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

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

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)

Bases de ecología funcional para entender los impactos potenciales del

cambio climático

• 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

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)