En pasadas décadas, se ha reconocido que los ecosistemas terrestres estaban limitados principalmente por un nutrimento (i.e. nitrógeno o fósforo), por lo que consideraban que los estudios de los procesos biogeoquímicos deberían estar enfocados en entender la dinámica del elemento limitante, por lo que las propuestas de manejo y restauración estaban basadas en incorporar al elemento limitante, principalmente por fertilización. Recientemente, se ha reconocido que la producción primaria de los ecosistemas terrestres puede estar limitada por más de un elemento (C-N, C-P o C-N-P). Con este nuevo enfoque es necesario entender, por lo menos, la dinámica de carbono, nitrógeno y fósforo y sus relaciones, porque el incremento de la disponibilidad de un nutrimento puede reducir la disponibilidad de otro nutrimento. Esto sugiere que la dinámica de estos tres elementos puede estar acoplada. Los mejores indicadores para estudiar conjuntamente la dinámica de C, N y P son los cocientes estequiométricos elementales y la estequiometría de la actividad ecoenzimática, en el contexto de la Teoría de Estequiometría Ecológica.
La presente propuesta es realizar análisis estequiométricos conjuntamente con los análisis de los procesos biogeoquímicos, la actividad microbiana del suelo y la fisiología vegetal en diferentes ecosistemas mexicanos, con el fin de estudiar si los cocientes estequiométricos elementales de los diferentes componentes de los ecosistemas terrestres son un indicador aceptable de los procesos biogeoquímicos que explican la transformación de los nutrientes. Los ecosistemas que serán estudiados son: desierto en el valle de Cuatro Ciénegas (con y sin manejo agrícola), bosque de encinos en Michoacán y Estado de México (con y sin manejo agrícola), Manuel Doblado, Guanajuato (manejo agrícola) y parcelas con producción de trigo en el valle del Yaqui, Sonora. La información generada en este proyecto nos permitirá analizar qué tan resilientes son los ecosistemas estudiados a las pérdidas o ganancias de estos nutrimentos debido a diferentes tipos de manejo y a las consecuencias derivadas del Cambio Climático Global, debido a que el uso las herramientas estequiométricas puedan reflejar modificaciones en la importancia relativa de los procesos biogeoquímicos del suelo. Las implicaciones de esta propuesta nos permitirán evaluar y comparar diferentes ecosistemas, así como diseñar estrategias de manejo para reducir la degradación de los ecosistemas e inclusive mitigar las emisiones de gases de efecto invernadero.
Los enfoques que utilizaremos en este proyecto serán de descripción de procesos biogeoquímicos y de experimentación en condiciones controladas, dependiendo del nivel de descripción que se tienen de cada uno de los ecosistemas que serán estudiados. Por ejemplo, es necesario realizar la descripción de la dinámica de C, N y P en el suelo de las muestras provenientes de las parcelas agrícolas del Valle del Yaqui, Sonora, ya que no hemos realizado ningún estudio en este sitio de trabajo. En contraste, en el valle de Cuatro Ciénegas hemos realizado diversos trabajos para entender la dinámica de estos nutrimentos bajo diferentes coberturas vegetales y tipos de manejo. Por lo cual, con las muestras de este sitio nos centraremos a realizar experimentos controlados para analizar cómo responden la alfalfa a los cambios inducidos por modificar la estequiometría C:N:P del suelo por medio de la fertilización. Por último, realizaremos un análisis comparativo de las relaciones estequiométricas C:N:P y los procesos de transformación de nutrientes en los ecosistemas estudiados bajo el enfoque de la Teoría de Estequiometría Ecológica. De esta manera podremos evaluar si los cocientes estequiométricos son indicadores adecuados para analizar los procesos biogeoquímicos del suelo. Este tipo de proyecto son pioneros en México y es necesario realizarlo de manera interdisciplinaria.
En pasadas décadas, se ha reconocido que los diferentes ecosistemas terrestres estaban limitados por un nutrimento, por lo que consideraban que la productividad primaria estaba principalmente limitada por N (i.e. bosque templados o desiertos; Aber y Melillo 1991, Noy-Meir 1985) o por el P (bosques tropicales; Vitousek 1984, Vitousek and Sanford 1986). Como consecuencia de esta conclusión, los estudios de los procesos biogeoquímicos fueron enfocados en entender la dinámica del elemento limitante y las propuestas de manejo y restauración estaban basadas en incorporar al elemento limitante, principalmente por fertilización. Recientemente, se ha reconocido que la producción primaria de los ecosistemas terrestres no está limitada principalmente por sólo un nutrimento, sino que puede estar co-limitada por C-N, C-P o por los tres elementos (C-N-P; Sinsabaugh et al. 2009, Stener y Elser 2002, Tapia-Torres et al. 2015). Con este nuevo enfoque es necesario entender, por lo menos, la dinámica de estos tres elementos y sus relaciones. Esto es debido, que el incremento de un elemento artificialmente puede favorecer la reducción de la disponibilidad del otro elemento (Paul 2007). Por ejemplo, la fertilización de suelos volcánicos con N inorgánico favorece la reducción del pH y por tanto se incremente la oclusión geoquímica del P (Paul 2007, Tapia-Torres y García-Oliva 2013).
Sin embargo, es necesario contar con una herramienta metodológica que pueda integrar la dinámica de C, N y P, para entender si su dinámica está acoplada. Actualmente, los mejores indicadores son los cocientes estequiométricos elementales, así como también la estequiometría de la actividad ecoenzimática (Sinsabaugh et al. 2009), en el contexto de la Teoría de Estequiometría Ecológica (Sterner y Elser, 2002). A pesar de que actualmente se ha publicado muchos trabajos sobre estequiometría elemental en diferentes ecosistemas terrestres (i.e. Bell et al. 2013, Carciner et al. 2015, Feng et al. 2019, Umair et al. 2020), pocos trabajos integran los análisis estequiométricos con los procesos biogeoquímicos, la actividad microbiana del suelo y la fisiología vegetal. Así mismo, no existen trabajos que integren estos estudios con las emisiones de gases de efecto invernadero en parcelas agrícolas. La presente propuesta es realizar estos estudios integrados en diferentes ecosistemas mexicanos.
La información generada en este proyecto nos permitirá analizar si los análisis estequiométricos son una buena herramienta para evaluar si la dinámica de estos tres elementos está acoplada y, por tanto, que tan resilientes son los ecosistemas a pérdidas o ganancias de estos nutrimentos debido a diferentes tipos de perturbaciones. Ejemplo de posibles perturbaciones están ligadas a los escenarios de Cambio Climático Global, así como las derivadas del manejo de los ecosistemas (i.e., agrícolas, agropecuarios o forestales). La mayoría de los trabajos que evalúan niveles de degradación de los procesos biogeoquímicos se basan en valores absolutos de las variables medidas, lo que hace muy difícil compararlos entre ecosistemas con diferentes condiciones ambientales y de manejo. Por lo que el uso las herramientas estequiométricas que puedan reflejar cambios en la importancia relativa de los procesos de transformación de las diferentes moléculas del suelo, puede representar en un mejor indicador para hacer estas evaluaciones. Las implicaciones de esta propuesta nos permitirán evaluar y comparar diferentes ecosistemas, así como diseñar estrategias de manejo para reducir la degradación de los ecosistemas e inclusive mitigar las emisiones de gases de efecto invernadero.