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Evaluando las relaciones entre composición, estructura y funcionamiento del ecosistema en zonas áridas: la red de parcelas global EPES-BIOCOM. Fernando T. Maestre & consorcio EPES-BIOCOM Departamento de Biología y Geología Universidad Rey Juan Carlos Móstoles, España. La red EPES-BIOCOM. - PowerPoint PPT Presentation
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Evaluando las relaciones entre composición, estructura y funcionamiento del ecosistema en zonas áridas: la red de
parcelas global EPES-BIOCOM
Fernando T. Maestre & consorcio EPES-BIOCOM
Departamento de Biología y GeologíaUniversidad Rey Juan Carlos
Móstoles, España
La red EPES-BIOCOM
Argentina: Juan Gaitán, Donaldo Bran, Aníbal Prina & Eduardo Pucheta Australia: David Eldridge, Matt Tighe & James ValBrasil: Roberto Romao & Abel Conceicao Chile: Julio Gutiérrez, Claudia Barraza, Susana Gómez& Cristian Torres China: Deli Wang Ecuador: Carlos Iván Espinosa & Omar CabreraIsrael: Eli Zaady & Bertrand BoekenIrán: Mohammad Janku Kenia: Vicente Polo & José P. VeigaMéxico: Elisabeth Huber-Sannwald & Tulio Arredondo Marruecos: Mchich Derak Perú: Jorge Monerris & David A. Ramírez España: José L. Quero, Miguel García-Gómez, Manuel Delgado-Baquerizo, Victoria Ochoa, Adrián Escudero, Santiago Soliveres, Pablo García-Palacios, Cristina Escolar, Miguel Berdugo, Beatriz Gozalo & Enrique Valencia Túnez: Zouhaier Noumi, Wahida Guiloufi & Mohammed Chiaeb USA : Matt Bowker, Becky Mou & Maria Miriti Venezuela: Adriana Florentino, Julio Blones, Abelardo Ospina & Rosa Mary Hernández
Introducción
El conocimiento de las relaciones entre estructura y funcionamiento es clave para mejorar nuestra comprensión sobre los ecosistemas naturales, evaluar y predecir los impactos ecológicos del cambio global y establecer medidas de gestión y restauración efectivas.
Las zonas áridas son un bioma terrestre clave, ya que cubren el 41% de la superficie terrestre y albergan al 38% de la población mundial.
Estos ambientes presentan un modelo ideal para analizar las relaciones entre los atributos del ecosistema y su funcionamiento a distintos niveles de organización, tanto por sus características intrínsecas como por la imperiosa necesidad de hacer frente a problemas ambientales que, como la desertificación y la pérdida de diversidad, afectan especialmente a estas áreas.
Pese a su extensión e importancia socio-ecológica, las relaciones entre la estructura y funcionamiento del ecosistema en zonas áridas están poco estudiadas, existiendo una notable falta de iniciativas globales al respecto.
La red de parcelas EPES-BIOCOM
Entre 2006 y 2011 se ha establecido y monitorizado una red de parcelas en zonas áridas, semi-áridas y seco-subhúmedas de todo el planeta.
La red consta de 225 parcelas repartidas por 16 países de todos los continentes excepto la Antártida: Argentina, Australia, Brasil, Chile, China, Ecuador, España, Irán, Israel, Kenia, Marruecos, México, Perú, Túnez, USA y Venezuela.
Este trabajo se ha coordinado desde la URJC (España), y ha supuesto la colaboración de más de 60 investigadores de 30 universidades y centros de investigación.
La red de parcelas EPES-BIOCOM
La selección de parcelas tuvo como objetivo capturar en la medida de lo posible la variedad de condiciones abióticas y bióticas que caracteriza a las zonas áridas. Las parcelas de la red comprenden buena parte de la variabilidad ambiental presente en las zonas áridas:
• Precipitación media anual: 66 mm a 1219 mm• Temperatura media anual: -1.8 ºC a 27.8ºC• Altitud: de 69 m a 4668 m• Suelos: más de 25 tipos de suelo distintos según la clasificación de la FAO• Cobertura vegetal: de 3 % a 83%• Tipos de vegetación: pastizales, matorrales, bosques secos, matorrales con
árboles y ecosistemas dominados por costra biológica.
Para obtener datos representativos de ecosistemas reales, los sitios muestreados engloban una gran variedad de usos (excluidos los agrícolas y las zonas muy alteradas por actividades como minería).
Todas las parcelas se han muestreado siguiendo el mismo protocolo.
Para minimizar los efectos de la orientación en las variaciones climáticas, todas las parcelas tienen orientación NE-NO (hemisferio sur) y SE-SO (hemisferio norte).
La red incluye los principales tipos de ecosistemas áridos
Características del muestreo I. Vegetación
30 m
30 m
8 m8 m8 m
4 transectos de 30 m por parcela
Características del muestreo I. Vegetación
En los transectos lineales se recoge información sobre la cobertura de la vegetación, su tamaño y su distribución espacial
30 m
30 m
80 cuadrados de 1.5 m x 1.5 m por parcela
Características del muestreo I. Vegetación
En cada cuadrado se registra la presencia y cobertura de todas las especies perennes (0-100%), datos que se utilizarán para calcular la composición y diversidad de las comunidades estudiadas, así como los patrones de co-ocurrencia entre plantas vasculares.
Características del muestreo I. Vegetación
Características del muestreo I. Vegetación
1) Selección de 15-20 manchas de vegetación de las principales especies que aparecen en la parcela (2-3 especies por parcela).
2) Muestreo de cobertura y número de individuos (en los casos en que sea posible) de todas las especies perennes que aparecen dentro de cada mancha
3) Muestreo del mismo área en una zona de suelo desnudo adyacente localizada al azar, evaluando la cobertura y número de individuos de todas las especies perennes que aparezcan.
Vegetación
Suelo desnudo
Características del muestreo II. Suelos
De cada parcela se extraen 5 muestras de suelo de los microambientes principales: zonas de suelo desnudo y bajo vegetación perenne.
Vegetación
Suelo desnudo
Características del muestreo II. Suelos
En cada muestra se han evaluado las siguientes variables:
• Físicas: pH, textura, conductividad eléctrica, capacidad de almacenamiento de agua.
• Del ciclo del C: carbono orgánico, b-glucosidasa, hexosas, pentosas, fenoles y compuestos aromáticos.
• Del ciclo del N: nitrógeno total, nitrato, amonio, aminoácidos, proteinas, nitrificación potencial, nitrógeno orgánico disuelto, amonificación potencial, producción potnecial de DON.
• Del ciclo del P: P disponible y fosfatasa.
En total se han obtenido unas 2600 muestras de suelo, que se han procesado en su totalidad en los laboratorios de las Universidades Rey Juan Carlos, Pablo de Olavide y de Jaén (España).
Antecedentes: ¿cómo se hizo posible la red?
2006-2007: Establecimiento de 29 parcelas experimentales en España gracias al apoyo de los proyectos CEFEMED (URJC) e INTERCAMBIO (Fundación BBVA).
2007-2010: Expansión de la red en América Latina (69 parcelas adicionales) gracias a la red de investigación EPES (CYTED).
2010-actualidad: Expansión de la red a escala global (127 parcelas adicionales), análisis de laboratorio y de datos, gracias a la financiación del proyecto BIOCOM (European Research Council).
Financiación adicional de los proyectos BIOCHANGE (MICINN), REMEDINAL (Comunidad de Madrid) y Studentship (British Ecological Society).
Primeros resultados. Relaciones entre riqueza y multifuncionalidad I
Maestre et al. 2012. Science 335: 214-218
1 2 3 4 5 6 7 8
Mul
tifun
ctio
nalit
y in
dex
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
A) Multifunctionality
C) Nitrogen cycling
1 2 3 4 5 6 7 8
C c
yclin
g in
dex
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
B) Carbon cycling
Species richness (sqrt-transformed)
1 2 3 4 5 6 7 8
Nitr
ogen
cyc
ling
inde
x
-2
-1
0
1
2
1 2 3 4 5 6 7 8
P c
yclin
g in
dex
-2
-1
0
1
2
3
D) Phosphorus cycling
OLS, R2 = 0.030, P = 0.009 SAR, R2 = 0.022, P = 0.027
OLS, R2 = 0.018, P = 0.044SAR, R2 = 0.014, P = 0.082
OLS, R2 = 0.032, P = 0.008 SAR, R2 = 0.016, P = 0.061
OLS, R2 = 0.029, P = 0.011SAR, R2 = 0.022, P = 0.027
Primeros resultados. Relaciones entre riqueza y multifuncionalidad II
Species richness
Abiotic Climatic Geographic R2 AICc ΔAICc AICc wi
SL SA A1 A2 A3 A4 LA LO EL0.564 282.750 0 0.217
0.559 283.226 0.475 0.171
0.554 283.595 0.845 0.143
0.558 283.862 1.111 0.125
0.565 284.502 1.751 0.091
0.556 284.637 1.887 0.085
0.561 284.677 1.927 0.083
0.560 285.035 2.285 0.069
Mejor modelo sin riqueza de especies: R2 = 0.539, AICc = 293.236 y ΔAICc = 10.486
Modelo más parsimonioso sin la riqueza de especies : R2 = 0.515, AICc = 300.078 y ΔAICc = 17.328
SA = sand content , SL = slope, A1 = axis 1 of climatic PCA (mean annual precipitation, r = 0.910), A2 = axis 2 of climatic PCA (mean temperature of the driest quarter, r = 0.901), A3 = axis 3 of climatic PCA (precipitation in the driest quarter, r = 0.946), A4 = axis 4 of climatic PCA (annual mean temperature [r = 0.682] and mean temperature of the wettest quarter, r = 0.884), LA = lattitude, LO = longitude, and EL = elevation.
Primeros resultados. Relaciones entre riqueza y multifuncionalidad III
SR SL SA A1 A2 A3 A4 EL
Impo
rtan
ce
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
SR SL SA A1 A2 A3 A4 EL
Impo
rtan
ce
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Dependent variable
SR SL SA A1 A2 A3 A4 EL
Impo
rtan
ce
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
SR SL SA A1 A2 A3 A4 EL
Impo
rtan
ce
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
A) Multifunctionality B) Carbon cycling
C) Nitrogen cycling D) Phosphorus cycling
Maestre et al. 2012. Science 335: 214-218
Algunos estudios en marcha
Efectos de factores abióticos, bióticos y el impacto humano en la dinámica del nitrógeno.
Análisis de patrones y determinantes de la vegetación leñosa en zonas áridas.
Calibración de índices funcionales del paisaje como predictores del funcionamiento ecosistémico.
Importancia del clima, la filogenia y los atributos funcionales como determinantes de las interacciones planta-planta en zonas áridas.
Efectos de la aridez y el carbono orgánico en el contenido en nitrógeno de zonas áridas en la cuenca mediterránea.
Determinantes del funcionamiento ecosistémico en matorrales de Larrea en América Central y del Sur.
Escala global
Escala regional
Estado actual y desarrollo futuro de la red
Análisis de laboratorio adicionales: fraccionamiento de materia orgánica, análisis isotópicos (13C y 15N) del suelo y análisis de P total y K.
Remuestreo de las parcelas cada 6 años para evaluar cambios temporales.
Amplicación del número de parcelas en África (Niger, Mali y Burkina Faso) y China.
Recoleccíón de nuevas muestras de suelo para el análisis de la composición y estructura de las comunidades microbianas mediante técnicas basadas en el ADN (pirosecuenciación y PCR cuantitativa).
Realización de un árbol filogenético de todas las especies de plantas vasculares perennes presentes en las parcelas muestreadas (unas 1300).
Recopilación de rasgos funcionales de todas las especies de plantas vasculares.
Agradecimientos
Para más información
Twitter:
www.twitter.com/maestrelabwww.twitter.com/biocomproject
Páginas web:
http://www.escet.urjc.es/biodiversos/espa/investigacion/biocom/http://www.escet.urjc.es/biodiversos/espa/personal/fernando/index.htmlhttp://www.maestrelab.blogspot.com
Contacto: [email protected]