Spatio-temporal modelling of stable isotopes in tree Mediterranean species (Quercus ilex L. and Pinus Halepensis Mill.): a climatic and ecophysiological view

Abstract

Trees hold important secrets that may be essential in order to face the unprecedented current environmental challenges. The basis of this thesis is to use a combination of modern tools such as stable isotopes, Geographical Information Systems (GIS), Point Process statistics to retrieve climatic and ecophysiological information from forests at different spatial and temporal scales. We focus on two typical coexisting Mediterranean species: holm oak (Quercus ilex L.) and Aleppo pine (Pinus halepensis Mill.). At the regional scale: we generated carbon isotope (D13C) landscapes (isoscapes) of each species, later converted to annual precipitation maps: and we also showed that in Aleppo pine, annual precipitation drives D13C, RG and NDVI, but the three variables hold complementary information. At the local scale, we focus on a mixed forest stand in which both species coexist. By combining water isotopes and point process statistics, we could interpret tree-to-tree interactions in terms of water use (including seasonal variation).We found evidences of a dynamic niche segregation.

Los árboles poseen secretos importantes que pueden ser esenciales para afrontar los actuales retos medioambientales. La idea central de esta tesis es usar una combinación de herramientas modernas, tales como Sistemas de Información Geográfica (SIG), estadística de Procesos Puntuales, para extraer información de los bosques a diferentes escalas espaciotemporales. Nos centramos en dos especies mediterráneas: la encina (Quercus ilex L.) y el pino carrasco (Pinus halepensis Mill.). A escala regional, generamos paisajes de distribución isotópica (isoscapes) de carbono (D13C) para cada especie, derivando así mapas de precipitación anual; mostramos que la precipitación controla la variabilidad espaciotemporal de la D13C, crecimiento radial (CR) e índice de vegetación (NDVI) para el pino, aunque ofrecen información complementaria. A escala local, nos centramos en una masa mixta donde ambas especies coexisten. Combinando isótopos de agua y estadística de Procesos Puntuales, interpretamos las interacciones árbol-árbol en el uso de agua (incluyendo variación estacional). Encontramos evidencias de una segregación de nicho hidrológico dinàmica.

Els arbres amaguen secrets importants que poden ser essencials per enfrontar-se als actuals canvis ambientals sense precedents. El fonament d’aquesta tesi és fer servir una combinació d’eines innovadores com ara isòtops estables, Sistemes d’Informació Geogràfica (SIG), o estadística de processos puntuals a fi d’obtenir informació climàtica i ecofisiològica dels boscos a diferents escales temporals i espacials. L’objecte d’estudi són dues espècies típicament mediterrànies: alzina (Quercus ilex L.) i pi blanc (Pinus halepensis Mill) A escala regional, generem paisatges de distribució isotòpica (isoscapes) de (D13C) per cada espècie; trobem que la variació espacial i temporal en D13C, creixement radial (CR) i els índexs de vegetació (NDVI) pel pi blanc, ve donat per la precipitació anual, encara que ofereixen informació complementària. A escala local, ens centrem en una massa mixta on les dues espècies coexisteixen. Combinant isòtops d’aigua i estadística de processos puntuals hem pogut interpretar interaccions arbre-arbre en l’ús de l’aigua (incloent variació estacional). Trobem evidències d’una segregació de nínxol hidrològic dinàmica.