Carbon sequestration in Mediterranean ecosystems: critical aspects related to plant respiration, wildfires and nitrogen budget

La producció primària neta (NPP) de la biosfera està limitada pels baixos nivells actuals de CO2 atmosfèric (Ca). Per conseqüent, l'augment de Ca degut a l'activitat humana, considerat la causa principal del canvi climàtic, s'hauria de traduir en un augment de la NPP i, per tant, en un augment del segrestament de Ca a la biomassa. Els augments de NPP i del segrestament de Ca ja són detectables en boscos boreals i tropicals. L'augment de Ca produeix també una disminució de la respiració vegetal ?un 17 % de mitjana?, fet que podria provocar que el segrestament de Ca fos més gran que no s'havia previst. Aquests resultats han fet que alguns autors ofereixin visions força optimistes sobre la capacitat dels ecosistemes terrestres per compensar l'excés de Ca. No obstant això, l'augment de Ca no es tradueix només en un augment de la NPP (diferent per a cada espècie), sinó també en canvis en la morfologia de la planta (també diferents per a cada espècie), que comportaran canvis en els patrons d'ocupació de l'espai, que fan difícil predir en quin sentit canviarà la NPP a llarg termini en l'ecosistema sencer. No és gens clar que aquestes previsions optimistes siguin aplicables als ecosistemes terrestres mediterranis, en els quals la sequera ?principal factor limitant de la NPP? s'espera que s'agreugi en un futur, com a conseqüència del canvi climàtic. L'agreujament de la sequera es pot traduir en un augment del risc d'incendi, fet que pot conduir els ecosistemes mediterranis a una situació de gran inestabilitat, en cas que la periodicitat i la intensitat dels focs superin llur capacitat de recuperació (per germinació o rebrot). L'incendi implica pèrdues importants de N i P per volatilització; també provoca un fort augment de la disponibilitat de nutrients (sobretot N) i, doncs, un augment de la fertilitat del sòl. Moltes espècies mediterrànies, i en concret l'alzina (Quercus ilex), tenen una gran capacitat d'acumular N en òrgans basals, probablement per facilitar un rebrot ràpNet primary production (NPP) in the biosphere is limited by the current low atmospheric CO2 concentration (Ca). Hence, the increase in Ca due to anthropogenic activities, which is thought to be the main cause of climate change, is expected to result in an increase in NPP, and therefore in an increased Ca sequestration in the biomass. Increases in NPP and Ca sequestration in the biota are already detectable in boreal and tropical forests. Increased Ca results in a decrease in plant respiration ?on average, about 17%?, and therefore the increase in Ca sequestration could be higher than previously assumed. This has led some authors to publish highly optimistic views about the capacity of terrestrial ecosystems to compensate for the excess of Ca. Nevertheless, increased Ca results not only in an increase in NPP (different for every plant species), but also in changes in plant morphology (also different for every plant species); these will result in changes in the patterns of space occupation by plants, which make it difficult to predict how the NPP will change in the long term, at a whole-ecosystem level. It is not clear that such optimistic views can be applied to Mediterranean terrestrial ecosystems, in which drought ?the main constraint for NPP? is expected to increase in the future as a result of climate change. Increased drought is expected to lead to a greater risk of wildfires, which can generate a highly unstable situation in the ecosystem if the periodicity and intensity of fire events surpasses its capacity to recover (either by resprouting or seeding). Wildfires cause significant losses of N and P by volatilization. They also result in a strong increase in the availability of nutrients (mainly N), and hence an increase in soil fertility

Aplicació de la termoquimiolisi - cromatografia de gasos - espectrometria de masses a l'estudi de la matèria orgànica del sòl

Estudi realitzat a partir d’una estada a la Université de Poitiers, França, entre 2007 i 2009. El treball s'ha centrat en dues activitats bàsiques. El treball realitzat s’ha centrat en dues activitats bàsiques. D’una banda, la posada a punt d'un protocol de fraccionament de la matèria orgànica del sòl, per extraccions successives amb solvents alcalins després d'una seqüència de pretractaments al sòl: cap pretractament, atac amb àcid (per destruir els carbonats), atac amb ditionit (per reduir els òxids de Fe i Al i facilitar l'extracció de la matèria orgànica associada a aquests compostos). El protocol dóna una visió de conjunt de la situació de la matèria orgànica del sòl, combinant aspectes físics (protecció, precipitació, oclusió per carbonats) i químics (grau d'humificació). D’altra banda, l'aprenentatge de la tècnica de termoquimiolisi-cromatografia de gasos-espectrometria de masses. Aquest era l'objectiu de l'estada a Poitiers, al qual hem donat prioritat. Ens hem centrat en l'estudi de fraccions físiques (densimètriques) obtingudes en estudis anteriors sobre sòls forestals. Les fraccions considerades són: fracció lleugera (FL), tres fraccions ocluïdes (OC1, OC2 i OC3) i fracció densa (FD). L’aplicació de la termoquimiolisi permet de caracteritzar diversos grups de substàncies, de les quals ens hem centrat en alguns indicadors bioquímics: àcids grasos, alcohols, diàcids, productes fenòlics i altres productes aromàtics, derivats de carbohidrats. L’estudi de conjunt d’aquests productes indica que és a les fraccions ocluïdes (que solen ser minoritàries a tots els horitzons) on la matèria orgànica d’origen microbià és dominant, mentre que a les fraccions lleugera (FL) i densa (FD) la matèria orgànica d’origen vegetal sembla dominant. Es preveu aplicar aquesta tècnica a l’estudi de les fraccions obtingudes a la primera part del treball, actualment congelades i a l’espera de ser processades.Report for the scientific sojourn carried out at the University of Poitiers, France, from 2007 until 2009. The work carried out has been focused on two main activities. On the one hand, the setup of a protocol for soil organic matter (SOM) fractionation, by means of successive extractions with alkaline solvents after a sequence of pre-treatments in the soil sample: no pretreatment, attack with acid (to destroy carbonates), attack with ditionite (to reduce Fe and Al oxides thus facilitating the extraction of the SOM associated to them). The protocol yields an overall view of the state of SOM, from a physical point of view (protection, precipitation, occlusion by carbonates) and from a chemical point of view (humification degree). On the other hand, learning the technique of thermochemolysis-gaz chromatography-mass spectrometry, applied to the study of SOM. This was the main aim of the stage in Poitiers, and priority has been given to it. Our work has been focused on the study of densimetric fractions obtained from previous studies on mediterranean forest soils. The following fractions are considered: light fraction (LF), three occluded fractions (OC1, OC2 and OC3) and dense fraction (DF). Several types of biochemical indicators have been studied: fatty acids, alcohols, diacides, phenolic and other aromatic compounds, sugar derivatives. The study of these compounds suggests that the occluded fractions, though a minor part of the total SOM, concentrate the most of microbial-derived organic compounds, whereas the light fraction and the dense fraction are mostly plant-derived

Carbon sequestration in Mediterranean ecosystems: critical aspects related to plant respiration, wildfires and nitrogen budget

La producció primària neta (NPP) de la biosfera està limitada pels baixos nivells actuals de CO2 atmosfèric (Ca). Per conseqüent, l'augment de Ca degut a l'activitat humana, considerat la causa principal del canvi climàtic, s'hauria de traduir en un augment de la NPP i, per tant, en un augment del segrestament de Ca a la biomassa. Els augments de NPP i del segrestament de Ca ja són detectables en boscos boreals i tropicals. L'augment de Ca produeix també una disminució de la respiració vegetal un 17 % de mitjana, fet que podria provocar que el segrestament de Ca fos més gran que no s'havia previst. Aquests resultats han fet que alguns autors ofereixin visions força optimistes sobre la capacitat dels ecosistemes terrestres per compensar l'excés de Ca. No obstant això, l'augment de Ca no es tradueix només en un augment de la NPP (diferent per a cada espècie), sinó també en canvis en la morfologia de la planta (també diferents per a cada espècie), que comportaran canvis en els patrons d'ocupació de l'espai, que fan difícil predir en quin sentit canviarà la NPP a llarg termini en l'ecosistema sencer. No és gens clar que aquestes previsions optimistes siguin aplicables als ecosistemes terrestres mediterranis, en els quals la sequera principal factor limitant de la NPP s'espera que s'agreugi en un futur, com a conseqüència del canvi climàtic. L'agreujament de la sequera es pot traduir en un augment del risc d'incendi, fet que pot conduir els ecosistemes mediterranis a una situació de gran inestabilitat, en cas que la periodicitat i la intensitat dels focs superin llur capacitat de recuperació (per germinació o rebrot). L'incendi implica pèrdues importants de N i P per volatilització; també provoca un fort augment de la disponibilitat de nutrients (sobretot N) i, doncs, un augment de la fertilitat del sòl. Moltes espècies mediterrànies, i en concret l'alzina (Quercus ilex), tenen una gran capacitat d'acumular N en òrgans basals, probablement per facilitar un rebrot ràpNet primary production (NPP) in the biosphere is limited by the current low atmospheric CO2 concentration (Ca). Hence, the increase in Ca due to anthropogenic activities, which is thought to be the main cause of climate change, is expected to result in an increase in NPP, and therefore in an increased Ca sequestration in the biomass. Increases in NPP and Ca sequestration in the biota are already detectable in boreal and tropical forests. Increased Ca results in a decrease in plant respiration on average, about 17%, and therefore the increase in Ca sequestration could be higher than previously assumed. This has led some authors to publish highly optimistic views about the capacity of terrestrial ecosystems to compensate for the excess of Ca. Nevertheless, increased Ca results not only in an increase in NPP (different for every plant species), but also in changes in plant morphology (also different for every plant species); these will result in changes in the patterns of space occupation by plants, which make it difficult to predict how the NPP will change in the long term, at a whole-ecosystem level. It is not clear that such optimistic views can be applied to Mediterranean terrestrial ecosystems, in which drought the main constraint for NPP is expected to increase in the future as a result of climate change. Increased drought is expected to lead to a greater risk of wildfires, which can generate a highly unstable situation in the ecosystem if the periodicity and intensity of fire events surpasses its capacity to recover (either by resprouting or seeding). Wildfires cause significant losses of N and P by volatilization. They also result in a strong increase in the availability of nutrients (mainly N), and hence an increase in soil fertility