Influencia de la salinidad en la acumulación de carbono en bosques de manglar sin subsidios externos materia orgánica

Abstract

La capacidad de almacenar carbono orgánico (CO) es uno de los servicios ecosistémicos más conocidos de los manglares; sin embargo, la magnitud de los flujos y reservas presenta una gran variabilidad y diferencias significativas entre tipos geomorfológicos. Los ambientes de aguas abiertas carbonatadas se encuentran entre los de mayor contenido de carbono, debido, según diferentes autores, a las características biofísicas de sus sedimentos. Sin embargo, poco se ha explorado sobre el papel de la salinidad, regulador de la composición y estructura florística de los bosques y, por tanto, de la dinámica del carbono. El presente estudio tuvo como objetivo evaluar la influencia de la salinidad en la acumulación de carbono orgánico en las reservas aéreas y subterráneas (biomasa de área y de raíces), y a su vez en los procesos de retención de carbono en los sedimentos, abordando la producción y descomposición de hojarasca y la producción radicular, en bosques de manglar sin subsidios externos de materia orgánica. Para ello, se seleccionaron tres tipos fisiográficos de manglar, caracterizados por diferentes regímenes salinos en la isla de San Andrés Caribe colombiano; dos bosques de tierra adentro de régimen mesohalino (Smith Channel - SCTA y Sound Bay - SBTA, salinidad media 9.6 ± 6.2 y 11.5 ± 7.4 UPS, respectivamente), un bosque de franja euhalino (Hooker Bay - BHF, salinidad media 37.4 ± 5.7 UPS) y un bosque de cuenca de régimen hiperhalino (Hooker Bay - BHC, salinidad media 62.3 ± 10.5 UPS). La hipótesis de trabajo fue que en bosques con menores valores de salinidad se tendría una mayor acumulación de carbono orgánico total, representado en una mayor biomasa aérea, siendo las reservas de los componentes aéreos inversas a la salinidad y los subterráneos directos a la salinidad. Dando respuesta a estas hipótesis, se establecieron parcelas permanentes de 400 m² (3 en BHC, 5 en BHF, 4 en SBTA y 6 en SCTA), en donde se midió y caracterizó la estructura de cada bosque (especies, el número de individuos, Diámetro a la Altura del Pecho (DAP), área basal y el Índice de Valor de Importancia (IVI); con esta información, y a partir de ecuaciones alométricas, se estimaron los contenidos de carbono en la biomasa aérea. Se determinaron además características del suelo como la densidad aparente, la composición granulométrica y la cantidad de materia orgánica en sedimentos, con esta información se estimaron los contenidos de carbono en los sedimentos. La biomasa radicular se estimó a partir del análisis de tres (3) muestras de suelo por parcela, utilizando un núcleo (10.2 cm diámetro × 45 cm largo) de PVC, seleccionando las raíces vivas en función del diámetro (<2 mm; 2-5 mm y 5-20 mm). Para la producción de hojarasca, se instalaron 90 canastas de 0.25 m² para la colecta mensual de hojarasca. En BHC, BHF y SCTA la recogida se realizó de 2012 a 2019, y para SBTA sólo en 2022. La producción anual de raíces se evaluó mediante la técnica de núcleos de crecimiento (108 núcleos de suelo) y, al igual que en la biomasa, se separaron las raíces por tamaño. La descomposición de hojarasca se midió a partir de la instalación de bolsas de descomposición (litterbag) durante 40 semanas en el bosque de SBTA y según lo referido por Sierra Rozo et al. (2009) para los bosques de BHF y SCTA. Los valores obtenidos para cada componente se expresaron en peso seco y se convirtieron según el factor de conversión establecido por Howard et al. (2014). El contenido medio (±EE) de carbono orgánico total (COT) en los bosques (Mg C ha⁻¹) fue mayor en los bosques mesohalinos de SBTA y SCTA con valores de 424.16 ± 14.67 y 401.03 ± 14.61, y menores en los bosques hiperhalino de BHC 321.05 ± 14.14 Mg C ha⁻¹ y euhalino de BHF 299.89 ± 7 Mg C ha⁻¹. Los contenidos fueron mayores en el sedimento (BHC: 218.5 ± 14.15, BHF: 217 ± 26.24, SBTA: 246.4 ± 20.06 y SCTA: 198.3 ± 20.43 Mg C ha⁻¹) respecto a la biomasa aérea, en la mayoría de los casos, a excepción de SCTA (BHC: 97.48 ± 28.71, BHF: 77.11 ± 11.22, SBTA: 173.82 ± 18.08 y SCTA: 200.20 ± 8.64 Mg C ha⁻¹). En cuanto a la biomasa radicular, los valores encontrados tuvieron una relación directamente proporcional a la salinidad (BHC: 5.04 ± 0.93, BHF: 5.78 ± 0.67, SBTA: 3.9 ± 0.5 y SCTA: 2.5 ± 0.38 Mg C ha⁻¹). Estos hallazgos respaldan la hipótesis propuesta, que plantea una relación inversa entre la salinidad y la biomasa aérea, mientras que la biomasa radicular muestra una correlación positiva. En cuanto al carbono encontrado en los sedimentos, se observó que este se relaciona con la zonificación de especies determinada por la salinidad, la productividad del bosque y los procesos de retención asociados con la densidad aparente y la granulometría del suelo. En relación con los flujos de acumulación de carbono orgánico, la producción de hojarasca fue mayor en los bosques mesohalinos (SCTA: 9.74 ± 0.8 Mg C ha⁻¹ año⁻¹ y SBTA: 6.12 ± 2.7), seguido del hiperhalino (BHF: 6.83 ± 0.79), y euhalino (BHC: 4.68 ± 0.36). La descomposición de hojarasca fue más lenta en los bosques de SBTA (Ag: 0.0068 g día⁻¹, Rm: 0.0042 g día⁻¹ y Lr: 0.0062 g día⁻¹), seguido de SCTA (Rm: 0.0159 g día⁻¹ y Lr: 0.0186 g día⁻¹) y BHF (Ag: 0.0290 g día⁻¹, Rm: 0.0250 g día⁻¹ y Lr: 0.0279 g día⁻¹), diferencias asociadas a la macrofauna descomponedora y al régimen de mareas en BHF. La producción de raíces fue mayor en los bosques con salinidades intermedias (BHF: 1.30 ± 1.68 Mg C ha⁻¹ año⁻¹, SBTA: 1.19 ± 1.17 Mg C ha⁻¹ año⁻¹) y menor en aquellos con salinidades extremas (BHC: 0.24 ± 0.49 Mg C ha⁻¹ año⁻¹ y SCTA: 0.41 ± 0.49 Mg C ha⁻¹ año⁻¹). Estos resultados sugieren que las salinidades extremas generan respuestas contrastantes en los procesos de acumulación de carbono, respaldadas en las diferencias significativas encontradas entre bosques. Sin embargo, se infiere que, además de la salinidad, influyen otras variables como la geomorfología y los regímenes de inundación. Los bosques mesohalinos de tierra adentro, como SBTA y SCTA, destacan por su alta eficiencia en la acumulación de carbono debido al bajo estrés asociado con la salinidad moderada. Estas condiciones favorecen una zonificación más equilibrada, un desarrollo estructural robusto y una alta eficiencia fotosintética, además de una mayor retención de carbono en el sistema por la ausencia de exportación significativa de materia orgánica. En conclusión, los resultados logrados en este estudio constituyen una línea base valiosa para la gestión y manejo de los manglares en ambientes kársticos, aportando evidencia sólida sobre la influencia de la salinidad en este servicio ecosistémico esencial. Asimismo, fortalecen la representatividad del muestreo para mejorar el poder estadístico y detectar diferencias entre ambientes sedimentarios y geomorfológicos, contribuyendo a mejorar las estimaciones del presupuesto global de carbono en los manglares (Texto tomado de la fuente).

The capacity to store organic carbon (OC) is one of the most recognized ecosystem services of mangroves; however, the magnitude of carbon fluxes and stocks shows great variability and significant differences among geomorphological types. Open carbonate water environments are among those with the highest carbon content, attributed by different authors to the biophysical characteristics of their sediments. Nevertheless, the role of salinity—an important regulator of floristic composition and forest structure, and thus of carbon dynamics—has been less explored. The aim of this study was to evaluate the influence of salinity on organic carbon accumulation in above- and belowground stocks (aboveground biomass and root biomass), as well as in sediment carbon retention processes, by addressing litterfall production and decomposition, and root production, in mangrove forests without external subsidies of organic matter. To this end, three physiographic types of mangroves with different salinity regimes were selected on San Andrés Island, Colombian Caribbean: two inland mesohaline forests (Smith Channel – SCTA, 9.6 ± 6.2 PSU; and Sound Bay SBTA, 11.5 ± 7.4 PSU), one euhaline fringe forest (Hooker Bay – BHF, 37.4 ± 5.7 PSU), and one hyperhaline basin forest (Hooker Bay – BHC, 62.3 ± 10.5 PSU). The working hypothesis was that forests with lower salinity would have higher total organic carbon accumulation, reflected in greater aboveground biomass, with aboveground stocks being inversely related to salinity and belowground stocks directly related to salinity. To test this hypothesis, permanent 400 m² plots were established (3 in BHC, 5 in BHF, 4 in SBTA, and 6 in SCTA), where the forest structure was measured and characterized (species composition, number of individuals, Diameter at Breast Height (DBH), basal area, and Importance Value Index (IVI)). Using this information and allometric equations, carbon content in aboveground biomass was estimated. Soil characteristics such as bulk density, particle size distribution, and organic matter content were also determined to estimate carbon stocks in sediments. Root biomass was estimated from three soil samples per plot, using PVC cores (10.2 cm diameter × 45 cm depth), where live roots were separated by diameter classes (<2 mm, 2–5 mm, and 5–20 mm). For litterfall production, 90 baskets of 0.25 m² were installed for monthly collection. Sampling was conducted from 2012 to 2019 in BHC, BHF, and SCTA, and only in 2022 for SBTA. Annual root production was evaluated using the ingrowth core technique (108 soil cores), with roots separated by size. Litter decomposition was measured using litterbags installed for 40 weeks in SBTA, and for BHF and SCTA values were taken from Sierra Rozo et al. (2009). All results were expressed as dry weight and converted to carbon using the factor proposed by Howard et al. (2014). The mean (±SE) total organic carbon (TOC) content in the forests (Mg C ha⁻¹) was higher in the mesohaline forests of SBTA and SCTA (424.16 ± 14.67 and 401.03 ± 14.61, respectively), and lower in the hyperhaline BHC (321.05 ± 14.14) and the euhaline BHF (299.89 ± 7). Sediment carbon stocks were the largest component in most forests (BHC: 218.5 ± 14.15, BHF: 217 ± 26.24, SBTA: 246.4 ± 20.06, SCTA: 198.3 ± 20.43 Mg C ha⁻¹), except in SCTA, where aboveground biomass contributed slightly more (200.20 ± 8.64 vs. 198.3 ± 20.43 Mg C ha⁻¹). Aboveground biomass values were 97.48 ± 28.71 (BHC), 77.11 ± 11.22 (BHF), 173.82 ± 18.08 (SBTA), and 200.20 ± 8.64 (SCTA). Root biomass showed a direct relationship with salinity (BHC: 5.04 ± 0.93, BHF: 5.78 ± 0.67, SBTA: 3.9 ± 0.5, SCTA: 2.5 ± 0.38 Mg C ha⁻¹). These findings support the hypothesis of an inverse relationship between salinity and aboveground biomass, and a positive correlation with root biomass.

Sediment carbon was linked to species zonation regulated by salinity, forest productivity, and retention processes associated with soil bulk density and granulometry. Regarding carbon fluxes, litterfall production was highest in mesohaline forests (SCTA: 9.74 ± 0.8 Mg C ha⁻¹ yr⁻¹; SBTA: 6.12 ± 2.7), followed by the euhaline (BHF: 6.83 ± 0.79) and hyperhaline forests (BHC: 4.68 ± 0.36). Litter decomposition was slowest in SBTA (Ag: 0.0068 g day⁻¹, Rm: 0.0042 g day⁻¹, Lr: 0.0062 g day⁻¹), followed by SCTA (Rm: 0.0159 g day⁻¹, Lr: 0.0186 g day⁻¹), and was fastest in BHF (Ag: 0.0290 g day⁻¹, Rm: 0.0250 g day⁻¹, Lr: 0.0279 g day⁻¹), differences likely related to decomposer macrofauna and tidal regimes in BHF. Root production was higher in forests with intermediate salinity (BHF: 1.30 ± 1.68 Mg C ha⁻¹ yr⁻¹, SBTA: 1.19 ± 1.17) and lower in those with extreme salinity (BHC: 0.24 ± 0.49, SCTA: 0.41 ± 0.49). These results suggest that extreme salinity generates contrasting responses in carbon accumulation processes, as evidenced by the significant differences among forests. However, other variables, such as geomorphology and flooding regimes, also play a role. Mesohaline inland forests, such as SBTA and SCTA, stand out for their high efficiency in carbon accumulation, due to the reduced stress associated with moderate salinity. These conditions favor balanced zonation, robust structural development, and high photosynthetic efficiency, as well as greater carbon retention in the system due to the absence of significant organic matter export. In conclusion, the results of this study provide a valuable baseline for mangrove management in karstic environments, offering strong evidence of the influence of salinity on this key ecosystem service. They also strengthen sampling representativeness, improving statistical power and enabling the detection of differences among sedimentary and geomorphological environments, thereby contributing to refining global carbon budget estimates in mangroves.