Contrasting Soil-Surface CO2 and CH4 Fluxes across Marsh Types in a Cold- Temperate Wetland: Links with Soil Moisture, Enzyme Activity, and Microbial Communities
Este estudio revela que en un humedal de clima templado-frío, distintos tipos de marismas exhiben patrones contrastantes de flujo de CO2 y CH4 en la superficie del suelo impulsados por variaciones en la humedad del suelo, las actividades enzimáticas y las comunidades microbianas, con las emisiones de metano mostrando un acoplamiento más fuerte a los controles bióticos y ambientales que el dióxido de carbono.
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Los humedales se encuentran entre los motores más vitales del sistema climático de la Tierra, actuando como esponjas masivas que almacenan carbono mientras liberan simultáneamente gases que calientan la atmósfera. Dos de estos gases, el dióxido de carbono y el metano, son centrales en la historia de cómo funcionan los humedales. Mientras que el dióxido de carbono se libera cada vez que las plantas y los microbios descomponen la materia orgánica, el metano es una bestia totalmente distinta; solo se forma cuando el oxígeno es escaso, creando un mundo oculto y submarino donde prosperan microbios específicos. Debido a que estos dos gases responden a su entorno de maneras tan diferentes, los científicos han sospechado durante mucho tiempo que los detalles minúsculos del paisaje de un humedal —ya sea que esté dominado por gramíneas, arbustos o árboles— podrían causar que los gases se comporten en direcciones opuestas. Comprender este delicado equilibrio es crucial, ya que determina si un humedal actúa como un sumidero neto, atrapando el carbono, o como una fuente neta, bombeando gases que atrapan el calor hacia el cielo.
En la extensión fría y remota de las Grandes Montañas Xing'an en el norte de China, un equipo de investigadores se propuso probar estas ideas dentro del Parque Nacional de Humedales de Genheyuan. Este paisaje es un mosaico de tres tipos distintos de marismas situadas una al lado de la otra: marismas de gramíneas abiertas, humedales llenos de arbustos y bosques donde los árboles crecen directamente en el agua. Los científicos querían saber si estos diferentes hábitats respiraban de manera diferente. Durante dos temporadas de crecimiento, colocaron cámaras selladas en el suelo en cada tipo de marisma para medir los gases que escapaban del suelo. También cavaron en el suelo para medir qué tan húmedo estaba, qué nutrientes contenía, qué enzimas estaban activas y qué comunidades de bacterias y arqueas vivían allí. Su objetivo era ver si el tipo de vegetación sobre el suelo dictaba el flujo de gases debajo, y si los dos gases, el dióxido de carbono y el metano, seguían las mismas reglas o marchaban al ritmo de tambores diferentes.
Los resultados revelaron un patrón sorprendente y contraintuitivo. La marisma forestal, donde los árboles como el alerce y el abedul se alzaban altos, liberó la mayor cantidad de dióxido de carbono. Esto tiene sentido, ya que el suelo rico y los sistemas de raíces de un bosque están ocupados descomponiendo la materia orgánica. Sin embargo, esta misma marisma forestal actuó como una esponja para el metano, absorbiéndolo consistentemente del aire en lugar de liberarlo. En marcado contraste, la marisma de gramíneas liberó la menor cantidad de dióxido de carbono pero se convirtió en una poderosa fuente de metano, emitiéndolo a la atmósfera a tasas mucho más altas que los otros hábitats. La marisma de arbustos se situó en el medio, liberando cantidades moderadas de dióxido de carbono y cantidades moderadas de metano. Esto significó que a medida que el paisaje cambiaba de gramínea a arbusto y luego a bosque, los dos gases no subían y bajaban juntos; en cambio, se movían en direcciones opuestas, con uno alcanzando su máximo donde el otro estaba en su punto más bajo.
La clave de este rompecabezas residía en la humedad del suelo. Las marismas de gramíneas y de arbustos fueron consistentemente más húmedas, con niveles de humedad del suelo que se mantuvieron altos durante toda la temporada de crecimiento. Esta saturación creó las condiciones de escasez de oxígeno necesarias para que los microbios productores de metano prosperaran y liberaran su gas. La marisma forestal, por el contrario, era significetivamente más seca. Este nivel de humedad más bajo permitió que más oxígeno llegara al suelo, lo que fomentó que los microbios que consumen metano se volvieran activos, convirtiendo el suelo del bosque en un sumidero que filtraba el gas del aire. Aunque las temperaturas del aire y del suelo fueron similares en los tres hábitats, la diferencia en qué tan húmedo permanecía el suelo fue el factor más estable y claro que separó los tipos de marismas.
Excavando más profundamente en el suelo, los investigadores descubrieron que la maquinaria biológica dentro de cada marisma era tan distinta como las plantas de arriba. La marisma de arbustos era una potencia de ciclos de nutrientes, reteniendo altos niveles de nitrógeno y carbono, y su suelo estaba repleto de enzimas activas que descomponen la materia orgánica compleja. La marisma forestal, aunque más seca, poseía altos niveles de carbono orgánico disuelto y fósforo disponible. Lo más importante es que las comunidades microscópicas que vivían en el suelo eran diferentes en cada hábitat. La marisma de arbustos albergaba una gama más diversa de microbios relacionados con el metano, incluyendo un grupo específico llamado Methanoregula, mientras que la marisma de gramíneas estaba dominada por un grupo diferente llamado Methanobacterium. La marisma forestal, con sus condiciones más secas, sostenía una estructura de comunidad que favorecía el consumo de metano sobre su producción.
El estudio concluyó que el flujo de estos gases no es impulsado por un solo factor, sino por una compleja red de interacciones. Mientras que la liberación de dióxido de carbono parecía ser un reflección directa del tipo de hábitat —simplemente mayor en el bosque y menor en la gramínea—, la historia del metano era mucho más intrincada. El flujo de metano estaba estrechamente vinculado a los efectos combinados de la humedad del suelo, la disponibilidad de nutrientes, la actividad de las enzimas del suelo y la mezcla específica de microbios presentes. Los investigadores encontraron que el metano no solo respondía al paisaje; era moldeado por los intrincados procesos biológicos y químicos que ocurrían dentro del suelo. Este descubrimiento resalta que en los humedales de clima templado-frío, no se puede asumir que todos los gases se comportan de la misma manera. Un humedal puede ser una fuerte fuente de metano mientras es, simultáneamente, una fuente modesta de dióxido de carbono, o viceversa, dependiendo de la sutil interacción del agua, la vida y la química bajo la superficie.
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