Distribución del agua en el suelo y su relación con la estructura radical y producción de biomasa de tres tipos funcionales, en un pastizal de la estepa magallánica seca, Santa Cruz

Uno de los principales aspectos del funcionamiento de los ecosistemas áridos es la dinámica del agua, que determina aspectos estructurales y funcionales, como la dominancia de tipos funcionales (Tf), fenología y productividad. Los objetivos de esta tesis fueron identificar para un pastizal xérico del sur patagónico, las principales variables ambientales que controlan la dinámica del agua en el suelo, los factores que determinan sus variaciones en el perfil (asociados a topografía y parches de vegetación) y evaluar la respuesta de los tres Tf presentes de la vegetación: gramíneas cortas (GC), gramíneas medianas (coirones) y subarbustos frente a esta variaciones temporales y espaciales. En exposiciones norte, sur y plano se midió: potencial hídrico de suelo (10, 25 y 60 cm de profundidad), potencial hídrico foliar y producción de biomasa aérea mensual de los tres Tf. Se determinó la distribución de raíces en cada Tf. y el contenido hídrico del suelo asociado a parches vegetados y de suelo desnudo. Las lluvias se distribuyeron a lo largo del año con dominancia de eventos menor a 5mm (90 por ciento) y ausencia de tormentas. Los tres Tf presentaron más del 60 por de la biomasa de raíces entre 0-10cm del suelo, siguiendo un perfil similar al del frente de mojado de las lluvias más frecuentes, mientras que capas más profundas fueron escasamente exploradas. Los parches de suelo desnudo constituyen una reserva de agua superficial durante el verano, que podría ser utilizada sólo por el subarbusto a través de raíces que se extienden lateralmente. El suelo estuvo húmedo en invierno-primavera, seco en verano y el otoño fue variable de acuerdo al año. La exposición generó un gradiente de humedad en el suelo; la exposición norte fue el extremo más xérico. Este gradiente afectó los potenciales hídricos foliares de los 3 Tf, pero sólo en GC modificó la producción de biomasa. La producción de GC constituye el principal forraje para los ovinos, y probablemente las variaciones temporales y en el paisaje se reflejen en el consumo animal y en la producción secundaria.

Efectos de la heterogeneidad del paisaje agrícola pampeano sobre el carbono, la biota edáfica y la descomposición de la hojarasca

La intensificación de la agricultura es la causa principal de la transformación del paisaje, de la disminución de su heterogeneidad y de la alteración de servicios ecosistémicos como la biodiversidad y el secuestro de carbono. La Región Pampeana no ha escapado a este fenómeno global. Esta tesis buscó comprender cómo la heterogeneidad espacial y temporal de un agroecosistema, dada por la presencia de márgenes no cultivados y por diferentes secuencias de cultivos, respectivamente, afectan el contenido de carbono del suelo y la biota edáfica. Para evaluar la heterogeneidad espacial se seleccionaron márgenes con vegetación sin cultivar (leñosa y herbácea) y lotes de soja adyacentes a ellos o a otro cultivo (control). Mediante experimentación a campo y en invernáculo se caracterizaron el contenido de carbono de la capa superficial del suelo, la biota edáfica, la calidad de la hojarasca y su tasa de descomposición. Estas propiedades se evaluaron tanto en los márgenes como la interfase con sus cultivos adyacentes. Para evaluar la heterogeneidad temporal se realizó un experimento de descomposición en invernáculo con suelo proveniente de lotes que habían sido inicialmente sometidos a diferentes secuencias de cultivos, y luego a una última secuencia común. Los resultados principales muestran que los ambientes herbáceos no se diferencian de los agrícolas, mientras que los suelos de los ambientes leñosos contienen un 50 por ciento más de carbono en la capa superficial del suelo. Además los ambientes herbáceos y leñosos poseen una mayor diversidad que la hallada en ambientes cultivados (14 y 25 por ciento más respectivamente). A su vez, solo los márgenes leñosos tuvieron influencia sobre el carbono del suelo y la biota edáfica de los primeros metros de la interfase con los lotes cultivados adyacentes. Las tasas de descomposición de la hojarasca difirieron entre los tipos de margen y fue menor en los leñosos, pero no fue afectada por cambios microambientales del sitio de descomposición. Las diferentes secuencias de cultivos modificaron la cantidad y calidad de la hojarasca producida y la diversidad funcional microbiana. La incorporación de un solo cultivo diferente en la secuencia aumenta significativamente la diversidad funcional microbiana (4 por ciento), mientras que la inclusión de dos cultivos diferentes aumentó la diversidad un 26 por ciento respecto de secuencias sometidas al monocultivo. Las diferentes secuencias no afectaron la tasas de descomposición de un sustrato común, aunque esta se relacionó positivamente con la diversidad funcional microbiana. La mayor diversidad funcional microbiana se registró en la secuencia arveja-maíz. Los resultados de esta tesis sugieren que los márgenes con vegetación leñosa podrían constituir focos de acumulación de carbono en la capa superficial del suelo y de diversidad funcional de la microbiota del suelo. Asimismo, la incorporación de cultivos como maíz y arveja en las secuencias podrían aumentar la diversidad funcional microbiana en el paisaje.

Mecanismos de tolerancia a sequía y sus efectos sobre la habilidad competitiva de pastos de la estepa patagónica

En zonas áridas y semiáridas, las estrategias evolutivas de uso del agua determinan la posibilidad de coexistencia, entre especies vegetales. El objetivo propuesto de evaluar si existen diferencias en los niveles de tolerancia a sequía entre pastos que coexisten en un sistema semiárido patagónico, y si dichas diferencias determinan su capacidad de competir por el agua y el resultado de esa competencia a largo plazo. Se estudiaron 4 especies de pastos: Bromus pictus, Poa ligularis, Pappostipa speciosa y Festuca pallescens. En dos experimentos controlados P. speciosa fue la especie más tolerante (menor efecto de la sequía sobre la biomasa), la menos plástica y la de menor crecimiento potencial. En el otro extremo, B. pictus fue la menos tolerante, más plástica y con mayor crecimiento potencial. P. ligularis junto con F. pallescens, esta última proveniente de un ambiente con mayor productividad, resultaron ser especies de plasticidad y crecimiento potencial intermedios. En un experimento de dos años de duración en el campo, la especie menos tolerante (B. pictus) mostró menor habilidad competitiva que la más tolerante (P. speciosa) solamente cuando la disponobilidad de agua era baja y su competidora era de mayor tamaño. Mediante modelos de Markov, basados en mapas sucesivos de vegetación, de parcelas permamentes clausuradas al pastoreo, se observó para una ventana temporal de 7 años que la especie más representada en la comunidad climáxica no era ni la más tolerante ni la de mayor crecimiento potencial. Las especies mostraron diferencias claras de dinámica: la menos frecuente (B. pictus) persiste gracias a su permanencia en cada sitio ocupado; la más frecuente (P. ligularis), en cambio, mediante una elevada movilidad (colonizando suelo desnudo y reemplazando a vecinas), mientras que P. speciosa, de frecuencia intermedia, presentó una combinación entre permanencia y movilidad. Estos pastos mostraron diferencias funcionales en el uso del agua, señalando al gremio de los pastos perennes patagónicos como un grupo más heterogéneo de lo que pensaba. Las diferencias en el uso del agua implicarían una diferenciación funcional de los nichos de las especies posibilitando su coexistencia.

Bases ecofisiológicas relacionadas con la tolerancia a la inundación y la defoliación en especies conspicuas de pastizales húmedos

Las inundaciones y el pastoreo son disturbios importantes que modulan la estructura y el funcionamiento de pastizales húmedos. La inundación genera un ambiente anaeróbico en el suelo, disminuyendo la disponibilidad de oxígeno para las raíces, mientras que el pastoreo afecta a la vegetación mediante la defoliación selectiva del forraje. En primer lugar se investigaron los rasgos anatómicos y las respuestas fisiológicas relacionadas con el crecimiento bajo anaerobiosis de raíces de graminoides (Paspalidium geminatum, Cyperus eragrostis) y dicotiledóneas (Lotus tenuis, Rumex crispus) con distintos tipos de aerénquima. Se encontró que las graminoides mantienen la tasa de elongación de sus raíces bajo anaerobiosis, con alta proporción de aerénquima para conducir oxígeno y una barrera física (menor suberina) - constitutiva en P. geminatum e inducida en C. eragrostis - que limita la pérdida radial de oxígeno hacia la rizósfera. Por el contrario, las dicotiledóneas disminuyen la elongación radical en medio anaeróbico, a pesar de incrementar el aerénquima en sus raíces, asociado a una alta pérdida radial de oxígeno y una menor deposición de suberina en la corteza radical externa. En segundo lugar, se estudiaron las estrategias de crecimiento de L. tenuis y P. dilatatum bajo condiciones de sumersión parcial y completa de sus plantas (i.e. intensidad de inundación), con énfasis en el uso de carbohidratos de reserva. Se demostró que L. tenuis puede desarrollar dos estrategias de crecimiento: 'escape' del agua bajo sumersión parcial sin usar sus reservas y sobrevivir 30 días en estado de 'quiescencia' bajo sumersión completa utilizando sus reservas. Por el contrario, P. dilatatum sólo desarrolla 'escape' bajo sumersión parcial y no tolera (muere) la sumersión completa. En tercer lugar, se evaluaron las respuestas de L. tenuis y P. dilatatum frente a la combinación inundación/frecuencia de defoliación. Aquí se encontró que L. tenuis tolera los eventos sucesivos de defoliación bajo inundación, con un mínimo crecimiento, a partir de priorizar la emergencia de las hojas fuera del agua post-corte, utilizando exhaustivamente las reservas en coronas. Por el contrario, P. dilatatum no sobrevive a dos defoliaciones si se encuentra bajo anegamiento. De esta manera, si bien ambas especies toleran la inundación y la defoliación por separado, si estos estreses se combinan se compromete la supervivencia de la gramínea y el rebrote de la leguminosa. En consecuencia, resulta importante considerar el tiempo entre defoliaciones sucesivas, si el suelo está inundado, al momento de planificar las estrategias de manejo de estas especies en el pastizal

Efectos y respuestas al pastoreo selectivo doméstico sobre plantas, poblaciones y ecosistemas pastoriles áridos

Los ecosistemas pastoriles del mundo se caracterizan por algún grado de aridez y pastoreo por grandes herbívoros, que por su biomasa por área y los efectos de su actividad pueden ser consideradas especies ingenieras del ecosistema. El objetivo de esta Tesis fue estudiar el efecto del manejo del pastoreo ovino sobre distintos niveles jerárquicos de organización de la vegetación en estepas áridas de la Patagonia, desde plantas hasta ecosistemas/comunidades pasando por poblaciones. Se evaluó el efecto de la carga histórica de pastoreo sobre la organización de la biomasa subterránea de la comunidad, sobre la morfología individual y la estructura poblacional de pastos de diferente preferencia y sobre el abastecimiento de servicios ecosistémicos. Por otro lado, se estudió de qué manera el manejo del pastoreo con descansos afecta el crecimiento de las gramíneas forrajeras. Los principales resultados de los estudios de campo indicaron que la carga histórica de pastoreo cambió la composición de la biomasa aérea y subterránea, modificó la distribución de tamaños de las poblaciones de pastos de diferente preferencia y afectó la provisión servicios ecosistémicos. En general, cuando la carga fue moderada, el pastoreo optimizó la estructura de los diferentes niveles de organización de la vegetación y el funcionamiento del ecosistema en relación a las situaciones sin herbívoros. Se incrementó la producción y la disponibilidad de forraje, maximizando de esta manera el abastecimiento de los servicios ecosistémicos de provisión y regulación. En cambio, al intensificar la carga, el efecto del pastoreo se volvió negativo rompiendo con los circuitos de retroalimentación favorables para el funcionamiento del ecosistema. Por otro lado, se demostró que el manejo del pastoreo con descansos prolongados mejora el desempeño de pastos forrajeros en situaciones donde la disponibilidad de agua no limita el crecimiento. En conclusión, este trabajo aporta evidencias empíricas a escala de unidades de manejo pecuario que indican que cargas animales moderadas y variables en el tiempo podrían mejorar la sustentabilidad de los sistemas patagónicos y contribuir a frenar su deterioro.

Seguimiento de la productividad forrajera mediante teledetección : desarrollo de una herramienta de manejo para sistemas de producción ganaderos

La productividad forrajera (PF) es una variable crítica para el manejo y la planificación de los sistemas de producción ganaderos. Sin embargo, las dificultades para cuantificarla a campo y la necesidad de manejar un marco conceptual robusto para utilizarla en la toma de decisiones hacen que habitualmente los sistemas de producción se manejen con una caracterización rudimentaria de esta variable. En esta tesis se desarrolló un sistema de seguimiento de la PF en tiempo real y a la escala de lote, basado en la lógica de la eficiencia en el uso de la radiación (EUR). Primero se diseñó y se puso en funcionamiento una versión preliminar del sistema, y luego se investigaron en mayor detalle dos aspectos críticos de su funcionamiento: la estimación de la fracción de radiación absorbida por el canopeo (fRFAA) a partir de índices de vegetación derivados de imágenes satelitales, y el comportamiento de la EUR ante variaciones del estrés ambiental, el manejo de la defoliación, y la escala temporal de observación. La metodología para implementar la versión preliminar del sistema de seguimiento forrajero se basó en estimar la fRFAA y la EUR. La primera fue estimada como una función no lineal del índice de vegetación normalizado del sensor MODIS. La estimación de la EUR se basó en calibraciones empíricas entre la PF estimada a campo y la radiación absorbida para dos recursos forrajeros: pasturas de loma y bajos de agropiro. Los resultados mostraron que la radiación absorbida predijo datos independientes de PF con precisión aceptable. El sistema fue implementado informáticamente en un software específico denominado Segf. En relación al primer aspecto de mejora del sistema, la estimación de la fRFAA, se estudió la absorción de radiación a campo con una barra de interceptación en cultivos de trigo (utilizados como modelo experimental) y se la correlacionó con distintos índices de vegetación calculados a partir del sensor espectral MODIS. Se encontró que los índices de vegetación explicaron entre 90 y 94 por ciento de las variaciones de fRFAA. El índice de vegetación mejorado presentó una relación más lineal que el clásico índice de vegetación normalizado, posiblemente debido a la ausencia de saturación del primero ante aumentos del área foliar. En relación al segundo aspecto de mejora del sistema, la variabilidad de la EUR, se realizó un experimento de un año sobre una pastura consociada de festuca y alfalfa sometida a distintos tratamientos. La EUR fue más estable que la fRFAA ante cambios de la disponibilidad de recursos y de intensidad de defoliación. Sin embargo, la EUR tendió a disminuir ante estrés hídrico (déficit y exceso), y a aumentar ante defoliación severa y sombreado. Además, la variabilidad de la EUR a lo largo del rebrote de la pastura y entre tratamientos dependió de la escala temporal de observación o cálculo: fue más variable al considerar períodos de 12 días que al considerar todo el período de rebrote o la estación (45 y 90 días respectivamente). Como resultado de la tesis, los productores agropecuarios y sus asesores cuentan con un sistema capaz de estimar mes a mes la PF de sus lotes para una serie temporal de aproximadamente diez años. Actualmente 1.478.000 ha ganaderas están bajo seguimiento mediante un sistema basado en esta tesis. Esto implica un cambio cualitativo de disponibilidad de información y representa una oportunidad para tomar mejores decisiones de manejo, a la vez que concientiza sobre el uso racional del forraje para maximizar su crecimiento. Adicionalmente, la base de datos de PF generada, extraordinariamente amplia en su cobertura espacial y temporal, será de utilidad para trabajos de investigación sobre los patrones espacio-temporales de PF.

Comportamiento de las formas de fósforo en un Ultisol con diferentes manejos de implantación forestal

En sistemas forestales, la preparación del terreno antes de la implantación de un monte adquiere gran importancia debido al impacto de diferentes sistemas de manejo de residuos sobre el capital de nutrientes. El objetivo de éste trabajo fue estudiar la dinámica de las fracciones de P en una plantación de Pinus taeda (L) con diferentes sistemas de manejo de residuos de la cosecha anterior y evaluar el efecto de estas prácticas sobre la adsorción de P en un Ultisol de la provincia de Misiones. Para ello se realizó un ensayo con un diseño experimental de bloques completos al azar con los siguientes tratamientos: 1) sin residuos: extracción de residuos y mantillo y plantación con Pinus taeda; 2) quema: quema de residuos y rastra y plantación con Pinus taeda; 3) plantación directa: conservación de residuos de la cosecha y plantación con Pinus taeda; 4) capuera: conservación de residuos y desarrollo de la vegetación natural denominada capuera y 5) monte nativo (MN). A los 6 y 9 años de aplicados los tratamientos se muestreó a dos profundidades superficial (0-5 cm) y subsuperficial (5-15 cm), y se realizó el fraccionamiento secuencial de P de Hedley, las curvas de adsorción y el cálculo de los coeficientes e índices derivados de las mismas. También fueron evaluadas las variables químicas COT, Ca, Mg, Na, K, suma de cationes, CIC, porcentaje de saturación de bases, pH en agua y pH en ClK (1M). Como resultado se observó que la extracción total de residuos presentó el mayor impacto negativo sobre el P orgánico, lábil y moderadamente lábil en la capa superficial del suelo de 0 a 5 cm. Con respecto a la quema de residuos, después de transcurridos 9 años, no se presentó ningún efecto sobre las fracciones de P más disponibles del suelo. También se observó que ninguna de las distintas prácticas de manejo aplicadas produjo cambios en el contenido de P total. En relación al efecto de los distintos manejos sobre la capacidad de adsorción del P se observó que donde se eliminaron los residuos, ya sea por extracción manual o por quema, se presentó un mayor efecto de adsorción de este nutriente por parte del suelo. Cuando se estudió el cultivo de pino comparado con monte nativo, se observó que la implantación del bosque produjo una mayor adsorción de P en el suelo. De acuerdo a los resultados obtenidos es de esperar que, en el mediano plazo, el manejo con conservación superficial de los residuos conduzca a un aumento de los niveles de COT y de las formas orgánicas de P más disponibles y por otro lado, a una disminución de la sorción de P por parte del suelo. Por lo tanto, es recomendable la aplicación de dicha práctica para reducir la exportación de nutrientes y sostener los aportes de materia orgánica al suelo como mecanismo de protección y reserva de nutrientes

Alternativas para aumentar la producción de forraje en pastizales naturales de la pampa deprimida

El sobrepastoreo es la principal causa de deterioro de los sistemas pastoriles del mundo. Este proceso reduce la provisión de forraje y de otros servicios ecosistémicos como la regulación del balance de carbono o la biodiversidad. Esta tesis investigó el efecto individual o combinado del agregado de herbicida, nitrógeno y Lotus tenuis sobre la oferta forrajera del pastizal. Probamos la hipótesis que la liberación de recursos provocada por el herbicida sobre las poblaciones no forrajeras será aprovechada por las especies de mayor valor si se estimula su crecimiento por medio de la acción de las otras prácticas (fertilización e intersiembra) . Se realizaron dos experimentos a campo, de un año de duración, en un pastizal natural de la Pampa deprimida (Pcia. de Buenos Aires) . El primero evaluó el efecto del agregado de nitrógeno y de semillas de L. tenuis en parcelas que habían sido tratadas, o no, con herbicida selectivo. El segundo evaluó el impacto del agregado de fósforo en parcelas que habían recibido, o no, nitrógeno o L. tenuis, a su vez con o sin herbicida. Se estimaron distintas variables que describen la respuesta de la vegetación a esos tratamientos. El herbicida controló eficazmente a las especies de bajo valor forrajero y aumentó la productividad del pastizal, porque permitió la promoción del crecimiento de las gramíneas estivales. Ni el agregado de nitrógeno ni el de semillas de L. tenuis mejoraron la oferta forrajera e, incluso, con estos tratamientos aumentó la población de A. tenuifolia. El agregado de fósforo al pastizal que había recibido nitrógeno o L. tenuis solo presentó un moderado efecto positivo en la abundancia relativa de las gramíneas invernales. Los resultados indican que, en el corto plazo, el control con herbicida fue la única estrategia que revirtió parcialmente los efectos negativos del sobrepastoreo.

Efecto de las forestaciones sobre el uso de hábitat y la disponibilidad de recursos de mamíferos carnívoros nativos en el NO patagónico

La plantación de pino en Patagonia ha aumentado en las últimas décadas, y es escaso el conocimiento de su impacto sobre la biodiversidad, particularmente sobre especies de altos requerimientos de hábitat. Mediante trampas cámara se estudiaron cambios en el uso de hábitat de carnívoros en vegetación de ecotono estepa-bosque respecto a plantaciones, y a otras estructuras del paisaje forestado, como cortafuegos, remanentes de vegetación nativa, y plantaciones ralas. Para explorar las diferencias en el uso del hábitat, se caracterizó el mismo a distintas escalas espaciales y se determinó la abundancia recursos tróficos. Se registraron cuatro especies: 1) Gato montés (Leopardus geoffroyi), fue registrado en vegetación nativa, cortafuegos y remanentes de vegetación nativa, pero no en plantaciones; estuvo correlacionado negativamente con la cobertura y densidad arbórea y positivamente con la abundancia de liebre. 2) Zorro colorado (Lycalopex culpaeus) y 3) zorrino (Conepatus chinga), fueron más abundantes en vegetación nativa que en plantaciones, y dentro del paisaje forestado prefirieron plantaciones ralas y cortafuegos. Ambas se asociaron positivamente a la cobertura de vegetación nativa, y el zorro también se asoció positivamente a la abundancia de liebre y riqueza herbácea. 4) Puma (Puma concolor) utilizó en similar medida todos los tipos de hábitat; y se asoció positivamente con la abundancia de jabalí y cobertura de plantación a escala de paisaje. En conclusión, las plantaciones desencadenan cambios en los distintos niveles tróficos de la comunidad, afectando a las presas nativas y favoreciendo a las exóticas, lo cual repercute de distinta manera sobre los carnívoros. A pesar de que gran parte de las especies se ven afectadas en alguna medida, los resultados indican que mediante prácticas de manejo y diseños de paisaje es posible mejorar significativamente la calidad del hábitat, de modo de hacer compatible la actividad forestal con la conservación de la fauna

Caracterización funcional de la estepa magallánica y su transición a matorral de Mata Negra (Patagonia austral) a partir de imágenes de resolución espacial intermedia

La PPNA es indicadora de la biomasa disponible y se relaciona con la capacidad de carga de los sistemas pastoriles extensivos. Es posible estimarla a partir de índices de vegetación obtenidos de sensores remotos. El objetivo de esta tesis fue caracterizar funcional y estructuralmente una estepa graminosa (Estepa Magallánica Seca-EMS) y una arbustiva ((Matorral de Mata Negra-MMN) de la Patagonia Austral. En 18 sitios se midió cobertura vegetal (2004 y 2010) y biomasa por estratos (2004 y 2005). Se obtuvieron 8 índices de vegetación a partir de imágenes MODIS (resolución 16 días, 250m, 2003-2010). Se caracterizaron las comunidades vegetales (PCA). Se extrajeron los índices en áreas de 3x3 pixeles y correlacionaron con la biomasa y cobertura medidas a campo. Ambas áreas están dominadas por especies perennes con una cobertura de 66 por ciento En MMN la mitad de este valor corresponde a arbustos. La biomasa aérea total fue de aproximadamente 1000 Kg MS/ha en EMS y el triple en MMN, en ambos casos un 33 por ciento corresponde a material verde. Los índices presentan patrones temporales similares entre áreas, con un máximo a fines de octubre, aunque NDVI y RVI mostraron un segundo pico en abril. El MMN posee mayor biomasa pero los índices fueron 20 por ciento menores que EMS. El NDVI caracterizó mejor la vegetación de la EMS, con correlaciones de 0,69, 0,43 y 0,48 con la fracción verde de biomasa total, intercoironal y coironal, respectivamente. Reflejó además el crecimiento otoñal característico de ambientes con régimen isohigro, limitados por temperatura y humedad. Por el contrario, en el MMN, los índices espectrales y los indicadores de biomasa no correlacionaron. Los valores de regresión obtenidos indican que la evaluación de biomasa disponible a partir de sensores remotos es solo posible en uno de los ecosistemas y muestran que para estimar la receptividad, seria necesaria una calibración local de los índices, dado que la estructura de la vegetación modifica los valores espectrales.

Impactos de las plantaciones de pino sobre el ciclo de carbono a lo largo de un gradiente de precipitaciones en la Patagonia, Argentina

Los cambios en el uso de la tierra modifican la circulación de carbono (C) entre la atmósfera y los ecosistemas, lo que altera el funcionamiento de estos últimos. Los ecosistemas terrestres juegan un papel central sobre el ciclo de C, pero todavía existen muchas incertidumbres asociadas a los impactos del reemplazo de la vegetación natural sobre los reservorios y flujos de C en condiciones climáticas contrastantes. En esta tesis evaluamos el impacto del reemplazo de la vegetación natural por plantaciones de pino sobre el ciclo de C a lo largo de un gradiente de precipitaciones (250-2200 mm) en la Patagonia. Un gradiente donde la composición de especies y formas de vida de la vegetación varía (de estepas arbustivas graminosas a bosques templados) y ecosistemas pareados donde la vegetación es constante (Pinus ponderosa) permitió explorar los efectos combinados y desacoplados de las precipitaciones y la vegetación sobre la productividad primaria neta aérea (PPNA), la descomposición de broza y el balance de C. A la vez, evaluamos el potencial de secuestro de C de dichas plantaciones. Las plantaciones modificaron el balance de C de los ecosistemas a través de cambios simultáneos en la PPNA y la descomposición, y atenuaron la respuesta de algunas variables biogeoquímicas del suelo a los cambios en las precipitaciones. La PPNA de los ecosistemas naturales y plantaciones aumentó de manera lineal a lo largo del gradiente y la pendiente de la relación PPNA-precipitaciones fue similar entre ecosistemas. La descomposición de broza difirió de manera notable entre ecosistemas y sólo presentó una relación positiva con las precipitaciones en las plantaciones. En los ecosistemas naturales, la combinación de las distintas calidades de broza y los efectos abióticos, como la fotodegradación que disminuye al aumentar la cobertura de la vegetación, generaron tasas de descomposición variables a lo largo del gradiente, y siempre superiores a la de las plantaciones. Las plantaciones incrementaron el contenido de C de la biomasa y detritos entre los 250 a 1350 mm, y lo redujeron con respecto al bosque nativo. El incremento de los detritos estuvo asociado a retrasos en la descomposición, pero estos cambios no se reflejaron en el contenido de carbono orgánico del suelo superficial. En esta tesis identificamos interacciones múltiples entre el clima, la vegetación que se reemplaza y la identidad de la especie introducida, que en conjunto definieron el impacto absoluto y relativo de las plantaciones sobre el balance de C a lo largo del gradiente de precipitaciones. La utilización de plantaciones forestales de la Patagonia como estrategia segura de secuestro de C a largo plazo, presentaría bastante incertidumbre y tendría un papel menor en términos de compensar las emisiones de CO2 a la atmósfera que diversas actividades humanas generan.

El reemplazo de pastizales anegadizos por plantaciones de álamos con suelos drenados en el Bajo Delta del río Paraná : cambios físicos y biogeoquímicos en el suelo y el ecosistema

En los humedales del Bajo del Paraná, el drenaje de los suelos, endicamiento y forestación constituyen el cambio de uso más característico. A partir del muestreo de suelos y vegetación en parcelas pareadas de pastizales anegadizos y plantaciones forestales que los reemplazaron tras el drenaje de los suelos, se exploraron los cambios en el volumen y contenido de materia orgánica del suelo y el balance del ecosistema de carbono, nitrógeno (N), fósforo (P), potasio, calcio y magnesio. El estrato de suelo orgánico original se redujo y el suelo mineral perdió volumen (-82 por ciento de porosidad en 0-10 cm de profundidad). Contrarrestó parcialmente estos efectos el aumento del contenido de materia orgánica (1,3 Mg C ha(-1) año(-1) favorecidos por el ingreso de raíces de álamos al suelo drenado (hídrico y libre de raíces en los pastizales). Comparadas con los pastizales, las forestaciones acumularon más carbono y nutrientes en la biomasa aérea y menos en broza y raíces. El balance final fue neutro para carbono y nitrógeno y negativo para fósforo (-0,7 Mg ha (-1) principalmente en los estratos profundos de suelo. Para el calcio, potasio y magnesio las ganancias en el suelo profundo, posiblemente asociadas a los cambios en el balance hídrico (mayor consumo freático, menor aporte superficial), determinaron balances positivos. La relación N/P en hojas de pastos y álamos (7 vs. 18) indicó el cambio de condiciones de limitación por nitrógeno a fósforo. En poco más de una década el drenaje, endicamiento y forestación de pastizales anegadizos redistribuyó el almacenamiento de carbono y nitrógeno sin afectar su magnitud, cambió las limitaciones nutricionales, y generó cambios físicos y químicos en los suelos. Estas modificaciones pueden acentuarse en plazos más largos influenciando la productividad y los servicios ecosistémicos de estos humedales.

La impronta humana sobre la estructura y el funcionamiento de ecosistemas subtropicales secos

Durante años los ecólogos y biogeógrafos han reconocido a los regimenes climáticos y a las condiciones del substrato como controles dominantes de la estructura y el funcionamiento de los ecosistemas. En la actualidad, un conjunto nuevo de controles emerge de las intervenciones que los humanos imponen (asociadas a la densidad poblacional, la riqueza, y la conectividad del paisaje). En esta tesis se describen el uso del suelo, y las características estructurales y funcionales de la vegetación, y se estudian sus controles biofísicos y humanos en regiones subtropicales secas (con lluvias estivales) a nivel global. Estas regiones, originalmente dominadas por formaciones leñosas, albergan en la actualidad una gran diversidad de contextos humanos y formas de manejo. La distribución global de las regiones se determinó a partir de bases de datos climáticas y topográficas. La caracterización del contexto humano, el uso del suelo y la producción de bienes, y la composición de la vegetación, se apoyó en datos cartográficos, estadísticas subnacionales, archivos fotográficos, e imágenes satelitales de alta resolución espacial. La cuantificación del funcionamiento del ecosistema se basó en el uso de información radiométrica proveniente de sensores remotos. Se determinaron cinco regiones en América del Norte y del Sur, África, Asia y Australia, incorporando condiciones semiáridas a subhúmedas. Los análisis implicaron caracterizaciones a nivel regional y local (mayor a 6000 puntos de muestreo), discriminando sistemas de uso no cultivados y cultivados. El reemplazo de la vegetación no cultivada fue variable, desde regiones en donde predominan los cultivos (aproximadamente 75 por ciento en Asia), hasta regiones en donde la fracción del territorio bajo este uso es mínima (aproximadamente 3 por ciento en Australia). Las intervenciones humanas (remoción de biomasa, pastoreo, aplicación de subsidios, etc.) han creado una gran variedad de patrones de vegetación/paisaje internamente en cada región. Los sistemas no cultivados desplegaron un gradiente de decreciente cobertura leñosa o creciente ocurrencia de parches antropogénicos en todas las regiones, que finalmente resultó en una productividad más baja e inestable. Sudamérica presentó los paisajes más leñosos o conservados y los más altos valores de productividad, mientras que Asia y Australia presentaron la mayor transformación de la cobertura y los valores más bajos de productividad. Los paisajes cultivados desplegaron un gradiente de creciente escala de producción no relacionado claramente con la productividad promedio de la vegetación. Norteamérica y Australia se asocian al extremo de mayor escala, mientras que África y Asia al de menor escala (Asia presentó aspectos de ambos extremos). Sudamérica en tanto, presentó nuevamente los valores más altos de productividad, aún sin contar con los altos subsidios que reciben los cultivos de Asia y Norteamérica, mientras que África presenta los valores más bajos. La densidad poblacional explicó la fracción agrícola cuando se consideran todas las regiones, pero la conexión a los mercados adquiere importancia en aquellas regiones más ricas y menos pobladas (Australia y Sudamérica). A nivel paisaje la presión poblacional perdió importancia determinando las características de sistemas no cultivados, siendo el nivel de pobreza y la conectividad los factores determinantes del grado de modificación de la cobertura leñosa. En sistemas cultivados, la pobreza y la densidad poblacional determinaron la escala y el grado de industrialización de la producción. La disponibilidad hídrica demostró un poder explicativo igual o menor que los factores humanos determinando la cobertura y el funcionamiento del ecosistema. Este factor tuvo una mayor importancia para sistemas no cultivados que cultivados. Los efectos de la transformación de un paisaje no cultivado a cultivado sobre la productividad dependieron de las características estructurales y funcionales de la vegetación bajo ambos tipos de uso. Así, el reemplazo trajo aumentos en la productividad en Asia, Australia, Sudamérica (cuando se consideraron las prácticas de riego), y disminuciones en Norteamérica y África. La contextualización de las condiciones pasadas o actuales de los ecosistemas permitió adquirir una base empírica para interpretar procesos clave involucrados en las interacciones entre sociedad y naturaleza. Visiones comparativas como las seguidas en esta tesis por lo tanto ayudarían a explorar caminos alternativos y estrategias de manejo de ecosistemas en un mundo con demandas crecientes por alimento, y en donde sostener o incrementar el capital natural y social es el gran desafío. En este sentido, se analiza la situación actual del Chaco Sudamericano en comparación con las restantes regiones, y se señalan aquellos aspectos fundamentales que llevarían a procesos de degradación de los ecosistemas ante los cambios en el uso a los que está sujeta esta región.

Consecuencias del reemplazo de ecosistemas naturales sudamericanos por forestaciones y pasturas megatérmicas : efectos sobre el carbono orgánico edáfico

Los cambios de uso de la tierra afectan los contenidos de carbono orgánico del suelo (COS), alterando tanto las entradas como las salidas de C en el suelo. En esta tesis se analizó, a partir de una revisión bibliográfica, el efecto a nivel regional de diferentes factores (precipitación, temperatura y edad de implantación) sobre los cambios en los contenidos de COS ocurridos al reemplazar la vegetación nativa por forestaciones o pasturas subtropicales. En un experimento a campo se evaluó el efecto del reemplazo recíproco de vegetación herbácea y leñosa sobre los cambios en los contenidos de COS. A su vez, también se evaluó el efecto de los ingresos y egresos de C (utilizando modelos con isótopos de (13 C), así como la productividad de la vegetación (estimada a partir de sensores remotos), sobre los cambios ocurridos en los contenidos de COS. Los resultados obtenidos mostraron que los cambios en los contenidos de COS superficiales son independientes del tipo de vegetación nativa que es reemplazada. A su vez, las forestaciones ganaron C en zonas áridas pero perdieron C en zonas húmedas, siendo mayores las pérdidas a mayores precipitaciones. Las pasturas aumentaron los contenidos de COS en superficie, incrementando las ganancias con las precipitaciones, sin embargo en profundidad perdieron COS cuando reemplazaron ecosistemas de selva. Tanto en pasturas como forestaciones las ganancias de COS aumentaron con la edad de implantación, sugiriendo que el equilibrio entre entradas y salidas de C al suelo es alcanzado a edades avanzadas de las plantaciones. En todas las transiciones estudiadas los ingresos de C (y no los egresos), junto con la productividad subterránea, explicaron los cambios en los contenidos de COS ocurridos luego del cambio de uso, mientras que inesperadamente la tasa de mineralización del COS fue similar en todas ellas.

Modelos explicativos y predictivos de la productividad, disponibilidad y calidad de forraje basados en sensores remotos

La productividad primaria neta aérea (PPNA) y la biomasa y la calidad forrajeras son clave en los sistemas pastoriles. Dada su variación espacial y temporal, contar con descripciones de dicha variación y con herramientas de monitorización facilita y perfecciona su manejo. Los sensores remotos permiten estimar frecuente y detalladamente la PPNA pero no la biomasa y la calidad. El objetivo de esta tesis es mejorar el conocimiento sobre la PPNA y las posibilidades de monitorización de los recursos forrajeros en general y los de la Pampa Deprimida en particular. Primero, se presentan patrones de variación de la PPNA de los principales recursos forrajeros y modelos de prospección de la PPNA primaveral para distintas unidades de vegetación. Segundo, se presentan modelos de estimación de la biomasa y calidad forrajera basados en sensores remotos y generados mediante ensayos en condiciones controladas y a campo. La variación espacial de la PPNA fue explicada por la precipitación a escala regional, los suelos a escala subregional y los suelos y el pastoreo a escala local. Entre recursos, las pasturas de loma tuvieron mayor PPNA que los pastizales de bajo; dicha diferencia aumentó con la precipitación media. Entre escalas, la variación espacial fue mayor a escala regional y la temporal fue mayor a escala local. La PPNA primaveral se relacionó con variables ambientales de meses previos diferentes según los pastizales estuvieran dominados por especies invernales o estivales, y según las pasturas fueran de suelos profundos o someros. Las estimaciones de la biomasa y calidad forrajera fueron satisfactorias en general, aunque imprecisas bajo ciertas condiciones experimentales como sequía, fertilización, y presencia de biomasa senescente, que requirieron modelos específicos. La estimación de la biomasa total a campo mediante un modelo basado en estimaciones independientes de la biomasa fotosintética y la no fotosintética resultó precisa a lo largo de un año. Los resultados aportan información acerca de los controles ambientales de la PPNA en pastizales subhúmedos y representan un avance en la estimación de la biomasa y calidad forrajera mediante sensores remotos