Cambios en la proporción de especies C3/C4 en pastizales naturales y sus efectos sobre la mineralización potencia de nitrógeno y los niveles de δ15N

Abstract

El ciclado de nitrógeno es especialmente complejo en pastizales pastoreados ya que incluye especies con ciclos de producción contrastantes, leguminosas fijadoras de nitrógeno, e involucra la ingesta de forraje por parte de rumiantes y la consecuente deposición de heces y orina. En este trabajo se analizó la relación entre cambios en la proporción de especies C3/C4 en pastizales naturales del Río de la Plata y dos aspectos del ciclado de nitrógeno: la capacidad potencial de mineralizar nitrógeno y el contenido del isótopo 15N, un indicador de la importancia de pérdidas de nitrógeno por volatilización. Para esto, se estudiaron pastizales sometidos a cambios drásticos y continuados en su composición C3/C4 mediante el uso de herbicidas no selectivos que eliminan la vegetación perenne y facilitan la implantación de especies anuales invernales C3. La hipótesis es que el cambio del sistema C3-C4 original hacia uno con mayor proporción de especies C3, lleva a una menor relación C/N del material que ingresa al suelo, y esto aumenta el nitrógeno mineralizable y las pérdidas por volatilización de amoniaco. Se espera que estas respuestas se manifiesten de manera similar dentro de un gradiente climático y para distintos tipos de suelo. Aumentos en la proporción de especies C3 se asociaron con disminuciones en la relación C/N de las fracciones más jóvenes de la materia orgánica del suelo. Sin embargo, contrariamente a lo esperado, el nitrógeno potencialmente mineralizable no estuvo asociado con la respuesta de la relación C/N, sino más bien con cambios–disminuciones en la cantidad de carbono en la materia orgánica particulada. Además, el aumento en la proporción de especies C3 se asoció con aumentos en el δ15N de la materia orgánica particulada, sugiriendo incrementos en las perdidas por volatilización probablemente asociados a incrementos en la presión de pastoreo y digestibilidad del forraje. Estas respuestas mostraron la misma tendencia en pastizales con clima templado (vegetación mayormente C3) y en pastizales subtropicales (vegetación mayormente C4). En conclusión, el trabajo muestra que el cambio C3/C4 afectó el ciclado de nitrógeno de estos pastizales, y enfatiza el rol del animal en pastoreo como intermediario de dicho efecto.

Nitrogen cycling is specially complex in grazed grasslands due to the diversity of species with contrasting growth periods, including N2-fixing legumes, and to the consumption of forage by grazing animals with the consequent deposition of feaces and urine. This study analyses the relationship between changes in the C3/C4 ratio of the Río de la Plata grasslands and two aspects of nitrogen cycling: the potential for nitrogen mineralization and the content of 15N, an indicator of the importance of volatilization losses. For this, we studied grasslands subjected to drastic and continued changes in the C3/C4 composition by the use of herbicides that killed all perennial vegetation facilitating the establishment of annual C3 winter grasses. The hypothesis is that changes towards a more C3 vegetation will cause decreases in the C/N ratio of the material entering the soil, and that this will, in turn, increase the mineralizable nitrogen and losses from volatilization of ammonia. It is expected that these responses will be similar in a range of climates and soil types. Increases in the proportion of C3 species were related to decreases in the C/N ratio of the particulate soil organic matter. However, opposite to expected, potential for nitrogen mineralization was not associated with the response in C/N ratio, but rather with changes –decreases– in the amount of carbon in particulate soil organic matter. Further, the increase in C3 vegetation was associated with increases in δ15N, suggesting increases in volatilization losses probably associated with increased grazing pressure and forage digestibility. These responses were similar in grasslands under both temperate and subtropical climate. In conclusion, this study shows that changes in the C3/C4 ratio affected nitrogen cycling, and emphasize the role of the grazing animal as intermediary of that effect.