El agua y el carbono son compuestos fundamentales para las plantas, pero estos organismos también requieren otros nutrientes minerales para sobrevivir, crecer y reproducirse. La nutrición vegetal estudia la manera en que las plantas adquieren estos recursos y, entre ellos, el nitrógeno es uno de los más importantes. Después del agua, el nitrógeno es el nutriente que, cuando falta, más restringe la productividad de sistemas agrícolas y ecosistemas naturales, ya que es un componente esencial de los ácidos nucleicos, los aminoácidos y la clorofila.
     El mayor reservorio de nitrógeno de nuestro planeta se encuentra en la atmósfera; alrededor de 80% de la composición del aire corresponde a este elemento, pero las plantas no pueden asimilarlo cuando éste se encuentra en estado gaseoso. Las plantas terrestres obtienen el nitrógeno del suelo, donde debe estar bajo la forma de nitrato o amonio para poder ser captado por las raíces. 
     La concentración de estas formas de nitrógeno en el suelo depende principalmente de bacterias que lo capturan desde el aire y lo procesan para transformarlo en nitratos. Otra fracción del nitrógeno presente en el suelo proviene de microbios que degradan materia orgánica muerta y lo liberan como amoniaco o nitratos; sin embargo, la actividad de estos organismos fijadores de nitrógeno está fuertemente vinculada con el clima⁴ y, sobre esta cuestión, se ha indicado que las mayores temperaturas esperadas en escenarios de cambio climático pueden acelerar el metabolismo de estos organismos, conduciendo a incrementos de la cantidad de nitrógeno en el suelo.

     De manera opuesta, en regiones donde ocurrirán reducciones en la precipitación, se predice que habrá disminuciones en la cantidad de nitrógeno del suelo, porque los organismos mencionados se verán afectados negativamente por la falta de agua. En el caso de México, donde es esperable tener aumentos de temperatura y disminuciones en la precipitación pluvial, aún se desconoce cómo el cambio climático afectará las concentraciones de nitrógeno en los ecosistemas forestales, a cuyas economías locales aportan vitalidad.
     En los árboles, la mayor parte del nitrógeno se encuentra en las hojas y está directamente asociado a las moléculas orgánicas involucradas en la fotosíntesis. Cuando los árboles crecen en ambientes con baja disponibilidad de nitrógeno, su capacidad para sintetizar estas moléculas se reduce y, en consecuencia, disminuye su eficiencia para fijar carbono. Estos árboles presentan menores tasas de crecimiento en comparación con los que viven en ambientes ricos en nitrógeno; en casos extremos, llegan a morir por deficiencias nutricionales.
     Como en todas las especies, los primeros estados de vida de los árboles —denominados plántulas— son muy susceptibles a la mortalidad al crecer bajo condiciones inadecuadas para su desarrollo. Por ello, la supervivencia de las plántulas es fundamental para sustentar la regeneración natural de los bosques. De esta manera, si los cambios climáticos que se esperan en México reducen la disponibilidad de nitrógeno para las plántulas de árboles, podríamos pronosticar disminuciones en las tasas de regeneración natural de los bosques.

En bosques de Europa y los Estados Unidos se han analizado los efectos del cambio climático sobre la asimilación de nitrógeno en plántulas de árboles y los estudios resultantes indican que las plántulas asimilarán más nitrógeno cuando sólo enfrenten incrementos de temperatura, aumentando su capacidad fotosintética y su crecimiento. Por el contrario, la asimilación de nitrógeno se verá reducida si solamente aumenta la sequía, y las plántulas disminuirán sus tasas de fijación de carbono y crecimiento. La falta de estudios sobre estos temas en México genera mucha incertidumbre respecto al futuro de los bosques, ya que las plántulas de los árboles deberán enfrentar el efecto combinado de mayor temperatura y menor precipitación. 
     Considerando ese escenario de cambio climático, investigadores y estudiantes del Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica, A. C. (IPICyT) han desarrollado experimentos para establecer si tales alteraciones ambientales afectarán la disponibilidad de nitrógeno en el suelo y la manera en que esto repercutirá sobre las plántulas de las especies arbóreas en bosques templados.

     Esta investigación es financiada por el Conacyt (proyecto CB2013-221623 “Dinámicas de reclutamiento de encinos [Quercus spp.] en escenarios de cambio climático”) y los experimentos se desarrollan en Sierra de Álvarez, San Luis Potosí, porque concentra una elevada diversidad de encinos (figura 1). 
     En estos experimentos se utilizan parcelas de cambio climático en las que se incrementa la temperatura y se reduce la precipitación, mientras un segundo grupo de parcelas actúa como controles de contraste bajo las condiciones climáticas actuales. En las parcelas de cambio climático, el calentamiento se simula con cámaras de acrílico trasparente (figura 2) que reducen la velocidad del viento para incrementar la temperatura en su interior. Las condiciones de sequía, por otra parte, se simulan adaptando un sistema de canaletas de policarbonato en la parte superior de estas estructuras (figura 2). Así, se logra, simultáneamente, inducir condiciones más cálidas y más secas que en el ambiente circundante.
     Las parcelas control, en cambio, solamente son protegidas con malla de alambre para evitar el acceso de animales que pudieran alterar el experimento (figura 2). En todas esas parcelas se sembraron bellotas de diferentes especies de encinos y, desde hace un año, en ellas se monitorea: las condiciones ambientales, la actividad de microorganismos fijadores de nitrógeno, la concentración de amonio y nitrato en el suelo y las respuestas de las plántulas emergentes.
     Los resultados de estos experimentos indican que las estructuras descritas anteriormente permiten simular las condiciones de cambio climático esperadas para mediados de este siglo, incrementando la temperatura del aire entre 1.5 y 2.5 °C y reduciendo la precipitación entre 8 y 15%, en comparación con sus controles. Estas modificaciones ambientales redujeron la actividad de los organismos fijadores de nitrógeno en 20%, disminuyendo las concentraciones de nitrato y amonio en el suelo en más de 30%, lo que mermó dramáticamente la supervivencia y el crecimiento de las plántulas de encinos en las parcelas de cambio climático. De hecho, las plántulas que lograron sobrevivir bajo estas condiciones presentaron menores contenidos de clorofila y nitrógeno foliar, además de menores eficiencias fotosintéticas que aquellas desarrolladas en las parcelas control.
     Estos experimentos indican que el cambio climático es una amenaza severa para la regeneración de los bosques mexicanos, pudiendo causar enormes pérdidas de servicios forestales. En este aspecto, México requiere más proyectos de investigación de este tipo, que se desarrollen en otras regiones del país y con una mayor diversidad de especies arbóreas, lo cual permitiría reducir la incertidumbre que existe respecto al futuro de nuestros bosques. Estas iniciativas constituirán una herramienta para tomar decisiones acertadas sobre conservación y manejo forestal orientados a asegurar el bienestar de la población dependiente de los servicios ambientales que proveen estos ecosistemas.