Dinámica de los flujos de carbono y agua en respuesta a la disponibilidad hídrica en un matorral árido del Norte de Chile

Abstract

El cambio climático está modificando los flujos de carbono y agua en los ecosistemas a nivel global, lo que resalta la necesidad de comprender mejor sistemas aún subrepresentados, como los matorrales áridos. En este estudio, cuantificamos los flujos de carbono y agua mediante mediciones continuas de covarianza de remolinos durante tres años en uno de los matorrales más áridos del mundo, en el norte de Chile, y estimamos estos flujos espacialmente utilizando datos de teledetección. El ecosistema exhibió una marcada variabilidad ecohidrológica impulsada por pulsos episódicos de precipitación y actuó como un sumidero neto persistente de carbono, con valores anuales de intercambio neto de CO₂ (NEE) entre −187 y −305 g C m⁻² año⁻¹. La evapotranspiración varió entre 182 y 257 mm año⁻¹ y fue siempre superior a la precipitación (66–184 mm año⁻¹), lo que sugiere que las plantas utilizan agua subterránea. Un modelo de regresión por vectores de soporte (SVR), que integra índices de vegetación de Sentinel-2 y radiación ajustada por topografía, predijo el NEE con un R² de 0,56 y estimó valores promedio a escala de paisaje de −188 ± 31 g C m⁻² año⁻¹ (−6,9 ± 1,1 Mg CO₂ ha⁻¹ año⁻¹). El balance de carbono estuvo controlado principalmente por la disponibilidad de agua y modulado por la radiación y la dinámica de la vegetación. Los modelos predictivos mostraron un buen nivel de concordancia con las observaciones de la torre, respaldando su representatividad del matorral a escala de paisaje. Estos resultados indican que los matorrales áridos pueden actuar como sumideros persistentes de carbono regulados por pulsos hidroclimáticos, destacando su importancia ecológica y la necesidad de su conservación en paisajes áridos de Sudamérica y otras regiones.

Climate change is reshaping carbon and water fluxes across ecosystems worldwide, highlighting the need to better understand underrepresented systems such as arid shrublands. We quantified carbon and water fluxes using continuous eddy covariance measurements during three years in one of the world’s most arid shrublands in northern Chile and estimated these fluxes spatially using remote-sensing data. The ecosystem exhibited marked ecohydrological variability driven by episodic rainfall pulses and acted as a persistent net carbon sink, with annual net ecosystem exchange (NEE) ranging from −187 to −305 g C m⁻² yr⁻¹, while evapotranspiration ranged from 182 to 257 mm yr⁻¹ and was always higher than precipitation (66-184 mm yr-1), suggesting that plants use underground water. A Support Vector Regression (SVR) model integrating Sentinel-2 vegetation indices and terrain-adjusted radiation predicted NEE with an R² of 0.56 and estimated mean landscape values of −188 ± 31 g C m⁻² yr⁻¹ (−6.9 ± 1.1 Mg CO₂ ha⁻¹ yr⁻¹). Carbon balance was primarily controlled by water availability and modulated by radiation and vegetation dynamics. Predictive models showed a good level of agreement with tower observations, supporting their representativeness of the shrubland at the landscape scale. These findings indicate that arid shrublands can act as persistent carbon sinks regulated by hydroclimatic pulses, highlighting their ecological importance and the need for their conservation in arid landscapes of South America and elsewhere.