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Impactos, Vulnerabilidad y Adaptación de los
bosques ibéricos al cambio climático
Miguel Angel de Zavala
Grupo de Ecología y Restauración Forestal
Universidad de Alcalá
SEMINARIOS DEL PLAN NACIONAL DE ADAPTACIÓN AL CAMBIO CLIMÁTICO
INTEGRACIÓN DE LA ADAPTACIÓN AL CAMBIO CLIMÁTICO EN LA PLANIFICACIÓN Y LA GESTIÓN DE LAS ÁREAS PROTEGIDAS EN ESPAÑA
Centro Nacional de Educación Ambiental (CENEAM)
Valsaín, 4 y 5 de abril de 2016
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Impactos, Vulnerabilidad y Adaptación de los bosques ibéricos al cambio climático
• Contexto: Evolución histórica y situación actual.
• Evidencias desde la investigación. • Los bosques y la biodiversidad frente al cambio climático: Impactos, Vulnerabilidad y Adaptación
en España. Informe de Evaluación
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Impactos, Vulnerabilidad y Adaptación de los bosques ibéricos al cambio climático
• Contexto: Evolución histórica y situación actual.
• Evidencias desde la investigación. • Los bosques y la biodiversidad frente al cambio climático: Impactos, Vulnerabilidad y Adaptación
en España. Informe de Evaluación
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Transferencia.
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¿Por qué los bosques?
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http://www.youtube.com/watch?v=MaKKKdoLc2g
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GESTIÓN FORESTAL
SELVICULTURA
Masas ya existentes
Economía de los Recursos Naturales: bienes y externalidades
Ecología: genética, ecofisiología, poblaciones,comunidades, ecosistema, paisaje
RESTAURACIÓN
REPOBLACIONES
Vegetación ausente
ECOLOGÍA DEL PAISAJE ORDENACIÓN DE MONTES
DEMANDA DE LA SOCIEDAD
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Visión financiera
Multifuncional
Sostenibilidad
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DEMANDA TIPO DE GESTIÓN
Bienes Selvicultura clásica
Bienes Servicios
Multifuncionalidad
Bienes Servicios Funciones ecosistémicas
Sostenibilidad
Bienes Servicios Funciones ecosistémicas Resiliencia al Cambio Global
Adaptación Mitigación
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Impactos, Vulnerabilidad y Adaptación de los bosques ibéricos al cambio climático
• Contexto: Evolución histórica y situación actual.
• Evidencias desde la investigación.
• Los bosques y la biodiversidad frente al cambio climático: Impactos, Vulnerabilidad y Adaptación en España. Informe de Evaluación
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Classical Species Distribution Models
(SDM)
CLIMATE SPECIES DISTRIBUTION (presence-absence)
Araujo et al. 2011
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Changes in potential distribution of tree species; current (green) and 2080 (red) under scenario A2 CSIRO-Mk2 for Pinus sylvestris (a), Fagus sylvatica (b), Quercus pyrenaica (c) and Quercus ilex subsp. ballota (d)
Source Benito Garzón et al. 2009
a b
c d
Vulnerability to climate change: potential tree species distributions
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Changes in potential distribution of tree species. Current = 100%. Potential area decreases according to A2 CSIRO-Mk2 for 2020, 2050 and 2080.
Vulnerability to climate change: potential tree species distributions
Source Benito Garzón et al. 2009
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FURTHER EXPERIMENTS
OBSERVATIONS
HYPOTHESES
correlational model
THEORIES OF COMMUNITY STRUCTURE
TEST OF PREVIOUS MODELS
DATA PREDICTIONS
mechanistic model
The Role of Models in Global Change Research
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FORECO
Dimensión espacial
Dim
ensi
ón te
mpo
ral
Inventarios Forestales
Dendro
Ordenaciones históricas
Modelos de productividad y
dinámica forestal
Grupo de Ecología Forestal y Restauración, Departamento de Ciencias de la Vida
Ensayos de procedencia
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Population and communities Demographic compensation Migration (dispersal) Diversity/Stabiilty
Genes & organismic Epigenesis. Evolution/Local adaptation Plasticity
Ecosystem & landscape. CO2 fertilization Land use governance
Including ecological and adaptive mechanisms in vulnerability models.
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Population and communities Demographic compensation Migration (dispersal) Diversity/Stabiilty
Genes & organismic Epigenesis. Evolution/Local adaptation Plasticity
Ecosystem & landscape. CO2 fertilization Land use governance
Including ecological and adaptive mechanisms in vulnerability models.
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FORECO
Dimensión espacial
Dim
ensi
ón te
mpo
ral
Inventarios Forestales
Dendro
Ordenaciones históricas
Modelos de productividad y
dinámica forestal
Grupo de Ecología Forestal y Restauración, Departamento de Ciencias de la Vida
Ensayos de procedencia
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Pinus sylvestris Pinus pinaster
c) SDM: genetic variation
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Population and communities Demographic compensation Migration (dispersal) Diversity/Stabiilty
Genes & organismic Epigenesis. Evolution/Local adaptation Plasticity
Ecosystem & landscape. CO2 fertilization Land use governance
Including ecological and adaptive mechanisms in vulnerability models.
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Bala
nce
Prec
– E
TP (S
PEI)
-10
-5
0
5
10
15
1901
-191
0
1911
-192
0
1921
-193
0
1931
-194
0
1941
-195
0
1951
-196
0
1961
-197
0
1971
-198
0
1981
-199
0
1991
-200
0
300
350
400
450
500
Prec
ipita
ción
ann
ual (
mm
)
10
10,5
11
11,5
12
12,5
13
Tem
pera
tura
Med
ia (º
C)
Resilience to long-term drought in a water limited forest: from tree growth responses to principal forest demographic rates
(Madrigal-González et al. en prep)
0
50
100
150
200
250
300
0 50 100 1500
50
100
150
200
250
300
0 50 100 1500
50
100
150
200
250
300
0 50 100 150Cre
cim
ient
o re
lativ
o en
vol
umen
(%Vi
)
Edad de los árboles (años)
PreSequia Sequía PostSequía
Incr
emen
to re
lativ
o de
mad
era
(%V i
)
0
20
40
60
80
100
1912
-192
2
1922
-193
2
1932
-194
2
1942
-195
2
1952
-196
2
1962
-197
2
1972
-198
2
1982
-199
2
1992
-200
2
Sequ
ía
PreS
equí
a
Post
Sequ
ía
Mortalidad Reclutamiento Stock de madera(Cuartel) Producción de madera
Nivel árbol
Nivel Bosque
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Recruitment, growth & mortality
Villaescusa & Díaz, 1998 Villanueva 2004
Crecimiento 2SFI 3SFI
> DBH
2SFI: Segundo Inventario Forestal (1986-1996)
3SFI: Tercer Inventario Forestal (1997-2007)
49 864 plots A1
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Temporal sampling
Forest plot distribution IFN (89365 plots) in continental Spain (1 plot per Km2).
IFN 1 IFN 3IFN 2
10 años 10 años
1990-2000
IFN 1 IFN 3IFN 2
10 años 10 años
1990-2000
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Species Growth Mortality Pinus halepensis ↗ ↗ P. pinea ↗ ↗ P. pinaster ↗ ↗ P. nigra ↗ ↗ P. sylvestris ↗ ↗
Species Growth Mortality
Quercus suber ↗ ↘
Q. petraea ↘ ↗ Q. robur ↗ ↗ Abies alba ↗ ↗ Castanea sativa ↗ ↗ Fagus sylvatica ↗ ↗
Compare to classical niche models
Changes in habitat suitability present - 2100
Niche models Demographic-based models
Habitat reductions: Rear-edge Iberian Peninsula
Habitat expansion: Mediterranean species
32
Benito-Garzón et al. (2013). Inter-specific differences in tree growth and mortality responses to climate determine potential species distribution limits in Iberian forests. Global Ecology and Biogeography). DOI: 10.1111/geb.12075
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↑ mortality rates in hot sites at high competition levels
Ruiz-Benito et al (2013). Patterns and drivers of tree mortality in Iberian forests: climatic effects are modified by competition. PLoS ONE 8: e56843. doi: 10.1371/journal.pone.0056843 .
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Population and communities Demographic compensation Migration (dispersal) Diversity/Stabiilty
Genes & organismic Epigenesis. Evolution/Local adaptation Plasticity
Ecosystem & landscape. Demographic adjustments Land use governance
Including ecological and adaptive mechanisms in vulnerability models.
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Classical Species Distribution
Models (SDM)
CLIMATE SPECIES DISTRIBUTION (presence-absence)
Tree species distribution
Pagel & Schurr 2012, GEB
Hypothesis: “Source-sink dynamics”
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SPOM (“Stochastic Patch Occupancy Model”)
Pjqθ (t)
Pjqθ (t)
Pjqθ (t)
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Model fitting
Pj,q,θ (1→0) = f (P, T)
1990 2000 inside the forest Quercus robur 0 → 1
1 → 0
Pj,q,θ (0→1) = f (P, T, DistF, DistSp)
Neighborhood Random dispersal - Mediated dispersal
Vulnerability to Climate Change
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SPOM (“Stochastic Patch Occupancy Model”)
1) Distance to seed source.
2) Post-fire genet mortality.
Purves, D., M. A. Zavala, K. Ogle, F. Prieto, y J.M. Rey Benayas. 2007. Environmental heterogeneity, bird-mediated directed dispersal, and oak woodland dynamics in Mediterranean Spain. Ecological Monographs 77:77–97.
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Vulnerability to Climate Change
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Species fraction of occupied plots from year 2000 to year 2100. One simulation using the posterior means for the parameter values, and four simulations using parameter sets drawn randomly from the samples generated by the MCMC algorithm.
García-Valdés, R., M. A. Zavala, M. B. Araújo & D. W. Purves. 2011. Chasing a moving target: projecting non-equilibrial tree species responses to climate change .Journal of Ecology 2013).
Vulnerability to Climate Change
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Proyecciones de la fracción de ocupación del bosque de Q. robur en 2100 sin y con cambio climático (a y b respectivamente) y para el P. halepensis
(c y d respectivamente).
Fuente: Elaboración OSE a partir de García-Valdés et al. (2010)18. Nota: las Islas Baleares no se incluyeron en el análisis.
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Proyecciones de la fracción de ocupación del bosque, número de parcelas en las que está presente la especie respecto al total de parcelas de bosque, en 2100 con y sin cambio climático para (a) el roble común (Q. robur) y (b) el pino carrasco (P. halepensis)
a) b)
Fuente: Elaboración OSE a partir de García-Valdés et al. (2010).
Vulnerability to Climate Change
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Vulnerability to habitat change
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Purves, et al. 2007. Ecological Monographs 77:77–97.
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Montoya et al. (Science 2008)
Vulnerability to habitat change
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Population and communities Demographic compensation Migration (dispersal) Diversity/Stabiilty
Genes & organismic Epigenesis. Evolution/Local adaptation Plasticity
Ecosystem & landscape. CO2 fertilization
Fuente: Elaborado a partir de Benito Garzón et al. 2009
Including ecological and adaptive mechanisms in vulnerability models.
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Climate Extremes and Biogeochemical cycles Open Science Conference, Seefeld (Austria), 2-5 April 2013
Can carbon fertilization buffer drought impacts on forest carbon storage in water-limited areas?
evidence from 90 year inventory data
Rel
ativ
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volu
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1
1,5
2
2,5
1912
1917
1922
1927
1932
1937
1942
1947
1952
1957
1962
1967
1972
1977
1982
1987
1992
1997
2002
Wet years Dry years
0
20
40
60
80
100
Boxplot of observed relative biomass storage along the 20th century superimposed on annual values of drought (SPEI index, Vicente-Serrano et al. 2010)
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Modelo estadístico
Patrones
Procesos
Observación (datos históricos)
Modelo Estadístico
Modelos basados en procesos (ORCHIDEE)
Hipótesis
Long-term wood production in water-limited forests: evaluating potential CO2 fertilization along with historical confounding factors
(Madrigal-González et al. 2015. Ecosystems)
Pro
ducc
ión
de m
ader
a re
lativ
a (%
Vi)
600 800
1000 1200
0 50
100 150
15 20 25 30 35 40
0
0,5
1
1,5
Alm
acen
amie
nto
de C
en
mad
era
(t h
a-1 y
ear-1
) ORCHIDEE CO2_cambio ORCHIDEE CO2_constante
1912
-192
2
1922
-193
2
1932
-194
2
1942
-195
2
1952
-196
2
1962
-197
2
1972
-198
2
1982
-199
2
1992
-200
2
-20-15-10
-505
1015
-10 0 10
1910
’s
1980
’s 19
90’s
19
40’s
1950
’s
1930
’s
1970
’s
1920
’s
1960
’s
Res
idua
les
SPEI (promedio decadal)
Pérdida de sensibilidad a la sequía a finales del s XX
Simulaciones ORCHIDEE con y sin
aumento en CO2
Ajuste de valores observados a valores simulados (mejor con
cambio en CO2)
El aumento en CO2 atmosférico puede conducir a un proceso de fertilización
por carbono y reducir así el impacto de la sequía
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Los bosques europeos: un componente esencial de
nuestras sociedades
http://www.youtube.com/watch?v=MaKKKdoLc2g
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LOS BOSQUES Y LA BIODIVERSIDAD FRENTE AL CAMBIO CLIMÁTICO: IMPACTOS, VULNERABILIDAD Y
ADAPTACIÓN EN ESPAÑA Informe de Evaluación