Cambio de usosy fragmentación Incendios

Biodiversidade interaccionesBalance de aguaReservas y

flujos carbono

762 83

Cambioclimático

ECOSISTEMA

54

CAMBIO GLOBAL

Introducciónespecies

Cambios comp.atmosférica

1

Cambio de usosy fragmentación Incendios

Biodiversidade interaccionesBalance de aguaReservas y

flujos carbono

762 83

Cambioclimático

ECOSISTEMA

54

CAMBIO GLOBAL

Introducciónespecies

Cambios comp.atmosférica

1

Cambios comp.atmosférica

1

R. Alonso, I. González, V. Bermejo, S. Elvira, J. Sanz, H. García, H. Calvete, F. Valiño, I. Rábago

Ecotoxicidad de la Contaminación Atmosférica - CIEMAT

Efectos del ozono y del depósito de nitrógeno atmosférico en los bosques

Madrid

Política ambientalProtocolos control de emisiones

para prevenir efectos

Investigación científicaEfectos contaminantes

atmosféricos

Indicadores ambientalesCargas críticas y Niveles

críticos

Convention on Long- Range Transboundary Air Pollution (UN-ECE) -

Convenio de Ginebra

Directivaseuropeas

Madrid desde Trescantos-junio 2004

Cambios en la composición química de la atmósfera

Principales contaminantes atmosféricos:� CO2

� Compuestos nitrogenados � Ozono y contaminantes fotoquímicos � Compuestos azufrados� Compuestos orgánicos volátiles (VOCs)� Metales pesados� Compuestos orgánicos persistentes (POPs)

Componente natural de la atmósfera:90% estratosfera10% troposfera

UNEP, 2002

O3 TROPOSFÉRICOGAS ALTAMENTE OXIDANTE

GAS DE EFECTO INVERNADERO

O3 ESTRATOSFÉRICOPROTECCIÓN RAYOS UV

Ozono troposférico (O3)

O3

h�

H2O

OHHNO3

NO2 HO2O3

NO2 NO

O2 h�

HO2

H2O2

CO CO2

CH3O2

CH4

CH3O

HO2

CH3OOH

NO NO2

O2h�

O3

O3

CHOH

O2

O2

1

2

2

3

3

NOx

VOC COCH4

Luz

O3

Ozono troposférico (O3)

� Contaminante secundario

� Dificultad de control

� Aumenta a una tasa anual del 1%

AÑO1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000

0

20

40

60

80

100

120

0

10

20

30

40

50

60

Zugspitze (2962 m)Hohenpeißenberg (988 m)

Jungfraujoch (3457 m)

Arosa (1860 m)Pfänder (1064 m)Mont Ventoux (1912 m)

Pic du Midi (3000 m)(ppb) (μgm-3)

Adaptado de Marenco et al. (1994)

Incremento del fondo de O3 en zonas montañosas europeas

Tendencias en la concentración de O3 para 2030

Escenario Legislación actual

Escenario aumento emisiones de precursores

Dentener et al., 2006

Aumento previsto

1,5 + 1,2 ppb

4,5 + 2,2 ppb

Variabilidad espacial:• Niveles elevados en el área mediterránea• Niveles elevados en zonas rurales y montañosas

Variabilidad temporal y espacial en [O3]

Elevada variabilidad temporal• Máximos a mediodía en primavera/verano• Mínimos nocturnos y en invierno

0

10

20

30

40

50

60

70

O3

(ppb

)

April May June

OZONO (ppb)

(EEA, 2010)<=5000 ppb.h5000 – 10000 ppb.h10000 -15000 ppb.h15000 – 25000 ppb.h> 25000 ppb.h

Efectos del ozono en la vegetación

O2CO2

O3

Formación de radicales libres y formas activas del oxígeno

Efectos iniciales en pared celular y membrana plasmática

Efectos en el metabolismo celular

Fotosíntesis

Hidratos de carbono

Distribución

Raíces Tallos Hojas Reservas

Defensas antioxidantes

Mecanismos de reparación

Estoma

EstomaCutícula/superficie foliar

Epidermis

Parénquima Cavidadsub-estomática

Alteración en la permeabilidad y

funcionalidad de las membranas celulares

Estrés oxidativo celular

Alteración en la regulación estomática

Alteración metabolismo del C y N

Alteración de la asimilación, distribución-translocación y

almacenamiento

Efectos del ozono en la vegetación

• Desarrollo de síntomas foliares• Aceleración de la senescencia• Disminución del crecimiento (y producción)• Efectos en la capacidad reproductiva• Predisposición frente a otros factores de estrés

• Alteración de relaciones de competencia • Pérdida de calidad nutritiva para herbívoros• Alteración de los ciclos de nutrientes y agua• Cambios en la biodiversidad

CULTIVOS VEGETACIÓN-SEMINATURAL

ÁRBOLES

NIVEL CRÍTICOCultivos agrícolas:

AOT40 of 3000 ppb.hHorticolas

AOT40 of 6000 ppb.h

AOT40 of 3000 ppb.h AOT40 of 5000 ppb.h

Periodo de tiempoCultivos agrícolas

3 mesesHortícolas3,5 meses

3 meses (o ciclo vital si es más corto)

Estación de crecimiento

Efecto Reducción de la producción

(5%)

Perennes: reducción crecimiento

Anuales. Reducción de crecimiento y/ semillas (10%)

Reducción crecimiento(5%)

Objetivos inmediatos (2010)

AOT40 9000 ppb.h acumulado durante 3 meses (Mayo-Julio) media de 5 años

Objetivos a largo plazo (2020)

AOT40 3000 ppb.h acumulado 3 meses (Mayo-Julio)

Directiva Europea Calidad del Aire (2008/50/EC)

NIVELES CRÍTICOS – Convenio de Ginebra (1979)

Valores umbrales para la protección de la vegetación

La fitotoxicidad del ozono no está directamente relacionada con la exposición al contaminante

sino con la dosis absorbida !!!

Considerar la influencia de las variables meteorológicas

Revisión del Protocolo de Gothenburg para disminuir la acidificación, eutrofización y el ozono

Niveles críticos basados en flujos(POD) Phytotoxic Ozone Dose

Estimar los flujos de absorción de ozono

Cambio

climátic

o

(EEA, 2010)

Efectos del ozono en la vegetación

CLe_c: AOT40=5000 ppb.h5% reducción biomasa

Especies sensibles: haya, abedul Países: Suecia, Finlandia, Suiza

Región Mediterránea: >15000 - 25000 ppb.h 11-20% reducción en biomasa esperada

<=5000 ppb.h5000 – 10000 ppb.h10000 -15000 ppb.h15000 – 25000 ppb.h> 25000 ppb.h

???

Objetivos inmediatos (2010)

AOT40 9000 ppb.h 3 meses

Objetivos a largo plazo (2020)

AOT40 3000 ppb.h 3 meses

6 meses

� Especies mediterráneas perennifolias creciendo en clima Medit. � Experimentos con efectos en crecimiento/biomasa

Revisión de experimentos

7 especies

4 sitios

Species Exposure system

Location O3 treatments Other treatments

gs measurem

years

Quercus ilex OTC Ebro Delta (Spain) CFA, NFA, NFA+40 1996-1997 OTC Ebro Delta (Spain) CFA, NFA, NFA+40 WW/DS + 1998-2000 OTC Valencia (Spain) CFA, NFA+ + 2006-2007 OTC Curno (Italy) CFA, NFA+ salt + 2009 OTC Curno (Italy) CFA, NFA+ salt + 2010 Quercus coccifera OTC Ebro Delta (Spain) CFA, NFA, NFA+40 WW/DS + 1998-2000 Ceratonia siliqua OTC Ebro Delta (Spain) CFA, NFA, NFA+40 1996-1997 OTC Ebro Delta (Spain) CFA, NFA, NFA+40 + 1998-2000Olea europaea OTC Ebro Delta (Spain) CFA, NFA, NFA+40 1996-1997 OTC Ebro Delta (Spain) CFA, NFA, NFA+40 + 1998-2000 Arbutus unedo OTC Ebro Delta (Spain) CFA, NFA, NFA+40 1996-1997 OTC Curno (Italy) CFA, NFA+ salt + 2009 OTC Curno (Italy) CFA, NFA+ salt + 2010 Pinus halepensis OTC Ebro Delta (Spain) CFA, NFA, NFA+40 WW/DS + 1994-1996Pinus uncinata Open exposure Switzerland Control,O3+, O3++ + 2009-2010

R2 = 0.39

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

0 20 40 60 80 100 120 140

allQ.ilexQ.cocciferaOleaCeratoniaA.unedoP. halepensisP. uncinataLineal (all)

POD1 / year (mmol m-2)

Función dosis O3-respuesta

% e

fect

o re

lativ

0

POD1 up to 38.6 mmol m-2 (5 meses)Especies caducifolias(Calatayud et al., 2011)

No hay efectos!

Actual POD14-8 mmol m-2

6 meses

otros contaminantes atmosféricos

relacionescon otros

organismosfactores ambientales(T, HR, luz, disponibilidad hídrica,...)

Ozono

sensibilidadfenología nutrientes

Contaminación atmosférica y cambio global

Cambio

climátic

o

< 1 1 – 2 2 – 5 5-10 10-15 15-20 20–25 >25

Kg N ha�1 yr�1

Mid - 1990s

2050

Phoenix et al. (2006)

Depósito de N atmosférico en las zonas de mayor biodiversidad

Efectos del depósito de N en ecosistemas terrestres

�Toxicidad directa � Fertilización y eutrofización� Acidificación � Visibilidad

Emmett (2007)� aumento del crecimiento� acumulación de N orgánico en el suelo� aumento de emisiones de N20� pérdidas de N en aguas subterráneas y escorrentía � alteración de ciclos de nutrientes� disminuye raíz/tallo� menor resistencia a otros factores de estrés� cambios en la composición de especies (� nº sp)� aumenta el riesgo de incendios

0

20

40

60

80

100

120

140

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

NOxSOxNH3

100%= Emisiones en 1990

(MARM, 2011)

Emisiones en España respecto

a 1990

Depósito de N total en 2009 estimado con modelo EMEP 5-20 kg N ha-1 año-1

Depósito de N atmosféricomg N m-2·año-1

Depósito de N total medido en España:-10-20 kg N ha-1 año-1 en Cataluña (Ávila et al., 2010)-6.5-10 kg N ha-1 año-1 en Levante (Sanz et al., 2002)

Evidencias del enriquecimiento en N de los ecosistemas en España

Aumento del nº sp nitrófilas 1900-2008

(Ariño et al., 2010)

0

1

2

3

4

5

6Ln

NH4

+

0

1

2

3

4

5

6

Ln N

O3-

1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001

Years

0

20

40

60

80

100

1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600

LC-NO3Be-NO3LS-NO3

NO2 (Gg)

NO

3 rain

con

cent

ratio

ns (�

eq L

-1)

y = -5,56 + 0,023 x ; r=0,62; p=0,002

Relación [NO3-] en lluvia y emisiones de NO2

1983-2006

(Ávila et al., 2010)

Depósito húmedo de N en Cataluña1983-2007

NH4+

NO3-

Otras evidencias:- Aumento de [N] en briófitos en herbarios en s. XX (Peñuelas & Filella, 2001)- Aumento de N en ríos de Pirineos (Camarero et al.,2010) y en el Montseny(Ávila y Rodá, 2011)

R2=0.62

EMEP red de medidas- Wet-only1997-2008; sites n = 6 -10

ICP-Forest Level II - Bulk deposition1998-2006, sites n = 11-13

Red Calidad Aire Cataluña - Wet-only1997-2008, sites n = 4 - 5

Modelo EMEP depósito húmedo

1997-20082000-2008 unified model version rv3.61997-2000 previous versions

Vs.

Depósito de N: comparación medidas y modelos

Nox : R2 = 0.27, p = 0.001 Nred : R2 = 0.50, p = 0.000

0 1 2 3 4 5 6 7RED. N

0

1

2

3

4

5

6

7 EUROSIBERIAN REGION MEDITERRANEAN REGION

0 1 2 3 4 5 6 7OX. N

0

1

2

3

4

5

6

7 EUROSIBERIAN REGION MEDITERRANEAN REGION

ICP-FOREST MEASUREMENTS

EM

EP

MO

DE

L 1:1 1:1

Funcionamiento del modelo similar en España y EuropaModelo subestima el depósito de N �30%

EMEP model vs. ICP-Forest measurements

ATLANTIC REGIONMEDITERRANEAN REGION

ATLANTIC REGIONMEDITERRANEAN REGION

Depósito de N: comparación medidas y modelos

0102030405060708090

100

1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010

% D

D/TD

DR

Y / T

OTA

L D

EPO

SITI

ON

(%)

� Q. ilex� Q. ilex* P. halepensisx P. halepensis� Q. ilex

La Castanya - Q. ilexDry dep. / Total dep.= 62-67%

(Avila et al., 2002; Rodà et al., 2002)

El modelo EMEP infra estima el depósito seco en la región mediterránea

DATOS MEDIDOS

Valencia – P. halepensisDry dep. / Total dep.= 40-75%

(Sanz et al., 2002)

EMEP MODELLED DATA

Depósito de N: comparación medidas y modelosDepósito seco vs total

Finca de Tres Cantos (Tres Cantos, Madrid)Acuerdo Ayuntamiento de Madrid-CIEMAT

Medida de depósito de contaminantes atmosféricos nitrogenados (seco/húmedo)

Dinámica del N en el bosque mediterráneo: aire-planta-suelo

Instalación experimental de Cámaras Descubiertas (OTCs): OZONO/NITRÓGENO

Finca “La Higueruela” (Santa Olalla, Toledo)Acuerdo CSIC-CIEMAT

Adaptación y gestión frente al O3 y N

- Políticas de control de calidad del aire y control de emisiones

- Asegurar alta variabilidad genética en los programas de reforestación

- Asegurar el vigor de las masas forestales

- Disminuir el N acumulado:retirar biomasadisminuir la densidad de las masas forestales(quemas prescritas)

¡ GRACIAS !

Cargas y Niveles Críticos, MARMConsolider-MONTES, MICINNEDEN, MICINNAGRISOST, Com. MadridECLAIRE- FP7

R2 = 0.46

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

0 20000 40000 60000 80000 100000 120000

allQ.ilexQ.cocciferaOleaCeratoniaA.unedoP. halepensisP. uncinataLineal (all)

AOT40 / año

Función exposición-respuesta

% e

fect

o re

lativ

o

AOT40= 33405 ppb.h (5 meses)Especies caducifolias(Calatayud et al., 2011)

No hay efectos!

Sólo experimentos con biomasa aérea

Actual CLe_c5000 ppb.h

6 meses

El Pardo

Miraflores

San Agustín

Viñuelas

PeñalaraMorcuera

Canencia

Valsain Navafría

N

Riofrío

Madrid

Ozono (�g/m3)Medias estacionales 2004-2006

pasivos

/S N

Pardo

Viñuelas

S. Agustín

Miraflores

Canencia

Morcuera

PeñalaraValsa

ín

NavafríaRiofrío

O3

(�g/

m3 )

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Ele

vatio

n (m

)

500

1000

1500

2000avg autumn spring summer winter elevation