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?
mayo de 2010
principios y herramientas
para forjar eslabones entre las características
de las comunidades y sus funciones y los servicios
ecosistémicos(Cornelissen et ál. 2003, Lavorel et
ál. 2007)
• Global Land Project
• www.globallandproject.org
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
Escalamiento hacia arriba: propiedades funcionales de comunidades (Marinidou et ál. sometido)
Datos de campo
Valores de rasgos de especies
dimensiones de árboles
Estrategia o valor
funcional de la especie
Propiedad funcional de la comunidad
Estado funcional del árbol
+
+
+≈
+..
x
Estado funcional
del árbol 2
Estado funcional
del árbol 3
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
-3,00 -1,25 0,50 2,25 4,00CP 1 (37,6%)
-3,00
-1,00
1,00
3,00
5,00C
P 2
(24,
6%)
ViroseMollpi
Herndi
Sterre
Apeime
QuarocProtpa
Protpi
Protra
Tapigu
Caragu
Guarma
Pentma
Colusi
Cecrin
Pourbi
Pourmi
BrosguBrosla
NaucnaHassfl
Hirttr
Marapa
Tapugu
Micrcr
Poutcm
Dendar
Faraoc
Corddw
Minqgu
SLA
LDMC
LTS LA
WD
P
N
Hmax
ViroseMollpi
Herndi
Sterre
Apeime
QuarocProtpa
Protpi
Protra
Tapigu
Caragu
Guarma
Pentma
Colusi
Cecrin
Pourbi
Pourmi
BrosguBrosla
NaucnaHassfl
Hirttr
Marapa
Tapugu
Micrcr
Poutcm
Dendar
Faraoc
Corddw
Minqgu
SLA
LDMC
LTS LA
WD
P
N
Hmax
Ejes de estrategias de adquisición y uso de recursos entre 30 especies arbóreas de un bosque muy húmedo aprovechado, norte de Costa Rica (Salgado et al. in prep.)
0,228 0,434 0,640 0,846 1,052
wood density
-3,70
-2,46
-1,23
0,01
1,25
ln re
crui
tmen
t rat
e r = -0.42 (0.02)r = -0.15 (0.20
• La densidad de madera y Hmaxemergen como los rasgos más fuertemente correlacionadoscon tasas vitales
• Datos >= 10 cm dap• Valor de r de arriba:
análisis a través de especies;
• valor de abajo: contraste filogenéticamente independiente
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
0.00 4.12 8.24 12.36 16.47
11258
11304
27197
2125202324286
179
26102923
131814151622
WardDistancia: (Euclidea) TFP DM CFMS Ln
Hmaxn
4 0.37 293.3 3.7 8 A3 0.47 393.0 3.5 10 B
2 0.59 333.3 2.9 6 C
1 0.76 442.5 3.7 6 D
letras diferentes indican diferencias significativas (pruebaHotelling, alfa = 0.05)
TFP LnTC
LnTRC
Tasa mortalidad
n
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 (pruebaHotelling, alfa = 0.05)
BS BMAI BMBI BSI
DM
0.00.10.20.30.40.5
0.6
0.7
a
cbab
BS BMAI BMBI BSI
CFM
S
0100200300
400425450475500
aabbc
• Bosque lluvioso del norte de Costa Rica (120 especies)–
• 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
• Datos >= 10 dap en 1.0 ha
Escalamiento hacia arriba (Aquino 2010)
• 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
Impactos potenciales en bosques debidos a:
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
• Williamson 1984 Costa Rica• Chave et ál. 2006, 2456
especies0.5
Densidad de madera g cm‐3
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 Modelo R2 pArea basal MPC_AFE Y = 14.89 ‐ 0.0014 ALT 0.17 0.0095 MPC_CFMS Y = 377.80 + 0.02 ALT 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 ScienceFeeley 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