fue menos clara y predecible, poniendo de manifiesto la dificultad de una directa extrapolación de los resultados obtenidos bajo condiciones controladas de laboratorio a la hora de predecir los posibles efectos del incremento en la temperatura sobre la descomposición de la materia orgánica en ríos. Por último, la tesis se centra en los efectos potenciales de la sequía. En el tercer capítulo, se examinan las respuestas estructurales y funcionales tras un periodo de sequía en ríos perennes de clima templado que fluyen a través de bosques nativos y a través de cuencas afectadas por plantaciones de especies exóticas. Para ello se analizó la dinámica de recolonización de los macroinvertebrados bentónicos y las tasas de descomposición de hojarasca de aliso en 9 ríos de clima oceánico templado. La recolonización de las comunidades de macroinvertebrados se examinó mediante el análisis de su composición taxonómica, así como de sus rasgos biológicos y ecológicos. Los resultados mostrarón que:1) La densidad, riqueza y diversidad de los macroinvertebrados bentónicos incrementaron con el tiempo desde la recuperación del caudal de los ríos, pero sólo la riqueza y la diversidad difirieron entre los tipos de río, con ríos que discurren a través de plantaciones de eucalipto mostrando los valores más bajos.2) La composición taxonómica y funcional de la comunidad de macroinvertebrados fueron dependientes del tipo de vegetación y del tiempo trascurrido desde el restablecimiento del caudal, con las diferencias entre los tipos de ríos disminuyendo con el tiempo.3) La tasa de descomposición no dependió de la vegetación de la cuenca después de la sequía, aunque la actividad detritívora fue menor en los ríos con plantación es de eucalipto. LA tasa estuvo positivamente correlacionada con la densidad de organismos fragmentadores en el bentos.Por tanto los resultados sugieren que periodos de sequía en ríos perennes en clima templado tendrían efectos más severos sobre la recuperación de los macroinvertebrados bentónicos ya afectados previamente por plantaciones de especies exóticas. Sin embargo, el funcionamiento del rio podría no verse tan severamente afectado.En el cuarto capítulo, se examina la descomposición de la hojarasca a través de un gradiente regional de aridez en ríos mediterráneos calcáreos. También se analizó cómo las actividades microbianas y detritívoras se ven afectadas, y si los efectos son consistentes para hojarasca de distinta calidad (aliso y roble). Los resultados mostraron que:1) Las tasas de descomposición difirieron entre sitios y fue más baja en los 2 ríos sometidos a más estrés hídrico, pero no mostraron una correlación general con el gradiente. 2) La tasa de descomposición de aliso estuvo positivamente correlacionada con la densidad y biomasa de organismos fragmentadores asociados con la hojarasca.3) La densidad de organismos fragmentadores asociados con la hojarasca de mostraron una relación positiva con la descarga específica (proxy de la sequía hidrológica) durante el experimento de descomposición.En general, los resultados señalan un patrón complejo a escala regional ya que la sequía afectó a la descomposición directamente por la emersión de la hojarasca e indirectamente, a través de sus efectos sobre composición de los detritívoros. Esta respuesta fue más evidente en la hojarasca de mayor calidad lo que sugiere mayor sensibilidad a la sequía que la hojarasca de menor calidad. En el último capítulo, se explora, en un experimento de campo, el efecto de la diversidad funcional de la hojarasca sobre la tasa de descomposición en ríos mediterráneos a lo largo de un gradiente climático de sequía para conocer su papel bajo este estresor ambiental. Para ello empleamos especies de plantas con estrategias de asignación de carbono diferentes: Quercus robur (caduca), Quercus faginea (marcescente), Quercus ilex (perenifolia). Las hojarascas de cada especie fueron incubadas en solitario y en todas posibles combinaciones de dos y tres especies. Aunque los resultados sugirieron que el efecto de la diversidad de especies podría ser más manifiesto en condiciones de más estrés, los resultados apuntan a efectos más fuertes del contexto ambiental en el proceso de descomposición in ríos mediterráneos calcáreos que la diversidad funcional. En general, los resultados aportan evidencias de relevantes efectos del cambio en el clima y en la vegetación en la estructura y funcionamiento del ecosistema fluvial. Además, señalan la necesidad de evaluar su interacción para obtener una estima más realista de las respuestas de los ecosistemas fluviales a futuros escenarios de cambio ambiental.