La Estación Experimental de Aranjuez: un laboratorio natural para estudiar los ecosistemas semiáridos del centro de la Península Ibérica

14/06/2017 0 comentarios
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Comenzamos con esta entrada una serie de descripciones breves de zonas de estudio y estaciones experimentales de los cinco continentes que han sido/son emblemáticas en el estudio de la ecología de las zonas áridas. Queremos dedicar la primera entrada de esta serie a un lugar que, por motivos más que obvios, es muy importante para los que mantenemos este blog, como el lector descubrirá a continuación

En la investigación ecológica actual cada vez tienen más importancia las aproximaciones basadas en el uso intensivo de la información que proporcionan los satélites, las simulaciones matemáticas con ordenador y las herramientas moleculares. No obstante, buena parte de las investigaciones ecológicas todavía comienzan con la toma de datos en el campo, una tarea insustituible a la hora de conocer mejor el medio ambiente que nos rodea y las consecuencias de nuestras actividades para los organismos y los procesos ecológicos que dependen de ellos. Es por ello que el uso de estaciones experimentales, lugares con facilidades para realizar investigaciones al aire libre (con facilidad de acceso, laboratorios, alojamiento, sensores para medir variables meteorológicas, etc.), tiene gran tradición e importancia en ecología, sobre todo cuando se trata de estudiar procesos a largo plazo en los que es necesario realizar campañas de monitoreo o mantener estructuras experimentales durante mucho tiempo.

El Laboratorio de Ecología de Zonas Áridas y Cambio Global de la Universidad Rey Juan Carlos (LEZAC) puso en marcha durante el otoño de 2006 la Estación Experimental de Aranjuez (EEA), situada en las cercanías de Aranjuez, a 55 km al sur de Madrid (40 º 02 'N - 3 º 32'W, Figura 1). La EEA es parte de la Finca de Sotomayor, un área históricamente dedicada a albergar las Caballerizas Reales que en los últimos tiempos se ha utilizado como coto de caza menor y como zona de experimentación para el crecimiento de los cultivos de cereales típicos de las zonas mediterráneas semiáridas. Esta finca es propiedad de la Comunidad de Madrid, que ha venido gestionándola a través del Instituto Madrileño de Investigación y Desarrollo Rural, Agrario y Alimentario. La misma forma parte de la red de zonas protegidas de la Unión Europea Natura 2000, ya que está incluida dentro de la Zona de Especial Protección para las Aves "Carrizales y Sotos de Aranjuez" y del Lugar de Importancia Comunitaria "Vegas, Cuestas y Páramos del Sureste". El clima de la EEA es mediterráneo semiárido, con una temperatura y precipitación media anual de 15 ºC y 349 mm, respectivamente. El suelo presenta contenidos muy elevados de yeso, por lo que entre su vegetación, dominada por el esparto o atocha (Stipa tenacissima) y la retama (Retama sphaerocarpa), vamos a encontrar plantas típicas de este tipo de suelo, como Helianthemum squamatum y Gypsophila strutium (Figura 2). Los espacios abiertos situados entre las plantas perennes se encuentran colonizados por una costra biológica del suelo (CBS, discutimos este grupo de organismos y su importancia para los ecosistemas áridos en esta entrada del blog) bien desarrollada y dominada por líquenes como Diploschistes diacapsis, Squamarina lentigera, Psora decipiens y Fulgensia subbracteata (Figura 3) estando presentes también musgos como Pleurochaete squarrosa y Didymodon acutus y cianobacterias pertenecientes a géneros como Nostoc, Scytonema y Microcoleus.

Localización de la EEA

Figura 1. Ubicación de la Estación Experimental de Aranjuez y vista de la costra biológica del suelo y vegetación que pueden encontrarse en este lugar.

El programa de investigación del LEZAC en la EEA se centra en tres temas principales: i) el estudio de la CBS y su influencia en la estructura y funcionamiento del ecosistema, ii) el análisis de los efectos del cambio climático sobre los organismos (vegetación, CBS y comunidades microbianas) y los procesos ecosistémicos que dependen de ellos, y iii) análisis de las interacciones planta-planta y suelo-planta. A continuación presentaremos de manera muy resumida algunos de los principales resultados obtenidos dentro de estas líneas de investigación.Vista zona estudio

Figura 2. Vista de la EEA al amanecer un día de invierno. Fotografía de Beatriz Gozalo.

Costra biológica

Figura 3. Vista en primer plano de los líquenes que forman parte de la costra biológica del suelo en la Estación Experimental de Aranjuez: Diploschistes diacapsis, Fulgensia subbracteata y Psora decipiens (talos blanco, amarillo y rosa, respectivamente). Fotografía de Fernando T. Maestre.

Un objetivo central de nuestra investigación del LEZAC es entender cómo funcionan los ecosistemas de las tierras secas, por lo que para lograrlo tenemos que entender lo que hace la CBS, una comunidad clave en estos ecosistemas (Figura 4). El estudio de la ecología de la CBS y de sus efectos sobre la estructura y funcionamiento del ecosistema ha sido una de las actividades principales de investigación llevadas a cabo en la EEA durante la última década. Nuestros estudios han puesto de manifiesto que la CBS desempeña un importante papel en los ciclos de nutrientes que tienen lugar en este tipo de ecosistemas. Así, hemos observado que el nitrógeno (N) orgánico disuelto es la principal forma de N bajo la CBS y que la cantidad de nitrato, una fuente de nitrógeno fácilmente disponible para las plantas y otros organismos, disminuye bajo la CBS en comparación con los microambientes vegetados y las zonas de suelo "desnudo" desprovistas de CBS. También hemos visto que la CBS determina la distribución espacial del amonio y nitrato a pequeña escala, comprobado que los eventos de rocío estimulan la mineralización de N en suelos dominados por la CBS, y que los efectos de los líquenes que forman parte de la CBS en la fertilidad y los microorganismos del suelo dependen de las características químicas de sus talos. También hemos estimado que los suelos de la EEA emiten entre 240 y 323 g de carbono por m2 y año debido a la respiración de las raíces y otros organismos del suelo, siendo las áreas dominadas por la CBS las principales emisoras de CO2 a la atmósfera. La CBS también modula procesos hidrológicos clave para el mantenimiento de la actividad biológica en las zonas áridas, como la infiltración de agua en el suelo y el secado del mismo después de los eventos de lluvia. Así, hemos comprobado que la CBS dominada por musgos actúa como una "esponja", aumentando la infiltración y reteniendo la humedad del suelo durante más tiempo, mientras que el suelo bajo la CBS dominada por líquenes se seca con mayor rapidez después de las lluvias.

vista Aranjuez costra

Figura 4. Aspecto de la vegetación de la EEA, dominada por Stipa tenacissima y donde puede apreciarse la aundante cobertura de la CBS dominada por líquenes. Fotografía de Fernando T. Maestre.

Las características de la CBS hacen de la misma una comunidad modelo ideal para estudiar multitud de cuestiones relevantes en Ecología. El reducido tamaño de sus componentes permite estudiar los efectos del cambio climático de forma experimental a una fracción del coste que supondría hacerlo con organismos de mayor tamaño, así como desarrollar complejos experimentos manipulativos a nivel de comunidad. En el año 2008 pusimos en marcha un experimento en la EEA donde estamos simulando las condiciones climáticas que se prevén para la segunda mitad del siglo XXI en las zonas semiáridas de la Península Ibérica (reducción de las precipitaciones cercana al 30 % y aumento de temperatura de unos 2,5 ºC por año, Figuras 5 y 6). El objetivo del mismo es evaluar cómo la CBS modula la respuesta de los ciclos del carbono, nitrógeno y fósforo, así como de las comunidades microbianas, al cambio climático, y estudiar cómo dicho cambio afectará a los principales componentes de la CBS. Este experimento, único en su clase, lleva manteniéndose de manera ininterrumpida desde 2008, y nos está proporcionando información de gran utilidad para predecir los efectos del cambio climático en los ecosistemas de las zonas áridas. Así, hemos encontrado que el aumento de temperatura está disminuyendo tanto la cobertura y diversidad de la CBS como su capacidad para fijar CO2 de la atmósfera mediante fotosíntesis. Dicho aumento está modificando también la composición de las comunidades microbianas del suelo, provocando un aumento significativo de la proporción hongos-bacterias en las zonas dominadas por la CBS. También hemos observado un aumento de la respiración del suelo con el calentamiento. Los resultados obtenidos hasta la fecha indican que el cambio climático traerá consigo importantes cambios en la composición de la CBS de estos ambientes, reduciendo también su capacidad de fijar CO2 atmosférico y disminuyendo las reservas del C en el suelo a medio y largo plazo.

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Figura 5. Vista de una parcela del experimento de cambio climático que el LEZAC mantiene en la EEA. Fotografía de Fernando T. Maestre.

Experimento Amanecer

Figura 6. Vista de una parcela experimental un día de invierno al amanecer. No es una mala vista, ¿verdad? Fotografía de Beatriz Gozalo.

Por lo que respecta al estudio de las interacciones planta-planta, el trabajo realizado en estos temas en la EEA se ha centrado en estudiar los principales determinantes de las interacciones de facilitación y competencia entre las plantas. Durante los años 2007-2011 llevamos a cabo distintos estudios para evaluar los efectos de la herbivoría y la variabilidad espacio-temporal en la disponibilidad de agua sobre la interacción entre Stipa tenacissima y especies de plantas perennes (Retama sphaerocarpa y Lepidium subulatum) y anuales. Al contrario de lo que se esperaba de acuerdo con la hipótesis dominante sobre la respuesta de las interacciones planta-planta a cambios ambientales, nuestros resultados apuntan a que el clima no es el factor predominante que determina el signo de las interacciones entre dos especies de plantas. Por orden de importancia, la herbivoría, las características ecológicas de las especies implicadas (su edad y su tolerancia relativa a la sombra y la sequía) y, por último, las condiciones climáticas y sus interacciones con los factores anteriormente mencionados son los factores clave que definen el signo y la intensidad de las interacciones entre pares de plantas (Figura 7). En cuanto al efecto del clima, hemos observado que el patrón temporal, y no sólo la cantidad, de las precipitaciones es algo importante a considerar si queremos entender cómo el cambio climático va a afectar a estas interacciones. Mientras que el aumento de aridez puede conllevar un aumento de la competencia entre las especies estudiadas, el incremento de la frecuencia de lluvias más torrenciales, que penetran en el suelo a más profundidad, puede reducir la competencia entre arbustos (que toman su agua de zonas más profundas del suelo) y especies herbáceas, que se benefician de la humedad más superficial. Patrones similares a los encontrados aquí se han observado también en otras zonas áridas del planeta, donde se prevé que los arbustos se beneficien de los patrones de lluvia más extremos.

Retama

Figura 7. Vista de un ejemplar de Retama sphaerocarpa creciendo entre varias macollas de esparto. Fotografía de Fernando T. Maestre.

En la EEA también hemos estudiado importantes interacciones planta-suelo, como la descomposición y los efectos del cambio climático en la misma. Así, hemos evaluado la importancia de la fotodegradación (Figura 8), proceso mediante el cual la luz solar reduce el contenido de lignina de la hojarasca, lo que permite que, una vez que lleguen al suelo, los restos de esos materiales sean más digeribles por los microorganismos que actúan en la descomposición. Ya sabíamos que la fotodegradación es un proceso de suma importancia en la descomposición de hojarasca en tierras secas, donde llueve muy poco, si bien nuestros estudios han corroborado la misma, demostrando que la fotodegradación acelera la tasa de descomposición de hojarasca en más de un 20 %

descomposición

Figura 8. Vista de las parcelas experimentales utilizadas por el grupo de Ana Rey para evaluar los efectos de la fotodegradación. Fotografía de Fernando T. Maestre.

Hasta la fecha la EEA ha albergado una veintena de experimentos realizados tanto por el LEZAC como por otros colegas del área de Biodiversidad y Conservación de la URJC y de varios centros del CSIC (José Ignacio Querejeta del CEBAS, Roberto Lázaro de la EEZA y Ana Rey del MNCN) que han sido realizados gracias a la financiación proporcionada por instituciones como la British Ecological Society, la Fundación BBVA (proyecto Intercambio), la Comunidad de Madrid, la Universidad Rey Juan Carlos, el Ministerio de Ciencia e Innovación y el Consejo Europeo de Investigación (proyecto BIOCOM). Los resultados de la investigación llevada a cabo en la EEA hasta la fecha se han publicado en un total de 26 artículos publicados en revistas científicas internacionales con revisión por pares.

La EEA está cumpliendo también una función muy importante en las tareas docentes, de formación de nuevos investigadores y personal técnico de apoyo y de divulgación que realizamos en el LEZAC. Así, esta estación experimental ha permitido la realización de siete tesis doctorales hasta el momento, tanto dentro del LEZAC (Santiago Soliveres, Andrea Castillo-Monroy, Manuel Delgado-Baquerizo, Cristina Escolar, y Miguel Berdugo) como de otros grupos que han trabajado en estas instalaciones (Guadalupe León del CEBAS-CSIC y Mónica Ladrón de Guevara, de la EEZA-CSIC), estando en la actualidad desarrollándose cuatro tesis doctorales más en la misma (Laura García, Concha Cano-Díaz, Marina Dacal y Ángela Lafuente). La EEA ha sido y es también una excelente escuela de formación de técnicos de apoyo a la investigación en el LEZAC (Victoria Ochoa, Beatriz Gozalo, Daniel Encinar, Miriam Navarro, Patricia Alonso, Jorge Papadopoulos y Becky Mou), quienes han desempeñado un papel fundamental en su mantenimiento a lo largo de los años. La EEA es también visitada cada año por estudiantes de grado, que aprenden acerca de la investigación que llevamos a cabo allí y utilizan también la EEA para sus trabajos de fin de grado, por investigadores visitantes en el LEZAC y por el público en general, ya que la EEA también ha sido escenario de una jornada de puertas abiertas dentro de la XV Semana de la Ciencia de Madrid.

Varios Aranjuez

Figura 9. Trabajar en la EEA es muy gratificante, si bien implica tener que empezar muchos días bien temprano y ¡sacar la furgoneta del barro en alguna que otra ocasión!

En definitiva, la EEA es un excelente laboratorio natural para estudiar cómo funcionan los ecosistemas semiáridos y cómo están respondiendo al cambio climático en el que estamos inmersos. Con el paso de los años se ha convertido también en una infraestructura científica única en España que está contribuyendo de forma notable a la formación de nuevas generaciones de ecólogos de zonas áridas. Si quieres aprender más sobre la EEA no te pierdas este vídeo hecho por la Unidad de Cultura Científica e Innovación de la Universidad Rey Juan Carlos: