Caracterización de procesos fenológicos en varios ecosistemas forestales a través de la Red CE de Nivel II

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2 2/12 Caracterización de procesos fenológicos en varios ecosistemas forestales a través de la Red CE de Nivel II MOLINA PÉREZ, J. 1, SÁNCHEZ PEÑA, G. 2, PRIETO GONZÁLEZ, M. 2, SORIANO EJARQUE, A. 1, GARCÍA FERNÁNDEZ, P. 2, MINAYA GALLEGO, M. 3, DE LA CRUZ CALLEJA, A.C TECMENA, S.L 2 Ministerio de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente Dirección General de Desarrollo Rural y Política Forestal Servicio de Sanidad Forestal y Equilibrios Biológicos. 3 Ministerio de Economía y Competitividad - Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria - INIA Resumen La respuesta del arbolado a los fuertes cambios de su entorno, con variaciones climáticas extremas, puede estudiarse a través de su comportamiento fenológico, especialmente en lo que se refiere a fechas de aparición de hojas y acículas, floración y decoloración. En este sentido, el Programa Europeo de Seguimiento de Bosques evalúa periódicamente los diferentes procesos fenológicos en los principales ecosistemas europeos. Se presentan los principales resultados de observaciones fenológicas obtenidos desde 1999 hasta 2010 en las parcelas de seguimiento intensivo de la Red Europea de Parcelas Permanentes para el Seguimiento Intensivo y Continuo de los Ecosistemas Forestales (Red CE de Nivel II) en el marco del Programa de Cooperación Internacional para la Evaluación y Seguimiento de los Efectos de la Contaminación Atmosférica en los Bosques (ICP-Forests). Palabras clave: Fenología, contaminación atmosférica, redes de daños, ICP-Forests, vitalidad del arbolado, nivel II, cambio climático, climatología. 1. Introducción La fenología estudia la relación entre los fenómenos climáticos y las características morfológicas del desarrollo anual de los vegetales. Tras las observaciones de series anuales suficientemente representativas, puede obtenerse una valiosa información sobre la respuesta de la vegetación frente a variaciones climáticas, acrecentar el papel de las especies forestales como bioindicadoras y explicar el estado actual de la vegetación. El conocimiento de las fases fenológicas del arbolado es también una importante herramienta de gestión fitosanitaria de las masas forestales, pues el ciclo biológico y la capacidad de daño de buena parte de las plagas forestales van ligadas al desarrollo de una determinada fase, particularmente en el caso de los insectos defoliadores. Los cambios fenológicos en la vegetación juegan además un importante papel en la modelación del paisaje. En este sentido, el Programa ICP-Forests, en coincidencia con el seguimiento intensivo de las parcelas instrumentadas, dotadas entre otros sensores de una estación meteorológica

3 3/12 completa, desarrolló a partir de una metodología común para la evaluación fenológica de las principales especies forestales europeas. 2. Objetivos Son objetivos de la presente comunicación difundir la existencia de las observaciones fenológicas en España, dar a conocer y caracterizar los parámetros y procedimientos de evaluación y estudiar los resultados, su relación con la temperatura media y su evolución desde 1999, primer año de implantación de la observación fenológica en la Red de Nivel II en España del que se disponen de datos completos. 3. Metodología El seguimiento fenológico de las principales especies forestales españolas se hace a través de visitas quincenales periódicas en las 13 parcelas instrumentadas de la Red de Nivel II, en coincidencia con la toma de muestras de deposición y datos meteorológicos, que se encuentran en las siguientes localizaciones: Tabla 1: parcelas de la Red de Nivel II en España. Parcela Provincia Especie Obs. 005 Ps Segovia P. sylvetris Qi Castellón Q. ilex Ppa Huelva P. pinea Qs Cáceres Q. suber Pn Teruel P. nigra Ph Alicante P. halepensis Qi Jaén Q. ilex Ps Soria P. sylvestris Qpe Palencia Q. petraea Ppr Segovia P. pinaster Ph Valencia P. halepensis Ppr La Coruña P. pinaster Fs Navarra F. sylvatica 2001 La evaluación se hace a nivel intensivo sobre un total de 20 árboles por parcela, seleccionados de acuerdo a las siguientes características (UNECE-ICP Forests, 2010; MINAYA & LOPEZ ARIAS, 2001): 1. Ser preferentemente árboles en los que se realizan mediciones opcionales de crecimiento no destructivas (árboles 1, 10, 20, ) siempre que la visibilidad de la copa sea óptima. 2. Arboles de clases Kraft 1 o 2 (dominantes o codominantes) 3. Arboles que ofrezcan una buena visibilidad de la mayor parte posible de la copa. Los árboles se evalúan quincenalmente desde la misma orientación, de forma que el observador examine siempre la misma fracción de copa, preferiblemente en su tercio superior, evitando sesgos por posición y determinándose las siguientes variables:

4 4/12 Tabla 2: variables observadas en la determinación fenológica de la Red de Nivel II en España Fase 1. Aparición de hoja/acícula 2. Cambio de color hoja/acícula 3. Caída de hoja/acícula 4. Crecimiento secundario 1: No existe 2: 1 al 10% 3: 20 al 40% 4: 40 al 60% 5: 60 al 80% 6: Más del 80% 7: Fase completa Codificación 5. Floración 1. Ausente 6. Fructificación 2. Presente 7. Daños en la copa 2: Poco frecuente 3: Común 8. Otros daños 4: Abundante La evaluación conjunta de daños forestales es importante pues puede influir en el desarrollo de las diferentes fases fenológicas (la presencia de perforadores de yemas puede influir notablemente en la fructificación o las heladas afectar a la brotación, por ejemplo). Las fases fenológicas se evalúan de acuerdo al siguiente criterio: Aparición de hojas/acículas: Aparición de la nueva metida del año. La fecha de aparición de las acículas se identifica con el comienzo de la separación visible de las mismas en la parte baja del crecimiento. La fecha de aparición de las hojas comienza con su despliegue. Cambio de color hoja/acícula: se refiere al cambio de coloración otoñal en especies caducifolias y procesos de decoloración no otoñal que sufren muchos árboles (decoloraciones estivales del pino resinero) o debidas a causas externas (decoloraciones por golpe de calor o heladas tardías, ) Caída de hoja/acícula: debida a los procesos otoñales o a la renovación foliar, considerándose como tal la permanencia de hojas o acículas secas prendidas en la copa. Crecimiento secundario: fenómeno habitual en determinadas especies forestales (brotes de San Juan en encinas a finales de Junio o metidas extraordinarias en pino carrasco a finales del verano) inducido por factores ambientales. Floración: adoptándose como referencia la fecha en que comienza a emitirse el polen por apertura de las flores masculinas. Fructificación: del año en curso. No se considera el fruto formado en años anteriores y aún prendido en el árbol (caso de las piñas de los pinos, por ejemplo). 4. Resultados y discusión. La caracterización fenológica de las parcelas de la Red de Nivel II en España se ha hecho mediante el tratamiento de las bases de datos recopiladas desde 1999, homogeneizando entre las series de datos recogidas de acuerdo a criterios de valoración que han experimentado

5 5/12 algunos cambios a lo largo del desarrollo del programa, y circunscribiéndolo a las variables más representativas de duración anual: aparición de hoja en primavera y floración. De cada fase se ha considerado la fecha inicial y final del ciclo, su duración y amplitud y la temperatura acumulada o grados-día necesarios para que se desencadene el fenómeno considerando como origen del cálculo el 1 de enero de cada año, fecha en la que el crecimiento vegetativo se encuentra en latencia y resulta sencilla para la caracterización de series climáticas. Se ha considerado además los comienzos y finales de fase correspondientes a al menos el 50% de la población de estudio, con objeto de caracterizar de la forma más representativa posible el comportamiento de las distintas especies forestales. Debe tenerse en cuenta que, al tratarse de observaciones quincenales, las fechas consignadas deben considerarse orientativas, con un margen de error de ± 15 días. Con objeto de caracterizar la influencia del clima, y más concretamente de la temperatura, en el desarrollo de las diferentes fases fenológicas, se ha establecido una correlación entre el momento de inicio de cada fase, considerando el número de días transcurrido desde el 1 de enero y la temperatura media de los meses de marzo-abril (mayo), época de inicio de los ciclos estudiados, siguiendo la metodología enunciada por LEBURGEOIS & GODFROY, Los datos climáticos proceden de las estaciones meteorológicas instaladas en cada parcela, complementadas con los datos procedentes de la Red AEMET (AGENCIA ESTATAL DE METEOROLOGIA, vv.aa) en aquellos periodos de carencia de resultados. Tabla 3: valores medios y extremos correspondientes a la aparición de la hoja/acícula en la Red de Nivel II. Fecha media de comienzo del fenómeno en la mitad de la población. Fechas mínimas y máximas en que la fase ha tenido lugar dentro del periodo considerado. Temperatura acumulada (grados-día) desde el 1 de enero total, superior a 4ºC y superior a 10ºC. Intervalo de duración de la fase (comienzo-final) días. Días desde el 1 de enero al comienzo de la fase (N). FASE APARICION DE HOJA / ACÍCULA 50 % POBLACION PARCELA FECHA Duración Días desde MEDIA GRADOS-DIA MEDIA MINIMA MAXIMA de la fase inicio año 005 Ps 12/06 27/05/02 22/06/ Qi 14/05 20/03/00 15/06/ Ppa 26/04 12/03/02 20/05/ Qs 11/05 13/04/03 02/06/ Pn 06/06 15/05/02 30/06/ Ph 05/05 24/03/10 15/06/ Qi 06/04 13/03/01 05/05/ Ps 08/06 02/05/00 28/06/ Qpe 08/05 27/04/04 21/05/ Ppr 02/06 03/05/01 24/06/ Ph 29/04 07/04/08 25/05/ Ppr 21/04 20/03/03 03/06/ Fs 01/05 25/04/07 11/05/

6 6/12 COMIENZO APARICION HOJA > 50% POBLACION Días desde 01/ Ps 006 Qi 010 Ppa 011 Qs 022 Pn 025 Ph 026 Qi 030 Ps 033 Qpe 037 Ppr 054 Ph 102 Ppr 115 Fs Figura 1: Comienzo fase de aparición de hoja/acícula para al menos el 50% de la población en estudio. Días transcurridos desde el 1 de enero (N). Correlación Aparición hoja - temperatura media marzo-abril y = -4,1275x + 168,76 R 2 = 0, Días desde 01/ ,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 11,00 12,00 13,00 14,00 15,00 temp. media marzo-abril (ºC) Figura 2: Relación entre la fecha de inicio de la aparición de la hoja/acícula y la temperatura media de marzo-abril.

7 7/12 Tabla 4: valores medios y extremos correspondientes a la floración en la Red de Nivel II. Fecha media de comienzo del fenómeno en la mitad de la población. Fechas mínimas y máximas en que la fase ha tenido lugar dentro del periodo considerado. Temperatura acumulada (grados-día) desde el 1 de enero total, superior a 4ºC y superior a 10ºC. Intervalo de duración de la fase (comienzo-final) días. Días desde el 1 de enero al comienzo de la fase (N). FASE FLORACION 50 % POBLACION PARCELA FECHA Duración Días desde MEDIA GRADOS-DIA MEDIA MINIMA MAXIMA de la fase inicio año 005 Ps 12/06 15/05/06 30/06/ Qi 30/05 17/05/06 18/06/ Ppa 19/04 16/03/04 10/05/ Qs 19/05 09/05/05 16/06/ Pn 19/06 11/06/09 03/07/ Ph 12/04 05/03/08 06/05/ Qi 31/03 02/03/04 13/04/ Ps 04/06 31/05/05 14/06/ Qpe 13/06 25/05/10 07/07/ Ppr 13/05 27/04/99 01/06/ Ph 10/03 03/03/09 23/03/ Ppr 30/03 16/03/05 18/04/ Fs 01/06 13/05/10 02/06/ COMIENZO FLORACION > 50% POBLACION Días desde 01/ Ps 006 Qi 010 Ppa 011 Qs 022 Pn 025 Ph 026 Qi 030 Ps 033 Qpe 037 Ppr 054 Ph 102 Ppr 115 Fs Figura 3: Comienzo de la fase de floración para al menos el 50% de la población en estudio. Días transcurridos desde el 1 de enero (N).

8 8/12 Correlación Floración - temperatura media marzo-abril y = -6,8211x + 189,68 R 2 = 0, Días desde 01/ ,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 11,00 12,00 13,00 14,00 15,00 temp. media marzo-abril (ºC) Figura 4: Relación entre la fecha de inicio de la floración y la temperatura media de marzo-abril. TEMPERATURA ACUMULADA HASTA COMIENZO DE FASE Grados-día desde 01/ Ps 006 Qi 010 Ppa 011 Qs 022 Pn 025 Ph 026 Qi 030 Ps 033 Qpe 037 Ppr 054 Ph 102 Ppr 115 Fs AP.HOJA FLORACION Figura 5: temperatura acumulada (grados-día) necesarios para que inicie la fase al menos el 50% de la población en estudio en cada parcela.

9 9/12 DURACION FASE (INICIO-FINAL) Días Ps 006 Qi 010 Ppa 011 Qs 022 Pn 025 Ph 026 Qi 030 Ps 033 Qpe 037 Ppr 054 Ph 102 Ppr 115 Fs AP.HOJA FLORACION Figura 6: Duración de cada fase y parcela. Días transcurridos entre el inicio y el fin de cada fase para cada parcela. Además de las relaciones generales anteriores, se han particularizado para cada especie las correlaciones habidas entre la temperatura media de primavera considerando el comienzo de la misma- y el momento de inicio de cada fase estudiada, indicándose los resultados en la tabla adjunta: Tabla 5: Relación entre el número de días transcurrido desde el 1 de enero hasta el comienzo de cada fase (N) y la temperatura media del periodo comprendido entre el mes de marzo y el mes de primavera en el que tiene lugar el comienzo de la fase de estudio (t). ESPECIE APARICION HOJA/ACÍCULA FLORACION Periodo Ecuación R 2 Periodo Ecuación R 2 F. sylvatica Mar-Abr N h = 0,1347 t + 120,88 0,001 Mar-May N f = 12,0960 t + 213,88 0,305 P. halepensis Mar-Abr N h = -2,7445 t + 152,25 0,045 Mar-Abr N f = -9,8968 t + 210,93 0,672 P. nigra Mar-May N h = 12,0180 t + 64,30 0,388 Mar-May N f = -6,5887 t +222,35 0,233 P. pinaster Mar-Abr N h = -9,4966 t + 223,50 0,227 Mar-Abr N f = -8,0957 t + 186,05 0,199 P. pinea Mar-Abr N h = -4,4701 t +179,25 0,069 Mar-Abr N f = 24,4710 t 238,85 0,691 P. sylvestris Mar-Abr N h = -2,5695 t + 172,48 0,082 Mar-Abr N f = -3,0913 t + 171,72 0,237 Q. ilex Mar-Abr N h = -11,3020 t + 237,86 0,349 Mar-Abr N f = -12,5470 t + 257,19 0,331 Q. petraea Mar-Abr N h = 2,7570 t + 112,01 0,038 Mar-Abr N f = -5,6725 t + 195,43 0,053 Q. suber Mar-Abr N h = 4,7637 t + 74,57 0,091 Mar-Abr N f = -3,8038 t + 188,15 0,063 Red Nivel II Mar-Abr N h = -4,1275 t + 168,76 0,297 Mar-Abr N f = -6,8211 t + 189,68 0,499 De acuerdo con las relaciones anteriores, un incremento de la temperatura media de la primavera de 1ºC originaría de forma general- un adelantamiento de 8 días en la brotación de las hojas y de 13 en la floración; a la inversa, una disminución de 1ºC en la temperatura

10 10/12 media del periodo ocasionaría un retraso en brotación y floración de la misma magnitud, siempre que se superaran los umbrales de temperatura acumulada o grados-día necesarios para que se iniciara el fenómeno. Se obtienen resultados muy similares a los habidos en las parcelas de la Red Europea de Nivel II en Francia (LEBURGEOIS & GODFROY, 2006) pero con un efecto más acentuado; así en estas zonas más septentrionales un incremento de 1ºC en la temperatura media del periodo considerado supone un adelantamiento de la fase de brotación de 5 días, de forma que la respuesta fenológica de los ecosistemas forestales españoles en su conjunto frente a incrementos de temperatura es más acusada que en regiones más norteñas, de menor influencia mediterránea. El protocolo francés no obstante, basado en observaciones semanales, puede reducir los márgenes de incertidumbre con respecto a los resultados habidos en España de forma que las diferencias entre los datos de las dos redes se atenúen. 5. Conclusiones 1. La fenología de las diferentes especies forestales está claramente influenciada por el clima, por lo que su seguimiento puede explicar la reacción de los ecosistemas a variaciones climáticas. 2. De entre las variables fenológicas normalizadas de acuerdo a la metodología ICP- Forests destacan por su representatividad la aparición primaveral de hojas y acículas y la floración. 3. La brotación y la floración necesitan la superación de un umbral térmico determinado o temperatura acumulada para dar inicio y están además fuertemente relacionadas con la temperatura media primaveral. La relación es mayor en la fase de floración, que se revela como la variable fenológica más dependiente de la temperatura. 4. Por especies y en lo que se refiere a la aparición de hojas, las mayores correlaciones se han obtenido en encinas, pino laricio y pino negral. En lo que se refiere a la floración, las mayores dependencias se han obtenido en pino carrasco, piñonero, encina y haya. No se encuentran relaciones significativas por el contrario para robles y alcornoques. 5. En cuanto a la aparición de hojas, la parcela más precoz a lo largo de la serie estudiada es la 26Qi, donde llegan a registrarse brotaciones en el mes de marzo, mientras que las más tardías son las dos parcelas pobladas por pino silvestre, 05Ps y 30Ps, donde el fenómeno comienza a verse entrado el mes de junio. Por lo que respecta a la floración, la parcela más temprana es la 54Ph donde el fenómeno tiene lugar a comienzos del mes de marzo y la más retrasada la 22Pn, donde se observa a mediados de junio. 6. Las temperaturas acumuladas necesarias para que se inicien las fases son similares entre los fenómenos estudiados, excepto en la parcela 54Ph donde la diferencia es menor, y los menores umbrales corresponden a la floración de las especies caducifolias, haya y roble. 7. La duración de la fase de floración es, en todos los casos, inferior al tiempo necesario para el desarrollo completo de la hoja y se sitúa en el entorno de los 20 días. Al igual que en el caso anterior, las duraciones son menores en las frondosas caducifolias. Las coníferas necesitan también más tiempo para desplegar por completo sus acículas que el resto de las especies estudiadas, situándose en la mayoría de los casos por encima del mes y medio.

11 11/12 8. Incrementos de temperatura primaveral de 1ºC pueden ocasionar adelantamientos considerables en la fenología de las distintas especies, en torno a 8 días en la brotación y 13 días en la floración, en términos globales. Los resultados habidos están en consonancia con los habidos en otros países de la Red. 9. Dado que la actividad de numerosos insectos, en particular los defoliadores y las especies melíferas, está muy relacionada con la floración y la aparición de las hojas, la temperatura media primaveral puede explicar su comportamiento. 6. Agradecimientos Este trabajo no hubiera sido posible sin el esforzado trabajo de campo y los muchos kilómetros recorridos por Félix Caballero, Germán Cabanillas, Juan Manuel Ceballos, Julia Cerveró, Angel Espliego, Cristina García, Eudaldo González, Sonia González, Abel Humbría, Susana Pulido, Oscar Osorno, César Sánchez y Angel Vallejo; al trabajo de gabinete de Susana Gámez, Eva Cuadros y Mercedes Redruello, y a la coordinación general, científica y operativa de Ramón Montoya, Manuel López-Arias y José María Peña. 7. Bibliografía DIFFERT, J Phénologie des espèces arborées. Sinthèse bibliographique. Analyse des données du Réseau National de Suivi à long terme des Ecosystèmes Forestiers (RENECOFOR). Laboratoire d Etude des Resources Fôret-Bois. INRA-ENGREF (Ecole National du Genie Rural des Eaux et des Forests). 224 pp. Nancy (Francia). FISCHER, R; LORENZ, M; GRANKE, O; MUES, V; IOST, S; VAN DOBBEN, H; REINDS, GJ; DE VRIES, W Forest Condition in Europe, 2010 Technical Report of ICP Forests. Work Report of the Institute for World Forestry pp. ICP Forests, Hamburgo (Alemania). FISCHER, R; LORENZ, M; GRANKE, O; BECHER, G; MUES, V; BRAVSLASKAYA, T; BOBRINSKY, A; CLARKE, N; LACHMANOVA, Z; LUKINA, N; SCHIMMING, C Forest Condition in Europe, 2009 Technical Report of ICP Forests. Work Report of the Institute for World Forestry pp. ICP Forests, Hamburgo (Alemania). FISCHER, R; LORENZ, M; GRANKE, O; BECHER, G; SEIDLING, W; FERRETTI, M; SCHAUB, M; CALATAYUD, V; BACARO, G; GEROSA, G; ROCCHINI, D; SANZ, M.J Forest Condition in Europe, 2008 Technical Report of ICP Forests. Work Report of the Institute for World Forestry pp. ICP Forests, Hamburgo (Alemania). LEBURGEOIS, F; GODFROY, P Analyse de la variabilité spatielle et temporelle et du déterminisme climatique de la phénologie des peuplements du Réseau National de Suivi à Long Terme des Ecosystèmes Forestiers (RENECOFOR). Laboratoire d Etude des Resources Fôret-Bois. INRA-ENGREF (Ecole National du Genie Rural des Eaux et des Forests). 44 pp. Nancy (Francia). MENZEL, A (ed) International Conference on Progress in phenology, monitoring, data analysis and global change impacts. Abstract Booklet. 92 pp.

12 12/12 MINAYA, M; LÓPEZ ARIAS, M Estudio de los procesos fenológicos en la Red de Seguimiento Intensivo (Nivel II). 18 pp. XV Curso de Formación de Técnicos Especialistas en Evaluación de Daños en Bosques. Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Forestal. Madrid. MINISTERIO DE AGRICULTURA, ALIMENTACIÖN Y MEDIO AMBIENTE. AGENCIA ESTATAL DE METEOROLOGIA (vv/aa). Informe agrometeorológico y fenológico vv.ff. Madrid. MINISTERIO DE MEDIO AMBIENTE. SERVICIO DE SANIDAD FORESTAL Y EQUILIBRIOS BIOLOGICOS. (2006/2010). Anuario de Sanidad Forestal (2006/2010). Ministerio de Medio Ambiente. Madrid. UNITED NATIONS ECONOMIC COMMISION FOR EUROPE. CONVENTION ON LONG-RANGE TRANSBOUNDARY AIR POLLUTION. INTERNATIONAL CO- OPERATIVE PROGRAMME ON ASSESSMENT AND MONITORING OF AIR POLLUTION ON FORESTS (ICP-FORESTS) Manual on methods and criteria for harmonized sampling, assessments, monitoring and analysis of the effects of air pollution on forests. UNECE-ICP-Forests. 634 pp. Hamburgo (Alemania).