Variabilidad de los flujos de carbono a diferentes escalas de tiempo y sus controles bióticos y ambientales de un pastizal semiárido del Centro de México

Abstract

"Terrestrial ecosystems control the atmospheric carbon (C) dynamics on Earth, removing~25% of C emissions derived from anthropogenic activities. However, high seasonal and interannual variability generates large uncertainties about their C uptake capacity. Understanding environmental and biotic factors affecting C uptake and C release rates will help us to improve predictions of climate change impacts on ecosystem processes as well as its feedback effects. The aim of this study was to determine biotic and environmental drivers of the net ecosystem C exchange (NEE) and its components to understand which environmental conditions favor uptake or release of C in the semiarid grassland, with emphasis on precipitation (PPT) legacy effects and short term C fluxes following PPT events. Four years of continuous NEE measurements with an eddy covariance (EC) system were analyzed. Carbon fluxes showed typical diurnal and seasonal cycles with air temperature and photosynthetic photon flux density (PPFD) as the main diurnal drivers, whereas soil moisture and vegetation dynamics (the enhanced vegetation index, EVI) controlled NEE at seasonal scale. The semiarid grassland behaved as a source (16.37 and 93.83 g C m-2 y-1), and a sink of C (-15.85 and - 121.02g C m-2 y-1). Precipitation legacy effects on NEE and its components were identified at seasonal scale. Winter precipitation positively affected C uptake of summer, however, summer precipitation did not have effects on winter C fluxes. One hundred mm of winter PPT and 200 mm of summer PPT were needed for turning the ecosystem into a C sink. On the other hand, Ecosystem respiration (ER) responded within few hours following a PPT event whereas it took five days for gross ecosystem exchange (GEE) to respond. Precipitation events as low as 0.25 mm increased ER, but cumulative PPT > 40 mm that infiltrated deeper into the soil profile stimulated GEE. Overall, ER fluxes following PPT events were related with the size of the stimulus (e.g. PPT event size) and previous soil conditions (e.g. previous soil volumetric water content and inter PPT event period)."

"Los ecosistemas terrestres controlan la dinámica del carbono (C) atmosférico sobre la tierra, removiendo hasta el 25% de las emisiones de C antropogénicas. Sin embargo, la alta variabilidad estacional e interanual de los flujos de C genera gran incertidumbre acerca de su capacidad de captura de C. El entendimiento de los factores que afectan las tasas de captura y liberación de C nos ayudará a mejorar las predicciones de los efectos del cambio climático sobre los procesos ecosistémicos, así como sus efectos de retroalimentación. El objetivo de este trabajo fue determinar los controles bióticos y ambientales sobre el intercambio neto de C a nivel ecosistema (NEE) y sus componentes para entender cuáles condiciones ambientales favorecen la captura de C en el pastizal semiárido, con énfasis en los efectos de “legado” de la precipitación (PPT) y los pulsos de C generados después de los eventos de PPT. Cuatro años continuos de mediciones del NEE con un sistema de covarianza de vórtices (EC) fueron analizados. Los flujos de C mostraron ciclos diarios y estacionales típicos con la temperatura del aire y la densidad de flujo fotónico fotosintético como controles diarios y la humedad del suelo y la dinámica de la vegetación (medida como EVI) controlando el NEE a escala estacional. El pastizal semiárido fue una fuente (16.37 and 93.83 g C m-2 a-1) y un sumidero de C ((-15.85 and -121.02g C m-2 a-1). Se identificaron efecto de legado de la PPT a escala estacional. La PPT invernal afectó positivamente la captura de C durante el verano; mientras que la PPT del verano no tuvo efectos sobre la productividad invernal. Cien mm de PPT invernal y 200 durante el verano fueron necesarios para convertir al pastizal en un sumidero neto de C. Por otra parte, la respiración del ecosistema (ER) respondió pocas horas después del evento de PPT, mientras que pasaron hasta 5 días para observar una respuesta de la productividad del ecosistema (GEE). Eventos de PPT tan bajos como 0.25mm incrementaron ER, pero PPT acumulada mayor a 40mm estimularon GEE. En general, los pulsos de C estuvieron relacionados con la magnitud del estímulo (ej. tamaño del evento de PPT) y las condiciones previas del ecosistema (ej. contenido de humedad del suelo previo al evento de PPT). Los resultados de este estudio demostraron la importancia de la PPT invernal y de los pulsos de C después de los eventos de PPT al balance de C anual en un pastizal semiárido con lluvias durante el verano."