Exchange rates and content of VOCs in Mediterranean soils; their responses to drought and warming and their linkage with biotic factors

Resumen

Los organismos vivos intercambian gases con la atmósfera. Estos gases llamados Compuestos Orgánicos Volátiles Biogénicos (COVBs) son muy importantes para la química de la troposfera y el ciclo global del carbono. Las plantas producen una gran variedad de hidrocarburos de los cuales el grupo más representativo y abundante son los isoprenoides. El isopreno, los monoterpenos y sesquiterpenos representan una pequeña proporción de esta gran diversidad de productos vegetales dentro del grupo de los isoprenoides. Además de isoprenoides, las plantas emiten otros compuestos orgánicos volátiles, por ejemplo, el metanol, metil jasmonato, etileno y muchos compuestos orgánicos oxigenados de carbono. Existen muchos procesos de retroalimentación entre la biosfera y la atmósfera. Por un lado las plantas juegan un papel importante en la química de la zona baja de la atmósfera. La foto-oxidación atmosférica de las emisiones de COVs produce dos productos importantes en la baja atmósfera, el ozono y los aerosoles orgánicos. Ambos tienen importantes consecuencias para la calidad del aire y el clima. Por otro lado, el clima, es decir, los cambios en la variabilidad o estado medio de la atmósfera a través del tiempo, está afectando a su vez las actividades de la biosfera. Por lo tanto, es de gran importancia estimar los flujos biogénicos COVs a la atmósfera y sus variaciones en el contexto del cambio climático, especialmente ante las predicciones, por parte de modelos climáticos y ecofisiológicos, de un aumento de la sequía durante las próximas décadas.La mayor parte de la investigación acerca de los flujos de COVs (sin incluir el metano) se ha centrado en los flujos de las partes aéreas de las plantas a diferentes niveles, desde la cubierta foliar hasta flores y tallos. Sin embargo, hasta los últimos años, la información sobre los flujos COV procedentes las partes subterráneas de las plantas, por ejemplo las raíces, era muy escasa. En esta tesis nos hemos interesado por el intercambio de gases traza diferentes al metano biogénico: CO2 y COVs. El principal método utilizado para medir los flujos de gases del suelo en este trabajo es una variante del método de cámara cerrada. El modo de funcionamiento en este caso es dinámico. Un flujo continuo de aire se bombea a través de la cámara, y el gas emitido desde el suelo se mide directamente en la corriente de aire o es adsorbido en un material adecuado para la captura y posterior análisis de la emisión del suelo.Los objetivos generales de esta tesis doctoral fueron: 1) caracterizar el contenido y el intercambio de COVs en suelos Mediterráneos, en particular monoterpenos por su importante papel en la ecología, la fisiología vegetal y la química atmosférica, y también de otros compuestos orgánicos volátiles, y 2) evaluar los posibles cambios en el intercambio de COVs y CO2 del suelo ante la perspectiva de un cambio ambiental global hacia unas condiciones más áridas y secas en la región Mediterránea. Las principales conclusiones son las siguientes: Las tasas de intercambio de COVs totales y de monoterpenos entre la superficie del suelo y la atmósfera son muy bajas. La contribución de las emisiones del suelo por unidad de superficie al total de emisiones monoterpenos de origen biogénico a la atmósfera, es relativamente baja. Las tasas absorción de COVs y monoterpenos del suelo son también bajas, sin embargo, son comparables con algunas tasas de absorción foliar de monoterpenos. Se requieren más estudios para corroborar estos resultados y la posible importancia del suelo como un sumidero de COVs en el los modelos químico-climáticos. Los resultados sugieren que la reducción en la disponibilidad de agua y el incremento de las temperaturas previstos para las próximas décadas podría afectar de manera importante las tasas de intercambio de COVs del suelo con la atmósfera, sin embargo se necesitan estudios a largo término para determinar con exactitud esta respuesta frente al cambio climático.En este trabajo hemos encontrado que la sequía y las altas temperaturas tienden a incrementar las tasas de emisión de COVs del suelo. Los resultados sugieren que las causas podrían ser más bien debidas al efecto físico de la sequía y las altas temperaturas en las características del suelo y la volatilidad de los COVs, más que un efecto en las actividad de las raíces y los microorganismos del suelo. Sin embargo, los resultados también muestran que la sequía reduce el flujo de CO2 del suelo, mientras que las altas temperaturas los aumentan. Así pues, la sequía y el calentamiento están afectando diversos procesos biológicos que se desarrollan en las partes aéreas y subterráneas del ecosistema, los cuales podrían afectar el intercambio de COVs del suelo. El efecto final del cambio climático no es, por tanto, claro, ya que es probable que las factores que afectan el intercambio de COVs del suelo estén produciendo diferentes efectos de manera desacoplada.