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La ecología funcional aplicada al
cambio climático y los bosques
tropicales:
desde una ecología basada en especies
hacia una ecología basada en rasgos
Bryan Finegan
Objetivos de CLIMIFORAD
• Determinar los impactos potenciales del
cambio climático en ecosistemas forestales en
sistemas montañosos iberoamericanos
– a escala de paisaje y el modelaje de escenarios de
cambio climático para los paisajes de estudio; y
– a escala de rodal
• Determinar la vulnerabilidad de los
ecosistemas forestales de los paisajes de
estudio ante cambios climáticos
Ecología Funcional
• ¿por qué?
• ¿Cómo la podemos aplicar para entender
los impactos del cambio global en
bosques, y sus implicaciones para la
oferta de servicios ecosistémicos?
principios y herramientas
para forjar eslabones
entre las características • Global Land Project
de las comunidades y sus
funciones y los servicios • www.globallandproject.org
ecosistémicos
(Cornelissen et ál. 2003, Lavorel et
ál. 2007)
mayo de 2010
Rasgo Funcional
• Las características de un organismo que se
consideran relevantes a sus respuestas a la
variación ambiental y/o sus efectos en el
funcionamiento de un ecosistema (Díaz y Cabido
2001)
• Características morfo- fisio- fenológicas que
impactan directamente en el fitness vía sus efectos
en sobrevivencia, crecimiento y reproducción (Violle
et ál. 2007)
• De fácil medición con protocolos estándares
Se está dando un cambio de
paradigma, desde una ecología
basada en especies hacia una
ecología basada en rasgos
funcionales
Kattge et ál. aceptado, Global Change Biology
Rasgos de hojas
(Cornelissen et ál.
2003)
• Área específica foliar
• Contenido de materia seca
• Fuerza tensil
• N, P
• Área foliar
Rasgos de tallos
(Cornelissen et ál.
2003)
• Densidad de madera
• Altura máxima Hmáx
Escalamiento hacia arriba: propiedades
funcionales de comunidades (Marinidou et ál.
sometido)
Datos de
campo
dimensiones
de árboles
x
Valores de
rasgos de
especies
Estrategia o
valor
funcional de
la especie
Estado
funcional
del árbol 2
+
Estado
funcional
del árbol 3
+
Estado
funcional
del árbol
≈
Propiedad
funcional de
la comunidad
+
Estado
funcional
del árbol n
+..
Propiedades funcionales de
comunidades
• Índices de diversidad o medias
ponderadas de rasgos (MPC)
• Media Ponderada de rasgos MPC
(Casanoves et ál. 2011)
MPCj
La ecología funcional propone que:
Los rasgos de las especies son
indicadoras de sus estrategias
las propiedades funcionales de las
comunidades son indicadoras de
procesos de la comunidad o el
ecosistema
Nuestra
investigación:
rasgos
funcionales,
tipos funcionales
de especies
arbóreas y
propiedades
funcionales de
bosques
intervenidos
en el norte de
Costa Rica
datos árboles >= 10 cm dap
5,00
Ejes de estrategias de adquisición y uso de
recursos entre 30 especies arbóreas deCecrin
un
bosque muy húmedo aprovechado, norte de
Costa RicaCaragu
(Salgado et al. in prep.)
LTS
3,00
LA
CP 2 (24,6% )
Pourbi
Guarma
Sterre
Dendar
1,00
Corddw
Tapugu
Herndi
Hmax
Poutcm
-1,00
Pourmi
Pentma
Micrcr
Marapa
P
Protpi
Naucna
LDMC
Protra
Tapigu
Protpa
Faraoc
Minqgu
Virose
Hirttr
Quaroc
Mollpi
SLA
Brosla
Hassfl
N
Apeime
Colusi
Brosgu
WD
-3,00
-3,00
-1,25
0,50
CP 1 (37,6%)
2,25
4,00
•
•
•
Datos >= 10 cm dap
Valor de r de arriba:
análisis a través de
especies;
valor de abajo: contraste
filogenéticamente
independiente
1,25
ln recruitment rate
• La densidad de
madera y Hmax
emergen como
los rasgos más
fuertemente
correlacionados
con tasas
vitales
r = -0.42 (0.02)
r = -0.15 (0.20
0,01
-1,23
-2,46
-3,70
0,228
0,434
0,640
0,846
wood density
1,052
TFP
Ward
Distancia: (Euclidea)
22
16
15
14
18
13
3
2
29
10
26
9
17
6
28
24
23
20
25
21
7
19
27
4
30
11
8
5
12
1
DM
CFMS
Ln
Hmax
n
4
0.37 293.3
3.7
8 A
3
0.47 393.0
3.5
10
2
0.59 333.3
2.9
6
1
0.76 442.5
3.7
6
B
C
D
letras diferentes indican diferencias significativas (prueba
Hotelling, alfa = 0.05)
TFP
0.00
4.12
8.24
12.36
Tipos funcionales de planta
(grupos ecológicos) se
separan claramente con
base en rasgos funcionales
pero las diferencias entre
grupos de las tasas vitales
no son tan marcadas
Ln
TC
Ln
TRC
Tasa mortalidad
n
16.47
4
1.7 -3.68
0.28
8
A
3
1.7 -3.79
0.22
10
A
2
0.5 -4.58
0.19
6
B
1
1.2 -4.35
0.15
6
B
letras diferentes indican diferencias significativas (prueba
Hotelling, alfa = 0.05)
0.7
ab
Escalamiento hacia
arriba (Aquino 2010)
DM
0.6
0.5
0.4
a
b
c
0.3
0.2
0.1
• Bosque lluvioso del norte
de Costa Rica (120 especies)–
0.0
• La media ponderada de la
densidad de madera y el
contenido foliar de la
materia seca son reducidos
por la intervención forestal
y en bosques secundarios
500
• Datos >= 10 dap en 1.0 ha
BS
BMAI
BMBI
BSI
475
CFMS
450
425
400
c
b
ab
a
BMBI
BSI
300
200
100
0
BS
BMAI
Bases de ecología funcional para
entender los impactos potenciales del
cambio climático
Impactos potenciales en
bosques debidos a:
• Aumentos de temperatura
• Variaciones de precipitación
• Mayor CO2 atmosférico
• Condiciones no-análogas
Mapa tomado de: Adaptación al cambio climático y servicios
ecosistémicos en América Latina editado por Celia Martínez
Alonso ... [et ál.] CATIE, 2010
Un enfoque básico – entender la
respuesta funcional de los bosques
sobre los gradientes de:
• precipitación, para entender el impacto potencial
de los cambios de precipitación
• temperatura para entender el efecto del
aumento de la temperatura (en el trópico, las
gradientes de temperatura actuales son
altitudinales)
Bases de ecología funcional para
entender las respuestas del bosque al
cambio climático 1.
La disminución de la precipitación en las
tierras bajas
Generalidades
• La tolerancia de la
sequía estacional es
una influencia clave en
las distribuciones de
las especies arbóreas
sobre estos gradientes
de precipitación
•
(Engelbrecht et ál. 2007, Nature)
• Tipos funcionales de
tolerancia a la sequía
– Decídua, con hojas
adquisitivas («evitadoras»)
– Siempreverde, con hojas
conservadoras (resistentes)
• Mayor densidad de
madera en bosques secos
•
(Santiago et ál. 2004, Oecologia;
Chave et ál. 2006 Ecology; Poorter y
Markesteijn 2008, Biotropica)
Nuestra
investigación:
Extender rango actual
de PPM
Elevación 41 – 1222
msnm
Precipitación promedio
anual 2853-4530 mm
Media de la
precipitación mensual
mínima 51 – 187 mm
Sesnie et ál. 2009
Biotropica
Bases de ecología funcional para
entender las respuestas del bosque al
cambio climático 2.
El efecto del aumento de la temperatura
en los gradientes altitudinales
• Densidad de madera y
elevación en bosques
neotropicales
0.5
Densidad de madera g cm‐3
• Williamson 1984 Costa Rica
• Chave et ál. 2006, 2456
especies
Nuestra
investigación:
rasgos funcionales,
tipos funcionales de
especies arbóreas y
propiedades
funcionales de
bosques secundarios
y primarios
sobre un gradiente
altitudinal 693-2770
msnm
Los valores de MPC indican cambios hacia
comunidades secundarias más conservadoras
conforme aumenta la elevación (>= 10 cm dap en
0.25 ha; Bermeo et ál. en prep.)
Ponderador Índice Area basal Modelo
R2
p
MPC_AFE Y = 14.89 ‐ 0.0014 ALT MPC_CFMS Y = 377.80 + 0.02 ALT
0.17 0.0095
0.15 0.0175
MPC_DM
Y = 0.33 + 0.000077 ALT
0.34 0.0002
MPC_N Y = 29.04 ‐ 0.0023 ALT 0.14 0.023 Respuesta funcional de los bosques
ante el cambio climático: preguntas
generales de investigación
• ¿cómo cambia la MPC para los rasgos claves?
• ¿cuáles son los patrones de reclutamiento,
crecimiento y mortalidad por tipos funcionales
que determinan esos cambios?
• ¿Hay adaptación fenotípica?
• ¿Qué cambios estructurales y de composición
y diversidad de especies acompañan este
proceso?
• Necesitamos
(Clark y Clark 2011)
– Datos de largo plazo
– Más y mejores datos meteorológicos
Condiciones no-análogas y el
«desgaste biótico»
¿Tolerarán las especies arbóreas
de bosques de tierras bajas las
temperaturas promedio anuales >
30oC?
Colwell et ál. 2008 Science
Feeley y Silman 2010 Global Change Biology
Comentarios finales
• Los efectos de la variación climática en el crecimiento individual y
la productividad de la comunidad son evidentes (Clark y Clark
2010, La Selva, Feeley et ál. IBC, RAINFOR, Amazonía); ¿con qué
implicaciones?
• Las estrategias ecológicas de las especies arbóreas – sus
respuestas ante diferentes factores ambientales - pueden
caracterizarse usando rasgos funcionales y datos dinámicos a largo
plazo
• Este conocimiento, combinado con herramientas para escalar hacia
arriba para determinar características funcionales de comunidades
…
• Nos brinda una herramienta adicional de mucho potencial para
comprender las respuestas de los bosques al cambio global y las
implicaciones para la oferta de servicios ecosistémicos
Agradecimientos
• OIMT
• Interamerican Institute for Global Change Research IAI CRN II
2015 (apoyado por NSF/E.U. desembolso GEO-0452325)
• MIA
• Cooperación Suiza para el Desarrollo
• DfID
• Fundación Ford
• CONACyT, SEMARNAT, ECOSUR (México)