Cambio de usosy fragmentación Incendios
Biodiversidade interaccionesBalance de aguaReservas y
flujos carbono
762 83
Cambioclimático
ECOSISTEMA
54
CAMBIO GLOBAL
Introducciónespecies
Cambios comp.atmosférica
1
Cambio de usosy fragmentación Incendios
Biodiversidade interaccionesBalance de aguaReservas y
flujos carbono
762 83
Cambioclimático
ECOSISTEMA
54
CAMBIO GLOBAL
Introducciónespecies
Cambios comp.atmosférica
1
Cambios comp.atmosférica
1
R. Alonso, I. González, V. Bermejo, S. Elvira, J. Sanz, H. García, H. Calvete, F. Valiño, I. Rábago
Ecotoxicidad de la Contaminación Atmosférica - CIEMAT
Efectos del ozono y del depósito de nitrógeno atmosférico en los bosques
Política ambientalProtocolos control de emisiones
para prevenir efectos
Investigación científicaEfectos contaminantes
atmosféricos
Indicadores ambientalesCargas críticas y Niveles
críticos
Convention on Long- Range Transboundary Air Pollution (UN-ECE) -
Convenio de Ginebra
Directivaseuropeas
Madrid desde Trescantos-junio 2004
Cambios en la composición química de la atmósfera
Principales contaminantes atmosféricos:� CO2
� Compuestos nitrogenados � Ozono y contaminantes fotoquímicos � Compuestos azufrados� Compuestos orgánicos volátiles (VOCs)� Metales pesados� Compuestos orgánicos persistentes (POPs)
Componente natural de la atmósfera:90% estratosfera10% troposfera
UNEP, 2002
O3 TROPOSFÉRICOGAS ALTAMENTE OXIDANTE
GAS DE EFECTO INVERNADERO
O3 ESTRATOSFÉRICOPROTECCIÓN RAYOS UV
Ozono troposférico (O3)
O3
h�
H2O
OHHNO3
NO2 HO2O3
NO2 NO
O2 h�
HO2
H2O2
CO CO2
CH3O2
CH4
CH3O
HO2
CH3OOH
NO NO2
O2h�
O3
O3
CHOH
O2
O2
1
2
2
3
3
NOx
VOC COCH4
Luz
O3
Ozono troposférico (O3)
� Contaminante secundario
� Dificultad de control
� Aumenta a una tasa anual del 1%
AÑO1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000
0
20
40
60
80
100
120
0
10
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30
40
50
60
Zugspitze (2962 m)Hohenpeißenberg (988 m)
Jungfraujoch (3457 m)
Arosa (1860 m)Pfänder (1064 m)Mont Ventoux (1912 m)
Pic du Midi (3000 m)(ppb) (μgm-3)
Adaptado de Marenco et al. (1994)
Incremento del fondo de O3 en zonas montañosas europeas
Tendencias en la concentración de O3 para 2030
Escenario Legislación actual
Escenario aumento emisiones de precursores
Dentener et al., 2006
Aumento previsto
1,5 + 1,2 ppb
4,5 + 2,2 ppb
Variabilidad espacial:• Niveles elevados en el área mediterránea• Niveles elevados en zonas rurales y montañosas
Variabilidad temporal y espacial en [O3]
Elevada variabilidad temporal• Máximos a mediodía en primavera/verano• Mínimos nocturnos y en invierno
0
10
20
30
40
50
60
70
O3
(ppb
)
April May June
OZONO (ppb)
(EEA, 2010)<=5000 ppb.h5000 – 10000 ppb.h10000 -15000 ppb.h15000 – 25000 ppb.h> 25000 ppb.h
Efectos del ozono en la vegetación
O2CO2
O3
Formación de radicales libres y formas activas del oxígeno
Efectos iniciales en pared celular y membrana plasmática
Efectos en el metabolismo celular
Fotosíntesis
Hidratos de carbono
Distribución
Raíces Tallos Hojas Reservas
Defensas antioxidantes
Mecanismos de reparación
Estoma
EstomaCutícula/superficie foliar
Epidermis
Parénquima Cavidadsub-estomática
Alteración en la permeabilidad y
funcionalidad de las membranas celulares
Estrés oxidativo celular
Alteración en la regulación estomática
Alteración metabolismo del C y N
Alteración de la asimilación, distribución-translocación y
almacenamiento
Efectos del ozono en la vegetación
• Desarrollo de síntomas foliares• Aceleración de la senescencia• Disminución del crecimiento (y producción)• Efectos en la capacidad reproductiva• Predisposición frente a otros factores de estrés
• Alteración de relaciones de competencia • Pérdida de calidad nutritiva para herbívoros• Alteración de los ciclos de nutrientes y agua• Cambios en la biodiversidad
CULTIVOS VEGETACIÓN-SEMINATURAL
ÁRBOLES
NIVEL CRÍTICOCultivos agrícolas:
AOT40 of 3000 ppb.hHorticolas
AOT40 of 6000 ppb.h
AOT40 of 3000 ppb.h AOT40 of 5000 ppb.h
Periodo de tiempoCultivos agrícolas
3 mesesHortícolas3,5 meses
3 meses (o ciclo vital si es más corto)
Estación de crecimiento
Efecto Reducción de la producción
(5%)
Perennes: reducción crecimiento
Anuales. Reducción de crecimiento y/ semillas (10%)
Reducción crecimiento(5%)
Objetivos inmediatos (2010)
AOT40 9000 ppb.h acumulado durante 3 meses (Mayo-Julio) media de 5 años
Objetivos a largo plazo (2020)
AOT40 3000 ppb.h acumulado 3 meses (Mayo-Julio)
Directiva Europea Calidad del Aire (2008/50/EC)
NIVELES CRÍTICOS – Convenio de Ginebra (1979)
Valores umbrales para la protección de la vegetación
La fitotoxicidad del ozono no está directamente relacionada con la exposición al contaminante
sino con la dosis absorbida !!!
Considerar la influencia de las variables meteorológicas
Revisión del Protocolo de Gothenburg para disminuir la acidificación, eutrofización y el ozono
Niveles críticos basados en flujos(POD) Phytotoxic Ozone Dose
Estimar los flujos de absorción de ozono
Cambio
climátic
o
(EEA, 2010)
Efectos del ozono en la vegetación
CLe_c: AOT40=5000 ppb.h5% reducción biomasa
Especies sensibles: haya, abedul Países: Suecia, Finlandia, Suiza
Región Mediterránea: >15000 - 25000 ppb.h 11-20% reducción en biomasa esperada
<=5000 ppb.h5000 – 10000 ppb.h10000 -15000 ppb.h15000 – 25000 ppb.h> 25000 ppb.h
???
Objetivos inmediatos (2010)
AOT40 9000 ppb.h 3 meses
Objetivos a largo plazo (2020)
AOT40 3000 ppb.h 3 meses
6 meses
� Especies mediterráneas perennifolias creciendo en clima Medit. � Experimentos con efectos en crecimiento/biomasa
Revisión de experimentos
7 especies
4 sitios
Species Exposure system
Location O3 treatments Other treatments
gs measurem
years
Quercus ilex OTC Ebro Delta (Spain) CFA, NFA, NFA+40 1996-1997 OTC Ebro Delta (Spain) CFA, NFA, NFA+40 WW/DS + 1998-2000 OTC Valencia (Spain) CFA, NFA+ + 2006-2007 OTC Curno (Italy) CFA, NFA+ salt + 2009 OTC Curno (Italy) CFA, NFA+ salt + 2010 Quercus coccifera OTC Ebro Delta (Spain) CFA, NFA, NFA+40 WW/DS + 1998-2000 Ceratonia siliqua OTC Ebro Delta (Spain) CFA, NFA, NFA+40 1996-1997 OTC Ebro Delta (Spain) CFA, NFA, NFA+40 + 1998-2000Olea europaea OTC Ebro Delta (Spain) CFA, NFA, NFA+40 1996-1997 OTC Ebro Delta (Spain) CFA, NFA, NFA+40 + 1998-2000 Arbutus unedo OTC Ebro Delta (Spain) CFA, NFA, NFA+40 1996-1997 OTC Curno (Italy) CFA, NFA+ salt + 2009 OTC Curno (Italy) CFA, NFA+ salt + 2010 Pinus halepensis OTC Ebro Delta (Spain) CFA, NFA, NFA+40 WW/DS + 1994-1996Pinus uncinata Open exposure Switzerland Control,O3+, O3++ + 2009-2010
R2 = 0.39
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
0 20 40 60 80 100 120 140
allQ.ilexQ.cocciferaOleaCeratoniaA.unedoP. halepensisP. uncinataLineal (all)
POD1 / year (mmol m-2)
Función dosis O3-respuesta
% e
fect
o re
lativ
0
POD1 up to 38.6 mmol m-2 (5 meses)Especies caducifolias(Calatayud et al., 2011)
No hay efectos!
Actual POD14-8 mmol m-2
6 meses
otros contaminantes atmosféricos
relacionescon otros
organismosfactores ambientales(T, HR, luz, disponibilidad hídrica,...)
Ozono
sensibilidadfenología nutrientes
Contaminación atmosférica y cambio global
Cambio
climátic
o
< 1 1 – 2 2 – 5 5-10 10-15 15-20 20–25 >25
Kg N ha�1 yr�1
Mid - 1990s
2050
Phoenix et al. (2006)
Depósito de N atmosférico en las zonas de mayor biodiversidad
Efectos del depósito de N en ecosistemas terrestres
�Toxicidad directa � Fertilización y eutrofización� Acidificación � Visibilidad
Emmett (2007)� aumento del crecimiento� acumulación de N orgánico en el suelo� aumento de emisiones de N20� pérdidas de N en aguas subterráneas y escorrentía � alteración de ciclos de nutrientes� disminuye raíz/tallo� menor resistencia a otros factores de estrés� cambios en la composición de especies (� nº sp)� aumenta el riesgo de incendios
0
20
40
60
80
100
120
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1990
1991
1992
1993
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1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
NOxSOxNH3
100%= Emisiones en 1990
(MARM, 2011)
Emisiones en España respecto
a 1990
Depósito de N total en 2009 estimado con modelo EMEP 5-20 kg N ha-1 año-1
Depósito de N atmosféricomg N m-2·año-1
Depósito de N total medido en España:-10-20 kg N ha-1 año-1 en Cataluña (Ávila et al., 2010)-6.5-10 kg N ha-1 año-1 en Levante (Sanz et al., 2002)
Evidencias del enriquecimiento en N de los ecosistemas en España
Aumento del nº sp nitrófilas 1900-2008
(Ariño et al., 2010)
0
1
2
3
4
5
6Ln
NH4
+
0
1
2
3
4
5
6
Ln N
O3-
1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001
Years
0
20
40
60
80
100
1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600
LC-NO3Be-NO3LS-NO3
NO2 (Gg)
NO
3 rain
con
cent
ratio
ns (�
eq L
-1)
y = -5,56 + 0,023 x ; r=0,62; p=0,002
Relación [NO3-] en lluvia y emisiones de NO2
1983-2006
(Ávila et al., 2010)
Depósito húmedo de N en Cataluña1983-2007
NH4+
NO3-
Otras evidencias:- Aumento de [N] en briófitos en herbarios en s. XX (Peñuelas & Filella, 2001)- Aumento de N en ríos de Pirineos (Camarero et al.,2010) y en el Montseny(Ávila y Rodá, 2011)
R2=0.62
EMEP red de medidas- Wet-only1997-2008; sites n = 6 -10
ICP-Forest Level II - Bulk deposition1998-2006, sites n = 11-13
Red Calidad Aire Cataluña - Wet-only1997-2008, sites n = 4 - 5
Modelo EMEP depósito húmedo
1997-20082000-2008 unified model version rv3.61997-2000 previous versions
Vs.
Depósito de N: comparación medidas y modelos
Nox : R2 = 0.27, p = 0.001 Nred : R2 = 0.50, p = 0.000
0 1 2 3 4 5 6 7RED. N
0
1
2
3
4
5
6
7 EUROSIBERIAN REGION MEDITERRANEAN REGION
0 1 2 3 4 5 6 7OX. N
0
1
2
3
4
5
6
7 EUROSIBERIAN REGION MEDITERRANEAN REGION
ICP-FOREST MEASUREMENTS
EM
EP
MO
DE
L 1:1 1:1
Funcionamiento del modelo similar en España y EuropaModelo subestima el depósito de N �30%
EMEP model vs. ICP-Forest measurements
ATLANTIC REGIONMEDITERRANEAN REGION
ATLANTIC REGIONMEDITERRANEAN REGION
Depósito de N: comparación medidas y modelos
0102030405060708090
100
1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010
% D
D/TD
DR
Y / T
OTA
L D
EPO
SITI
ON
(%)
� Q. ilex� Q. ilex* P. halepensisx P. halepensis� Q. ilex
La Castanya - Q. ilexDry dep. / Total dep.= 62-67%
(Avila et al., 2002; Rodà et al., 2002)
El modelo EMEP infra estima el depósito seco en la región mediterránea
DATOS MEDIDOS
Valencia – P. halepensisDry dep. / Total dep.= 40-75%
(Sanz et al., 2002)
EMEP MODELLED DATA
Depósito de N: comparación medidas y modelosDepósito seco vs total
Finca de Tres Cantos (Tres Cantos, Madrid)Acuerdo Ayuntamiento de Madrid-CIEMAT
Medida de depósito de contaminantes atmosféricos nitrogenados (seco/húmedo)
Dinámica del N en el bosque mediterráneo: aire-planta-suelo
Instalación experimental de Cámaras Descubiertas (OTCs): OZONO/NITRÓGENO
Finca “La Higueruela” (Santa Olalla, Toledo)Acuerdo CSIC-CIEMAT
Adaptación y gestión frente al O3 y N
- Políticas de control de calidad del aire y control de emisiones
- Asegurar alta variabilidad genética en los programas de reforestación
- Asegurar el vigor de las masas forestales
- Disminuir el N acumulado:retirar biomasadisminuir la densidad de las masas forestales(quemas prescritas)
¡ GRACIAS !
Cargas y Niveles Críticos, MARMConsolider-MONTES, MICINNEDEN, MICINNAGRISOST, Com. MadridECLAIRE- FP7
R2 = 0.46
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
0 20000 40000 60000 80000 100000 120000
allQ.ilexQ.cocciferaOleaCeratoniaA.unedoP. halepensisP. uncinataLineal (all)
AOT40 / año
Función exposición-respuesta
% e
fect
o re
lativ
o
AOT40= 33405 ppb.h (5 meses)Especies caducifolias(Calatayud et al., 2011)
No hay efectos!
Sólo experimentos con biomasa aérea
Actual CLe_c5000 ppb.h
6 meses
El Pardo
Miraflores
San Agustín
Viñuelas
PeñalaraMorcuera
Canencia
Valsain Navafría
N
Riofrío
Madrid
Ozono (�g/m3)Medias estacionales 2004-2006
pasivos
/S N
Pardo
Viñuelas
S. Agustín
Miraflores
Canencia
Morcuera
PeñalaraValsa
ín
NavafríaRiofrío
O3
(�g/
m3 )
0
20
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60
80
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160
180
200
Ele
vatio
n (m
)
500
1000
1500
2000avg autumn spring summer winter elevation
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