Plantas de alta montaña mediterránea ¿Cómo enfrentarse al cambio global?

Una oportunidad para que gestores y científicos colaboremos

Adrián Escudero

La alta montañamediterránea

► Una riqueza biológica excepcional y un nivel alto de endemicidad

► Una diversidad de comunidades muy elevada

► Un nivel de riesgo asociado al cambio muy elevado

ArmeriaArmeria caespitosacaespitosa JurineaJurinea humilishumilis AlliumAllium schoenoprassumschoenoprassum

JasioneJasione centraliscentralisSenecioSenecio boissieriboissieri

ThymusThymus penyalarensispenyalarensis

HieraciumHieracium myriadenummyriadenum SempervivumSempervivumvicenteivicentei subspsubsp. . pauipaui PhyteumaPhyteuma

hemisphaericumhemisphaericum

- cervunales y comundades higrófilas(N. stricta)

- pastos crioturbados (F. curvifolia) >1900m

- matorrales (C. oromediterraneusand J. communis subsp. alpina) 1900-2100m

- Pinares de P. sylvestris (1600-1900m)

- Bosques mixtos riparios (arroyos

- Sabinares (J. thurifera) en sitiossecos

- Bosques deciduos Q. pyrenaica(800-1600m)

- Bosques perennifolios Q. ilex and J. oxycedrus (400-900m)

Diversidad de Comunidades

Cabezas de Hierro, 2280m, Junio 2001

¿Por qué preocuparse?

CAMBIO CLIMÁTICO

► En los medios: una verdad incómoda

Se acumulan evidencias a nivel global

Comienzo de mediciones históricas

Cambio en la temperatura media anual en los 35 años

Cambio en la lluvia

Pero, ¿en nuestras montañas está pasando algo así?

Days of snow cover during yeary = -0,8691x + 1855,1

R2 = 0,1237

40

60

80

100

120

140

160

180

200

1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005Year

Day

s sn

ow c

over

Total precipitation during year

y = -84,828x + 181762R2 = 0,1007

0

5000

10000

15000

20000

25000

1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005Year

Tota

l pre

cipi

tatio

n

Mean annual temperaturey = 0,0395x - 71,954

R2 = 0,4065

4

4,5

5

5,5

6

6,5

7

7,5

8

1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005Year

Mea

n Te

mps

Más de 1,5 ºC en los últimos 40 años en Pto Navacerrada

(Giménez, Escudero 2008 New Phytol.)

Temperatura

Lluvia

Nieve

También a otras escalas temporales

• Reconstrucción por calibración de temperatura media del aire a partir de la frecuencia de quironómidos en Gredos (Granados & Toro 2000. J. Limnol)

¿Cuál es la tendencia? Nogués et al 2008 Ambio

Escenarios socioeconómicos

► Incremento de 1,4 ºC a 5,1ºC para 2055

► Incremento de 1,8 ºC a 8,3 en 2085

► Descenso de precipitaciones de hasta un 18% en 2085

Con cambios que se detectan y afectan a nuestros ecosistemas de montaña

• Reemplazo de pastizales de alta montaña por arbustos de J. communis ssp. alpina and C. oromediterraneus (Sanz-Elorza et al. 2003)

Matorralización

Y no sólo la vegetación:

Desplazamiento de las mariposas diurnas

Wilson & Gutiérrez 2006 Ecol. Lett.

Algo más de 200 de elevación en los últimos 30 años

Con las plantas no hemos tenido esa oportunidad

► Utilización de inventarios fitosociológicos (Vittoz et al. 2009 GCB)

► Construcción de modelos bioclimáticos

► Simulación de escenarios de climáticos futuros

Dorycnium pentaphyllum

1. S

itua

ción

act

ual

2. 7

0% P

act

ual Modelos bioclimáticos

Peltigerales

Martínez & Escudero 2006 Biol ConsEscudero et al. In prep

Los ambientes de alto estrés: Un proyecto a largo plazoExisten homologías estructurales y biológicas evidentes.

Yesos en ambientes semiáridos

Alta montaña mediterránea

Pastos crioturbados sobre dolomías

Arenaria erinacea

Arenaria cavanillesiana

Lo primero:

Plasticidad reproductiva de Silene ciliata

Giménez-Benavides & Escudero 2007 New Phytologist.

Estudio observacional -2 años-:

3 altitudes

3 plots/altitud

55 plantas/plot = 165 plantas/alt.

TOTAL: 495 individuos

2430 m

1975 m

2250m

PN Peñalara

Éxito reproductivo

Giménez-Benavides & Escudero 2007 New Phytologist.

La realidad es algomás compleja.

► En condiciones adversas sencillamente no se llega a florecer

Giménez-Benavides & Escudero 2007 New Phytologist.

Este patrón es constante?Plasticidad reproductiva de Armeria caespitosa

Resultados

García-Camacho & Escudero 2008 Plant BiologyGarcía-Camacho & Escudero 2009 Amer J. Bot

Año secoAño normal

La probabilidad de floración es size-dependent arriba

García-Camacho & Escudero 2008 Plant BiologyGarcía-Camacho & Escudero 2009 Amer J. Bot

Aquí lo complicado parace ser el “front edge”

Un pocomás allá… desde el óvulo al reclutamiento

Giménez-Benavides & Escudero 2007 Ecography.

Reclutamiento medio por planta

La montañamediterránea es algo especial

Filtro ambiental:Sequía de verano

Sequía de veranoDos hermanas

Reclutamiento en Armeria

Moverte o adaptarse localmente

2256 m

2428 m

1976 m

Giménez-Benavides & Escudero 2007 Annals Bot

¿Cómo germina nuestra planta?

Giménez-Benavides et al. 2005. Ecological Research

Un experimento de siembras recíprocas

GerminaciónMejor germinación en algunasaltitudes

Pequeñas variaciones entre las fuentes de semillas

Giménez-Benavides & Escudero 2007 Annals Bot

Adaptación local

Mejor supervivencia en el lugar del origen

Estructuración de la diversidadgenética

Giménez-Benavides & Escudero 2007 Annals Bot

Estructura jerárquica de la diversidad genética

• Partición de la diversidad genética dentro y entre poblaciones a lo largo del gradiente ambiental. Se incluye la estructuración espacial a escalas muy pequeñas

• De la estructura local a la regional

• A lo largo de todo el área de distribución de la especie

García, Iriondo y Escudero In prep.

Quizás la cuestión clave es la viabilidad

Análisis de viabilidad poblacional con modelos estocásticos*Dos altitudes /cuatro años /tres transiciones

Giménez-Benavides & Escudero in prep

S2,3

S1,3

S1,2

S2,4

S3,4

S4,3S3,2

S2,2

S3,3

Seedling Small Medium Large

F4,1

F3,1

F2,1

S4,2

S4,4

S2,3

S1,3

S1,2

S2,4

S3,4

S4,3S3,2

S2,2

S3,3

Seedling Small Medium Large

F4,1

F3,1

F2,1

S4,2

S4,4

0,75

0,8

0,85

0,9

0,95

1

1,05

2003-04 2004-05 2005-06

Time intervals

Med

ian

popu

latio

n gr

owth

rate

LagunaDos Hermanas

0%

10%

20%

30%

40%

50%

Seedling Small Medium Large Extra-large

Stage classes

Indi

vidu

als

LagunaDos Hermanas

Demografía de Silene ciliata

Giménez-Benavides & Escudero in prep

La tasa de crecimiento del “rear edge”es mucho menor

La estructura de edades es muy diferente

Demografía de Armeria caespitosa

Y, ¿Qué pasa con el resto de motores de cambio global?

FRAGMENTACIÓN: Colutea hispanica en ambientes fragmentados

Fragmentos que varian de 1 a 200 individuosReproducción durante 3 años, incluyendo la sequía extrema de 200Seguimiento de depredación y de un depredador de semillas especialista (I. iolas) y de otros generalista (L. boeticus)García-Rabasa, Gutiérrez

y Escudero 2008 PlantEcol

-600 -500 -400 -300 -200 -100

Isolation

0

0.2

0.4

0.6Fr

uits

et

-600 -500 -400 -300 -200 -100

Isolation

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Frui

t pre

datio

n

-600 -500 -400 -300 -200 -100

Isolation

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

Prop

ortio

n of

frui

ts w

ith I.

iola

s eg

gs

-600 -500 -400 -300 -200 -100

Isolation

0

0.1

0.2

0.3

0.4

Prop

ortio

n of

frui

ts w

ith L

. boe

ticu

s eg

gs

Plasticidad de Colutea hispanica en ambientes fragmentados

*Efecto de fragmentación en 2003, pero no en 2004 y 2005

* Depredación más baja en 2003 (72 %) frente a casi el 100 % en los otros años.* Densidad del especialista muy baja en

2003.*Incidencia de generalista constante en

el tiempo.*Efecto de fragmentación paralelo en el

caso de los depredadores.

Ventana reproductiva y efecto positivo de la fragmentación

1.- No hay limitación de polinizadores

2.- Caída de las poblaciones de especialistas

Fragmentación

Degradación Cambio climático

Interacción entre varios motores de cambio global

Matesanz, Escudero & Valladares 2009 Ecology

Centaurea hyssopifolia2 niveles de fragmentación

2 de calidad del hábitat

2 de disponibilidad de agua

Deterministic Stochastic

Cambios de uso del territorio

Cambios en la calidad del

hábitatDegradación Fragmentación

Exogenous

Endogenous

Declive de la población

DisruptionsDispersal

Pollination Interspecific interactions

Estocasticidad ambiental

Catástrofes naturales

Estocasticidad demográfica

Estocasticidad genética

Modificado de Lindenmayer & Fischer 2006.

Fragmentación

► Uso de fotos aéreas paraseleccionar los fragmentos

► Seleccción de tres grandes y dos pequeños

Matesanz, Escudero & Valladares 2009 Ecology

Calidad del hábitat

Fertilidaddel suelo

Atributos del arche

Matesanz, Escudero & Valladares 2009 Ecology

PRECIPITATION 2005

ExtremelyWet

Very wet

Wet

Normal

Dry

Very dry

Extremely dry

► El 2005 fue el año más seco de la

serie histórica

Los acontecimientos

extremos son muyimportantes

Long-term May median

40 mm

2005

May

Matesanz, Escudero & Valladares 2009 Ecology

► Supervivencia mucho peor en fragmentos pequeños y de mala calidad

► Crecimiento menor de las plantas de sitios degradados

Crecimiento y supervivencia

Closed capitulum Flowering capitulum Mature capitulum Open capitulum

► Avance significativo de lasfenofases en los sitiosdegradados y en los

tratamientos con poca agua.

Fenología

► Éxito reproductivo menor en plantas de fragmentos de tamaño

pequeño en los dos años

Éxito reproductivo femenino

► No hay interacciones entre los motores, pero su efecto difiere entre estadios y atributos de las plantas:

RELEVANCIA DE APROXIMACIONES MULTIFACTORIALES

Matesanz, Escudero & Valladares 2009 Ecology

Efectos transgeneracionales……efectos en cascada

Sitio de estudio

Dry

High habitat quality

Poor habitat quality

Small fragmentLarge fragment

High habitat quality

Poor habitat quality

Mesic Dry Mesic Dry Mesic Dry Mesic

5Maternal plants

5Maternal plants

5Maternal plants

5Maternal plants

5Maternal plants

5Maternal plants

5Maternal plants

5Maternal plants

Ambientes maternales

Esquema experimental

Pías, Matesanz, Escudero & Valladares 2009 J. Ecology in press

► Menor porcentaje de germinaciónprocedentes de madres de

tratamientos de sequía.

► Germinación más lenta de lassemillas procedentes de madres de

fragmentos más pequeños

Porcentaje y tasa de germinación

Pías, Matesanz, Escudero & Valladares 2009 J. Ecology in press

0 10 20 30 40 50 60 70

Days

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

Cum

ulat

ive

Pro

porti

on S

urvi

ving

Large fragment Small fragment

► Las plántulas de madres de fragmentos más pequeños mueren

más deprisa

Supervivencia de las plántulas

Germination

Phenology

Survival

Offspring seedlingsCommon garden

Maternal plants Field conditions

Fragmentation Habitat quality

Reproduction

Physiology

Growth

Water availability

Water availability

Habitat quality

Fragmentation

Efectos del cambio global sobre C. hyssopifolia

Necesidad de aproximacionesmultifactoriales

phosphatase

urease

β-glucosidase

C-scoreEcosystem function

Species interactions

richness

cover

Other community properties

soil compaction

water holdingcapacity

soil C

soil respiration

c

c

d

e

e

e

e

precipitation

radiation

mean temperature

Environmental effects

surfaceroughness

slope

a

a

a

b

b

Otro pasito: interacciones

Maestre, Escudero et al. 2009 Trans Philos

Maestre, Escudero et al. 2008 Oikos

Cambios en la composición

Cambios en funcionamiento ecosistémico

Cambios en servicios ecosistémicos

Key

soi

l res

ourc

e le

vel (

N an

d P)

Patch size (indirect effect through biomass)

Surveyedinterval

SEM Response

CompetitionFaci

li tat

ion

Senescency limit

Thymus penyalarensis

Cetraria islandica

Coelocaulon aculeatum

Sedum brevifolium

Minuartia bigerrensis

Jurinea humilis

Silene ciliata

Festuca curvifolia

PIONEER STAGESECONDARY STAGE

Estructura y dinámica de parches

Escudero et al. 2005 AAAR

phosphatase

urease

β-glucosidase

C-score

environmental effects

R2 = 0.23

R2 = 0.08

R2 = 0.40

R2 = 0.36

-0.26

0.42**

χ 2 = 1.3, P = 0.97Bootstrap P = 0.97RMSEA = 0.0, P = 0.98

othercommunity properties

Ecosystem function

Interacciones y funcionamiento ecosistémico

BSCs: costras biológicas

Maestre, Escudero et al. 2009 Trans Philos

cambio global y respuestas a nivel de comunidad en BSCs

*Manipulación de temperatura y agua

GRADIENTE GEOGRÁFICO Y AMBIENTAL ‒ ESCALA GLOBAL

Evaluación de procesos ecosistémicos en ecosistemas semiáridos:

una herramienta para adaptarse al cambio global

► Relación entre estructura y función.Gradientes locales

Diversidad microbiana, actividad enzimática en suelo

Facilitación a las escalas correspondientes y funcionamiento ecosistémico

Proyecto InterCambioContinuación de EPES/CYTED en ambientes semiáridos

Estructura y Función en ecosistemas de alta montaña MediterráneaVulnerabilidad frente a cambio global: Interés en matorralización y cambio climático mediante gradientes altitudinales y datos pareados

La alta montaña mediterránea a escala global

Chile central

Argentina

Sierra Nevada

Atlas medio

Manipulando en Alta montaña

Lohen CavieresU. Concepción

Necesitamos información1.- Comisiones mixtas entre técnicos de

administración e investigadores.

2.- Reajuste de objetivos científicos a la carta

3.- Ayuda para conseguir financiación (no se trata que el órgano competente financie sino de trabajar

juntos para conseguirla)

4.- Puesta al día de los avances mediante herramientas adecuadas: Revistaecosistemas.net;

Remedinal.org; Globimed.org

Trabajando juntos con la incertidumbre

Alguna posibilidad1.- Redes de seguimiento a largo plazo y a todos los

niveles de organización.

2.- Manipulación experimental

3.- Gestión adaptativa con incorporación de información científico/técnica generada por

investigadores y técnicos

4.- Libre acceso a la información y conexión con todo tipo de redes. Experiencia de investigadores en ese

sentido.

Trabajando juntos con la incertidumbre

www.escet.urjc.es/biodiversos

Más información de lo que hacemos y, sobre todo, un agradecimiento al trabajo de todos ellos