Respuesta a la sequía de especies y comunidades de ambientes contrastadoscomparación de balances hídricos

Zusammenfassung

Las zonas áridas ocupan en la actualidad más del 47% de la superficie emergida del planeta (aprox. 6.15x106 ha). Se caracterizan por presentar una relación de Precipitación/Evapotranspiración (P/E) entre 0.03 en el hiperárido hasta 0.75 en el seco-subhumedo. Estos valores indican gran descompensación entre la cantidad de agua que recibe la zona por precipitación y la que potencialmente va a la atmósfera por evapotranspiración. Son zonas con escasa precipitación, donde la disponibilidad hídrica es el principal factor limitante para los procesos biológicos. Por otra parte, suele ocurrir que en las zonas áridas hay una alta densidad poblacional como es el caso de Europa en donde dichas zonas albergan más de un 25% de su población. La combinación de escasez de agua y una elevada densidad de población las convierte en lugares muy vulnerables al cambio climático con alto riesgo de desertificación. Las proyecciones de los modelos de cambio climático generados por el quinto informe del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático y las tendencias observadas durante las últimas décadas, indican que durante los próximos 100 años habrá un aumento progresivo y global de la temperatura media del aire entre 2 y 4 ºC. También existe evidencia global de cambios en el ciclo hidrológico que muestran tendencias de descenso en las precipitaciones. Esta situación produce mayor tensión en zonas ya limitadas por el agua como las zonas áridas de la cuenca Mediterránea. Entre ellas se encuentra la región en donde se desarrolló gran parte de esta memoria, como es el Sureste de España, específicamente en la provincia de Alicante, considerada en alto riesgo de degradación y desertificación que pueden verse especialmente afectada por el cambio climático. Existen infinidad de modificaciones que pueden ser causadas por el cambio climático, de las cuales, en este trabajo se abordan las relacionadas con el impacto de la sequía sobre la vegetación ( a escala de individuo y de comunidad) y el impacto en el ciclo hidrológico, que a su vez está en constante interacción con la cobertura de vegetación. La cantidad y disponibilidad de agua es uno de los principales factores que afectan la producción primaria y otros procesos biológicos en los ecosistemas. La sequía disminuye la cantidad de agua en el suelo, por ello, en la actualidad, existe gran incertidumbre en cuanto a las respuestas de preguntas como las siguientes: ¿cómo las plantas y los ecosistemas responderán a la mayor aridez proyectada por lo modelos de cambio climático?, en este sentido ¿Cuáles especies serán menos resistentes y cuales más vulnerables a eventos de sequía extrema y contínua?, ¿Cómo se verá afectado el ciclo hidrológico?. En este contexto, este trabajo aborda aspectos relacionados con: (1) la evaluación de la respuesta en especies forestales de diferentes ecosistemas, ante diferentes condiciones de humedad en el suelo y (2) con cambios en la cubierta de vegetación a escala de comunidad, debido a condiciones de sequía. Esta tesis doctoral pretende proporcionar conocimiento experimental sobre el impacto de la sequía, en el contenido de agua en el suelo y en la vegetación a diferentes escalas. Cabe señalar que la mayor parte de esta memoria de tesis (tres capítulos del cuerpo principal de la memoria) se realizó en zonas áridas del Sur este Español, a excepción de un trabajo que abordando la misma temática se relaciona con especies de otros ecosistemas. Las principales conclusiones se listan a continuación: 1. El uso de minilisímetros resultó ser un método efectivo para determinar con precisión la tasa de transpiración diaria en brinzales completos y analizar su dinámica temporal bajo diferentes condiciones de humedad en el suelo: alta y baja. 2. En tres especies mediterráneas comúnmente utilizadas en proyectos de restauración, las relaciones obtenidas entre la tasa de transpiración y la variables microclimáticas permitieron explicar la respuesta de las especies para enfrentarse al estrés del mediodía y evaluar sus estrategias de consumo de agua bajo condiciones contrastantes de humedad en el suelo. 3. Especies con un mecanismo derrochador de agua, como Q. coccifera, mostraron la mayor tasa de transpiración diaria bajo condiciones de alta y baja humedad del suelo. Contrariamente, P. halepensis con un mecanismo ahorrador de agua, tuvo la menor tasa de transpiración diaria en todas las condiciones. En este estudio, esta especie fue la más resistente a condiciones de sequía. Mientras P. lentiscus mantuvo tasas de transpiración intermedias. 4. Las diferencias en los rasgos morfo-funcionales en las seis especies estudiadas de los Andes ecuatorianos, determinaron la respuesta a condiciones de sequía y su habilidad para mantener tasas de intercambio gaseoso relativamente altas en condiciones de poca disponibilidad de agua en el suelo. 5. La respuesta de las especies estudiadas ante condiciones de sequía, fue independiente de su hábitat. Los resultados indicaron que, contrariamente a lo que se esperaba, las especies que viven en ecosistema secos no fueron las más resistentes a condiciones de sequía. P. sprucei y C. spinosa, de ecosistemas distintos, se relacionaron con una estrategia conservadora. Especies como A. acuminata, A. ferruginea, C. montana y S. molle fueron menos resistentes a la sequía con una estrategia adquisitiva. 6. Los resultados de las estimaciones realizadas, a escala individual, sobre el impacto potencial de la sequía en el establecimiento de nuevos individuos, sugieren que las especies con rasgos funcionales relacionados con un uso conservador del agua, una colonización eficiente de las raíces, y patrones moderados de distribución que favorecen a la biomasa subterránea, serán las especies menos vulnerables a la sequía. Sin embargo se debe tener precaución ya que la respuesta de plantas a la sequía es el resultado de un amplio conjunto de factores bióticos y abióticos que interactúan en el ecosistema. 7. Se observo gran relación entre los patrones de conductancia estomática vinculados a la distribución de biomasa y a la morfología del sistema radical, especialmente al tamaño de la raíz, con las diferencias en la vulnerabilidad de las especies de plantas a la sequía. 8. A escala de comunidad, los resultados obtenidos mostraron que la cobertura de vegetación puede reducirse notablemente en matorrales mediterráneos del sur este español, afectando su composición como consecuencia de un año muy seco. En este sentido, se obtuvo una relación directa entre la reducción de la vegetación y las condiciones ambientales durante un episodio de sequía. 9. Las zonas de clima semiárido y seco presentan condiciones más limitantes para comunidades de matorral de elevada cobertura, lo que pondría en riesgo la cobertura de este tipo de vegetación en el futuro debido a la variabilidad climática prevista. En este sentido, los matorrales con porcentaje de cobertura superior a 70%, ubicados en zonas de transición climática entre seco y semiárido que experimenten más de cuatro meses consecutivos con un contenido relativo de agua en el suelo menor al 20% de su capacidad de campo pueden presentar elevadas tasas de mortalidad. 10. A lo largo del gradiente estudiado (semiárido-subhúmedo), las especies más susceptibles a la sequía estuvieron localizadas en la zona semiárida pertenecientes a la forma de vida de matorral bajo, entre ellas, globularia alypum, fumana thymifolia, helichrysum stoechas y thymus vulgaris L. Del matorral alto, Osyris lanceolata, Cistus albidus, Juniperus oxycedrus Rosmarinus officinalis y Erica multiflora fueron las especies que sufrieron mayor reducción. 11. Un incremento en la duración de episodios secos y calientes puede producir cambios importantes en la cobertura de matorral en el Sur Este de España. Para evitar la pérdida de biodiversidad y preservar los servicios ecosistémicos relacionados con los flujos hídricos, las actividades de manejo ambiental deberían promover la conservación de los matorrales así como su reintroducción en programas de restauración. 12. La aplicación del modelo de balance hídrico del suelo HYDROBAL permitió estimar los principales flujos hídricos y su extrapolación al área de recarga en las zonas estudiadas, además de establecer la importancia que juega la cobertura de vegetación y las condiciones hídricas que presenta el suelo a escala diaria. Por ello, se considera a HYDROBAL como una potente herramienta de modelización hidrológica que puede ser muy útil para la toma de decisiones por parte de los organismos de las cuencas hidrológicas. 13. La cobertura vegetal interviene y modifica de manera directa y sustancial los flujos de agua a través del dosel y en consecuencia la dinámica hídrica del ecosistema. Consecuentemente, la vegetación es un factor relevante en la estimación de la evapotranspiración, el contenido de agua en el suelo y percolación profunda que contribuye a la recarga de acuíferos. 14. Respecto a la dinámica hídrica en el matorral mediterráneo y pinar de repoblación, los resultados indicaron que bajo condiciones de sequía se producen condiciones de mayor estrés hídrico del suelo bajo cubiertas forestales, como consecuencia de la reducción de los aportes de agua al suelo provocada por una mayor Int del agua de lluvia por la vegetación de mayor porte. En años secos el porcentaje de "Green water" aumenta siendo el pinar la cobertura que presenta mayor consumo del agua en estos periodos. Esta situación pudiera acentuarse debido a las predicciones de los modelos de cambio climático. 15. Se observó que la recarga se comportó de manera diferente en años secos y húmedos. En años lluviosos el porcentaje de recarga fue mayor en áreas con menor cobertura. En años secos, le porcentaje de recarga disminuyó notablemente debido a la disminución de la precipitación total. Estos aspectos deben ser considerados en el manejo de las reservas de agua en el suelo durante periodos de sequía. 16. En ecosistemas áridos existe una relación inversa entre la cobertura de vegetación y la recarga de los acuíferos. A mayor cobertura de vegetación menor cantidad de agua llega al suelo, menor recarga y menor escorrentía superficial. Considerando la elevada cobertura de vegetación, sería interesante proponer un plan de gestión en el pinar de MEL y matorral de CAB, para contribuir a una mayor recarga.