Imagenes Regiones Biogeoclimaticas de los biomas tipicos Modelo de simulacion de los cambios de la vegetacion natural potencial de los EE.UU. Cambios simulados en el almacenamiento de carbono terrestre en equilibrio en los EE.UU.

La mayoría de la información aqui presentada fue obtenida de: Watson, Robert T., Marufu C. Zinyowera, Richard H. Moss, 1996: Climate Change 1995, Impacts Adaptations and Mitigation of Climate Change: Scientific-Technical Analyses. Cambridge University Press. 879 pp. La clase sobre los efectos del cambio global en la fisiología de las plantas tratará sobre el impacto de varios factores, particularmente el cambio climático, a nivel de organismo. También, se considerará algunos aspectos sobre las interrelaciones entre las plantas en las comunidades vegetales y los ecosistemas y como pueden ser afectados por el cambio climático. Algunas definiciones Diferentes grupos de plantas Plantas C3 Este tipo de plantas poseen el mecanismo fotosintético más básico. La mayoría de las especies, en especial aquellas que pertenecen a ambientes húmedos y templados, son de este grupo. Ejemplos típicos lo constituyen la mayoría de los árboles y cultivos tales como el trigo, el arroz, la cebada, la papa, la soya y la yuca. Plantas C4 Este grupo de plantas presenta una anatomía foliar tipo Kranz que les permite incrementar en sus hojas varias veces la concentración de CO2 ambiental. De esta manera se logra mayores tasas fotosintéticas y un uso más eficiente del agua. Este mecanismo fotosintético se ha desarrollado en plantas pertenecientes a ambientes cálidos y con baja disponibilidad de agua en el suelo. Las gramíneas tropicales y cultivos tales como el maiz, la caña de azúcar y el sorgo, son ejemplos típicos de este grupo. Plantas CAM Las plantas de este grupo se caracterizan por tener una fijación de CO2 nocturna y completar el proceso de fotosíntesis al dia siguiente. Este mecanismo fotosintético les permite evitar la pérdida de agua, por lo que las plantas suculentas que crecen en areas desérticas tales como los cactus y cardones son ejemplos típicos de este grupo. Sin embargo, la pińas y otras bromelias que crecen en ambientes mas húmedos y sombreados pueden presentar este mecanismo fotosintético. PPB La producción primaria bruta (PPB) se refiere a la cantidad total de carbono tomada de la atmósfera por las plantas en el proceso de fotosíntesis. RA La respiración autotrófica (AR) es la cantidad de carbono que se pierde en forma de CO2 debido a la respiración de las plantas. PPN La producción primaria neta (PPN) es la cantidad de carbono presente en el tejido de las plantas y que resulta de la fijación de CO2 atmosférico debido a PPB menos lo que es respirado por RA. Asi, PPN = PPB - RA RH La respiración heterotrófica (RH) es la cantidad de carbono perdido a la atmósfera, en forma de CO2, debido a la descomposición del material muerto de las plantas. Este proceso es mediado por los microfauna, hongos y bacterias del suelo. PNE La producción neta del ecosistema (PNE) es la cantidad de carbono que se encuentra en el ecosistema, como consecuencia de los procesos de ganancia (a traves de la PPN) y de pérdida (por RH) de carbono. Asi, PNE = PPN - RH ET La evapotranspiración (ET) describe el efecto combinado de la perdida de agua del suelo por evaporación y del vapor de agua por transpiración de las plantas. EUA La eficiencia de uso de agua (EUA) es la relación que existe entre la diferencia en la concentracion de CO2 estomática y los valores ambientales, y la diferencia en la concentración de vapor de agua en estos dos compartimentos. Las plantas que poseen una alta EUA son aquellas que presentan mayores tasas de fijación del CO2 atmosférico con una menor perdida de agua por transpiración bajo una condición de humedad dada. Asi EUA= (CCO2E - CCO2A)/(CH2OE - CH2OA) donde CCO2E es la concentración de CO2 estomatica CCO2A es la concentración de CO2 ambiental CH2OS es la concentración de H2O estomatica CH2OA es la concentración de H2O ambiental Bioma Un bioma es una zona de vida o región biogeoclimatica que presenta caracteristícas climáticas, edaficas y tipos de vegetación comunes. Ejemplos de biomas típicos lo constituyen los desiertos, arbustales, la tundra, bosques húmedos, pastizales, etc. (vea esta imagen). Capacidad de carga La capacidad de carga del planeta es la máxima población humana que el planeta puede alojar, y suplir el alimento y otros requerimientos básicos para la existencia humana. Introducción Todos los organismos vivientes del planeta dependen de una forma directa o indirecta de la fotosíntesis para sus requerimientos energéticos. Para revisar los procesos esenciales de la fotosíntesis, examine la sección "como las plantas sintetizan el alimento" . Nosotros exploraremos algunas fuerzas climaticas que actúan en procesos a nivel de ecosistemas y luego examinaremos algunos procesos ecológicos a diferentes escalas, incluyendo aspectos a nivel global, como la producción global de carbono vegetal. Fuerzas de Acción Climatica Radiación solar, temperatura, precipitación, humedad del aire, y el CO2 atmosférico, son fuerzas ambientales claves que actúan sobre los procesos que ocurren en los ecosistemas. De estos, los cambios en la temperatura, la disponibilidad de agua, y los niveles de CO2 atmosférico están sujetos a cambios en los proximos 100 anos. Impacto del Cambio de la Temperatura sobre el Crecimiento de las Plantas y los Ecosistemas El incremento de la temperatura, debido al proceso de calentamiento global, puede ser beneficioso para el crecimiento y sobrevivencia de aquellas plantas que sufren daño por bajas temperaturas y congelamiento. En otras regiones mas templadas o tropicales, las plantas pueden sufrir stress debido a las altas temperaturas. Existe evidencia que ciertos eventos tales como sequias, inundaciones, huracanes, etc., pueden acompañar al calentamiento global, en cuyo caso el daño sufrido por las plantas es aun mayor.. Se estima que la PPN se verá incrementada en los proximos 60 años debido al incremento en la temperatura, especialmente en las regiones boreales y latitudes medias. Se espera que la PPN incremente el 1% por cada 1 grado C en regiones donde la temperatura media anual es de 30 C y 10% en regiones donde la temperatura media anual es de 0 C. El rendimiento en los cultivos sera discutido en una futura clase, pero los resultados de las estimaciones indican que las regiones de bajo rendimiento estaran razonablemente compensadas por el mayor rendimiento de otras regiones. Impacto de la Precipitacion y la Disponibilidad de Agua Las hojas de las plantas poseen pequenias oberturas llamadas estomas que permiten regular el intercambio de vapor de agua y el CO2 con la atmosfera. Las plantas que no sufren de stress hidrico mantienen sus estomas abiertos para un intercambio optimo de CO2. Sin embargo, bajo condiciones de stress, las plantas cierran sus estomas para restringir la perdida de agua. Las plantas poseen tambien otros mecanismos como la colocacion de las hojas en estado de facidez, lo que contribuye con una menor absorcion de luz, o la perdida de la hoja para reducir la perdida de agua. Las plantas C4 tienen una mayor EUA que las plantas C3. Mayores niveles del CO2 atmosferico puede ocasionar que los estomas se cierren ligeramente, incrementar la EUA, e incrementar la ganancia de carbono en condiciones de baja disponibilidad de agua para las plantas. Mayores temperaturas pueden conducir a mayores diferencias en la concentracion del vapor de agua dentro y fuera del estoma y de esta forma reducir la EUA de la planta. Efectos Directos de la Concentracion de CO2 Las tasas fotosinteticas incrementarian en un 25-75%, en las plantas C3, al duplicarse la concentracion de CO2 . Los datos son menos concluyentes en el caso de las plantas C4, siendo los intervalos de respuesta desde 0% hasta un 10-25% de incremento. Es importante considerar que los resultados son dependientes de la temperatura. El incremento en el CO2 atmosferico, acompaniado de mayores tasas fotosinteticas y un descenso en el requerimiento de agua, se traduce en un ascenso en las tasas de crecimiento y el rendimiento de las plantas C3, C4 y el crecimiento de las plantulas de los arboles. La respuesta a CO2 elevados sera mas pronunciado en regiones donde la disponibilidad de agua es un factor limitante. La respuesta neta de los ecosistemas al incremento del CO2 atmosferico, ya sea directa o indirectamente a traves de los cambios de temperatura y disponibilidad de agua, son muy complejos y poco entendidos. Probablemente el incremento gradual de las concentraciones de CO2 atmosferico tenga solo un impacto tambien gradual en los ecosistemas terrestres a nivel global. Procesos y Propiedades del Suelo Los cambios de temperatura tendran solo efectos minimos en las tasas de reaccion de los procesos inorganicos del suelo. Sin embargo cambios en la humedad del suelo tendrian efectos significativos en la movilidad de los nutrientes disponibles a las plantas. Dinamica del Carbono La cantidad total de carbono que existe en los distintos reservorios es como sigue : Suelo 1500 Gt Biomasa aerea 600-700 Gt Atmosfera 800 Gt Oceanos 40,000 Gt Tanto la PPN como la descomposicion de la materia organica aumentaran con los incrementos de temperatura. Si la humedad esta realmente disponible, la descomposicion de la materia organica incrementara mas que la PPN con el calentamiento global, contribuyendo de esta manera con un mayor CO2 atmosferico. Sin embargo, si la humedad se vuelve mas limitante entonces la descomposicion se vera afectada en mayor grado. Aquellos modelos que consideran tanto la temperatura como la humedad, sugieren que el aumento en la PPN podria conducir a mayores niveles de carbono en el suelo en un marco ambiental donde el CO2 incrementa. El cambio de uso de la tierra es un factor mucho mas importante que los cambios en la PPN en el contenido de carbono del suelo. Por lo general, cerca de la mitad del carbono nativo es perdido del suelo cuando estos son sometidos a cultivos por un periodo de 50 a 100 anios. Land use is a much more important factor than changes in NPP for determining soil carbon. Typically about half of the native carbon is lost from soils when they are put under cultivation over a period of 50-100 years. Las practicas de cultivo de minimo impacto reducen la perdida de carbono del suelo. Biodiversidad del Suelo El cambio climatico, especificamente los cambios de temperatura y disponibilidad de agua, podrian cambiar las poblaciones microbianas y de microfauna del suelo, pero los cambios en las practicas de uso de la tierra son aun de mayor impacto. Otro elemento importante del cambio global que ha sido asociado con la perdida de hongos en la zona radical de algunos biomas (particularmente bosques) es el incremento en la deposicion de nitrogeno debido a las emisiones iundustriales de NOX. Procesos ecologicos Los organismos interactuan con su ambiente fisico y con otros organismos formando una compleja red de dependencias e interrelaciones denominadas "cadenas troficas". Esta interconectividad dificulta los estudios de impacto del cambio global en los ecosistemas. La combinacion de todos los factores ambientales y la interaccion con con otros organismos determina las condiciones del sitio donde un organimo vive, es decir su "nicho". Algunos nichos son mas vulnerables al cambio global que otros. Las interacciones dentro de los ecosistemas incluyen competencia, herbivoria, parasitismo, y mutualismo (componentes del ecosistema que proveen beneficio mutuo, tal como las abejas polinizadoras y las plantas con flores). Comunidades y Dinamica de la Comunidad El conjunto de especies diferentes que interactuan en una variedad de formas en un area determinada se define como comunidad. Las comunidades estan en un cambio constante y estan sujetas a la "sucesion", proceso por el cual la comunidad puede sufrir un cambio importante en la abundancia y composicion de especies. La perdida de una especie puede crear oportunidades para el establecimiento de una nueva especie o generar cambios poblacionales de una especie ya establecida. Las comunidades pueden migrar y dispersarse a medida que las condiciones ambientales cambian. La tasa de cambio ambiental comparada con la habilidad de la comunidad para adaptarse a tal cambio o desplazarse hacia otras regiones mas favorables, determina la sobrevivencia de dicha comunidad bajo esas situaciones de cambio. Ecosistemas y Biomas La comunidad y su ambiente abiotico constituye un ecosistema. Los componentes bioticos y abioticos pueden tener interacciones significativas. La definicion de bioma se dio anteriormente: un bioma es una zona de vida o region biogeoclimatica que presenta caracteristicas climaticas, edaficas y tipos de vegetacion comunes. Ejemplos de biomas tipicos lo constituyen los desiertos, arbustales, la tundra, bosques humedos, pastizales, etc. (vea esta imagen). Colapso del Ecosistema Varios modelos se han utilizado para estudiar las interacciones dentro y entre los ecosistemas. Tales estudios son utiles para determinar la vulnerabilidad de un ecosistema al colapso debido a la perdida de algunas especies clave, o la introduccion de especies invasoras. Esto puede impactar el funcionamiento de un ecosistema en terminos de su habilidad para asimilar agua, luz, y nutrientes en la produccion de carbono organico. La figura a continuacion muestra los cambios en la vegetacion natural de los EE.UU., simulada por dos diferentes modelos de vegetacion considerando el doble de la concentracion actual de CO2 atmosferico. Los mapas de la derecha consideran los efectos climaticos y fisiologicos de aumentar el CO2 atmosferico, mientras que el mapa del centro considera solo los efectos climaticos. La siguiente figura muestra el cambio en la acumulacion de carbono terrestre simulado para los EE.UU. considerando el doble de la concentracion actual de CO2 atmosferico para varias combinaciones de modelos climaticos, modelos biogeoquimicos y modelos de vegetacion.

Transcripcion realizada por Teresa M. Nichols
Traduccion realizada por Bibiana Bilbao