Resiliencia de ecosistemas propensos al fuegoeficiencia de las medidas de restauración post-incendio

Résumé

El fuego es uno de los elementos ecológicos con mayor influencia sobre el desarrollo y evolución de muchos ecosistemas de la Cuenca Mediterránea. Sin embargo, el cambio climático y los cambios de usos del suelo han modificado los patrones espaciales del combustible y el riesgo de incendios forestales en esta región durante las últimas décadas, lo que puede causar modificaciones en la frecuencia, severidad, y extensión de los incendios forestales. Los cambios en los regímenes de incendios desencadenan importantes efectos sobre los ecosistemas, afectando principalmente a su composición, estructura, y funcionamiento y, por tanto, a su estabilidad, determinada a través de su resistencia y resiliencia. El principal objetivo de la presente Tesis Doctoral es la identificación de la resistencia y resiliencia de diferentes ecosistemas Mediterráneos propensos al fuego de la Península Ibérica en relación con la severidad del fuego. Además, se pretende analizar la eficiencia de diferentes estrategias de restauración post-incendio aplicadas con el fin de recuperar los servicios ecosistémicos que estos ecosistemas proveen a la sociedad. Para lograr estos objetivos, se calculó, en cada zona de estudio, la severidad espectral del fuego utilizando imágenes Landsat 8 OLI inmediatamente anteriores y posteriores a los incendios. La severidad espectral fue validada en campo mediante la aplicación del índice CBI (Composite Burn Index), diferenciando cuatro categorías de severidad: no quemado, severidad baja, severidad moderada, y severidad alta. Con el fin de identificar la resistencia de diferentes ecosistemas forestales frente a la severidad del fuego se analizaron los cambios causados en diferentes propiedades del suelo (Artículo I). Para ello, se tomaron muestras de suelo inmediatamente después del incendio en aulagares, brezales, y robledales para el análisis de propiedades físicas (diámetro medio ponderado de los agregados (DMP)), químicas (pH; carbono total; carbono orgánico total; carbono inorgánico total; nitrógeno total; fósforo disponible; cationes intercambiables Na+, K+, Mg2+, y Ca2+; y capacidad de intercambio catiónico (CIC)), y bioquímicas (actividades enzimáticas β-glucosidasa, ureasa, y fosfatasa ácida). Posteriormente, se calculó un índice de resistencia para cada propiedad del suelo analizada. Se observó que el diámetro medio ponderado de los agregados del suelo fue más resistente en el ecosistema de aulagar, pese a que esta propiedad se redujo con la severidad alta en los tres ecosistemas estudiados. Respecto a las propiedades químicas, su resistencia fue mayor en el ecosistema de robledal, siendo el carbono total, el carbono orgánico total, y el Na+ intercambiable las propiedades químicas más resistentes al cambio. Sin embargo, el suelo redujo su actividad enzimática con el aumento de la severidad del fuego en todos los ecosistemas estudiados. Así pues, y debido a la baja resistencia de las propiedades bioquímicas del suelo, las actividades enzimáticas podrían considerarse como indicadores potenciales de severidad en ecosistemas forestales recién quemados. Para estudiar la resiliencia se analizaron los efectos de la severidad del fuego sobre la capacidad de regeneración natural de la vegetación a través del estudio de los rasgos funcionales de las plantas. Esto se evaluó en zonas con diferentes condiciones climáticas y composición de especies: una zona con clima más frío y húmedo, dominada por ecosistemas de aulagar, brezal, piornal, y robledal, y otra zona más cálida y seca, dominada por pinares (Artículo II). Para ello se tomó el porcentaje de cobertura de las diferentes especies leñosas presentes al año y a los dos años del fuego, las cuales se clasificaron según rasgos fisiológicos (área foliar específica y capacidad de fijación de N2) y regenerativos (estrategia reproductiva, localización del banco de yemas, y germinación por estimulación térmica). En la zona de estudio más fría y húmeda la cobertura vegetal mostró una tendencia general de aumento en zonas de severidad alta respecto a zonas quemadas con severidad baja y moderada. A pesar de esto, las especies con área foliar específica alta, rebrotadoras, y germinadoras estimuladas por el calor respondieron mejor a la severidad del fuego. Sin embargo, en la zona más cálida y seca los efectos variaron entre las especies dependiendo de sus rasgos funcionales. En concreto, en esta zona se encontró una relación negativa entre la severidad del fuego y la cobertura de las plantas con área foliar específica baja y sin capacidad de estimulación térmica de la germinación y de fijación de N2. En cambio, las especies fijadoras de N2, con capacidad de rebrote, y con germinación estimulada por el calor aumentaron su cobertura con el incremento de la severidad. Los efectos de la severidad del fuego sobre la resiliencia de la comunidad vegetal fueron también evaluados mediante los cambios producidos en la estructura de la vegetación y en la composición de especies en diferentes ecosistemas: aulagares, brezales, piornales, y robledales (Artículo III). Para ello se determinó, a los dos años del incendio, el porcentaje de cobertura total de vegetación en cuatro estratos verticales (0 m - 0.5 m, 0.5 m – 1 m, 1 m – 4 m, y > 4 m). Además, en el estrato más bajo (0 - 0,5 m) se estimó la cobertura de cada especie leñosa y del total de la vegetación herbácea. La resiliencia de las zonas quemadas se identificó mediante las diferencias en la cobertura vegetal y en la composición de especies respecto a dos etapas de madurez diferentes: vegetación joven (no quemada en los últimos 10 años) y vieja (no quemada en los últimos 20 años). Se observó que el estrato inferior fue el más resiliente a corto plazo. En los aulagares y brezales esto fue debido principalmente a la alta regeneración de la vegetación herbácea, ya que ambos ecosistemas presentaron una baja resiliencia de la vegetación leñosa. En concreto, la resiliencia del estrato inferior fue mayor en los piornales y robledales, especialmente bajo severidades moderadas y altas. Sin embargo, el estrato más alto de estos ecosistemas se vio negativamente afectado por la severidad del fuego. En la presente Tesis Doctoral también se evaluó el efecto de la severidad sobre la multifuncionalidad del ecosistema (Artículo IV). El estudio se realizó un año después del incendio, empleando indicadores de diferentes funciones del ecosistema, las cuales permiten definir los servicios ecosistémicos: actividad fotosintética, fertilidad del suelo, ciclo de nutrientes, y calidad del suelo (servicio ecosistémico de soporte); producción de pastos para el ganado y producción de leña (servicio ecosistémico de aprovisionamiento); regulación climática y protección contra la erosión (servicio ecosistémico de regulación); y diversidad de especies leñosas y valor estético (servicio ecosistémico cultural). La severidad influyó negativamente sobre los servicios ecosistémicos de soporte, aprovisionamiento, y regulación, y sobre la multifuncionalidad del ecosistema. Finalmente, se estudió la eficiencia a medio plazo de diferentes estrategias de restauración post-incendio (acolchado de paja y restos de madera, y repoblaciones mediante subsolado y ahoyado) en la recuperación de la multifuncionalidad del ecosistema (Artículo V). Se emplearon variables de suelo tomadas a los cuatro años del incendio para definir las funciones y servicios del ecosistema: fertilidad del suelo, ciclo de nutrientes, y calidad del suelo (servicio ecosistémico de soporte); y regulación climática, regulación del agua, y protección contra la erosión (servicio ecosistémico de regulación). Estas funciones y servicios se emplearon en el cálculo de la multifuncionalidad del ecosistema. Se observó que el acolchado de paja y los restos de madera favorecieron al servicio ecosistémico de regulación. El servicio ecosistémico de soporte no se vio significativamente afectado por las estrategias de restauración. El acolchado de paja y los restos leñosos, así como las repoblaciones mediante ahoyado aumentaron la multifuncionalidad del ecosistema respecto al método de subsolado. Los resultados de esta Tesis Doctoral ponen de manifiesto la importancia de conocer las características de los ecosistemas menos resistentes a la severidad del fuego, así como los rasgos funcionales de las plantas, y la composición y estructura de la vegetación que confieren una mayor resiliencia frente a los regímenes de incendios actuales en los ecosistemas Mediterráneos. Además, estudiar los efectos de los incendios severos desde una perspectiva multifuncional, y conocer las estrategias de restauración con mayores efectos positivos sobre la recuperación de las funciones y servicios que estos ecosistemas proveen a la sociedad, son herramientas de gran valor para la gestión de zonas quemadas.climática, regulación del agua, y protección contra la erosión (servicio ecosistémico de regulación). Estas funciones y servicios se emplearon en el cálculo de la multifuncionalidad del ecosistema. Se observó que el acolchado de paja y los restos de madera favorecieron al servicio ecosistémico de regulación. El servicio ecosistémico de soporte no se vio significativamente afectado por las estrategias de restauración. El acolchado de paja y los restos leñosos, así como las repoblaciones mediante ahoyado aumentaron la multifuncionalidad del ecosistema respecto al método de subsolado. Los resultados de esta Tesis Doctoral ponen de manifiesto la importancia de conocer las características de los ecosistemas menos resistentes a la severidad del fuego, así como los rasgos funcionales de las plantas, y la composición y estructura de la vegetación que confieren una mayor resiliencia frente a los regímenes de incendios actuales en los ecosistemas Mediterráneos. Además, estudiar los efectos de los incendios severos desde una perspectiva multifuncional, y conocer las estrategias de restauración con mayores efectos positivos sobre la recuperación de las funciones y servicios que estos ecosistemas proveen a la sociedad, son herramientas de gran valor para la gestión de zonas quemadas.