Tesis:
Applying process-based growth models to interpret the responses of iberian forests to drought and climate change
- Autor: VALERIANO PEÑAS, Cristina
- Título: Applying process-based growth models to interpret the responses of iberian forests to drought and climate change
- Fecha: 2023
- Materia:
- Escuela: E.T.S.I. DE MONTES, FORESTAL Y DEL MEDIO NATURAL
- Departamentos: SIN DEPARTAMENTO DEFINIDO
- Acceso electrónico: https://oa.upm.es/80713/
- Director/a 1º: CAMARERO MARTÍNEZ, Jesús Julio
- Director/a 2º: SÁNCHEZ SALGUERO, Raúl
- Resumen: El incremento de eventos climáticos extremos provocados por el cambio climático, como por ejemplo las sequías, son una alarma importante a escala global con respecto a la supervivencia de los ecosistemas forestales. Debido a las sequías se ha observado una disminución prolongada del crecimiento de los árboles sobre todo en regiones con déficits hídricos estacionales, lo cual está desencadenando la mortalidad de los bosques. Este fenómeno es muy notable en zonas como la cuenca mediterránea occidental. Sin embargo, nos falta información detallada sobre cómo las diferentes especies de árboles, con diferente tolerancia a la sequía, responden a la escasez de agua. Para ello, los modelos de crecimiento basados en procesos proporcionan una solución, simulando la dinámica de crecimiento intra-anual de los árboles. Estos modelos ofrecen información sobre los factores que influyen en las respuestas de crecimiento en diferentes gradientes de temperatura y precipitación. Para la búsqueda de soluciones frente al cambio climático, es crucial analizar los patrones de crecimiento de los árboles y las desviaciones de las respuestas climáticas esperadas a lo largo de diversos gradientes ambientales. En esta tesis investigo la vulnerabilidad de los bosques de diferentes especies de árboles y arbustos en varias localizaciones alrededor de España, utilizando la dendroecología y un modelo de crecimiento basado en procesos, Vaganov-Shashkin (VS). Dicho modelo tiene una complejidad intermedia y ha sido ampliamente estudiado, aplicado y validado en coníferas. Simula tasas de crecimiento diario (Gr) centrándose en la xilogénesis (ampliación, división y diferenciación celular de las traqueidas) y considera como datos de entrada los valores diarios de temperatura, precipitación, radiación y las cronologías residuales anuales de los anillos de los árboles. El objetivo de esta tesis es mejorar la comprensión de cómo los bosques ibéricos responden a las sequías severas y al cambio climático mediante la utilización de dendrocronología y el modelo VS. Esta comprensión es fundamental para evaluar con precisión la susceptibilidad de los bosques a los desafíos relacionados con la sequía y el cambio climático. Al combinar la dendrocronología con modelos basados en procesos, se busca definir los mecanismos fisiológicos subyacentes que dan forma a la sensibilidad y la resistencia a la sequía del crecimiento de los árboles. Los resultados evidenciaron fuertes relaciones entre la disminución del crecimiento, la muerte regresiva de los bosques y el aumento del estrés hídrico, todo ello debido a las sequías. Además, se detectaron patrones de crecimiento bimodal en determinadas especies de árboles y arbustos, vinculándolo con diferentes condiciones climáticas caracterizadas por regímenes de precipitación estacional que difieren entre sí. Se observó que los patrones de crecimiento unimodal y bimodal son respuestas plásticas para lograr la recuperación post-sequía después del verano.
Por último, al examinar los eventos de muerte regresiva en bosques pirenaicos de abeto, se describió las tendencias geográficas de la vulnerabilidad de los bosques a la sequía. En este caso, los bajos niveles de humedad del suelo y la elevada demanda de agua atmosférica estan contribuyendo a la muerte regresiva en estos bosques. Durante esta tesis se han estudiado los patrones de crecimiento de diferentes sitios y árboles a lo largo de diversos gradientes climáticos, fomentando una comprensión más matizada de las respuestas de los árboles tanto a la sequía como a otros factores de estrés climático.
ABSTRACT
Climate Change and the occurrence of extreme climatic events, such as droughts, are an important threat on a global scale with respect to forest ecosystems health. Prolonged forest growth decline due to drought is observed in regions facing seasonal water deficits and can eventually lead to tree mortality. This phenomenon is notable in areas such as the western Mediterranean Basin. However, we lack detailed insights into how different tree species, varying in drought tolerance, respond to water shortage. Process-based growth models provide a solution by simulating intra-annual growth dynamics. These models offer insights into the factors influencing growth responses across varying temperature and precipitation gradients. Analysing tree growth patterns and deviations from expected climate norms along diverse environmental gradients is crucial. In this thesis I investigated if trees and shrubs showing different vulnerability to dieback in several sites around the Iberian Peninsula by using dendroecology and the Vaganov-Shashkin (VS) process-based growth model. The VS model has an intermediate complexity and has been widely applied and validated in conifers. The model simulates daily growth rates (Gr) focusing on xylogenesis and considering as input daily values of air temperature, precipitation, radiation, and tree-ring chronologies (annual ring-width indices). The main aim of the thesis was to enhance the understanding of how Iberian forests respond to severe droughts and climate change through the utilization of the VS model. This enhanced elucidation is pivotal for accurately evaluating forest vulnerability to drought. To gauge individual tree responses and fitness, dendrochronological methodologies were employed. By synergizing dendrochronology with process-based models, the study seeks to uncover the underlying physiological mechanisms that shape the sensitivity and resilience of tree growth to drought. The results evidenced strong relationships between growth decline, forest dieback, tree mortality and increasing drought stress. Moreover, bimodality growth patterns in several trees and shrubs were detected and linked to different climate conditions characterized by contrasting seasonal precipitation regimes. Unimodal and bimodal growth patterns are plastic responses to withstand post-drought recovery after summer. Finally, by examining ongoing dieback events in silver fir Pyrenean forests, the research also depicted geographical trends in forest vulnerability to drought. In this case, low soil moisture levels and elevated atmospheric water demand contribute to the occurrence of dieback in these forests. The presented approach contemplates the diversity in growth patterns among different sites and trees along diverse climatic gradients, fostering a more nuanced comprehension of tree responses to both drought and other climate stressors.