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El pasado 9 de mayo, nuestra investigadora de la Unidad de Ecotoxicología de la Contaminación Atmosférica del Departamento de Medio Ambiente, Raquel Ruiz Checa, defendió en la Universidad Rey juan Carlos su tesis doctoral "Atmospheric nitrogen deposition in broadleaf evergreen Mediterranean forests: uptake, canopy processes and cycling". Un trabajo dirigido por los investigadores del CIEMAT Rocío Alonso y Héctor García que ha obtenido la máxima calificación: sobresaliente Cum Laude.

El nitrógeno reactivo (N) es un elemento esencial para la vida que forma parte de un complejo ciclo biogeoquímico que conecta la atmósfera, la vegetación, el suelo y los sistemas acuáticos. Las concentraciones de N en la atmósfera se han incrementado en el último siglo debido a las actividades humanas asociadas a la quema de combustibles fósiles y la intensificación de la agricultura y la ganadería. Una vez emitidos a la atmósfera, estos compuestos pueden ser transportados a grandes distancias y depositarse en lugares remotos alejados de fuentes de contaminación. Este depósito de compuestos nitrogenados puede suponer una amenaza para la conservación de los ecosistemas, debido a que puede alterar el ciclo natural del nitrógeno ocasionando procesos de acidificación, eutrofización, daños directos a la vegetación, formación de ozono troposférico y partículas, y pérdida de biodiversidad.

Con esta tesis doctoral, Ruiz Checa investiga cómo las entradas de N en un bosque mediterráneo, tanto por vía húmeda como seca, interactúan con el dosel forestal, los microorganismos y el suelo, y cómo estas interacciones influyen en el funcionamiento del ecosistema.

Durante un año, se monitorizaron tres encinares en España, ecosistemas representativos de la cuenca mediterránea, expuestos a diferentes condiciones climáticas y niveles de concentración y depósito de compuestos nitrogenados. Se analizaron las concentraciones de los contaminantes atmosféricos, los procesos de depósito de N, la meteorología, las propiedades del suelo y las respuestas fisiológicas de las plantas. Además, se realizaron experimentos estacionales de fertilización de ramas con N marcado isotópicamente en campo, para cuantificar la absorción foliar de N. También se utilizaron análisis genéticos e isotópicos para estudiar las comunidades microbianas de la filosfera, microorganismos que viven sobre la superficie de las hojas, y las transformaciones biológicas del N que ocurren dentro del dosel.

Los resultados de esta tesis doctoral han mostrado que los encinares españoles están expuestos a un rango de depósito de compuestos nitrogenados que varía entre 8.4 y 23.3 kg N·ha^-1·año^-1, valores por encina de los límites establecidos para la conservación de estos ecosistemas, fijados entre 10-15 g N·ha^-1·año^-1. Además, se observó que este depósito se encuentra dominado en un 70-80% por depósito seco. A pesar de la importancia del depósito seco de N, actualmente no existe un método estandarizado aplicable a diferentes tipos de bosques para monitorizar y cuantificar este depósito seco. Uno de los principales aportes de esta tesis es la mejora en la estimación de este tipo de depósito utilizando una aproximación empírico-inferencial que, por primera vez, incluye la influencia de la disponibilidad de agua en el suelo en el cálculo del depósito estomático de N. Este avance resulta especialmente relevante en el contexto del cambio climático, en el que se prevé un aumento del depósito seco debido a la disminución de las precipitaciones en algunas regiones.

Otro hallazgo importante ha sido la cuantificación de los procesos de absorción foliar del depósito húmedo de N, confirmando la preferencia por compuestos de N reducido (amonio), aunque también se ha detectado una absorción activa de compuestos oxidados (nitrato).  Estos procesos ocurren principalmente a nivel cuticular y en hojas en desarrollo. 

Asimismo, esta tesis describe por primera vez durante un año completo, la presencia y composición de comunidades microbianas de la filosfera, enfocándose en aquellos microorganismos que participan en el ciclo del N, como los microorganismos nitrificantes y fijadores de N. Se ha comprobado que la nitrificación biológica en el dosel ocurre principalmente durante los meses de verano, coincidiendo con periodos prolongados de depósito seco de N y ausencia de lluvias, que permiten la actividad biológica de los microorganismos.

Todos estos resultados han permitido demostrar que el dosel forestal actúa como un filtro activo para el depósito atmosférico de N, pudiendo funcionar el bosque como fuente o sumidero de N, dependiendo de factores estacionales y atmosféricos, y participando activamente en el ciclo del nitrógeno. Comprender esta dinámica es esencial para predecir las respuestas de los ecosistemas al aumento del depósito de N atmosférico y poder desarrollar metodologías que permitan realizar análisis de riesgo de efectos de los contaminantes atmosféricos para proteger los ecosistemas vulnerables.