La dinámica de la vegetación no es lineal

Publicación reciente:

Easdale M.H., et al., 2019. Trend-cycles of vegetation dynamics as a tool for land degradation assessment and monitoring. Ecological Indicators 107, 105545.

La degradación de la tierra y la desertificación se encuentran entre los problemas ambientales más relevantes en la mayoría de las regiones áridas y semiáridas del mundo. Los sistemas de monitoreo están en el centro de la demanda para respaldar la toma de decisiones y para la evaluación del impacto de los programas de intervención, como los programas de Lucha contra la Desertificación de las Naciones Unidas. Las metodologías actuales para evaluar la degradación de la tierra están en permanente debate y los esfuerzos se orientan al desarrollo de herramientas operativas precisas dirigidas a grandes regiones, como pueden ser la Patagonia, el Monte o la Puna en Argentina. Sin embargo, todavía faltan enfoques rigurosos y sistemáticos para abordar la dinámica compleja de la productividad de los pastizales áridos y semiáridos.

La información satelital ofrece oportunidades para retornar al pasado a estudiar procesos ecológicos para los cuales no se registraron datos en tierra o fueron costosos de obtener. La degradación de la tierra generalmente se define como una disminución a largo plazo del funcionamiento del ecosistema y la pérdida de productividad causada por la interacción de las perturbaciones humanas y ambientales. Si bien es un proceso complejo, que debe involucrar la evaluación de diferentes dimensiones biofísicas, la pérdida de productividad se puede abordar analizando las tendencias de índices espectrales como el Índice de Vegetación de Diferencia Normalizada (NDVI, por sus siglas en inglés), un buen estimador de la actividad fotosintética de la vegetación. Sin embargo, la mayoría de los estudios hasta la fecha utilizan tendencias monotónicas o lineales para evaluar la degradación de la tierra. El punto es que las tendencias a largo plazo de la productividad de la vegetación pueden exhibir dinámicas unidireccionales (monotónicas), pero también cíclicas (no monotónicas), incluyendo oscilaciones que pueden durar varios años, las cuales no pueden ser capturadas por las tendencias lineales (ver Easdale et al. 2018).

La Tendencia Cíclica es una propuesta que hemos desarrollado para el análisis de series de tiempo de la productividad, que proporciona información sobre movimientos a largo plazo mientras incluye cambios cíclicos en la dirección subyacente a la serie. Evaluamos los ciclos de tendencia del NDVI en Patagonia (Argentina) como aproximación a la dinámica de la productividad de la vegetación, integrando la tendencia y los ciclos de mediano plazo (> 4 años). Utilizamos imágenes MODIS entre los años 2000 y mediados de 2018. Los resultados muestran que los ciclos de tendencia explicaron una porción significativa de la información temporal total (que alcanzó casi el 20%), de la cual la mayoría de los patrones se explicaron por un comportamiento no monotónico (o sea cíclico). Se identificaron cinco patrones principales en la dinámica de la vegetación: Decrecimiento (0,1% del área), Incremento (0,6%), Recuperación (48,8%), Recaída (36,8%) y Sin Tendencia-Cíclica (13,8%). Contrariamente a lo que generalmente se ve en la literatura, los patrones lineales y particularmente las tendencias decrecientes se registraron marginalmente en los últimos 18 años de registros de NDVI en la Patagonia. En cambio, la mayor proporción del área se clasificó como recuperación inicial o avanzada y patrones iniciales de recaída, que se refieren a las fases de un comportamiento cíclico. Estos resultados enfatizan la necesidad de revisar la conceptualización de la evaluación de la degradación de la tierra por medio del uso de información satelital, y en particular, revisar críticamente la capacidad de las tendencias lineales para reflejar la dinámica de la vegetación. Finalmente, proponemos el uso potencial de la Tendencia Cíclica como una herramienta para monitorear evaluar la dinámica de la vegetación en programas orientados a neutralizar la degradación de la tierra.

Los pastizales naturales y el cambio climático

Por Andrea Enriquez

Grupo de Suelos y Aguas, Área de Recursos Naturales, IFAB (CONICET-INTA EEA Bariloche), enriquez.andrea@inta.gob.ar

Versión resumida publicada en el suplemento Pulso, Diario Río Negro

Actualmente crece el interés por conocer la contribución que los ecosistemas naturales y los manejados hacen al cambio climático. Las actividades humanas están modificando los ecosistemas dramáticamente y hoy, cerca del 40% de la superficie terrestre natural ha sido reemplazada por cultivos o pasturas. Este proceso  ha aumentado la concentración de ciertos gases con efecto invernadero (GEI), mayormente debido al uso de fertilizantes o al mismo cambio en el uso de la tierra. Sin embargo, la emisión de GEI desde ecosistemas naturales puede ser no despreciable y ameritan ser estudiadas. Esta perspectiva es utilizada a nivel mundial para generar inventarios, modelos predictivos o tomar decisiones de uso o conservación de ambientes.

Pastizales naturales bajo uso ganadero en la Patagonia

La ganadería de tipo extensiva es una de las principales actividades que se desarrollan en las estepas áridas y semiáridas de la Patagonia (Figura 1). Eso hizo que un grupo de Investigación en recursos Naturales del INTA Bariloche se interese en estudiar estos pastizales naturales bajo uso ganadero para entender su funcionamiento y estructura pero también los efectos del uso provocados por parte del hombre.

Figura 1. Sistema de pastizal natural en Patagonia Norte, bajo uso ganadero ovino. 

El ecosistema de estudio

La investigación se centró en los mallines, que son un tipo de humedal continental semipermantenteporque son relevantes para el desarrollo de la economía y calidad de vida de la región debido a su elevada productividad forrajera pero también a los importantes roles ecológicos que cumplen allí, a pesar de cubrir alrededor del 5% del territorio (Figura 2).

Figura 2. Mallín de región ecológica de Sierras y Mesetas: Seccional Casa de Piedra. 

El servicio ecosistémico abordado y objetivo del proyecto

A lo largo del trabajo, se comprobó que los suelos de mallines tienen una alta capacidad para secuestrar (capturar) carbono atmosférico (dióxido de carbono ó CO2) lo cual es una muy buena noticia para el ecosistema en sí mismo a nivel local, pero también colabora en la mitigación del calentamiento global a nivel mundial. Sin embargo, no todos los humedales son reservorios de GEI sino que muchos emiten cantidades significativas de metano (CH4) y otros de óxido nitroso (N2O), dos de los gases con mayor poder de calentamiento del planeta. Es por eso que, el objetivo de uno de los últimos proyectos abordados por el equipo de investigación, financiados por la Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica (PICT 2016-1909), fue estudiar el potencial de los mallines como emisores de tres GEI (CO2, CH4y N2O) bajo dos diferentes escenarios de cambio global: uso de la tierra y cambio climático.

La metodología implementada

Como los humedales son ecosistemas en los que los procesos biológicos y geoquímicos se controlan según el grado de saturación del suelo y según el clima y la disponibilidad de nutrientes, este proyecto contempló una metodología que permita establecer las relaciones causales entre estos parámetros y las emisiones  de GEI resultantes. Los escenarios de cambio global contemplados fueron de uso de la tierra (pastoreo histórico: leve vs. intenso) y de cambio climático (tratamiento de temperatura: control vs aumento pasivo de temperatura con el uso de cámaras abiertas) (Figura 3.A). La metodología de muestreo utilizada (Figura 3.B) y los análisis siguieron las recomendaciones de la GRACEnet (www.ars.usda.gov/research/GRACEnet) ya utilizadas por colegas del instituto de Clima y Agua de INTA Castelar, con quienes colaboramos en este proyecto (http://sepa.inta.gob.ar/gei/).

Figura 3. A) Cámara abierta de policarbonato, implementada para aumentar de manera pasiva la temperatura media del ecosistema. B) Cámara estática cerrada, desde donde se extraen las muestras de aire para calcular flujo de gases de efecto invernadero (GEI).

Resultados preliminares

Se encontró que la producción y emisión de GEI desde los mallines Patagónicos tiene una dinámica que sigue a los patrones ambientales: en invierno, los suelos de mallines están fríos y anegados, lo que les genera falta de oxígeno; en verano, el suelo se drena y la oxigenación es la condición más común, junto a temperaturas elevadas. De esta manera, las mayores emisiones de GEIs se producen durante una ventana de tiempo que coincide con el paso del invierno al verano (aproximadamente 1 mes), cuando el suelo aún está húmedo pero las temperaturas ya son lo suficientemente elevadas como para que el metabolismo microbiano se active. Durante el momento más seco del año, que es también el más cálido, la tasa de emisión de los GEI se ve restringida a la basal o es hasta nula, aunque observamos que eventos de lluvia podrían desencadenar pulsos de emisión desacoplados de la influencia de la freática, especialmente para el N2O.

Los tres gases evaluados tienen diferente poder para calentar la atmósfera, y al compararlos en forma de CO2equivalenetes, se puede concluir que los mallines sí manifiestan una emisión neta de GEIs al ambiente pero que ésta se encontraría entre las más bajas reportadas para variados humedales del mundo.

Además, y en líneas generales, se encontró que los factores de cambio global estudiados afectaron la emisión natural de los GEIs.

En conjunto, los resultados preliminares implican que los mallines patagónicos son secuestradores de carbono atmosférico pero también que no serían grandes emisores de otros GEIs como el metano y el óxido nitroso, comparado a otros ambientes productivos del planeta, pero que el cambio global podría afectar estos patrones de manera significativa.

Posibles usos de la información

El estudio informa sobre las emisiones de GEI desde sistemas naturales en América del Sur, donde los datos de campo son muy escasos o, en el caso de Patagonia Norte, inexistentes hasta la fecha. Específicamente, caracterizar la magnitud de las emisiones de GEI en ecosistemas naturales, es importante para poder comprender los factores que las regulan y desarrollar modelos de simulación que las estimen, permitiendo confeccionar mapas de las emisiones de GEI de todas las regiones con potencial de emisión del país (https://www.argentina.gob.ar/sites/default/files/inventario-nacional-gei-argentina.pdf), o para simular escenarios de uso, manejo o climáticos para encontrar la mejor manera de aprovecharlos. También se podría colaborar en la interna que existe entre sistemas de pastoreo extensivo versus intensivo contemplando el potencial de calentamiento o la huella de carbono de cada kilogramo de carne producida. Siempre es posible utilizar este tipo de información en planes de manejo sustentable o conservación y restauración, en caso de ser necesarios.

Fotos de paisajes:Dra. Mariana Reissig

Glosario:

Cambio Global: es el conjunto de cambios ambientales que se derivan de las actividades humanas sobre el planeta.

Gases de efecto invernadero-GEI: son gases atmosféricos que absorben y emiten radiación dentro del rango infrarrojo. Los principales GEI en la atmósfera terrestre son el vapor de agua, el dióxido de carbono, el metano, el óxido de nitrógeno y el ozono.

Calentamiento global:es el aumento de la temperatura media de la atmósfera terrestre y de los océanos. Un aumento en la concentración de GEI puede incrementar el efecto invernadero natur al del planeta.

Cambio Climático: es la modificación en el clima como resultado del calentamiento global.