Tesis:
Modelización de la expansión y medidas de control del nematodo de la madera del pino en la Península Ibérica
- Autor: FUENTE MARTÍN, Begoña de la
- Título: Modelización de la expansión y medidas de control del nematodo de la madera del pino en la Península Ibérica
- Fecha: 2021
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S.I. DE MONTES, FORESTAL Y DEL MEDIO NATURAL
- Departamentos: SISTEMAS Y RECURSOS NATURALES
- Acceso electrónico: https://oa.upm.es/70140/
- Director/a 1º: SAURA MARTÍNEZ DE TODA, Santiago
- Resumen: Las especies exóticas invasoras son consideradas una de las principales amenazas para los ecosistemas forestales, la biodiversidad que albergan y los productos y servicios que proporcionan. Comprender, predecir y controlar su expansión representa un gran desafío para investigadores, gestores y administraciones públicas. En 1999 el nematodo de la madera de pino (Bursaphelenchus xylophilus), agente causante de la enfermedad del marchitamiento del pino, originario de Norteamérica, fue detectado por primera vez en Europa, en el suroeste de Portugal, después de haber provocado graves daños en Asia, donde también se introdujo accidentalmente hace décadas. Desde entonces se ha extendido ampliamente por el territorio portugués y es actualmente la especie invasora que representa una mayor amenaza, tanto desde el punto de vista ecológico como económico, para los pinares ibéricos. Esta tesis doctoral tiene como objetivo principal el desarrollo, validación y aplicación de un modelo de redes probabilístico, espacial y temporalmente explícito, para predecir la expansión natural del nematodo de la madera de pino (NMP) en la península ibérica a través de la dispersión del escarabajo cerambícido Monochamus galloprovincialis, su único insecto vector conocido en Europa, y evaluar así los puntos de entrada y las rutas más probables para la propagación del NMP en España, el momento de su posible llegada a diferentes zonas de la península, la eficacia de diferentes medidas de gestión para controlar su expansión, y el impacto potencial de esa expansión en la Red Natura 2000 y su conectividad. El modelo desarrollado incorpora parámetros relacionados con el proceso subyacente a la propagación del patógeno, cuyos valores es posible estimar con un grado razonable de certidumbre a partir de la información disponible, lo que le hace operativo en condiciones reales y relativamente generales de aplicación de cara a la gestión, proporcionando, a intervalos anuales, la probabilidad de llegada del NMP a diferentes zonas del territorio sobre el cual se proyecta el modelo. Se abordó la validación del modelo aplicándolo para predecir el patrón de expansión del NMP en Portugal a partir del foco inicial en ese país en 1999. Las predicciones del modelo se contrastaron con observaciones independientes de la propagación natural realmente registrada en Portugal entre los años 2005 y 2015. El modelo predijo el estado (infectado o no) de las áreas forestales con una precisión elevada, del 93 %, considerándose por tanto apto y valioso para predicciones ulteriores más allá de las zonas actualmente invadidas por el NMP. El modelo, ya validado, se aplicó para predecir la evolución en el espacio y en el tiempo del frente de invasión del NMP, tanto a corto plazo, para identificar, a partir del área ya infectada en Portugal, las zonas con mayor riesgo de entrada del patógeno en España, como más a largo plazo, considerando los patrones y trayectorias probables de expansión en el conjunto de la península ibérica. Los resultados del modelo indican que, de no aplicarse medidas eficaces de contención, el NMP invadirá toda la península ibérica de manera natural, incluyendo los Pirineos, que no supondrían una barrera efectiva para su posterior expansión hacia Francia. La expansión natural del NMP a través de España será no obstante gradual; cada año sería invadida cerca de un 1 % del área total de los pinares ibéricos. El clima no se muestra como un factor limitante importante para la propagación del NMP a través de la península ibérica. El grado de susceptibilidad al NMP de las diferentes especies de pino, en cambio, determina fuertemente la tasa de expansión y la extensión del área afectada por el NMP, lo que enfatiza la conveniencia de considerar de manera diferenciada las distintas especies de pino en las evaluaciones de la propagación y los daños causados por el NMP, especialmente en análisis sobre territorios amplios y heterogéneos. Los resultados obtenidos indican que las fajas de contención fitosanitaria, en las que se eliminan todos los árboles susceptibles de ser infectados, solo serían capaces de detener la propagación del NMP si contaran con anchuras superiores a los 30 km, lo que hace que esta medida no sea viable para la contención del NMP en la práctica, aunque fajas más estrechas retardan la invasión de nuevas zonas, de acuerdo con los resultados del modelo. Las fajas de contención son mucho más efectivas para frenar la expansión del NMP cuando se refuerzan con otras medidas de control, especialmente la reducción de la población del insecto vector mediante su trampeo masivo y la detección temprana y eliminación de árboles recién infectados. Estos resultados destacan la importancia de una lucha integrada, mediante una batería conjunta de acciones, para frenar la expansión de esta especie invasora. Finalmente, la evaluación de la magnitud de la incidencia del NMP en la Red Natura 2000 se centró en los espacios de esta red en Portugal, considerando el porcentaje de bosque afectado tanto dentro de estas áreas protegidas como a lo largo de los corredores ecológicos entre dichas áreas, corredores que mapeamos y priorizamos en función de su contribución a la conectividad del conjunto de la red. Los resultados muestran que en 2016 el NMP ya había invadido la mitad de los hábitats de interés comunitario que tienen al pino como especie principal y dos tercios de los corredores prioritarios entre los espacios protegidos de la red. Todo ello sugiere que la conectividad entre áreas protegidas y por tanto, la funcionalidad y coherencia de la Red Natura 2000, podría verse alterada significativamente por la expansión de esta especie exótica. Los aportaciones realizadas en esta tesis doctoral resultan, en conjunto, útiles para orientar la toma de decisiones, priorizar espacialmente los esfuerzos de contención de la expansión del nematodo de la madera del pino, evaluar las medidas de control más eficaces y estimar los impactos potenciales de dicha expansión sobre el territorio forestal y las redes de espacios protegidos. ----------ABSTRACT---------- Invasive alien species are considered one of the main threats to forest ecosystems worldwide, negatively impacting their biodiversity, economic value and provision of ecosystem services. Understanding, predicting and controlling the expansion of invasive alien species is a crucial challenge for researchers, managers and policy makers. In 1999, the pine wood nematode (Bursaphelenchus xylophilus), causal agent of pine wilt disease and native to North America, was first detected in Europe, in southwestern Portugal, after having caused massive mortality in the native conifer forests of Asia, where it had also been accidentally introduced decades earlier. Since then, it has widely spread through Portugal, producing large-scale damages in the forests of that country. It currently poses the largest threat to Iberian pine forests, both in ecological and economic terms. The main objective of this thesis is to develop, validate and apply a network-based probabilistic model that can provide spatially and temporally explicit predictions of the natural spread of the pine wood nematode (PWN) in the Iberian Peninsula through the dispersal flights of the longhorn beetle Monochamus galloprovincialis, its only known vector in Europe. Using this model, we aim to identify the most likely entry points of the PWN into Spain and the longer-term pathways for PWN natural spread through the Iberian Peninsula. We also aim to evaluate the efficacy of different management measures to control the PWN expansion and to assess the potential impacts of this expansion on the sites and connectivity of the Natura 2000 network. For this purpose, we developed a process-based network spread model that predicts, at yearly intervals, the probability of PWN invasion at any forest location in a given study area. The model incorporates aspects of the underlying host, vector, and pathogen characteristics through a relatively small set of parameters that can be estimated based on the information available after decades of PWN research, making the model operational for practical application over large areas. On the other hand, as it is a deductive process-based model that makes bottom-up predictions, it can be more confidently generalized to other spatial or management settings than comparable statistical models. We validated the model confronting its predictions with independent observations of the natural spread of the PWN between 2005 and 2015 in Portugal. We found that the model reproduces the observed PWN spread well: it predicted the status (infected or non-infected) of forest areas with 93% accuracy. The model was, therefore, considered valuable and useful for subsequent predictions of the PWN expansion beyond the currently invaded areas in Portugal. The model was then applied to predict the spatiotemporal patterns of PWN expansion, in the short term (to identify the most likely entry points of the PWN in Spain from the currently infected areas in Portugal) and in the longer term (to evaluate the broader PWN spread pathways at the scale of the entire Iberian Peninsula). Our results indicate that, in the absence of effective containment measures, the PWN will naturally invade all the Iberian Peninsula, including the Pyrenees, which would not represent a barrier for further spread towards France. The natural PWN expansion through the Iberian Peninsula will be however gradual, with close to 1% of the total Iberian pine forest area invaded yearly. We did not find climate to be a strong limiting factor for the PWN spread in the Iberian Peninsula. The different susceptibility of each pine tree species to the PWN was however an important driver of the PWN spread rate and total invaded area. This finding suggests the need to separately consider individual pine tree species for modelling PWN spread and impacts, particularly when analysing large and heterogeneous study areas. Our results indicate that clear-cut belts, in which all susceptible trees are removed, would stop the spread only if they were wider than 30 km, which makes such measure hardly applicable for PWN containment in practice. Clear-cut belts thinner than 30 km, however, delayed invasion. Furthermore, clear-cuts were much more effective in slowing down the invasion when reinforced by other control measures, such as the reduction of the vector beetle population through mass trapping and the early detection and removal of infected trees. Our analyses highlight that integrated pest management, using a set of combined control measures, is necessary to stop or significantly slow down the PWN range expansion. Finally, we evaluated the magnitude of the PWN occurrence in the Natura 2000 network of protected areas in Portugal. We mapped and spatially prioritized the corridors between the Natura 2000 sites considering the contribution that each corridor made to the connectivity of the entire network. We evaluated the percentage of forest habitat affected by the PWN both within the Natura 2000 sites and along the identified priority corridors. We found that, in 2016, the PWN had already invaded half of the habitats of Community interest composed by pine species and two thirds of the priority forest corridors. These results show that the connectivity between protected areas, and the functionality and coherence of the Natura 2000 network, may be significantly altered or compromised by the expansion of the PWN. The developments and results presented in this thesis are a useful contribution to guide decision making on the spatial priorities and the most effective management measures to control the PWN expansion in the Iberian Peninsula, as well as to assess the potential impacts of the PWN on forest habitats, networks of protected areas and their functional connectivity.