El Modelo de Estados y Transiciones como Herramienta para el estudio, evaluación y manejo sustentable de BOSQUES

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1 El Modelo de Estados y Transiciones como Herramienta para el estudio, evaluación y manejo sustentable de BOSQUES López Dardo R. (1), Rusch Verónica (1), Cavallero Laura (2), Federico J. Letourneau (1), Carlos Carranza (3), Marcelo Navall (4), Santiago Varela (1) (1) INTA EEA Bariloche, Argentina (2) Laboratorio de Ecotono-INIBIOMA/CONICET (3) INTA Est.Forestal Villa Dolores (EEA Manfredi) (4) INTA EEA Santiago del Estero Meta-GRUPO: R. Peinetti (UNLa Pampa); B. Bestelmeyer (USDA- UUEE); G. Siffredi, M. Easdale, V. Cremona (INTA Bariloche)

2 Gradientes?? Con QUÉ nos encontramos? CÓMO evaluamos y clasificamos/caracterizamos? Cómo evaluamos la SUSTENTABILIDAD? INDICADORES de qué?

3 Manejo Sustentable Ecosistema? -FAO y CONVENCIONES INTERNACIONALES- Conservar Preservar su capacidad de responder y adaptarse a disturbios y/o cambios futuros; INTEGRIDAD ECOLÓGICA Mantener la generación de bienes y servicios ambientales Resiliencia (Cap. Recuperación / Autoorganización post-disturbio) Resistencia (Cap. tolerar factores de disturbios sin producir cambios) Productividad y servicios ambientales

4 Manejo de Ecosistemas Modelo tradicional Sucesión lineal Clements (1936) Presión de pastoreo VEGETACIÓN Tendencia sucesional -MUY BUENA. -Climax. -Sin pastoreo. Condición -Condición pobre. -Sucesión temprana. -Sobrepastoreo. CONDICION o SALUD del ECOSISTEMA (muy buena, buena regular, pobre)

5 Condición BUENA Condición REGULAR Condición POBRE X Sucesión lineal Presión de pastoreo VEGETACIÓN? Tendencia sucesional -MUY BUENA. -Climax. -Sin pastoreo. Condición -Condición pobre. -Sucesión temprana. -Sobrepastoreo.

6 Información Conocida X Condición MUY BUENA Condición REGULAR Condición POBRE Con QUÉ SITUACIONES nos encontramos? QUÉ EVALUAMOS? Situación problema

7 Información Conocida X Condición MUY BUENA Condición REGULAR Condición POBRE Con QUÉ SITUACIONES nos encontramos? QUÉ EVALUAMOS? Situación problema CONDICIÓN del ECOSISTEMA

8 Información Conocida - POR QUÉ se DEGRADÓ? - Conocer la DINAMICA - SE PUEDE RESTAURAR? X - CÓMO AFECTA AL RESTO DEL PAISAJE? Condición MUY BUENA Condición REGULAR +VULNERABLE Condición EFECTO POBRE CONAGIO Con QUÉ SITUACIONES nos encontramos? QUÉ EVALUAMOS? CONDICIÓN del ECOSISTEMA SITIO ECOLOGICO - METs Situación problema

9 Modelo de Estados y Transiciones (ME&T) Marco conceptual que permite integrar conocimiento y análisis para el estudio y manejo de bosques productivos Westoby M., Walker B. y Noy-Meir I. (1989). Opportunistic management for rangelands not at equilibrium. Journal of Range Management, 42:

10 ME&T Lenguaje en común: -concepto, criterios, indicadores Metodología simple SISTEMATIZAR LA INFORMACIÓN Mejorar el CONOCIMIENTO sobre el funcionamiento de los ECOSISTEMAS Equilibrio No-Equilibrio Manejo Dinámica Sucesión Pulsos ambientales Indicadores Estados estables Resistencia Función Umbrales Estructura Panarchy Resiliencia Trasmitirlo e interactuar con tomadores de decisiones y manejadores de campos

11 SITIO ECOLOGICO Potencialidad del TIPO DE ECOSITEMA, y de servicios ambientales que provee CRITERIOS ECOLOGICOS Clima Paisaje Suelo Vegetación Respuesta al manejo y eventos naturales Ejemplos de indicadores Cantidad, distribución y variabilidad de lluvias y temperatura Ubicación: altura, pendiente, exposición. Profundidad, textura, capacidad de retención de agua, cantidad de materia orgánica Dinámica espacio-temporal del estado de referencia. Variables estructurales de la Vegetación (e.g. cobertura y composición de especies) Variables funcionales o procesos (e.g. productividad, reclutamiento de especies claves, dinámica hidrológica) Respuesta similar frente al manejo o factores de disturbio naturales (e.g. sequía extrema) ESTADO de REFERENCIA

12 EJEMPLOS de distintos TIPOS de SITIOS ECOLOGICOS en un PAISAJE de CORDILLERA BOSQUE MIXTO ÑIRANTAL (bosque bajo) BOSQUE DE CIPRES LENGAL (bosque de altura) Adaptado de Bestelmeyer et al. (2010)

13 Un ESTADO de REFERENCIA del ecosistema se asocia con una dinámica espacio-temporal con cambios de la comunidad vegetal (fases) A) ESCALA de PARCHE (rodal claro) B) ESCALA de COMUNIDAD (mosaico de parches) Fase madura o de envejecimiento (oquedal) ESTADO CUANTO % CAMBIO de cada tipo de PARCHE TOLERA EL ECOSISTEMA? Vía de re - organización Vía de Decaimiento (claros) Fase de regeneración

14 Un ESTADO de REFERENCIA del ecosistema se asocia con una dinámica espacio-temporal con cambios de la comunidad vegetal (fases) A) ESCALA de PARCHE (rodal claro) B) ESCALA de COMUNIDAD (mosaico de parches) Fase madura o de envejecimiento (oquedal) ESTADO CUANTO % CAMBIO de cada tipo de PARCHE TOLERA EL ECOSISTEMA? Vía de re - organización Vía de Decaimiento (claros) Fase de regeneración

15 Transiciones Reversibles FASES de un mismo ESTADO Cambios en el % de Parches de la comunidad vegetal Cambios en % de especies dominate o acompañantes Mantiene el LEGADO BIOTICO y FISICO- transiciones reversibles MANTIENE la RESILIENCIA del ESTADO F-2 (ciclo de sequí o baja presiona de uso) ESTADO I F-3: Fase de RIESGO (presión de uso moderado) F-1: Fase de REFERENCIA

16 CAMBIOS de ESTADO Disparador sobre Fase de Riesgo ESTADO II

17 CAMBIOS de ESTADO ESTADO II Sequía extrema - < cobertura Disparador/ Fase de Riesgo Dispara proceso erosivo Otras FASES del ESTADO II Otras FASES del ESTADO II

18 ESQUEMA BASE de MET Fase de referencia dentro del estado de referencia Cambios no lineales F-I.1 E-II E-I F-I.2 F-I.3 E-III Estado-I de referencia (con 3 fases: I.1, I.2 y I.3) Fase de riesgo dentro del estado de referencia UMBRALES Transición negativa irreversible (o difícilmente irreversible) Transición positiva (restauración) F-II.1 Trayectoria de cambios de fase (transiciones reversibles) Umbral crítico F-III.1 F-IV.1 F-III.2 E-IV Narrativo de Estados y Transiciones: procesos, factores y manejo

19 NUESTRA PROPUESTA- avances hacia modelos más cuantitativos Funciones y procesos del Ecosistema Modelo Estructural-Funcional de Estados y Transiciones Ejes para definir los Estados y Transiciones Resiliencia: transiciones reversibles y umbrales A evaluar e investigar Resistencia: degradación en transiciones reversibles y negativas Degradación Estructural del Ecosistema (vegetación y suelo)

20 Umbrales UMBRAL CRÍTICO Transición Negativa Irreversible: Baja probabilidad de que el ecosistema vuelva a su estado anterior (transición positiva improbable). - límite entre estados, donde uno o más procesos ecológicos primarios han cambiado irreversiblemente y depende de factores externos para que el retorno al estado previo sea posible (Laycock 1991, Stringham et al y Groffman et al. 2006). pérdida RESILIENCIA= auto-organización

21 Retroalimentación negativa RN > RP Estado pre-umbral RN = RP RN > RP Estado post-umbral Retroalimentación positiva Intensidad, frecuencia y/o duración del Factor de Disturbio Degradación Estructural del Ecosistema RN: mecanismos de retroalimentación negativas RP: mecanismos de retroalimentación negativas Ver Briske et al. (2006)

22 Uso Antrópico RESILIENCIA (original) Estado-I Funciones y Procesos I-F Amplitud del ecosistema Umbral Crítico I-E Índice de Degradación Estructural Umbral Crítico I-E: Indicadores Estructural del Umbral Crítico; I-F: Indicadores Funcional del Umbral Crítico

23 Uso Antrópico RESILIENCIA (original) Estado-I Otros UMBRALES y vías de degradación Funciones y Procesos I-F Amplitud del ecosistema Umbral Crítico Estado-II E-III E-IV I-E Índice de Degradación Estructural Umbral Crítico I-E: Indicadores Estructural del Umbral Crítico; I-F: Indicadores Funcional del Umbral Crítico

24 COMPONENTE de BIENES & SERVICIOS AMBIENTALES a EVAULAR en los EJES Estruturales-Funcionales. Componentes Productivo Biodiversidad Agua Suelo Funciones y procesos del Ecosistema Atributos Estructurales (stock) Atributos Funcionales o de procesos Cobertura y abundancia de especies de interés forrajera y madereras Riqueza y diversidad de especies. Estructura espacial de la vegetación. Abundancia de especies claves. Productividad anual Tasa anual de de forraje y/o madera reclutamiento (Kg/año/ha) Degradación Estructural (natalidad) del Ecosistema de Eficiencia de uso de especies claves lluvia (n /ha/año). (Kg/ha/año/mm) Evaluar por lo menos 2 COMPONENTES Capacidad de retención de agua (m 3 de agua.ha -1 ). Calidad del agua. Tasa de infiltración y tasa de escurrimiento (mm/ha/tiempo) Stock de nutrientes y carbono en suelo. Profundidad de suelo. Tasa anual de fijación de carbono (gr/m 2 /año). Tasa de erosión de suelo (kg/ha/año).

25 Modelo Estructural-Funcional de Estados y Transiciones (MEFET) (López et al. 2011, 2013) Funciones y procesos del Ecosistema E_I-1: E_I-1: E_I-1: E_I-1: E_I-2: E_I-2: E_I-2: E_I-2: E_I-3: E_I-3: E_I-3: E_I-3: E_II: E_II: E_II: E_II: E_III: E_III: E_III: E_III: E_IV: E_IV: E_IV: E_IV: E_I-1: 0 E_I-1: 7,34 0 E_I-1: 8,25 12,93 0 E_I-1: 4,58 6,39 7,06 0 E_I-2: 4,76 8,73 6,85 5,57 0 E_I-2: 6,13 8,38 9,34 7,58 4,96 0 E_I-2: 6,61 10,85 9,06 7,59 5,07 7,36 0 E_I-2: 5,88 9,93 7,87 6,44 1,94 5,03 4,35 0 E_I-3: 7,24 9,97 9,51 7,25 4,93 6,74 7,57 5,77 0 E_I-3: 7,89 7,36 10,66 6,9 7,04 6,38 9,76 8,04 5,66 0 E_I-3: 8,13 12,07 11,05 9,25 10,24 9,07 9,04 10,52 7,64 9,34 0 E_I-3: 5,49 8,6 8,16 5,09 5,76 5,47 7,24 6,89 4,37 5,56 6,04 0 E_II: 11,79 16,24 11,58 11,37 10,91 10,03 10,21 10,61 8,96 10,97 7,45 8,94 0 E_II: 10,32 15,47 14,16 13,34 10,88 9,46 10,51 10,91 10,09 11,67 7,82 10,23 6,04 0 E_II: 10,13 13,32 14,1 12,07 10,98 10,05 9,3 11,49 10,88 13,42 7,36 9,75 6,85 5,84 0 E_II: 9,23 13,9 13,69 12,53 10,09 8,49 9,9 10,28 9,1 10,8 6,99 9,26 4,47 3,69 4,99 0 E_III: 17,35 21,33 20,16 18,14 16,48 16,48 13,99 15,96 16,11 18,62 14,03 15,86 11,65 10,22 11,07 10,69 0 E_III: 20,59 24,64 22,23 20,32 18,98 19,87 16,35 18,28 19, ,16 18,99 13,79 13,41 14,37 14,39 5,24 0 E_III: 19,46 23,51 21,42 19,19 17,84 19,34 15,22 17,15 18,36 21,27 16,13 17,86 13,13 13,63 13,39 13,64 5,74 4,11 0 E_III: 20,76 24,81 20,43 20,49 19,29 20,04 16,52 18,45 19,66 22,17 17,33 19,16 13,01 13,03 13,99 14,51 5,18 3,4 5,5 0 E_IV: 28,61 32,58 31,62 30,05 28,38 27,18 25,64 27,87 24,93 27,58 22,78 26,59 20,77 19,94 20,71 20,61 14,26 15,96 18,23 16,25 0 E_IV: 26,1 29,65 29,41 27,44 26,27 26,44 24,61 26,57 22,32 24,65 22,07 23,18 21,32 19,86 21,5 20,82 15,96 14,94 17,59 15,45 9,5 0 E_IV: 28,99 32,97 32,01 30,44 28,77 27,86 26,03 28,26 25,31 27,97 23,81 26,17 22,43 21,61 22,16 22,27 15,06 15,09 15,78 15,38 8,24 7,42 0 E_IV: 31,84 35,82 28,96 31,65 30,96 30, ,12 28,16 30,82 26,76 28,69 22,76 24,55 24,93 25,22 17,6 14,89 17,59 13,74 10,51 7,65 8,33 0 Índice de Degradación Estructural del Ecosistema (vegetación y suelo) Distancia de Mahalanobis: Estructura espacial, tamaño de parches y claros, cobertura vegetal total, Diversidad/Riqueza, profundidad de suelo, stock carbono... El Índice de Degradación del Ecosistema- se relativiza para que varíe de 0 a 100%

26 EJEMPLO SE= Bosque Mixto de coihue-ciprés (Nothofagus dombeyi - Austrocedrus chilensis) Información disponible: Componente de BIODIVERSIDAD Información parcial: Componente PRODUCTIVA y SUELO Estudios sobre: Componente de AGUA*

27 TIPOS de ESTADOS del ECOSISTEMA - Bosques mixtos del noroeste de Patagonia Funciones del Ecosistema Estado de Bosque Alto Disminución o Pérdida de RESILIENCIA UMBRALES CRÍTICOS Componente: biótica y/o abiótica Estados de Matorral o Bosques Bajos Estado de Arbustal Capacidad de MANTENER INTEGRIDAD FUNCIONAL y generación de BIENES y SERVICIOS Transiciones positivas Trans. positivas improbables Transiciones negativas Estados de Pastizal y/o Estepa Índice Degradación Estructural del Ecosistema

28 Estados y Fases - Bosques mixtos del noroeste de Patagonia Funciones del Ecosistema F-I.1 T4 T1 T2 T3 F-I.2 F-I.3 E-I: Bosque denso de coihue- ciprés (estrato arbóreo >75%, estrato arbustivo >60%) plántulas leñosas/ha (75>% arbóreas) productividad de madera y leña: 6-8 m 3 /ha año E-II: Bosque ralo de coihue con ciprés (estrato arbóreo 30-60%) T1: extracción selectiva de ciprés o pastoreo muy leve T2: Altamente probable con supresión del uso E-III: Bosque ralo de coihue-ciprés con sotobosque muy abierto y con una muy baja densidad de renovales T3: extracción selectiva de coihue o pastoreo muy leve T4: Altamente probable con supresión del uso Transiciones reversibles Trans. positivas improbables Transiciones negativas Índice Degradación Estructural del Ecosistema

29 Estados de la vegetación - Bosques mixtos del noroeste de Patagonia F-I.1 T1 T2 F-I.2 ESTADO-I Funciones del Ecosistema T4 T3 F-I.3 T6 T5 T6 T5 E-I.4 E-IV: Matorral alto (bosque bajo) dominado por especies rebrotantes de gran porte; con semilleros cercanos de A. chilensis y N. dombeyi T5: altas cargas ganaderas y aprovechamiento maderero T6: Probable, siempre que existan semilleros y se supriman los factores de disturbio Transiciones reversibles Trans. positivas improbables Transiciones negativas Índice Degradación Estructural del Ecosistema

30 Estados de la vegetación - Bosques mixtos del noroeste de Patagonia F-I.1 T1 T2 F-I.2 ESTADO-I Funciones del Ecosistema IF T4 T3 Competente biótica: semilleros Transiciones reversibles F-I.3 Trans. positivas improbables Transiciones negativas T6 T5 T6 T5 Umbral Crítico 1 T8 E-I.4 Umbral Crítico Estado-II IE Índice Degradación Estructural del Ecosistema T7 E-I: Matorral alto (>4m) sin semilleros cerca T7: altas cargas ganaderas y aprovechamiento maderero más intenso y/o incendios T8: Poco probable, depende de restauración activa (resiembra reimplante), supresión del pastoreo y del uso forestal

31 Estados de la vegetación - Bosques mixtos del noroeste de Patagonia F-I.1 T1 T2 F-I.2 ESTADO-I Funcione del Ecosistema IF T4 T3 Transiciones reversibles Transiciones negativas F-I.3 Trans. positivas improbables T6 T5 T6 T5 E-VII: Matorral cerrado de radal y ñire T8 F-3.1 Umbral Crítico E-I.4 ESTADO-II F-3.2 Umbral Crítico 1 IE Índice Degradación Estructural del Ecosistema T7 T12 T11 ESTADO-III T10 T9 Componente biótica y abiótica (semilleros, erosión) E-VI: Matorral bajo (< 4m) - estrato arbustivo 53.62%; producción de leña 1-2m3/ha/año; forraje 1000 kg/ha.año (no produce madera). Densidad plántulas spp leñosas /ha: 5900 T9: altas cargas ganaderas y aprovechamiento maderero más intenso y/o incendios- Erosión y compactación suelo T10: muy poco probable- re-vegetación con nodrizas

32 Estados de la vegetación - Bosques mixtos del noroeste de Patagonia F-I.1 T1 T2 F-I.2 ESTADO-I Funcione del Ecosistema IF T4 T3 Transiciones reversibles Transiciones negativas F-I.3 Trans. positivas improbables T6 T5 T6 T5 E-VII: Matorral cerrado de radal y ñire T8 F-3.1 Umbral Crítico E-I.4 ESTADO-II F-3.2 Umbral Crítico 1 IE Índice Degradación Estructural del Ecosistema T7 T12 T11 ESTADO-III T10 T9 Componente biótica y abiótica (semilleros, erosión) E-VI: Matorral bajo (< 4m) - estrato arbustivo 53.62%; producción de leña 1-2m3/ha/año; forraje 1000 kg/ha.año (no produce madera). Densidad plántulas spp leñosas /ha: 5900 T9: altas cargas ganaderas y aprovechamiento maderero más intenso y/o incendios- Erosión y compactación suelo T10: muy poco probable- re-vegetación con nodrizas

33 Estados de la vegetación - Bosques mixtos del noroeste de Patagonia Funcione del Ecosistema F-I.1 T4 T1 T2 T3 F-I.2 F-I.3 T6 T5 T6 T5 ESTADO-I T8 E-I.4 F-3.1 T7 ESTADO-II T12 T11 ESTADO-III T10 E-VIII: Arbustal- dominado por especies leñosas rebrotantes de bajo porte, espinosas o con defensas químicas y poco palatables. T13: pastoreo-fuego-sobreextracción. T14: casi improbable, tiempos muy largos de restauración activa, costosa T9 T14 F-3.2 T14 T13 UC 2 Extinción local de especies, erosión severa (cárcavas) Transiciones positivas Trans. positivas improbables E-IV Transiciones negativas Umbral Crítico Umbral Crítico Índice Degradación Estructural del Ecosistema

34 Estados de la vegetación - Bosques mixtos del noroeste de Patagonia Funcione del Ecosistema F-I.1 T4 T1 T2 T3 F-I.2 F-I.3 T6 T5 T6 T5 ESTADO-I T8 E-I.4 F-3.1 T7 ESTADO-II T11 T12 T12 ESTADO-III E-IX: Patizales y Estepa arbustivo-graminosa Domina estrato herbáceo (cob suelo <70%) T15: pastoreo-fuego-sobreextracción. T16: improbable, tiempos muy largos y restauración activa muy costosa T10 T9 F-3.2 T14 T14 T13 UC 3 Transiciones reversibles Trans. positivas improbables Transiciones negativas Umbral Crítico E-IV T16 E-V T15 Índice Degradación Estructural del Ecosistema

35 Estados de la vegetación - Bosques mixtos del noroeste de Patagonia Funcione del Ecosistema F-I.1 T4 T1 T2 T3 F-I.2 F-I.3 T6 T5 T6 T5 ESTADO-I T8 E-I.4 F-3.1 T7 ESTADO-II T11 T12 T12 ESTADO-III E-IX: Patizales y Estepa arbustivo-graminosa Domina estrato herbáceo (cob suelo <70%) T15: pastoreo-fuego-sobreextracción. T16: improbable, tiempos muy largos y restauración activa muy costosa T10 T9 F-3.2 T14 T14 T13 UC 3 Transiciones reversibles Trans. positivas improbables Transiciones negativas Umbral Crítico E-IV T16 E-V T15 Índice Degradación Estructural del Ecosistema

36 Sistematizar ordenadamente los cambios estructurales y funcionales entre un estado y otro Facilita comprensión de procesos, interacciones y dinámica del BOSQUE bajo USO Identificar Estados Asociarlo a MANEJOS Mantienen el estado en equilibrio Degradan (transición negativa) Recuperan/Restauran (transición positiva) Bienes y Servicios que brinda cada ESTADO Toma de decisiones en GESTION Integrar indicadores estructurales con niveles funcionales EVALUACION a CAMPO Determinar y Cuantificar Umbrales Críticos Estados Pre-Umbral: prácticas de manejo sustentable que mantienen la integridad funcional del ecosistema (resiliencia) Cuáles estados son más susceptibles a degradarse Implementar prácticas de manejo que refuerzan la resiliencia de un ecosistema Cuáles son los estados que se podrían recuperar Costo y/o tiempo necesario para restaurar estados Post-Umbral Crítico

37 Sistematización SE y desarrollo METs GIS Muestreo integrado de vegetación y suelos Adaptado de Brandon et al. (2009, 2010), Brandon (2013)-Taller MET Monitoreo Experimentos de manejo Reconstrucción histórico Talleres y entrevistas Adaptado de Brandon et al. (2009, 2010)

38 Pasos a seguir- SE y MET: Adaptado de Brandon et al. (2009, 2010), Brandon (2013)-Taller MET 1) Talleres +revisión bibliográfica y toma de datos nuevos 2) Identificación de SE y desarrollo de METs 6) Red ARMET (base de datos nacional) Base para el manejo adaptativo 3) Mapeo de estados Mean mesquite canopy cover (%) ) Testeo del MET de predicciones propuestas Year 4) Planes de manejo

39 QUÉ VEMOS AHORA??? QUÉ PROPONEMOS?

40 QUÉ VEMOS AHORA??? QUÉ PROPONEMOS? -Identificar los diferentes SITIOS ECOLOGICOS -Evaluar los diferentes ESTADOS para cada SE ( ) -Propuesta de MANEJO de Estados&Transiciones

41 Sitios Ecológicos y Desarrollo de METs Estado I T1 T2 Estado II T3 T4 Estado III T5 T6 Estado IV T8 T7 Estado V T10 T9 Estado VI T11 T 12 Estado VII Revisión bibliográfica, Talleres e Hipótesis MET básico MEFET: ejese&f Modelos DINÁMICOS

42 MEFET: ejese&f Modelos DINÁMICOS del Sub-Sistema Natural (Ecosistema) Otros Sub-Sistemas Socio- Productivos

43 MUCHAS GRACIAS Red Argentina de Resiliencia & Manejo de Estados y Transiciones Simposio y Taller sobre METs Sitios Ecológicos (tipo de ecosistema): Modelo de Estados y Transiciones: Indicadores Prácticas de Manejo Sustentable Prácticas de Restauración Prácticas que degradan Información complementaria de cada Estado del Ecosistema: Producción de bienes Generación de Servicios Ambientales Contactos: R. Peinetti (raul_peinetti@hotmail.com); D.R. López (lopez.dardor@inta.gob.ar); V. Rusch (rusch.veronica@inta.gob.ar); B. Bestelmeyer (Brandon.Bestelmeyer@ARS.USDA.GOV )

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