Efecto del cambio climático en la estructura y funcionamiento de los ecosistemas
Marco teórico
El cambio climático es uno de los componentes de lo que en la actualidad se reconoce como el cambio global (Vitousek 1992). Las tendencias en el aumento de la temperatura promedio global del último siglo, así como el aumento concomitante en la concentración atmosférica de diversos gases de invernadero como el bióxido de carbono (CO2), el metano (CH4) y el óxido nitroso (N2O), han provocado inquietud sobre las implicaciones de un cambio climático tanto en los ecosistemas naturales como en los manejados. Una evidencia del calentamiento reciente del planeta radica en que diez de los años más calientes de que se tiene registro, han ocurrido en las décadas de los 80's y 90's (Jones 1994).
El aumento de la temperatura puede afectar procesos biológico-ecológicos importantes. Por ejemplo, puede incrementar las tasas de respiración y las tasas de mineralización de N (i.e., la transformación de N orgánico a inorgánico). Ambos procesos, sin embargo, tienen consecuencias contrastantes sobre el almacenamiento de C (Houghton et al. 1998). El primero provoca una pérdida mientras que el segundo aumenta el almacén de C terrestre. El balance final depende de diversos factores tales como los cocientes C:N de la materia viva y del suelo, el destino final del N mineralizado, la capacidad de crecimiento de las plantas y la respuesta de los microorganismos del suelo. Aunque se ha postulado que el aumento en la temperatura provocará un secuestro de C en la madera de los bosques mayor que lo que se perderá a la atmósfera por la mineralización de la materia orgánica del suelo (Melillo et al. 1993), existen cuestionamientos serios sobre los resultados de los modelos que los han producido (Houghton et al. 1998).
La relación detectada entre los cambios de temperatura y la concentración de CO2 atmosférico (Keeling et al. 1995), han puesto de manifiesto un interés marcado en el balance de C del planeta, lo que ha provocado un esfuerzo internacional sobre el ciclo global de C como punto focal de investigación (ver Houghton & Meira Filho 1995, IGBP Global Change Newsletter, Marzo 1999).
Las consecuencias del cambio climático no sólo impllican variaciones globales en la temperatura sino también cambios regionales en los patrones de precipitación y por lo tanto, en los procesos dependientes de la disponibilidad de agua como la productividad primaria y la disponiblidad de nutrientes en el suelo. Existe aún incertidumbre con respecto a los cambios en precipitación a nivel global, aunque existe evidencia que fenómenos como El Niño, que afectan la lluvia a escala continental, ya están presentando anomalías. Las predicciones de los modelos sobre los cambios a nivel regional son aún más variables (Liverman & O’Brien 1991).
Relevancia
La preocupación internacional sobre el posible impacto del cambio climático en los ecosistemas fue puesta de manifiesto nuevamente en la reciente “Convención sobre el Cambio Climático” que se llevó a cabo en Kyoto, Japón, en 1997. En ella se realzó el papel importante que juegan las emisiones de gases de invernadero y la necesidad de reducirlas. Para ello se establecieron reglas que permitieran establecer objetivos en cuanto a las emisiones y a la captura de C, particularmente con respecto a la participación de los países desarrollados en las emisiones. El carbono tiene un lugar preponderante por su importancia en los procesos biológicos del planeta, así como el cambio de uso del suelo que afecta la emisión y la captura de C. En este último contexto, el uso del fuego como herramienta de transformación de los ecosistemas juega un papel crítico en el cambio climático. Su utilización provoca pérdidas y redistribución de carbono y nutrientes y puede reducir la productividad de los ecosistemas en el mediano y largo plazos (Kauffman et al. 1992). La transformación de los bosques tropicales a praderas puede traer cambios en los regímenes naturales de fuego que aumenten las emisiones de CO2 a la atmósfera (Kauffman et al. 1998), así como modificar el albedo por la modificación de la cobertura vegetal, con posibles repercusiones para el clima local, regional y global.
El entendimiento del impacto del cambio climático en los ecosistemas rebasa la capacidad de investigación de un solo grupo o incluso de un país. Por ello, es prioritario tener al menos un conjunto de sitios y de países que de manera coordinada traten de contestar algunas preguntas básicas sobre el fenómeno.
Métodos y variables
El estudio del impacto del cambio climático en los ecosistemas es complejo y requiere de la utilización de tres enfoques: a) el seguimiento de variables claves para la detección de los cambios en el clima; b) la utilización de experimentos en los que se incluya de manera explícita la manipulación de variables climáticas específicas, y c) la utilización de modelos de simulación que puedan acoplar variables biogeoquímicas, el cambio de uso del suelo y diversas variables atmosféricas.
Las variables climáticas que deben seguirse en el tiempo incluyen: la temperatura (máxima y mínima), la humedad relativa, la lluvia, el viento (velocidad y dirección), la presión atmosférica y la radiación. Sin embargo, desde el punto de vista de la relación del cambio climático y el carbono, también es importante medir concentraciones y flujos de carbono. El seguimiento de las variables lleva implícito la existencia de la infraestructura que permita medirlas, como una estación metereológica, un radiómetro, un evaporímetro y en el más largo plazo, torres con sensores que permitan medir gradientes.
El enfoque experimental involucra el manejo de variables que se consideran reguladoras de ciertos procesos. El cambio climático involucra un aumento en la temperatura. En el caso de los ecosistemas templados, donde la variación anual de la temperatura afecta de manera importante la producción primaria y la descomposición, la manipulación de la temperatura del suelo puede contribuir al entendimiento de las consecuencias del aumento de la misma en la descomposición y la mineralización de carbono y nutrientes. En el caso de los ecosistemas tropicales áridos y semiáridos, la variación en la disponibilidad de agua es fundamental. En estos casos, el enfoque experimental está orientado a la manipulación de la disponibilidad de agua en diversos procesos. Indudablemente, existen ecosistemas para los que la relación aumento de temperatura-disponibilidad de agua puede jugar un efecto sinérgico muy importante, como los ecosistemas desérticos templados.
Es indudable que para contemplar investigación sobre el efecto del cambio climático en los ecosistemas terrestres, es necesario partir de la existencia de una infraestructura mínima necesaria como la mencionada anteriormente para dar seguimiento al comportamiento de las variables climáticas. Los protocolos de medición deben ser uniformes así como el equipo que se utiliza para medir
Desde el punto de vista experimental, la situación ideal es partir de las predicciones que hacen los modelos para regiones específicas para el diseño de experimentos relevantes. Esto puede no ser factible en muchos casos y se puede seguir un procedimiento más empírico. Por ejemplo, identificar ecosistemas en los que la disponibilidad de agua sea crítica y diseñar experimentos específicos en los que se manipule la humedad del suelo para medir, por ejemplo, patrones de mineralización de C y nutrientes. Este tipo de experimentos se pueden realizar sin muchas sofisticaciones metodológicas pero requieren de un mínimo conocimiento sobre los patrones y cantidades de lluvia de los sitios particulares para tener un sentido ecológico realista. En el caso ecosistemas cuya vegetación no es muy alta se han construido sistemas automatizados sofisticados para modificar la cantidad y la distribución de la lluvia, pero ello sería impensable para vegetación arbórea.
También se pueden diseñar experimentos en los que se modifique la temperatura del suelo en aquellos ecosistemas en que las temperaturas mínimas regulan los procesos biológicos (e.g. los bosques de coníferas y mesófilos). Sin embargo, estos requieren de mayor sofisticación tecnológica para realizarlos ya que se necesitan aparatos para modificar, controlar y registrar la temperatura del suelo.
Infraestructura
Para explorar la interacción de variables, incluidos los cambios en la concentración de CO2, se requieren cámaras de ambiente controlado, o para el caso del CO2, contar con la tecnología denominada FACE (Free Air Chamber Experiments) que se utiliza en la actualidad para investigar los efectos del aumento de dicho gas atmosférico sobre aspectos ecofisiológicos y ecosistémicos. La medición de los flujos de CO2 entre la vegetación arbórea y la atmósfera requiere de torres y grúas que permitan utilizar la técnica de correlación de Eddy, lo cual implica una gran inversión de recursos.
La utilización de modelos de simulación representa otra herramienta para explorar a nivel local y regional tanto el impacto de la variación atmosférica sobre los ecosistemas como la retroalimentación debida a los cambios en el uso del suelo y de la cobertura vegetal. Existen modelos como el CENTURY (Ojima et al. 1993, Parton et al. 1994) capaces de integrar y proporcionar elementos de análisis y simulación en este contexto, pero que requieren de la capacitación de personal o del establecimiento formal de colaboración con expertos.
