Interacciones planta-suelo en un bosque mediterráneo

227 Pages·2010·5.54 MB·Spanish

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global. En esta tesis doctoral se aborda el estudio de las interacciones
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Cristina Aponte Perales
2010
Tesis doctoral
2010
Interacciones planta-suelo en un bosque
mediterráneo

CRISTINA APONTE PERALES

Memoria presentada para optar al grado de Doctora por la
Universidad de Sevilla

Sevilla, Octubre de 2010

Teodoro Marañón Arana, Investigador Científico del Consejo Superior de
Investigaciones Científicas (CSIC)
Luis Ventura García Fernández, Investigador Científico del Consejo
Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)

HACEN CONSTAR:

Que el trabajo descrito en la presente memoria, titulado: ¨Interacciones planta-
suelo en un bosque mediterráneo¨ ha sido realizado bajo su dirección por Dña.
Cristina Aponte Perales en el Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología de
Sevilla, CSIC, y reúne todos los requisitos necesarios para su aprobación como
Tesis Doctoral.

Sevilla, 16 de octubre de 2010

Dr. Teodoro Marañón Arana Dr. Luis Ventura García Fernández
Mª Cruz Díaz Antunez Barradas, Profesora Titular de la Universidad de
Sevilla

HACE CONSTAR:

Que el trabajo descrito en la presente memoria, titulado: “Interacciones planta-
suelo en un bosque mediterráneo” ha sido realizado bajo su tutela por Dña.
Cristina Aponte Perales dentro del Programa de Doctorado de Biología de la
Conservación, del Departamento de Biología Vegetal y Ecología de la
Universidad de Sevilla.

Sevilla, 16 de octubre de 2010

Dr. Mª Cruz Díaz Antunes Barradas

Agradecimientos

Parece mentira lo rápido que pasa el tiempo. Llevo aquí ya cuatro años y,
sin embargo, parece que fue ayer el día que llegué al IRNAS por primera vez,
calada hasta los huesos (cómo iba a imaginar yo que en Sevilla llovía
tantísimo!!) y con los nervios de quién se sabe a la puertas de una nueva etapa de
su vida.
Son muchas las personas que durante estos cuatro años me han
acompañado y sin cuya ayuda esta tesis no habría sido posible. A todos ellos,
gracias.
Gracias, en primer lugar, a mis directores Teodoro Marañón y Luis Ventura
García. Gracias porque confiasteis en mi cuando me elegisteis como becaria y
habéis seguido haciéndolo durante todo este tiempo. Gracias por el gran apoyo
profesional y personal que me habéis mostrado, porque me disteis libertad para
elegir y consejo para hacerlo bien. Y sobre todo, gracias por el buen rollo que ha
reinado en esta co-supervisión. A vosotros os debo gran parte de lo que soy.
Por supuesto agradecérselo a mis compis de laboratorio - Nacho, Lorena,
Bea y Jose Manuel- con quien he compartido alegrías y frustraciones, y mucho
campo y oficina. Gracias especialmente a Maite, porque siempre has estado ahí,
porque me animaste cuando más lo necesité y me enseñaste a relativizar. Nunca
olvidaré nuestra gran aventura Finlandesa.
Mi mas “sentío” agradecimiento para Edu: porque has sido mi maestro en
el laboratorio, por las interminables horas de campo, por aquellas “excursiones”
que nos hacíamos en el Land Rover y por todos los buenos ratos que hemos
pasado. Pero sobre todo quiero daros las gracias, a ti y a Inma, porque me
acogisteis en vuestra casa, me preparasteis unos guisos y unas lentejas
riquísimas y desde el principio me hicisteis sentir en familia.…mil gracias!!
Por supuesto, no puedo olvidarme de l@s perit@s que tanto me han
ayudado en el campo y el laboratorio: Ana Pozuelo, María Navarro, Manu
Delgado, Carlos Ros, Ana María Rubio y Daniel Caballos; Sin ellos aún estaría
procesando muestras! Quiero agradecer también su ayuda a toda la gente de la
“mesa camilla”, Patricia, Adela, Juan y Carmen, y al personal del Servicio de
Análisis del IRNAS, en especial a Cristina y Piluca quienes, a base de mucho
trabajar, han logrado devolvernos la confianza en nuestros datos. Y claro está,
un gran abrazo a los becarios del IRNAS, miembros del SIBERE, con quienes
tanto he compartido en nuestro descansillo: si conseguimos una máquina de
café, terminar la tesis es pan comido!
Agradezco también, por su apoyo científico y logístico, a los miembros del
proyecto DINAMED en los que se enmarca esta tesis doctoral. En particular a
Susana, reina de la fumigación, y a Vico y Mati, compañeros de fatigas a lo
largo de estos 4 años de beca compartidos. Gracias a los organismos que han
financiado esta tesis, al proyecto DINAMED e INTERBOS, a las redes de
investigación GLOBIMED y REDBOME y al grupo EVOCA (RNM-210).
A lo largo de estos cuatro años he aprovechado para viajar y allí donde fui
me sentí como en casa. En Toulouse Monique Gardes, Sophie y Juliette me
adentraron en el mundo molecular y me enseñaron que no hay nada como un
buen y apestoso queso francés. En Zurich, Patrick Schleppi y Kim me llevaron a
los Alpes a hacer trabajo de campo con raquetas de nieve. Ian Dickie tuvo la
inmensa amabilidad de acogerme en Lincoln, dándome así la oportunidad de
cumplir mi sueño de viajar a Nueva Zelanda. Gracias a él y a Nic por dedicarme
su tiempo. Gracias también a todos los miembros del Landcare Research Centre
con quienes compartí discusiones durante aquellos fríos almuerzos de verano. Y
claro está, gracias a Paul Kardol y a Jaimie por venirse conmigo a la caza del
tsunami.
Al margen de lo profesional, hay mucha gente que, en la distancia, han
seguido mis pasos durante estos años: su apoyo ha sido clave en el desarrollo de
esta tesis. En especial quisiera dar las gracias a mis padres, Luis y MªÁngeles,
porque respetasteis mi decisión de embarcarme en esta locura y siempre me
mostrasteis vuestro apoyo incondicional. Gracias también a mi hermana Bea por
volver a España justo a tiempo para que me pueda ir yo! Y por supuesto a Rocío,
por todo lo que hemos compartido, y lo que nos queda por compartir: Lylas.
Mi eterno agradecimiento a Matilde, quien con un simple email cambió el
rumbo de mi vida, y a Irene, que a base de repetir lo de “tu sí que vales,
Apontita”, consiguió que me lo creyera.
Y como siempre, he reservado lo mejor para el final: Gracias a ti, Mihai,
porque tú eres mi equilibrio y sin ti nada de esto habría sido posible. Contigo, al
fin del mundo.

Cristina
Octubre 2010
Resumen

El conocimiento de las interacciones que se establecen entre las plantas y
los suelos sobre los que se desarrollan es esencial para comprender el
funcionamiento de los ecosistemas y poder prever su respuesta ante el cambio
global. En esta tesis doctoral se aborda el estudio de las interacciones ecológicas
entre el suelo y las especies forestales de los bosques mediterráneos con el
objetivo de conocer los mecanismos subyacentes a estas interacciones, elucidar
posibles procesos de retroalimentación y comprender cómo estos dos
componentes gobiernan conjuntamente el funcionamiento del ecosistema. Para
ello se realizaron trabajos descriptivos y experimentales en condiciones de
campo. Los estudios se desarrollaron en el Parque Natural Los Alcornocales,
situado en las provincias de Cádiz y Málaga. El Parque comprende un área
aproximada de 170 000 ha y su vegetación está dominada por un bosque mixto
de alcornoque (Quercus suber L.) y quejigo moruno (Q. canariensis Willd.).
En primer lugar se exploró el espectro de rasgos foliares en una comunidad
de plantas leñosas y se investigaron las relaciones a nivel de especie entre los
rasgos foliares y otros índices funcionales relacionados con la adquisición de
recursos. Además se evaluó la variación de los rasgos foliares funcionales a
nivel de comunidad y su relación con factores ambientales clave. Para ello se
estudiaron diecisiete especies leñosas coexistentes incluyendo árboles, arbustos
y enredaderas. Los rasgos foliares químicos, en particular el contenido de
micronutrientes y elementos no esenciales, fueron más variables entre las
especies que los rasgos morfológicos. El contenido isotópico foliar reflejó
aspectos funcionales de las especies, como su eficiencia en el uso del agua o el
tipo de interacciones simbióticas. La relación encontrada entre la masa foliar por
unidad de área y múltiples variables funcionales y ambientales a nivel de especie
y de comunidad señaló a esta característica foliar como un importante marcador
funcional indicador de la estrategia de las especies en la adquisición de recursos,
de su interacción con las condiciones ambientales y de la dinámica funcional de
la comunidad.
A continuación, la tesis se centra en las dos especies de quercíneas que
coexisten en estos bosques, la primera de hoja perenne y esclerófila (Q. suber) y
la segunda de hoja marcescente y no-esclerófila (Q. canariensis), y en las
relaciones que establecen con el suelo subyacente. Se investigó la influencia de
las dos especies de quercíneas en las condiciones de fertilidad del suelo, para lo
cual se estudiaron cinco componentes del sistema planta-suelo (hojas vivas,
desfronde, hojarasca, suelo superficial y profundo). Se detectó un gradiente
global de enriquecimiento en nutrientes común para los cinco componentes
estudiados, a lo largo del cual se diferenciaron los nichos biogeoquímicos de las
dos quercíneas. La especie marcescente Q. canariensis poseía tejidos más
enriquecidos y ocupaba ambientes más fértiles que la perennifolia Q. suber. La
existencia de un posible ciclo de retroalimentación en el que las dos especies de
quercíneas, a través de un distinto retorno de nutrientes, modificaban las
propiedades del suelo de un modo tal que repercutía positivamente sobre la
presencia de la propia especie se contrastó mediante modelos causales.
Seguidamente se estudiaron los mecanismos mediante los cuales ambas
especies de quercíneas afectan al proceso de descomposición de la hojarasca y se
investigaron fenómenos asociados a la descomposición en bosques mixtos. Se
analizaron los patrones de inmovilización y liberación de nutrientes durante el
proceso de descomposición de la hojarasca. Las especies influyeron en la
dinámica de la descomposición tanto a través de la calidad de su desfronde como
mediante las condiciones ambientales que generan. Los cambios en el contenido
de calcio de la hojarasca y el suelo explicaron en un grado significativo las
diferencias observadas en la dinámica de descomposición.
Para conocer la repercusión de los cambios abióticos en las comunidades
bióticas del suelo se investigó el efecto que la estacionalidad, el tipo de
cobertura vegetal, incluyendo la cobertura de alcornoque y de quejigo, y la
profundidad del suelo tenían sobre el contenido en carbono, nitrógeno y fósforo
microbiano de los suelos forestales mediterráneos estudiados. Se observaron
cambios estacionales en el contenido microbiano de N y P, cuyos valores fueron
superiores en primavera y otoño. Los valores registrados de las diferentes
propiedades microbianas bajo cobertura de Q. canariensis y bajo matorral
fueron mayores que bajo Q. suber y en zonas abiertas. Estas diferencias sólo
fueron perceptibles en primavera. Los valores microbianos de C, N y P
decrecieron significativamente con la profundidad en todos los casos estudiados.
Finalmente, se evaluó la diversidad y estructura de la comunidad de hongos
ectomicorrícicos asociados a las raíces de Q. canariensis y Q. suber empleando
técnicas moleculares para la identificación de especies. La comunidad de hongos
simbiontes estaba dominada por tres familias: Telephoraceae, Russulaceae y
Cortinariaceae. Se observó que la distribución de especies simbiontes respondía
a las condiciones de fertilidad y acidez de suelo superficial generadas por ambas
quercíneas. Este efecto indirecto de la especie huésped sobre la comunidad de
hongos ectomicorrícicos se relacionó con cambios en la composición específica
y en la diversidad filogenética de la comunidad micorrícica.