Stable isotopes and changing paradigms on soil nitrogen and carbon biogeochemistry

Abstract

Muchos de los modelos conceptuales e ideas desarrollados en el ámbito de la biogeoquímica se basan en diagramas de flujo que representan las reservas de nutrientes como "cajas" interconectadas por "flechas" que indican los procesos abióticos y bióticos que regulan su transformación y flujo entre reservas. El uso de isótopos estables permite integrar dichos procesos en el espacio y en el tiempo, y por ello han jugado un papel central en la comprensión de los ciclos de nutrientes como el N y el C en los ecosistemas, y en particular en el suelo. Aquí revisamos el proceso de cambio de paradigmas que ha tenido lugar respecto al reciclado de estos nutrientes en el suelo; un proceso en el que los isótopos estables han contribuido significativamente a través de tres aproximaciones principales: (i) como integradores en balances de entrada/salida que consideran como "cajas negras" a compartimentos amplios del ecosistema, (ii) como trazadores para revelar procesos intermedios que operan dentro de las "cajas negras" y el destino final de los nutrientes, y (iii) como marcadores o indicadores de uso, disponibilidad y estrés por nutrientes en las plantas. También se discuten los retos actuales y las perspectivas de futuro a este respecto.

Many perceptions on ecosystem biogeochemistry are based on flow diagrams in which element pools (boxes) are interconnected by abiotic and biotic mechanisms controlling transformations of chemical species and flows among the pools (arrows). Because of the ability of stable isotopes to integrate such processes over time and space, they have played a central role in our current understanding of nutrient cycling, particularly in the cases of N and C. Most fluxes and transformations involved in terrestrial nutrient cycling cross over or take place in soil compartments. We here review the development of new paradigms in soil nitrogen (and carbon) cycling research, to which stables isotopes contributed through three main approaches: (i) as integrators of nutrient input/output budgets from broad ecosystems compartments or "black-boxes", (ii) as tracers to unravel specific processes and end-member pools operating within these black-boxes, and (iii) as markers or indicators of nutrient use, availability and deficiency to plants. New challenges and future perspective to that respect are also discussed.