Climate change effects on N and P cycling and greenhouse gas fluxes in cork oak forests of southern Spain

Abstract

The Mediterranean basin is a culturally and biodiversity rich region that is expected to suffer some of the worst effects of predicted climate change with higher temperatures, significant decreases in precipitation, and more extreme climatic events. Los Alcornocales natural park in southern Spain is one of the largest protected cork oak forests in the region, with great ecological, cultural, and economic value. Its longstanding forests provide many ecosystem services but are threatened by several interacting stressors such as human disturbances, climatic changes, pathogens, and pests. Thus, we aimed to study how key ecosystem processes such as soil nitrogen and phosphorus cycling and greenhouse gas fluxes, would be impacted by forecasted climatic changes. Treatments were established that increased temperature by 2-3C, reduced rainfall by ~30%, and a combination treatment of both. We found that all soil nutrients were significantly impacted by reductions in rainfall, with altered seasonal patterns of production. Greenhouse gases fluxes were also impacted on a seasonal basis, with nitrous oxide emissions significantly increased overall by temperature treatments, carbon dioxide exhibiting variable responses, and methane fixation rates reduced under climate change conditions. We conclude that, according to our manipulative field experiment, soil nutrient cycling and greenhouse gas fluxes in these forests are likely to be significantly altered by forecasted changes in climate, with important implications for the overall ecosystem functionality.

A bacia do Mediterrâneo é uma região rica em cultura e biodiversidade que deverá sofrer alguns dos piores efeitos da mudança climática prevista com temperaturas mais altas, decréscimos significativos na precipitação e eventos climáticos mais extremos. O parque natural Los Alcornocales, no sul da Espanha, é uma das maiores florestas de sobreiro protegidas da região, com grande valor ecológico, cultural e econômico. Suas florestas de longa data fornecem muitos serviços ecossistêmicos, mas são ameaçadas por vários fatores de estresse interativos, como distúrbios humanos, mudanças climáticas, patógenos e pragas. Assim, procuramos estudar como os principais processos ecossistêmicos, tais como o ciclo do nitrogênio e do fósforo do solo e os fluxos de gases de efeito estufa, seriam afetados pelas mudanças climáticas previstas. Foram estabelecidos tratamentos que aumentaram a temperatura em 2-3C, reduziram a precipitação em ~ 30% e um tratamento combinado de ambos. Descobrimos que todos os nutrientes do solo foram significativamente impactados por reduções na precipitação, com padrões sazonais de produção alterados. Os fluxos de gases do efeito estufa também foram afetados sazonalmente, com as emissões de óxido nitroso aumentadas significativamente pelos tratamentos de temperatura, o dióxido de carbono exibindo respostas variáveis ​​e as taxas de fixação do metano reduzidas sob condições de mudanças climáticas. Concluímos que, de acordo com nosso experimento de campo manipulador, a ciclagem de nutrientes no solo e os fluxos de gases de efeito estufa nessas florestas provavelmente serão significativamente alterados pelas mudanças previstas no clima, com importantes implicações para a funcionalidade geral do ecossistema.