Factores que afectan el funcionamiento del ecosistema en sitios dominados por especies de diferente calidad forrajera en el noroeste patagónico

Abstract

Los pastizales naturales, constituyen un recurso natural renovable importante para la producción ganadera. El pastoreo tiene efectos no solo en las especies consumidas, sino también en todas aquellas que forman parte de la comunidad vegetal. La descomposición de la broza es fundamental para mantener la productividad de los ecosistemas terrestres. La misma regula la disponibilidad de nutrientes necesarios para el crecimiento de las plantas. El proceso de descomposición, es producido por una combinación de factores bióticos y abióticos como la actividad de los microorganismos en el suelo, las características de la broza, la temperatura, la precipitación y la radiación ultravioleta. El impacto de un cambio florístico sobre el flujo de energía y el ciclo de nutrientes del ecosistema está relacionado con diferencias en rasgos funcionales importantes, como la calidad de los tejidos aéreos y de la broza, entre especies más competitivas que reemplazan a especies menos competitivas bajo condiciones apropiadas de manejo del pastoreo. Poa ligularis, Nassella tenuis y Amelichloa ambigua son gramíneas perennes otoño-invierno-primaverales de distintas etapas sucesionales, abundantes en los pastizales del sudoeste bonaerense. Las dos primeras especies son preferidas por el ganado doméstico y de etapas sucesionales tardías e intermedias, respectivamente; por su parte, A. ambigua es una especie indeseable y perteneciente a etapas sucesionales más tempranas. Las especies serales tardías, producen broza de buena calidad con altos contenidos de N, baja relación C:N y lignina, dando lugar a una rápida descomposición y mineralización de nutrientes. En este estudio se determinaron los efectos de (1) especies de gramíneas perennes nativas de distintas etapas sucesionales (P. ligularis, N. tenuis y A. ambigua) y (2) la defoliación de las mismas en: (1) la demografía y el crecimiento de macollas, (2) la producción y dinámica de descomposición de la broza, (3) las comunidades microbianas, (4) la mineralización de N, (5) la diversidad morfológica de los hongos formadores de micorrizas arbusculares (HFMA), (6) el porcentaje de colonización total y de estructuras (vesículas y arbúsculas) de micorrizas arbusculares, y (7) la producción de forraje anual. Los estudios se efectuaron en una clausura de 16 años al acceso de herbívoros domésticos en la Chacra Experimental de Patagones (Bs. As.). Diferentes plantas marcadas de las tres especies en cada uno de tres años consecutivos (2012-2014) fueron o no (control) defoliadas dos veces durante la estación de crecimiento, en los estadios morfológicos de desarrollo vegetativo e inmediatamente luego de la diferenciación de los ápices vegetativos en reproductivos. Las especies palatables (es decir, P. ligularis y N. tenuis) lograron recuperar la pérdida de material fotosintético en las macollas marcadas debido a la defoliación, y tuvieron una producción similar o mayor de forraje que la especie no palatable. Las tasas relativas de crecimiento de las plantas defoliadas de las tres especies fueron similares, y en ciertos períodos mayores a aquellas en las plantas control. Esto contribuye a explicar la sobrecompensación de biomasa aérea de las tres especies en 2012, y la compensación y sobrecompensación de A. ambigua y P. ligularis en 2013, respectivamente, respecto de los controles sin defoliar por unidad de área basal. En general, las plantas de P. ligularis mostraron un mayor aporte de broza aérea respecto de las demás especies. La broza aérea de P. ligularis y N. tenuis se descompuso más fácilmente que la broza de A. ambigua; en el caso de las raíces ocurrió lo contrario, y los efectos microclimáticos de las especies, podrían influir en estadios más avanzados del proceso de descomposición. La identidad de las especies vegetales más que los tratamientos de defoliación, modularon la estructura de las comunidades bacterianas y la actividad microbiana. La mineralización neta potencial de N fue mayor bajo A. ambigua en 2013. Sin embargo, en las incubaciones aeróbicas no se registraron diferencias significativas entre especies. Poa ligularis presentó mayor densidad de hongos formadores de micorrizas arbusculares, y junto con A. ambigua presentaron mayor riqueza de los mismos que los sitios sin vegetación. En general, los tratamientos de defoliación afectaron la colonización total sólo en ciertos momentos de muestreo. Las plantas de Poa ligularis presentaron mayor porcentaje de vesículas durante 2012 y 2013, y A. ambigua de arbúsculas en el último muestreo. Esto último demuestra la mayor dependencia de esta especie a la asociación micorrízica. Este estudio determinó (1) un mayor aporte de broza aérea, que se descompone más fácilmente, (2) comunidades de micoorganismos más heterogéneas (es decir, más diversas), y (3) una mayor actividad microbiana, densidad total de esporas y presencia de vesículas en P. ligularis que en A. ambigua. Estos resultados sugieren un mejor funcionamiento en el ecosistema estudiado (vía un mayor ciclo de nutrientes) en pastizales naturales dominados por P. ligularis que en aquellos dominados por A. ambigua.

Rangelands are an important renewable natural resource for livestock production. Grazing has effects not only on the grazed plants but also on all those which are part of the plant community. Litter decomposition is critical to maintain the productivity of terrestrial ecosystems. It regulates the availability of nutrients which are necessary for plant growth. The process of decomposition is produced by a combination of biotic and abiotic factors such as the activity of the microorganisms in the soil, litter characteristics, temperature, precipitation and ultraviolet radiation. The impact of a change in the plant species composition on the energy flow and nutrient cycling in the ecosystem is related with differences in important functional traits. These include, for example, the quality of the shoot tissues and litter between more competitive species which replace less competitive ones under appropriate livestock grazing. Poa ligularis, Nassella tenuis and Amelichloa ambigua are cool season perennial grasses of different successional stages, which are abundant on rangelands of southwestern Buenos Aires. Poa ligularis and N. tenuis are preferred by domestic livestock, and of late and intermediate successional stages, respectively. Amelichloa ambigua is a not preferred plant species, and of earlier successional stages than P. ligularis and N. tenuis. Late-seral perennial grasses produce good quality litter with high N content and low C/N and lignin ratios, which leads to a fast decomposition and nutrient mineralization. In this study, the effects of (1) native perennial grasses of different successional stages (i.e., P. ligularis, N. tenuis and A. ambigua), and (2) defoliation of these grasses were determined on (1) tiller demography and growth, (2) litter production and decomposition dynamics, (3) microbial communities, (4) N mineralization, (5) morphological diversity of fungi forming mycorrhizal associations (FFMA), (6) the total percentage of mycorrhiza colonization and of those of mycorrhiza structures (vesicles and arbuscules), and (7) annual forage production. Studies were conducted within a 16-year-old exclosure to domestic livestock in the Chacra Experimental de Patagones, Provincia de Buenos Aires. Different marked plants of the three species on each of three consecutive years were either defoliated or not (i.e., control plants) twice in the growing season in the vegetative and immediately after the differentiation of the shoot apex from vegetative to reproductive developmental morphology stages. Preferred species (i.e., P. ligularis and N. tenuis) achieved to recover photosynthetic material lost to defoliation in the marked tillers, and showed an either similar or greater forage production than undefoliated plants. Relative growth rates of the three species were either similar or greater than those on control plants. This contributes to explain the overcompensation of aboveground biomass in the three species in 2012, and the either exact or overcompensation of that biomass on A. ambigua and P. ligularis in 2013, respectively, on a per unit basal area scale. In general, plants of P. ligularis showed a greater aboveground litter production in comparison to the other species. Aboveground litter of P. ligularis and N. tenuis decomposed easier than that of A. ambigua. The reverse was true for belowground litter, and the microclimatic effects of the plant species could influence on more advanced stages of the decomposition process. Species identity more than the defoliation treatments modulated the structure of the bacterial communities and the microbial activity. Potential N mineralization was greater underneath A. ambigua in 2013. However, there were not significant differences among species in the aerobic incubations. Poa ligularis showed a greater density of FFMA, and together with A. ambigua showed greater FFMA richness than uncovered, nude sites. In general, defoliation treatments affect total colonization by mycorrhizal fungi only at certain times of sampling. Plants of P. ligularis had a greater percentage of vesicles during two consecutive years, and those of A. ambigua of arbuscules at the last sampling date. This demonstrates the greater dependency of A. ambigua of the symbiosis with fungi in comparison to the other two plant species. This study determined (1) a greater contribution of aboveground litter, which decomposes easily, (2) more heterogeneous microorganism communities (i.e., more diverse), and (3) a greater microbial activity, total spore density and presence of vesicles, in P. ligularis than in A. ambigua. These results suggest a better functioning in the study ecosystem (via a greater nutrient cycling) if rangelands are dominated by P. ligularis than by A. ambigua.