El papel de la investigación científica en los programas de seguimiento de los efectos del cambio global.

1. Seguimiento de los efectos del cambio global en espacios naturales protegidos
CURSO UNIA, SEDE ANTONIO MACHADO
Investigación y seguimiento del Cambio Global
Regino Zamora Rodríguez,
Universidad de Granada,
Centro Andaluz de Medio
Ambiente (CEAMA)

2. ¿ Que es el cambio global?
• Cambios a escala global que
afectan al funcionamiento de la
Tierra como sistema
• Mucho mas que cambio
climático
Reid & Miller (1989)
• Socio-economico tanto como
U.S. Bureau of the Census
biofísico
Ejemplos:
Ejemplos: Vitousek (1994)
Mackenzie et al (2002)
Richards (1991), WRI (1990)
Fijación de nitrogeno
!
Temperatura
!
Biodiversidad
!
Composicion atmósfera
!
NOAA
Población
!
N en zona costera
!
Cubierta forestal
!
Explotación de pesquerias
!
FAO

3. Causas del Cambio Global
Población humana
(tamaño y uso de recursos)
Industria Agricultura
Incremento del CO2 Biogeoquímica Cambios en el uso
del nitrógeno y cobertura del suelo
Cambio climático global Pérdida de diversidad biológica
Vitousek 1994, Ecology 75:1861-1876.

4. La huella Humana en todo el planeta
http://www.wcs.org/humanfootprint
http:// www.Maweb.org
http:// www.esa.org/ecovisions
Sanderson et al 2001, BioScience

5. ¿Qué efectos tiene el cambio global en las plantas?
(1)Fisiológicos. Respuestas de las plantas a la
fertilización y a la temperatura.
LUZ
CO2
6CO2 + 6H2O = C6H12O6 + 6O2
Se supone que el efecto va a ser positivo sobre la fotosíntesis, y por tanto
sobre la productividad de las plantas...

6. ¿Qué efectos tiene el cambio global en las plantas?
Pero...
-Las plantas se aclimatan
rápidamente a las nuevas
condiciones y el incremento en
la productividad desaparece.
Bazzaz 1990, Annual Review of Ecology and
Systematics 21:167-196; Idso 1999, Global
Change Biology 5:493-495.

7. ¿Qué efectos tiene el cambio global en los animales?
(1) Fisiológicos. Respuestas de los animales a
la fertilización y a la temperatura.
quot; El incremento de temperatura acelerará casi
todos los procesos biológicos, especialmente
en organismos ectotermos.
quot; El incremento de temperatura anticipará la
fenología de muchas especies, y limitará la
efectividad de las diapausas obligadas.

8. ¿Qué efectos tiene el cambio global en la biota?
(2) Poblacionales: respuestas de plantas y
animales. Casi todos derivados del efecto de
la temperatura en los organismos.
quot; Al acelerar los procesos fisiológicos, la
fenología se verá adelantada.
quot; Los cambios en fisiología y fenología
propiciarán a su vez cambios en la distribución
geográfica de las especies.

9. Efectos del cambio global: alteraciones fenológicas
Los cambios en fenología incluyen:
- Actividad más temprana.
- Actividad más prolongada.
Roy y Sparks 2000, Global Change Biology 6:407-416.

10. Efectos del cambio global: migraciones
Aparecen nuevas
poblaciones en el lado
norte del rango de
distribución, y estas
poblaciones localizadas
más recientemente
muestran un mayor
porcentaje de
individuos macrópteros
(con mayor movilidad).
Thomas et al. 2001, Nature 411:577-581.

11. Revisión de los efectos del cambio global en la biota
Según las Opuesto a las
Tipo de cambio
predicciones predicciones
Fenológico (n = 484/678) 87% (423) 13% (61)
Distribución
Cambio en el límite polar 81% 19%
Cambio en el límite ecuatorial 75% 25%
Abundancia
Especies tolerantes al frío 74% 26%
Especies térmicas 91% 9%
(n = 469/920) 81% (372) 19% (88)
Meta-análisis
Límites de distribución 6,1 km/10 a. hacia el polo
Fenología 2,3 días/10 a. de adelanto
Parmesan y Yohe 2003, Nature 421:37-42.

12. Cambio Global e interacciones planta-animal
(3) Interactivos: alteraciones en las interacciones
como consecuencia de los cambios fisiológicos
y poblacionales.
quot; Alteración de interacciones tróficas por
cambios en la calidad del alimento.
quot; Disrupción de otras interacciones preexistentes
por desconexión entre fenologías.
quot; Establecimiento de nuevas interacciones.

13. Problema para los insectos herbívoros
Insectos que crecen sobre plantas cultivadas en ambientes
enriquecidos en CO2 se desarrollan peor que insectos que se
alimentan de plantas control.
Stiling et al. 2003, Oecologia 134:82-87.

14. Y también para los herbívoros vertebrados..
el efecto de la reducción en la calidad del alimento será en
general negativo para los herbívoros vertebrados...
Owensby et al. 1996. En: Körner y Bazzaz (eds.) Carbon dioxide,
populations, and communities. Academic Press.

15. Ya que el alimento es cada vez de peor calidad
….
... como consecuencia del desbalance estequiométrico en el
alimento que van a tener disponible, y esto incluye al hombre.
Loladze 2002, Trends in Ecology and Evolution 17:457-461.

16. .. Y sus consecuencias hasta el tercer nivel trófico
Las especies que
necesitan un buen
ajuste temporal a
la disponibilidad de
recursos sufren
especialmente las
consecuencias del
cambio fenológico
Sanz et al. 2003, Global Change Biology 9:461-472.

17. SIERRA NEVADA
OBSERVATORIO MUNDIAL
DE CAMBIO GLOBAL

18. La alta montaña mediterránea en el contexto del Cambio Global
Las montañas son excepcionalmente interesantes para el seguimiento de
los efectos del cambio global, por diversas razones
Las montañas son observatorios privilegiados:
Del Universo
Del clima: balance energético, radiación UV, etc
De la atmósfera: partículas, contaminantes, gases de efecto invernadero,
formas biológicas de resistencia y microorganismos, etc.

19. La alta montaña mediterránea en el contexto del Cambio Global
Las montañas son excepcionalmente interesantes para el seguimiento de
los efectos del cambio global, por diversas razones
Son lugares menos antropizados que las tierras bajas.
Refugio de especies extintas en otros lugares.
Refugio de especies con un área de distribución limitada por la altitud.

20. La alta montaña mediterránea en el contexto del Cambio Global
Las montañas son excepcionalmente interesantes para el seguimiento de
los efectos del cambio global, por diversas razones
Las montañas son privilegiados laboratorios naturales:
Los gradientes altitudinales reproducen los cambios que ocurren a lo largo de
gradientes latitudinales de forma más rápida y en menos distancia.
Muy sensibles a cambios ambientales por los frágiles equilibrios entre los
componentes del sistema natural

21. La alta montaña mediterránea en el contexto del Cambio Global
X
Mecanismos de adaptación a los efectos del cambio climático
Bajo una perspectiva temporal
Largo plazo: EVOLUCIÓN
plazo:
Corto plazo: MIGRACIÓN
plazo:
Limitaciones de la migración
A escala local: ascenso A escala continental:
altitudinal. Reducción del
altitudinal. Continuidad de un hábitat
hábitat disponible. apropiado para la
migración.

22. Cambios climáticos y respuestas bióticas: extinción,
migración, especiación, estasis
Extinción. Arenaria nevadensis.
Blanca et al. 2001, Flora amenazada y endémica de Sierra Nevada. Editorial Universidad de Granada.

23. Cambios climáticos y respuestas bióticas: migración
Barranco del Espinal, Sierra Nevada. © J.A. Hódar, y Sinclair et al. 1999, Molecular Ecology 8:83-88.
Hódar,

24. Cambios climáticos y respuestas bióticas: migración.
Hampe y Petit 2005, Ecology Letters
Taberlet et al. 1988, Molecular Ecology 6:289-301.

25. Cambios climáticos y respuestas bióticas: migración.
Huntley 1988, Journal of Biogeography 20:163-180.

26. Cambios climáticos y respuestas bióticas: especiación.
http://www.mark-ju.net/wildlife/images/frog1.jpg y
http: //www. mark-ju. net/wildlife/images/frog1.
http://www.castelldefels.org/fitxers/imatges_dg/hyla%20meridionalis2gr.JPG
http: //www. castelldefels. org/fitxers/imatges_dg/hyla%20meridionalis2gr.JPG

27. Cambios climáticos y respuestas bióticas: Estasis.
Latimeria sp. Solnhofen, Alemania. Latimeria chalumnae.
http://www.toyen.uio.no/palmus/palvenn/c_aquisitions/year2004/latimeria.jpg y
http: //www. toyen. uio. no/palmus/palvenn/c_aquisitions/year2004/latimeria.
http://www.digimorph.org/specimens/Latimeria_chalumnae/latimeria.jpg.
http: //www. digimorph. org/specimens/Latimeria_chalumnae/latimeria. jpg.

28. Cambios climáticos y respuestas bióticas: Estasis
(poblaciones remanentes)
Estructura de edades de la tejeda del Barranco del Espinal, Sierra Nevada.
García et al. 2000. Biological Conservation 95:31-38.

29. Cambio Global: Investigación y seguimiento
Presión de herbivoría
Magnitud
Producción primaria
Precipitación
Años
Fuente: Zamora et al. 2001

30. Ejemplo 1) Clima Mediterráneo, intensidad de herbivoría y la
regeneración de la vegetación leñosa
Condicionantes abióticos:
! Incremento de la variabilidad climática
Condicionantes bióticos:
! Fragmentación forestal
! Extinción de predadores
! Incremento de las poblaciones de
ungulados silvestres
! Ganadería extensiva

31. 1) Clima Mediterráneo, intensidad de herbivoría y la regeneración de la
vegetación leñosa
Juvenil afortunado…
…la cabra está feliz!!
... juvenil dañado, pero...

32. 1) Clima Mediterráneo, intensidad de herbivoría y la regeneración de la
vegetación leñosa
Daños por ungulado en los juveniles de
pino albar (Pinus sylvestris nevadensis)
Zamora et al. 2001. Forest Ecology and Management 144:33-42.

33. 1) Clima Mediterráneo, intensidad de herbivoría y la regeneración de la
vegetación leñosa
Fuerte limitación en la regeneración natural de la vegetación.
!
La comunidad de plantas está modelada por los herbívoros a
quot;
diferentes niveles: diversidad de especies, estructura
espacial, sucesión ecológica.
El incremento en las poblaciones de herbívoros domésticos y
quot;
salvajes provoca una regulación “top-down” en las redes
tróficas.
Una presión de herbivoría fuerte y constante puede
quot;
sobreexplotar la comunidad de plantas, especialmente
cuando la producción primaria fluctúa considerablemente
debido a la variabilidad climática.

34. 1) Clima Mediterráneo, intensidad de herbivoría y la regeneración de la
vegetación leñosa
Variabilidad temporal en los daños por herbivoría
Porcentaje de juveniles dañados
80
60
40
20
0
1996 1997
1995
Juvenil de P.sylvestris dañado
Año seco Año lluvioso
Fuente: Zamora et al. 2001

35. 1) Clima Mediterráneo, intensidad de herbivoría y la regeneración de la
vegetación leñosa
Propuestas para la gestión:
Es fundamental prevenir la herbivoría
!
crónica: La gestión debe basarse en una
adecuada planificación espacial y temporal.
Se necesita una gestión flexible, de manera
!
que el número de cabezas de ganado sea
ajustado anualmente de acuerdo con las
condiciones climáticas del año.

36. Ejemplo 2) El calentamiento global favorece nuevas interacciones:
efectos de los insectos plaga en las reforestaciones
El cambio climático puede romper muchas interacciones
planta-animal al cambiar la fenología o el rango
geográfico de las especies que interaccionan (respuesta
diferencial de plantas y animales al calentamiento).
Nuevas interacciones puede surgir cuando:
El insecto no está estrictamente especializado en su
!
planta huésped.
Hay otras plantas alternativas a lo largo del
!
gradiente ambiental.

37. 2) El calentamiento global favorece nuevas interacciones: efectos de
los insectos plaga en las reforestaciones
Condicionantes abióticos:
! Incremento de la temperatura
Condicionantes bióticos:
! Migración
! Capacidad de formar plagas
! Repoblaciones homogéneas (composición
genética, edad y estructura espacial)

38. 2) El calentamiento global favorece nuevas interacciones: efectos de
los insectos plaga en las reforestaciones
Ejemplo:
La oruga defoliadora
mediterránea
Thaumetopoea
pityocampa, y su
impacto en las
poblaciones de Pinus
sylvestris.

39. Cambio climático e irrupción de nuevas plagas: Procesionaria del pino
(Thaumetopoea pityocampa)

40. El calentamiento invernal está actualmente provocando un
desplazamiento altitudinal de los insectos plaga limitados por las bajas
temperaturas
Calentamiento
Siglo XX global
2200 m
P. sylvestris
1600 m
P. nigra
Gradiente altitudinal en Sierra Nevada
Fuente: Hódar & Zamora, Biodiversity and Conservation 2004

41. Cambio climático e irrupción de nuevas plagas: Procesionaria del pino
La defoliación provoca una reducción en
el crecimiento de los juveniles, una
disminución en la capacidad reproductiva
de los adultos, y el riesgo de muerte si la
defoliación es reiterada.
Hódar et al. 2003. Biological Conservation 110:123-129.

42. La Defoliación provoca una reducción en la capacidad
reproductiva
25
100
Number of female cones
Per cent of individuals
80 20
60 15
40 10
20 5
30
Cone diameter (mm)
0 60
0
Cone length (mm)
25
U D
U D 50
20
40
15
30
10
20
U D
U D
20
40
Seed weight (mg)
15
Seeds per cone
30
10
20
5
10
0 0
U D U D
Hódar et al. 2003. Biological Conservation 110:123-129

43. La intensidad de defoliación muestra una asociación significativa con la
temperatura del invierno previo: inviernos cálidos favorecen la aparición de la
plaga en los pinares de P. sylvestris.
Temperatura invernal (° C)
2 50
o
Defoliación (%)
40
1 o
o
30
o
o
o
0 o
o
20
o
o
-1
10
o
-2 0
1991 92 93 94 95 96 97 98 99 00 2001
Años
Fuente: Hódar & Zamora, Biodiversity and Conservation 2004

44. Cambio climático e irrupción de nuevas plagas: Procesionaria del pino
La estructura homogénea de las repoblaciones favorece
el origen y la expansión de la plaga
Repoblaciones de pinos en Sierra Nevada

45. Cambio climático e irrupción de nuevas plagas: Procesionaria del pino
El incremento en la extensión de las repoblaciones desde
1850 hasta 1985 en la provincia de Granada (Sur de
España) favorece la aparición de plagas

46. Las consecuencias negativas de esta nueva interaccion se
debe a: 1) El calentamiento global, lo que favorece los
desplazamientos altitudinales, y 2) La existencia de
repoblaciones homogéneas, que representan un “caldo de
cultivo” ideal para la aparición de plagas
Sierra Nevada pine forest and plantations

47. Ejemplo 3: Cómo recuperar la biodiversidad en los hábitats
degradados de la montaña mediterránea?
Bosque mixto de montaña
Sorbus aria Lonicera arborea
Taxus baccata
Taxus baccata
Cotoneaster granatense
Adenocarpus decorticans
Acer opalus subsp. granatense

48. +
? ?
Diversidad
? BOSQUE MIXTO DE
MATORRAL MONTAÑA
CADUCIFOLIO
?
PINAR CON
?
SOTOBOSQUE
? MATORRAL
?
MATORRAL
SUCESIONAL PINAR
REPOBLADO
?
DENSO
PINAR
REPOBLADO
ACLARADO
?
PINAR
-
REPOBLADO
PINAR
VALLADO
REPOBLADO
-
Manejo
+

49. Aplicación de las interacciones de facilitación
en la restauración
Loma Panaderos (1850 m) Huétor (1400 m)
Lanjarón (1230-1900 m)
Válor (1820-2000 m)
Lanjarón
Nº total plantones: 18380
Especies plantadas: 11
Nodrizas: 16
Parcelas: 36
Zonas : 7
Altitud: 400-2000
Suelos: sílice y caliza
Años: 1997, 2000 y 2001
Rosales (1800 m) Cortijuela (1650 m)

50. Aplicación de las interacciones de facilitación en la
restauración forestal: CONCLUSIONES
quot; Ventajas ecológicas: no impacto en vegetación y suelo.
quot; Ventajas económicas: menor mortalidad de plantones = menor
reemplazamiento, menor coste por hectárea.
quot; Aplicable a gran número de especies arbóreas para incrementar la
biodiversidad de la repoblación.
quot; Resultados positivos en diferentes condiciones ambientales.
quot; La facilitación incrementa con el estrés abiótico = beneficios mayores
bajo un escenario de cambio climático.
quot; Una adecuada selección de la especie de plantón, de los arbustos
nodriza (poco palatables) y el control de la densidad de ungulados
permitirán un mayor éxito en la restauración forestal para favorecer
la sucesión secundaria.

51. Ejemplo 4 ¿Quéimportancia tienen las interacciones ecológicas
Para la recuperación de biodiversidad en las plantaciones?

52. La mayoría de las semillas son dispersadas por viento…….
100%
aves
90%
mamíferos
80%
viento
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
autóctono rep. densa rep. rep. matorral
aclarada cercada

53. Sin embargo, la mayoría de las plántulas y juveniles son de
plantas dispersadas por animales….
Densidad de plántulas (plántulas/m!)
0.70
autóctono repoblaciones matorral
0.60
0.50
0.40
0.30
0.20
0.10
0.00
P. sylvestris A. granatense S. aria matorrales matorrales
fruto carnoso fruto seco

54. + Dinámica sucesional
Sólo reclutan
DENSIDAD DE ARBUSTOS
los arbustos
MATORRAL
SUCESIONAL
Reclutan
muchos más
arbustos que
Años “secos”:
secos” árboles
reclutan más
arbustos que
BOSQUE AUTÓCTONO
árboles
Años “lluviosos”:
lluviosos”
Reclutan árboles
y arbustos
- PLANTACIONES
+
- DENSIDAD DE ÁRBOLES