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ENCUENTRO Sede Pirineos

Restauración de la biodiversidad y los servicios ecosistémicos Titulo de la ponencia: Restauración de la función y la biodiversidad en ecosistemas áridos Ponente: Fernando Tomás Maestre Gil Fecha: 03/10/2011 Dirigido por: José María Rey Benayas

Restauración de la función y la biodiversidad en ecosistemas áridos Sede Pirineos

CONTENIDO DE LA PONENCIA 1.- Introducción: características ambientales e importancia de las zonas áridas y semiáridas. 2.- Caracterización de la funcionalidad del ecosistema. 3.- Determinantes de la biodiversidad y el funcionamiento de los ecosistemas semiáridos ibéricos. 4.- Efectos de las actuaciones de restauración en la biodiversidad y el funcionamiento ecosistémico en las zonas semiáridas españolas. 5.- Elementos para el debate: perspectivas para la restauración de la función y biodiversidad en los ecosistemas semiáridos.

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Introducción: características ambientales e importancia de las zonas áridas y semiáridas

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Las zonas áridas y semiáridas ocupan en la actualidad casi el 41% de la superficie total de los continentes (Reynolds et al. 2007 Science), siendo el soporte donde se desarrolla la vida de más de mil millones de personas.

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Las zonas semiáridas presentan un clima caracterizado por: *Escasez de precipitaciones (usualmente inferiores a 600 mm/año) * Concentración de las precipitaciones *Elevada evapotranspiración *Elevada irregularidad en las precipitaciones, tanto entre años como dentro de cada años

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En términos climáticos, las zonas semiáridas se caracterizan por presentar escasas precipitaciones (P) y una elevada evapotranspiración potencial (ETP). Así, la clasificación bioclimática de la FAO cataloga como semiáridas a aquellas zonas que tienen un cociente P/ETP entre 0.2 y 0.5.

Evolución anual de la precipitación y la evapotranspiración potencial en Sax (Alicante)

Restauraci贸n de la funci贸n y la biodiversidad en ecosistemas 谩ridos Sede Pirineos

Forti et al. (1999) J Arid Environ 65: 1-28

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Los ecosistemas semiáridos son heterogéneos  Vegetación

 Costra biológica

 Textura 0

Este (m)

25 20 15 10 5 0 100

Norte (m)

68 66 62 58 54 50 46 42 38

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 Noy-Meir (1973, 1981) demostró que la producción de biomasa era mayor en medios semiáridos si la lluvia se concentraba en algunas zonas que si ésta se distribuía uniformemente. Si las lluvias, suponiendo que son de suficiente magnitud para generar escorrentía, se concentran en determinadas zonas, éstas disfrutarían de unas condiciones hídricas más mésicas que lo que el régimen de lluvias podría sugerir.

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La reducción de los flujos de escorrentía disminuye el crecimiento de la vegetación en espartales de Almería

Puigdefábregas et al. 1999, Earth Sci. Rev.

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Caracterizaci贸n de la funcionalidad del ecosistema

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¿Qué entendemos por funcionamiento del ecosistema? El conjunto de procesos e interacciones que permiten sostener el desarrollo de la vida y los distintos servicios ecosistémicos (producción de oxígeno, control de erosión, fijación de CO2 atmosférico, recarga de acuíferos, etc.).

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¿Cuándo decimos que un ecosistema se degrada? Cuando la pérdida de alguno o varios de sus componentes (organismos y/o procesos) origina cambios en su funcionamiento y dinámica que impiden el normal desarrollo de la vida que albergan y de los servicios que presta.

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Cobertura total Cobertura basal

Estabilidad

herbáceas y arbustivas Cobertura hojarasca Cobertura costra biológica Grado de fragmentación

Infiltración

superficie

Tipo y grado de erosión Materiales depositados Microtopografía Resistencia a la perturbación Test de humectación Textura

Reciclado de nutrientes

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Maestre, F. T. & J. Cortina. 2004. Restor Ecol 12: 494-502

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Maestre & Puche. 2009. App. Soil Ecol. 41: 342-245

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García-Gómez & Maestre. 2011. Ecol. Ind. 11: 1476-1481

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García-Gómez & Maestre. 2011. Ecol. Ind. 11: 1476-1481

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García-Gómez & Maestre. 2011. Ecol. Ind. 11: 1476-1481

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Determinantes de la biodiversidad y el funcionamiento de los ecosistemas semiáridos ibéricos

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Le Hou茅rou 2001. J Arid Environ 48: 103-128

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 Los espartales constituyen uno de los principales ecosistemas de las zonas semiáridas españolas y del norte de África. Han sido sometidos a explotación por parte del hombre desde tiempos ancestrales.

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Species richness

40 35 30 25 Y = 20.9 + 33路X0.4 R2 = 0.83 P < 0.0001

20 15 0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

Sprouting shrub cover (%)

0.10

Maestre & Cortina. 2004. Restor. Ecol. 12: 494-502. Maestre. 2004. Divers. Distrib. 10: 21-29.

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Maestre & Cortina. 2004. Restor. Ecol. 12: 494-502.

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Maestre & Cortina. 2004. Restor. Ecol. 12: 494-502.

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 12 parcelas pareadas (con/sin arbutos) de 30 x 30 m fueron establecidas en espartales de Stipa tenacissima a lo largo de su área de distribución en España

 Se caracterizó la composición y estructura de la vegetación, la costra biológica y los microorganismos

 Se evaluaron variables edáficas relacionadas con el estado funcional y de degradación del ecosistema: N y P total, K, pH, actividades enzimáticas (fosfatasa, ureasa y -glucosidasa), C orgánico, respiración edáfica y capacidad de almacenamiento de agua

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Axis 2 (15.4% of variation explained)

Sede Pirineos

0.02

Biological soil crusts

0.01

0.00

-0.01

-0.02 -0.02

-0.01

0.00

0.01

0.02

Axis 2 (15.3% of variation explained)

Axis 1 (22.1% of variation explained)

0.06

Open, plots without shrubs Tussock, plots without shrubs Open, plots with shrubs Tussock, plots with shrubs

0.04

0.02

0.00

-0.02

-0.04

Soil microorganisms

-0.06 -0.06

-0.04

-0.02

0.00

0.02

0.04

Axis 1 (22.6% of variation explained)

0.06

Maestre et al. 2009. Ecol. Lett 12: 930–941.

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0.0006

Species eveness (PIE´s index)

0.8

0.0004

Axis 1

0.0002

0.0000

-0.0002

-0.0004

-0.0006

0.6

0.4

0.2

0.0

Without shrubs

With shrubs

Without shrubs

With shrubs

Species richness

30 25 20 15 10 5 0

Without shrubs

With shrubs

Maestre et al. 2009. Ecol. Lett 12: 930–941.

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Effects of shrubs on the surrogates of soil fertility and ecosystem functioning estimated at the scale of 30 m  30 m plots. Plots without shrubs

Plots with shrubs

Paired t-test

Total soil N (mg·g-1)

1.31 ± 0.11

1.50 ± 0.08

t11 = -2.316, P = 0.041

Total soil P (mg·g-1)

0.37 ± 0.03

0.37 ± 0.02

t11 = 0.540, P = 0.600

Soil K (mg·g-1)

0.026 ± 0.002

0.030 ± 0.003

t11 = -1.400, P = 0.189

Soil respiration (mg C-CO2·g soil-1·day-1)

0.054 ± 0.003

0.059 ± 0.004

t11 = -1.348, P = 0.205

Soil organic C (mg·g-1)

29.48 ± 2.11

33.16 ± 1.66

t11 = -2.417, P = 0.034

Potential N mineralization (mg N-·kg soil1·day-1)

0.97 ± 0.21

1.68 ± 0.19

t11 = -3.055, P = 0.011

Soil pH

7.94 ± 0.08

t11 = 0.253, P = 0.805

Maestre et al. 2009. Ecol. Lett 12: 930–941.

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¿Qué ocurre en otros ecosistemas semiáridos?

García-Palacios et al. 2011. Soil Biol. Biochem. 43: 1245–1253.

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Biological soil crusts are communities composed of bacteria, cyanobacteria, algae, mosses, liverworts, fungi, and lichens that are intimately associated with the mineral soil surface. They play key ecological roles in arid and semiarid ecosystems:  Fix CO2 and N.

 Increase soil stability and modulate soil infiltration.  Influence the germination, establishment, survival, nutrient status, and water relations of plants.  Serve as habitats for arthropods and soil microorganisms.

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Castillo-Monroy et al. 2011. Ecosystems 14: 835–847. Eldridge et al. 2010. Ecosystems 13: 499–510.

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Bowker et al. 2011. Funct. Ecol. 25: 787–795.

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Efectos de las actuaciones de restauración en la biodiversidad y el funcionamiento ecosistémico en las zonas semiáridas españolas

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En España, las actividades de restauración se han basado en la mayor parte de casos en la introducción de especies arbóreas mediante las repoblaciones forestales.

La repoblación forestal puede definirse como el "conjunto de técnicas que se necesitan aplicar para crear una masa forestal, formada por especies vegetales leñosas (árboles o arbustivas), que sea estable con el medio, en un terreno cuya vegetación actual es ineficaz en mayor o menor grado según el uso asignado al territorio, y que adoptando las características deseadas, cumpla con los fines que de ella se demanden" (Serrada, 1995).

El concepto de repoblación forestal lleva implícitos unos objetivos que pueden incluirse en uno de los siguientes grupos: objetivos productores y objetivos protectores. Los primeros están orientados hacia la producción de materias primas o bienes directos (frutos, madera, corcho, etc.) y los segundos se plantean cuando la repoblación se destina a proteger el suelo de la erosión hídrica o eólica, mejorar las condiciones de desarrollo de la vida silvestre, etc.

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En líneas generales, buena parte de las repoblaciones forestales en España presentan las siguientes características:

1) 2) 3) 4)

Se han realizado utilizando un alto grado de mecanización (especialmente a partir de los años 60). Previamente a la introducción de los árboles se ha eliminado la vegetación existente Se han basado en plantaciones monoespecíficas de coníferas, fundamentalmente Pinus sp., y eucaliptos exóticos Los árboles se han introducido siguiendo un patrón espacial regular, sin tener en cuenta la heterogeneidad intrínseca de los ecosistemas mediterráneos en general y semiáridos en particular.

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Sobre la restauración con fines protectores….

Plan Forestal Español, documento de debate (2002).

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Las zonas semiáridas son las menos productivas

Plan Forestal Español, documento de debate (2002). www.mma.es

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Martínez-Herández & Esteve (2005). Land Degr. Develop. 16: 529-539

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Barranco del Celestino (Guadalajara)

Sierra de Biar (Alicante)

Sierra Espuña (Murcia)

Las repoblaciones forestales han favorecido la recuperación la cubierta vegetal en muchos casos….

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Alloza et al. (2004)

Pero también fallan en muchos otros….

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Problemática de las repoblaciones forestales En numerosas ocasiones, y muy especialmente en zonas semiáridas, han:  Promovido una regresión de la evolución vegetal.  Aumentado los procesos de erosión y desertificación.  Ocasionado impacto paisajístico muy elevado, que persiste durante décadas y que puede ser irreversible.  Promovido la expansión de incendios forestales y plagas.

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http://wwwx.inia.es/fototeca/F OTBusquedaServlet?modo=4

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Chirino et al. (2006). Catena 65: 19-29

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Maestre & Cortina. 2004. Forest Ecol. Manage. 198: 303-317

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Chirino et al. (2006). Catena 65: 19-29

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Navarro-Cano et al. 2009. Journal of Arid Environments 73 (2009) 120–126

Restauraciรณn de la funciรณn y la biodiversidad en ecosistemas รกridos Sede Pirineos

El futuro

Programa de Acciรณn Nacional contra la Desertificaciรณn, julio 2008. www.marm.es

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Programa de Acciรณn Nacional contra la Desertificaciรณn, julio 2008. www.marm.es

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Elementos para el debate: perspectivas para la restauración de la función y biodiversidad en los ecosistemas semiáridos

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1) Hay que evaluar las consecuencias de las actuaciones de restauración en el pasado • En este tema hay mucha discusión pero poco dato cuantitativo • Conviene hacer un análisis crítico y exhaustivo de los efectos de las repoblaciones en zonas semiáridas, hay experiencia acumulada más que de sobra • No se trata de “demonizar” lo que se ha hecho en el pasado, si no de aprender para mejorar lo que estamos haciendo ahora y hagamos en el futuro

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2) Conocer mejor como funcionan nuestros ecosistemas

Cortina et al. (2006). J Nat Cons 14: 152-160.

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3) Hay que replantearse la necesidad de seguir repoblando como hasta ahora • Hay que olvidarse de la cantidad de hectáreas sobre las que se actúa para centrarse en la conservación y mejora de aquellas zonas que realmente lo necesiten (cambiar cantidad por calidad): uso de indicadores (LFA). • Cualquier actuación que se haga debería mantener o aumentar la resiliencia del ecosistema frente a perturbaciones futuras y evitar cruzar umbrales de degradación • No modificar la geomorfología de las laderas.

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4) La restauración debe respetar la vegetación preexistente (incluida la costra biológica), la estructura espacial de los ecosistemas semiáridos •Plantearse la necesidad real de realizar plantaciones, incluso con ahoyados manuales se perturba la costra biológica

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5) Conocer mejor las causas del éxito/fracaso de las restauraciones antes de actuar

• Las características ambientales de cada sitio parecen ser más importantes que los propios tratamientos de plantación a la hora de determinar el éxito de la misma

Cortina et al. (2011). J Arid Environ, en prensa

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6) Aumentar la diversidad de especies utilizadas, pasando de especies arb贸reas (Pinus sp.) a arbustivas

Cortina et al. (2011). J Arid Environ, en prensa

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7) Considerar otros elementos a la hora de restaurar: costra biolรณgica y elementos abiรณticos

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8) Fomentar el establecimiento de áreas piloto de restauración • Permiten la demostración de las últimas técnicas a una escala real de gestión. • Sirven de puente entre la investigación y la gestión. • Son buenos recursos para la docencia y la gestión adaptativa.

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9) Identificar objetivos y metas de la restauración • El objetivo de las actuaciones de restauración no tiene por qué ser el establecimiento de una vegetación potencial o de referencia. Los restauradores deben tener en cuenta las distintas comunidades que pueden establecerse en un lugar determinado • Las metas de cualquier proyecto de restauración deberían definirse en términos de funcionamiento ecosistémico, así como en función de los bienes y servicios prestados por los ecosistemas y demandados por la sociedad.

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10) Valorar la vegetación y la biodiversidad que tenemos en nuestras zonas áridas • Los ecosistemas no arbóreos semiáridos pueden ser perfectamente funcionales y muy diversos. • Eliminar prejuicios sobre etapas sucesionales o “superioridad” de ciertos tipos de vegetación frente a otros • Muchas veces la mayor diversidad la encontramos en lo que no vemos a simple vista.

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Agradecimientos

http://www.escet.urjc.es/biodiversos/espa/personal/fernando/index.html