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