updated 2:26 PM CET, Dec 1, 2016

Efectos potenciales de la elevación de CO2 y el cambio climático en los humedales costeros

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manglar

Las plantas responden al aumento de CO2 con un aumento en la fotosíntesis

Con el cambio climático, algunas regiones experimentarán condiciones más secas y una mayor salinidad

marismas y maglares
Este vídeo ofrece una visión general de los efectos directos e indirectos de los incrementos en el CO2 atmosférico en los humedales costeros con una comunidad de marismas, manglares como un ejemplo. Un fondo de corto se da un resumen del pasado, presente y futuro de las predicciones de cambios en las concentraciones de CO2 a partir de datos de hielo y mediciones directas realizadas en las estaciones como el Observatorio de Mauna Loa.

Las respuestas de las plantas utilizando diferentes vías fotosintéticas (especies C3 contra C4) se utilizan como punto de partida para explicar las posibles respuestas de una comunidad de plantas costeras que contienen Avicennia germinans (manglar C3) y Spartina alterniflora (gramínea C4) a los cambios en el clima de CO2 y cambios asociados (temperatura, precipitaciones).

Los métodos experimentales utilizados para estudiar los efectos del CO2 en las plantas se describen, y son el resultado de estudios revisados resumidos para ilustrar la complejidad de los efectos potenciales de CO2 y el cambio climático en los humedales costeros. Los modelos conceptuales también se utilizan para ilustrar los efectos directos de los cambios ambientales y las interacciones entre diversos conductores climáticos y la comunidad vegetal.


Narración:

Los seres humanos están directamente alterando el medio ambiente de la Tierra a través de cambios de la cubierta terrestre, así como indirectamente a través de actividades que afectan los ciclos climáticos y biogeoquímicos.

Una de las formas de los seres humanos están afectando el medio ambiente es a través de aumentos en el dióxido de carbono en la atmósfera a través de la quema de combustibles fósiles.

¿Cómo saben los científicos que el CO2 ha cambiado?

invernaderos experimentales

Los científicos recogen muestras de hielo de la Antártida y otros campos de hielo y miden las concentraciones de CO2 en las burbujas de aire atrapadas. Mediante el análisis de CO2 en las burbujas de aire a diferentes profundidades, los científicos pueden reconstruir los cambios que se produjeron en la atmósfera de la Tierra durante miles de años. En 400.000 años, las concentraciones de CO2 han fluctuado, pero nunca superaron las 300 partes por millón. Sin embargo, desde el advenimiento de la era industrial en la década de 1800, las concentraciones han aumentado rápidamente hasta alcanzar la concentración actual de 390 partes por millón.

Independientemente, las mediciones de alta precisión realizadas en un número de estaciones de monitoreo en todo el mundo muestran que el CO2 ha seguido aumentando en los tiempos modernos a velocidades cada vez más rápidas y es probable que continúe aumentando en el futuro.

Los científicos están interesados en los efectos directos e indirectos de las mayores concentraciones de CO2 en los ecosistemas de la Tierra. En este video, vamos a echar un vistazo a lo que este cambio podría significar para los humedales costeros y algunas de las dificultades inherentes a hacer predicciones acerca de lo que los efectos podrían producir.

¿Cómo podrían afectar los cambios en las concentraciones de CO2 a los humedales costeros?

efectos del CO2 en las marismas

El CO2 es un gas de efecto invernadero, contribuye al calentamiento global y los cambios en el clima, que afectan a las comunidades de plantas. El aumento de la temperatura global también contribuye al aumento del nivel del mar, que altera los regímenes de inundaciones y la salinidad afecta el crecimiento de plantas de humedales y la distribución. El CO2 también tiene un efecto de la fertilización directa sobre las plantas.

Las plantas responden al aumento de CO2 con un aumento en la fotosíntesis neta y la eficiencia del uso del agua, dando lugar a una mayor productividad. Algunas plantas son más sensibles al aumento de CO2, éstas se llaman las especies C3. Especies C4 son menos sensibles al CO2, ya que ya son bastante eficientes en la captura de CO2.

Debido a las diferencias entre especies en la sensibilidad al CO2, la composición de un humedal es un factor que determinará si los aumentos de CO2 tendrá un efecto o no.

Una predicción simple es que las especies C3 aumentan en la abundancia relativa de las especies C4 en una comunidad mixta a medida que aumenta el CO2.

¿Qué tipos de humedales podría responder a las crecientes de CO2?

temperatura en la superficie del mar

La temperatura superficial del mar varía con la latitud y afecta a las comunidades de plantas a lo largo de las costas. Las zonas bajas costeras están dominadas por los diferentes tipos de humedales intermareales, marismas generalmente en latitudes templadas y los manglares en las latitudes tropicales.

Cuando estos tipos de vegetación se solapan son lugares clave para estudiar los efectos del cambio climático y niveles elevados de CO2, en particular cuando las especies C3 se superponen frente a las de  tipo C4. Sólo una comunidad se produce en la parte sur de los EE.UU. en la franja costera de Luisiana. Aquí, el mangle negro (Avicennia germinans) y la hierba del pantano de sal (Spartina alterniflora) co-ocurren.

¿Cómo los manglares C3 y las especies C4 palustres responden al aumento de CO2?

avicenia y spartina entran en competición, aumento del nivel del mar

Podemos formular la hipótesis de que las dos especies compiten por el espacio y otros recursos, y que el CO2 tendrá un efecto indirecto a través del cambio climático en la frecuencia y la congelación, que principalmente influyen en los manglares que son más sensibles al frío.

En esta latitud, periódicos congelamientos matan a los brotes sensibles de manglar, que más tarde se pueden recuperar, pero las temperaturas de invierno reducen el crecimiento y mantienen los manglares cortos y arbustivos.

Podemos formular la hipótesis, sin embargo, que si el clima se calienta, el CO2 tendrá un mayor efecto en la fertilización directa sobre los manglares. Tenemos más, podría predecirse que los aumentos en los aportes de nutrientes a estos humedales estaría a favor de los manglares mediante la mejora de su capacidad de respuesta al CO2. Esto puede cambiar la ventaja competitiva a favor de los manglares.

Podemos probar estas predicciones en experimentos controlados. Este es el humedal con elevado CO2 Mecanismo Experimental de la USGS Centro Nacional de Investigación de los Humedales. El uso de sistemas sofisticados de control, las plantas dentro de estos invernaderos pueden ser sometidos a diferentes concentraciones de dióxido de carbono. Los científicos usan una elevada concentración de CO2 de 720 ppm, que es aproximadamente el doble de la concentración ambiental. Si, y cuando puede llegar a que la concentración más alta es desconocida y depende de una serie de factores. Sin embargo, todavía es importante saber lo que podría suceder si el CO2 sigue en aumento.

¿De qué manera la duplicación del CO2 afectan a la comunidad de manglares del pantano?

manglar

Los científicos recogen los sectores de los pantanos, que están establecidos en contenedores llamados mesocosmos, y los transportan a las instalaciones de CO2.

Los mesocosmos son distribuidos aleatoriamente en diferentes tratamientos experimentales diseñados para probar la respuesta de las plantas a condiciones hipotéticas. En este estudio, los mesocosmos fueron sometidos al CO2 del ambiente o elevado, así como a la disponibilidad ya sea alta o baja de nitrógeno en el suelo. Tres conjuntos de plantas diferentes se probaron: sólo Avicennia, sólo Spartina, y una mezcla de las dos especies. Propágulos de mangle negro fueron agregados al mesocosmos para imitar el proceso de dispersión natural por el que invaden las marismas. El experimento duró un año y medio para que haya tiempo suficiente para una respuesta.

Los resultados de este estudio, que se publicaron en la revista arbitrada, Global Change Biology, a condición de algunos aspectos importantes.

respuesta de la spartina al co2 respuesta de la avicenia al co2 La gráfica de la izquierda muestra el final de la biomasa de la gramínea C4, Spartina, en gramos por mesocosmos y de la derecha es una fotografía tomada justo antes del final del experimento. Los datos y la fotografía muestran claramente una fuerte respuesta al aumento de nitrógeno, lo que provocó una mayor densidad de tallos y plantas más altas en comparación con poco nitrógeno. No hubo efecto de CO2 como se predijo.

Las Avicennia, sin embargo, mostraron una respuesta diferente a los tratamientos. Para esta especie de mangle, la mayor diferencia entre el crecimiento fue en monocultivo y mezcla. Cuando se cultiva sola, la Avicennia creció a más de 1 metro de altura. Sin embargo, cuando se mezcla con Spartina, la crecimiento de Avicennia fue reprimida enérgicamente. Y mayor de nitrógeno, en lugar de ayudar a Avicennia, el crecimiento de su competidor, la Spartina, fue mayor. El CO2 estimuló el crecimiento de la Avicennia, pero esto ocurrió sólo cuando crecio sola con una mayor disponibilidad de nitrógeno.

Así que los resultados fueron contrarios a la simple predicción de que el CO2 aumentaría la abundancia de una especie C3 en una comunidad mixta. El crecimiento de plántulas de manglar fue fuertemente reprimida en el lugar por la Spartina, y el CO2 y el enriquecimiento de Nitrógeno no podría revertir esta supresión, al menos no en las condiciones de este experimento. Tenga en cuenta que si había examinado sólo el crecimiento de las dos especies por separado y no en la mezcla, que habría llegado a una conclusión diferente, e incompleta.

Esta información nos permite modificar nuestro modelo conceptual para mostrar que cuando está presente la Spartina, sana y fuerte, suprime la contratación de Avicennia. Y mayores nutrientes mejoran la  Spartina, tal vez más que la supresión de Avicennia.

Sin embargo, si la Spartina se elimina por una perturbación, entonces el crecimiento la Avicennia es reforzada por el CO2, sobre todo cuando la disponibilidad de nutrientes es alta.

Ambas perturbaciones de pequeña y gran escala se producen en las salinas. Por ejemplo, la deposición de material vegetal muerto, llamadas algas, pueden sofocar a la Spartina, con la creación de espacios desnudos donde los manglares pueden establecerse. La muerte regresiva a gran escala de la marisma también ha ocurrido en el pasado, lo que permitió suprimir los manglares y ser dominantes en las zonas que antes ocupaba la Spartina.

¿Qué otros cambios relacionados con el clima puede influir en esta comunidad vegetal?

especies c3 y c4

Con el cambio climático, algunas regiones experimentarán condiciones más secas y una mayor salinidad. Podemos hipotetizar que la Avicennia es más tolerante a la escasez de agua y a una alta salinidad de Spartina, en función de su distribución natural. Otra pieza de evidencia es la muerte regresiva a gran escala de las marismas, que se produjo en el delta del río Mississippi, al mismo tiempo que una sequía de 100 años. Un estudio de este fenómeno de muerte regresiva de repente se informó en la revista Global Ecología y Biogeografía. Los resultados indicaban claramente que la muerte progresiva de la Spartina estaba relacionada con este fenómeno meteorológico extremo, que dejó sin afectar a la Avicennia.

Así que podemos agregar otra vía para el modelo conceptual que demuestra cómo las condiciones más áridas y mayor salinidad pueden reducir la supervivencia de la Spartina. También se puede hipotetizar que el ascenso de nivel del mar, que alteran los regímenes de inundaciones, tendrá un efecto en una o ambas especies o interactuar con el CO2.

Los científicos pueden determinar la tolerancia fisiológica de las plantas a la salinidad y las inundaciones en experimentos controlados en los que son sometidos a estas tensiones. A pesar de que tienen una cierta comprensión de la tolerancia de las plantas el estrés, los experimentos son necesarios para determinar exactamente cómo estas y otras especies de marismas y manglares responderán a las tensiones ambientales asociadas con el cambio climático y niveles elevados de CO2. Esta información fundamental para el desarrollo de modelos precisos para predecir los cambios futuros en los humedales y ayudará en la planificación de proyectos de restauración.

Una simple pregunta ...

arrecifes de coral

Comenzamos este video con una simple pregunta: ¿cómo niveles elevados de CO2 y los cambios relacionados en el clima afectan a los humedales costeros?

Los científicos comienzan a responder a estas preguntas mediante el desarrollo de una hipótesis de base, sobre la base de las expectativas en cuanto a cómo las especies C3 y C4 pueden reaccionar con el CO2 aumenta. Como los experimentos se llevan a cabo, tales modelos básicos se pueden mejorar para incluir las vías no reconocidos previamente. Como hemos visto en este video, los ecosistemas naturales son bastante complejos, y un cambio en uno de los factores puede tener un efecto directo sobre una o más especies o pueden actuar indirectamente mediante la modificación de otro factor. Incluso los sistemas aparentemente simples como la comunidad de marismas, manglares dominado por dos especies son muy complejos. La complejidad aumenta a medida que tomamos en cuenta factores adicionales y las comunidades vegetales más diversas.

Complejos problemas ecológicos plantean enormes desafíos para los científicos que deben separar todas las diversas formas en que los ecosistemas pueden responder al cambio climático. Se sabe mucho, pero aún queda mucho por descubrir. Este video ha dado un breve vistazo a algunas de estas complejidades y cómo los científicos están pensando lo que puede deparar el futuro.

Original en inglés del U.S. Geological Survey