U B. Mediterranean Forest Management in an Increasingly Dry Environment. C.Gracia 1,2, S. Sabaté 2 & Bernat López 2. Outline PET. The hidden forest::

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Lorena Peña Torres
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1 U B Mediterranean Forest Management in an Increasingly Dry Environment C.Gracia 1,2, S. Sabaté 2 & Bernat López 2 1 Departament d Ecologia, Universitat de Barcelona 2 Centre de Recerca Ecològica i Aplicacions Forestals IMACFORD MEDFOREX meeting Avignon, January 31, 2003 Outline Mediterranean forest lives, at present, under a permanent shortage of water: empirical evidences. Production and forest fires as a function of the ratio P/PET PET. The hidden forest:: the role of belowground biomass. Expected changes in arid environments: : a comparison with Peru and Chile. Identifying gaps in the mediterranean forests knowledge.

2 P / PET 0.5 Rainfall 560 mm AET 504 mm Annual Evapotranspiration in Mediterranean forests accounts for about 90 per cent of precipitation Throughfall 476 mm Data from PRADES: Quercus ilex forest Stemflow 50 mm Runoff 28 mm

3 The PRADES experimental station... Spain PRADES Barcelona Valencia Mediterranean Sea km Monitored experimental watershed in l AVIC (Prades) continuous streamflow recording

4 streamflow accounts for a very low fraction of water Q, E a annual (mm) AVIC (Spain) Ea Q PET=554 mm P annual (mm) HUBBARD BROOK (USA) Ea Q P annual (mm) PET=561 mm E a : actual evapotranspiration P: rainfall Q: runoff. P= Q + E a Catchments at Prades (Avic) and Hubbard Brook (from Piñol et al 1991, 1995) Holm oak coppicces: Stagnated forests DBH cm Biomass Mg/ha Annual increment:

5 Analyzing forest fires recurrence: at regional scale Fires recurrence >30 ha (Díaz-Delgado 2000)... forest area burnt per year is related to annual rainfall. Forested area burnt per year during fire season (June to September, ) in six provinces of Eastern Spain. (Terradas et al. 1998)

6 Thinning in Prades: Growth and Structure Density trees/ ha BA m 2 /ha LAI D 50 mm Control Mínimum Máximum

7 Thinning increases water availability per unit of leaf area LAI E (kg m -2 y -1 ) CONTROL MINIMUM MAXIMUM Leaf Area Index Control Minimum thinning Maximum thinning Transpiration (kg/m 2 /y)

8 The water transpired by trees in the thinned plots does not decrease despite the lower tree density Predawn Leaf Water Potential CONTROL PLOTS THINNED PLOTS June 94 August 94 December 94 March 95

9 1994: extreme drought effects in Spain Increased resistance to drought in thinned plots

10 Trees from plots thinned in 1992 overcame the extreme drought of 1994 without mortality Thinning induces resprouting... Density resprouts/ ha Recovered Basal Area % resprouts Remaining trees CONTROL Mean Leaf area cm 2 Leaf Area Index % % MINIMUM MÁXIMUM % %

11 The formation of resprouts/ha and the recovering of Leaf Area Index requires about 6 Mg C/ha which are mobilised in a bit more than one year.. Where is this carbon coming from? The Root System

12 Almidón (% del peso seco) Corteza raíces <1 cm raíces (5-1) cm raíces >5cm tocón Madera * * raíces <1cm raíces (5-1) cm raíces >5cm tocón * Resalveo Control ** Almidón (% del peso seco) Root : Shoot ratio = Biomass (Mg/ha) Aboveground Belowground

13 Continuous monitoring of fine roots Continuous monitoring of fine roots 10 mm

14 Fine roots: Mean life 111 days 99 days Spring 89.75± 6.15 Control control Winter ± Spring 75.00± 6.45 Resalveada thinned Winter ± 6.36 Summer ± 8.66 Autumn 98.24± 6.10 Summer ± 9.66 Autumn ± 6.59 Prades: Biomass and Production (Control) Leaves Stem Coarse roots Fine roots Biomass (g m -2 ) Production (g m -2 )

15 Aridity has increased in Mediterranean areas during the last century Potencial Evapotranspiration (mm) 1200 Roquetas (Tarragona) (Piñol et al. 1998) Projected Changes in Annual Precipitation for the 2050s assuming an annual atmospheric CO 2 increase of about 1% (HadCM2 model). HadCM2 predicts precipitation decrease in the five mediterranean regions Source: The Met Office. Hadley Centre for Climate Prediction and Research.

16 GOTILWA+ and other models predict phenological changes p.e. variations in the leaf life span in both deciduous and evergreen Source: Sabaté and Gracia, 2001 Quercus ilex mean leaf life Localidad tª ºC P mm/ año VMH años Montseny Prades Zaragoza Valencia Palma Madrid Granada Sevilla

17 Regeneration of Semiarid Plant Communities: The role of El Niño Southern Oscillation and the Hervibory Control Inco project ICFP500A4PR02 The Prosopis pallida cross section... UDP3PP10S years 1 mm

18 The Prosopis strategy to efficiently transport water: a working hypothesis Paratracheal vasicentric scanty parenchyma Pa ratr acheal confluent parenchyma Paratracheal vasicentric abundant parenchyma Apotracheal ray-adjacent parenchyma Apotracheal terminal parenchyma Vessels Rays Prosopis pallida and Niño years 3 2 r = ** (p = ) Niño years 1 Index Year

19 Soil data European Network Forest inventory data IEFC Climate data IMC GIS MiraMon GOTILWA model Climate Scenarios GCMs present year 2040 SilviStrat: Silvicultural Response Strategies to Climate Change in Management of European Forests EVK Selected IEFC plots Meteorological stations (IMC) Km

20 Especies presentes Fagus sylvatica Quercus ilex Quercus suber Pinus halepensis Pinus nigra Pinus pinea Pinus sylvestris Pinus uncinata Leaf life span: decreases 27% Year 2000 Leaf life span= 2.6 y Year 2040 Leaf life span= 1.9 y Leaf life span (years) years Figura 4. Vida media de las hojas en las especies perennifolias de los bosques de Cataluña en la actualidad (año 2000) y estimada para el año 2040 bajo el escenario de cambio climático descrito en el texto. En el cálculo se han excluido las parcelas de Fagus sylvatica. Los valores medios resultantes se han calculado como la media ponderada por el número de parcelas en las que está presente cada especie. El modelo predice una reducción de la vida media de las hojas de un 27 por ciento lo que, sin duda puede suponer importantes repercusiones sobre el balance de carbono de la planta.

21 CO 2 emissions to the atmosphere: Increases 70 % Year 2000 Respiration= 1462 gc m -2 y -1 Year 2040 Respiration= 2307 gc m -2 y -1 Total Respiration gc m -2 y -1 Figura 6. Respiración total obtenida sumando la respiración autotrófica de los árboles (mantenimiento+crecimiento) yla respiración heterotrófica (debida a la actividad microbiana sobre la materia orgánica del suelo) en los bosques de Cataluña en la actualidad (año 2000) y estimada para el año 2040 bajo el escenario de cambio climático descrito en el texto. Las previsiones indican un aumento de la respiración de alrededor del 70 por ciento al que contribuyen notablemente la mayor tasa de renovación de las hojas, la mayor tasa de respiración de mantenimiento derivada del aumento de temperatura así como los mayores aportes de hojarasca derivados de la mayor tasa de renovación de las hojas. Soil Water Content: decreases 25 % Year 2000 SWC= 32 mm Year 2040 SWC = 24 mm Soil Water Content (mm) mm Figura XX. Contenido de agua en el suelo en los bosques de Cataluña en la actualidad (año 2000) y estimada para el año 2040 bajo el escenario de cambio climático descrito en el texto. Aunque, en muchos casos la reserva hídrica del suelo se agota en los meses de verano, el promedio anual en Cataluña es, en la actualidad de 32 mm y según los resultados de la simulación, esta reserva disminuirá a un valor medio de 24 mm lo que representa una disminución del agua disponible en el suelo del 25 por ciento.

22 Identifying gaps in the mediterranean forests knowledge... Understanding the carbon balance of the forest is crucial to define the forest management that can help to overcome the adverse dry events Identifying gaps... The root system accounts for an important fraction of the forest biomass. Understanding the root system to make reliable carbon inventories (Kyoto Protocol)

23 Identifying gaps... Understanding the responses of mediterranean forests to climate change will require adaptive management strategies accounting for production/respiration balances. These management strategies have to be founded on eco-physiological studies.

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