La deposición de N está aumentando rápidamente en ecosistemas tropicales, incrementando la disponibilidad del bioelemento. A pesar de que los bosques de estas regiones dominan el intercambio de CO2 entre la atmósfera y la biosfera terrestre, nuestra comprensión respecto a los efectos del incremento de la deposición de N en el ciclo del C y del N en el suelo, así como en sus pérdidas, es reducida. Este limitado conocimiento de la interacción entre el ciclo del C y del N en regiones tropicales ante escenarios de incremento en la deposición de N dificulta la predicción de las trayectorias futuras del CO2 y del N2O atmosférico y, con ello, las del clima futuro. Esta propuesta plantea abordar experimentalmente el estudio del acoplamiento del ciclo de C y el de N en suelos tropicales estacionalmente secos, sus respuestas ante escenarios esperados del incremento en la disponibilidad de N y las consecuencias que ello tendría para la biodiversidad y la función microbiana del suelo. Para ello, se utilizarán experimentos de campo de adición de N (en cantidades similares a las proyectadas para la deposición de N atmosférico en el año 2030) en bosques tropicales secos y muy secos, del estado de Yucatán. Nuestros objetivos son: (1) determinar la sensibilidad de los almacenes lábiles de C y de la actividad microbiana (mineralización de la materia orgánica y actividad enzimática) en el suelo al enriquecimiento con N, y relacionar los cambios con las pérdidas de C por lixiviación y emisiones de CO2; (2) determinar los cambios en el N mineral (tasas netas de mineralización y nitrificación ) en la retención de N (inmovilización microbiana y reacciones a N orgánico) y en las pérdidas de N por lixiviación y emisiones de óxidos de N, y relacionar estos cambios con la composición, estructura y funcionalidad de la comunidad microbiana que regula el ciclo de N en el suelo.

El grupo de Biogeoquímica Terrestre y Clima (Instituto de Ecología, UNAM) ha explorado los ciclos biogeoquímicos en BTES en diferentes regiones de México. En particular para la región de Yucatán, los ciclos de C, N y P se han estudiado profundamente, evaluando las respuestas de la vegetación, los consumidores (herbívoros) y los microorganismos del suelo a la manipulación experimental de la disponibilidad de N y P en el suelo.
Asimismo, éste grupo ha demostrado la importancia de la disponibilidad de N, tanto como la de P, para la captura de C por parte de la vegetación (Campo y Vázquez-Yanes, 2004). En relación al secuestro de C en el suelo, han reportado cambios en la distribución de la materia orgánica en los agregados del suelo en respuesta al incremento de N, que sugieren una mayor protección y reducción de sus pérdidas por lixiviación y mineralización (Gamboa et al., 2010). Varios estudios realizados indican que el enriquecimiento de N incrementa su toma y circulación en BTES (Campo y Dirzo, 2003; Solís y Campo, 2004; Campo et al., 2007). También se ha demostrado que existe una fuerte relación positiva entre las tasas de transformación de N en el suelo y la actividad de la biomasa microbiana edáfica con las magnitudes de los flujos de N desde la vegetación al suelo (Saynes et al., 2005).
Los resultados de este Proyecto de Investigación arrojarán una serie de datos esenciales para nuestra comprensión del efecto del cambio climático global y el incremento pronosticado de la deposición nitrogenada en los ciclos de C y N en el suelo, así como en la composición, estructura y funcionalidad de las comunidades microbianas edáficas que participan en el ciclo del N en ecosistemas forestales tropicales secos de México. La información generada contribuirá a mejorar nuestra comprensión de la interacción entre el ciclo del C y del N en regiones tropicales ante escenarios de incremento en la deposición de N, lo cual es imprescindible para mejorar nuestras predicciones de las trayectorias futuras del CO2 y del N2O atmosférico, y con ello las del clima futuro.
Asimismo, en la propuesta se plantea formar tres estudiantes de postgrado, elaborar tres manuscritos científicos para ser publicados en revistas indizadas internacionales, y un artículo de difusión, trabajo interdisciplinario (biogeoquímica, ecología microbiana, biología molecular y bioinformática) y la participación en congresos nacionales e internacionales.

Este Proyecto generará impactos en varios campos:
- Cualitativo: El proyecto es novedoso y de gran interés práctico por la posibilidad de aplicar al mismo tiempo conocimientos y técnicas de biogeoquímica y biología molecular para estudiar la dinámica del N y la ecología microbiana en BTES, ecosistemas de gran relevancia en México. Además, la experiencia de la Dra. Pajares, tanto en biogeoquímica terrestre como en el uso de técnicas de biología molecular para el estudio de la diversidad microbiana, y la posibilidad de realizar estos trabajos en colaboración con el Laboratorio de Evolución Molecular y Experimental, liderado por la Dra. Souza en este mismo Instituto, ayudarán a complementar los trabajos que llevamos realizando sobre la biogeoquímica y producción vegetal en estos bosques tropicales. Por tanto, la colaboración entre investigadores pertenecientes a diferentes instituciones, tanto nacionales como internacionales, ayudará a fomentar los lazos de cooperación entre instituciones y a fortalecer una línea de investigación interdisciplinaria en relación al estudio de la emisión de gases de efecto invernadero, secuestro de carbono y diversidad microbiana edáfica por efecto del cambio climático global.
- Económico: Los datos obtenidos en esta estancia permitirán crear estrategias para controlar el desarrollo sostenible de los BTES en México, lo cual beneficiará económicamente a las poblaciones locales, que viven de los recursos que les aporta estos tipos de ecosistemas forestales y que en la actualidad presentan un alto grado de degradación por el abandono de tierras de cultivo y la tala incontrolada.
- Ambiental: El desarrollo del proyecto tendrá un gran impacto en los estudios de conservación de la biodiversidad del suelo forestal. Además, nos ofrecerá la posibilidad de valorar si la deposición nitrogenada en BTES de México promoverá la diversidad y actividad de las poblaciones bacterianas edáficas relacionadas con el ciclo del N y, con ello, la productividad vegetal y la regeneración de estos bosques, ya que en su mayoría se encuentran muy degradados por haber sido sometidos a intensos cambios de uso del suelo (agricultura intensiva y tala selectiva). Asimismo, nos ayudará a un mejor entendimiento de la dinámica de los procesos biológicos en estos sistemas forestales. La importancia ambiental de este tipo de investigaciones radica también en determinar el impacto ambiental que el enriquecimiento con N puede ocasionar en el ecosistema. Debido a que la productividad de la mayoría de los ecosistemas forestales está limitada por N, el incremento esperado de la deposición nitrogenada en los próximos años podría estimular el crecimiento forestal y aumentar el secuestro de C por parte de estos ecosistemas, pero también produciría un aumento de N20 en la atmósfera a través de la desnitrificación, que es un potente gas invernadero. Por otro lado, la nitrificación puede ocasionar la lixiviación de NO3, lo que llevaría a la contaminación del agua potable y la eutrofización de los ecosistemas acuáticos.