El cambio climático está teniendo un efecto especialmente fuerte en los suelos de latitudes altas
A medida que se calientan los suelos de las latitudes altas, los microbios del suelo modifican su forma de procesar nutrientes como el nitrógeno. Normalmente, estos microbios reciclan el nitrógeno, extrayéndolo del suelo y convirtiéndolo en formas inorgánicas, como amonio y nitratos, que las plantas pueden absorber.
Pero un nuevo estudio sugiere que con el aumento de las temperaturas, los microbios están cambiando su estrategia. Absorben más nitrógeno y reducen la cantidad que liberan al medio ambiente.
Este cambio altera el flujo de nitrógeno a través del ecosistema, lo que podría retardar el crecimiento de la vegetación y afectar la velocidad a la que se calienta nuestro planeta.
Estos hallazgos provienen de experimentos realizados en pastizales subárticos cerca de Hveragerði, Islandia. En 2008, los terremotos desviaron las aguas subterráneas en una zona calentada por gradientes geotérmicos, creando zonas de suelo calentadas entre 0,5 °C y 40 °C por encima de las temperaturas normales. El evento convirtió a la región en un laboratorio natural donde los investigadores pudieron estudiar cómo responden los ecosistemas al calentamiento a largo plazo en condiciones naturales.
Investigaciones anteriores en este lugar ya habían demostrado que, al calentarse los suelos, los microbios se vuelven muy activos mientras las plantas permanecen latentes. Como resultado, se perdían los compuestos nitrogenados liberados al suelo por los microbios, ya sea por lixiviación a las aguas subterráneas o por escape a la atmósfera en forma de óxido nitroso, un potente gas de efecto invernadero.
Imagen derecha: Un invernadero abandonado cerca de los centros experimentales en Islandia sirve como recordatorio de que el cambio climático está teniendo un efecto especialmente fuerte en los suelos de latitudes altas. (Crédito de la imagen: Sara Marañón Jiménez)
En este trabajo, los científicos agregaron al suelo nitrógeno-15, que pudieron rastrear para determinar cuánto habían utilizado las plantas y qué hicieron con él. Los investigadores descubrieron que después de la pérdida inicial de nutrientes, los microbios se volvieron más conservadores en su manejo del nitrógeno, reciclándolo internamente en lugar de absorber más del suelo.
Al mismo tiempo, los microbios dejaron de liberar amonio, un subproducto rico en nitrógeno de su metabolismo normal que las plantas pueden aprovechar: el equivalente microbiano de la orina, según la coautora del estudio, Sara Marañón Jiménez, edafóloga del Centro de Investigación Ecológica y Aplicaciones Forestales de España (CREAF).
Robo de nitrógeno
Este cambio en el ciclo del nitrógeno tiene importantes consecuencias para todo el ecosistema. Por un lado, tiene un efecto positivo, ya que previene una mayor pérdida de nitrógeno.
"El estudio demuestra que el nitrógeno no se libera como nitrógeno inorgánico, sino que parece pasar directamente a un ciclo orgánico", afirmó Sara Hallin, microbióloga de suelos de la Universidad Sueca de Ciencias Agrícolas de Uppsala, quien no participó en el estudio. "Podría decirse que es un aspecto positivo, y por lo tanto, es más beneficioso para el ecosistema si ese nitrógeno se retiene de alguna manera".
Por otra parte, el comportamiento de acumulación de nutrientes de los microbios podría reducir la disponibilidad de nitrógeno para las plantas.
"Existe una delicada retroalimentación entre las plantas que absorben nitrógeno, realizan la fotosíntesis y depositan carbono en el suelo como materia orgánica, y los microorganismos que absorben esta materia orgánica, la reciclan y liberan nitrógeno en formas que las plantas pueden utilizar", explicó Marañón Jiménez. "Si los microorganismos empiezan a inmovilizar el nitrógeno, podría generarse competencia entre microbios y plantas".
Imagen: Tomando la temperatura del suelo, pradera subártica en el suroeste de Islandia. Autoría Sara Marañón.
El equipo trabaja ahora en un estudio para determinar qué le sucede exactamente al suelo en las primeras etapas del calentamiento, antes de que se pierdan los nutrientes. "De esta manera esperamos recuperar los primeros capítulos, para ver qué nos hemos estado perdiendo".
Para ello, trasplantaron fragmentos de suelos normales a zonas calentadas para estudiar el proceso en detalle desde el principio. "Los suelos expuestos a aumentos de temperatura mostraron la misma pérdida de nutrientes después de 5 años que después de 10", afirmó Marañón Jiménez, sugiriendo que la mayor parte de la pérdida de nutrientes se produce en las primeras etapas.
Una bomba de relojería de efecto invernadero
Los modelos climáticos podrían estar subestimando cómo contribuye al calentamiento global la pérdida de nitrógeno y carbono de los suelos fríos, según los investigadores. Las alteraciones del ciclo de nutrientes en estas latitudes podrían representar una fuente de emisiones de gases de efecto invernadero previamente ignorada.
Los suelos árticos almacenan enormes cantidades de carbono, acumulado durante miles de años a partir de material vegetal que los microbios no pueden descomponer por completo. Esta materia orgánica parcialmente descompuesta se acumula, formando una de las mayores reservas de carbono de la Tierra.
Imagen: Efecto de la intensidad del calentamiento del suelo y las variaciones estacionales sobre (a) el nitrógeno total disuelto, (b) el nitrógeno microbiano, (c) los aminoácidos libres totales y (d) las concentraciones de amonio en el suelo.
A medida que suben las temperaturas, los científicos esperan que los microbios se vuelvan más activos, acelerando la descomposición y liberando a la atmósfera gran parte de este carbono almacenado en forma de dióxido de carbono.
Los investigadores esperaban que las temperaturas más cálidas permitieran a las plantas crecer más vigorosamente, absorbiendo parte del carbono adicional liberado por los suelos del Ártico.
Los nuevos hallazgos cuestionan esta idea. "Es una reacción en cadena", explicó Marañón Jiménez. "A medida que se pierde biomasa de la masa microbiana, se reduce la capacidad de almacenamiento de carbono y nitrógeno en el suelo, lo que resulta en suelos más pobres donde las plantas no pueden crecer tan bien y no pueden compensar las emisiones absorbiendo más carbono"
Sin embargo, estudiar estos suelos calentados geotérmicamente podría arrojar resultados confusos. "El calentamiento global no funciona así", afirmó Hallin. El calentamiento global incluye la subida de la temperatura del aire, explicó, mientras que las plantas del estudio actual solo tenían su sistema radicular en un clima más cálido, no su sistema de brotes sobre el suelo. "Eso podría causar algunos efectos que los investigadores no están considerando", añadió.
Finalmente, los autores del nuevo estudio también advierten que no todos los suelos responden de la misma manera al calentamiento. Los suelos islandeses estudiados son volcánicos y ricos en minerales, a diferencia de los suelos de turba orgánica que predominan en muchas regiones árticas.
Las turberas profundas de Escandinavia y el norte de Rusia almacenan enormes cantidades de carbono y pueden comportarse de manera diferente, lo que resalta la necesidad de realizar estudios similares a largo plazo en una gama más amplia de paisajes árticos.
El estudio se ha publicado en Global Change Biology: Microbial Nitrogen Cycling Becomes Conservative and Resilient to Long-Term Warming in High-Latitude Carbon-Limited Soils
