Enhancing pine forests resistance to multiple disturbances through forest management

Abstract

Les pertorbacions naturals s’estan intensificant com a conseqüència del canvi climàtic, forçant els ecosistemes forestals a adoptar respostes sense precedents. Tot i que la gestió forestal pot contribuir a mitigar aquests impactes, encara es desconeix quins tractaments poden incidir de manera efectiva sobre diverses pertorbacions alhora, així com els mecanismes fisiològics que expliquen la resposta dels arbres a aquests tractaments. Aquesta tesi explora el potencial de diferents estratègies de gestió forestal, concebudes inicialment per reduir el risc d’incendi, per tal d’augmentar també la resistència de les pinedes davant de pertorbacions com els incendis, les sequeres i les plagues. Els tractaments avaluats inclouen diferents intensitats d’aclarida, seguides o no de cremes prescrites, així com cremes prescrites sense intervenció prèvia. La resposta als tractaments a curt, mitjà i llarg termini s’ha avaluat a través de models de simulació, dendrocronologia i anàlisis d’isòtops estables i de contingut de terpens, en dues espècies de pi d’alta importància ecològica i econòmica de la regió mediterrània i de l’oest de Nord-amèrica: Pinus nigra i Pinus ponderosa. Els resultats mostren que les aclarides d’alta intensitat, que comporten una reducció substancial de la densitat forestal, milloren la resistència dels boscos a incendis, sequeres i plagues, especialment quan es combinen amb cremes prescrites. Aquest augment de resistència s’associa a una millora del rendiment fisiològic dels arbres romanents, probablement com a resultat d’una menor competència pels recursos amb la vegetació del sotabosc i l’estrat arbori. En canvi, la crema prescrita aplicada de directament sense intervenció prèvia no té efectes significatius sobre la resistència dels pins als insectes defoliadors. En conjunt, els resultats d’aquesta tesi suggereixen que les estratègies de gestió que actuen simultàniament sobre la vegetació arbòria i del sotabosc poden jugar un paper clau en l’adaptació dels boscos als nous règims de pertorbacions. La integració d’aquestes evidències amb el coneixement científic existent pot contribuir a orientar pràctiques de gestió forestal més eficaces.

Las perturbaciones naturales se están intensificando como consecuencia del cambio climático, forzando a los ecosistemas forestales a adoptar respuestas sin precedentes. Aunque la gestión forestal puede contribuir a mitigar estos impactos, todavía se desconoce qué tratamientos pueden incidir de manera efectiva sobre varias perturbaciones al mismo tiempo, así como los mecanismos fisiológicos que explican la respuesta de los árboles a dichos tratamientos. Esta tesis explora el potencial de diferentes estrategias de gestión forestal, concebidas inicialmente para reducir el riesgo de incendios, con el objetivo de aumentar también la resistencia de los pinares frente a perturbaciones como los incendios, las sequías y las plagas. Los tratamientos evaluados incluyen diferentes intensidades de claras, seguidas o no de quemas prescritas, así como quemas prescritas sin intervención previa. La respuesta a los tratamientos a corto, medio y largo plazo se ha evaluado mediante modelos de simulación, dendrocronología y análisis de isótopos estables y de contenido de terpenos, en dos especies de pino de alta importancia ecológica y económica en la región mediterránea y el oeste de Norteamérica: Pinus nigra y Pinus ponderosa. Los resultados muestran que las claras de alta intensidad, que conllevan una reducción sustancial de la densidad forestal, mejoran la resistencia de los bosques a incendios, sequías y plagas, especialmente cuando se combinan con quemas prescritas. Este aumento de la resistencia se asocia a una mejora del rendimiento fisiológico de los árboles remanentes, probablemente como resultado de una menor competencia por los recursos con la vegetación del sotobosque y del estrato arbóreo. En cambio, la quema prescrita aplicada directamente sin una intervención previa no tiene efectos significativos sobre la resistencia de los pinos frente a insectos defoliadores. En conjunto, los resultados de esta tesis sugieren que las estrategias de gestión que actúan simultáneamente sobre la vegetación arbórea y del sotobosque pueden desempeñar un papel clave en la adaptación de los bosques a los nuevos regímenes de perturbaciones. La integración de estas evidencias con el conocimiento científico existente puede contribuir a orientar prácticas de gestión forestal más eficaces.

Natural disturbances are intensifying due to climate change, pushing forests to unprecedented responses. While forest management can help mitigate their negative impacts, it is still unknown whether specific treatments can target multiple disturbances impacts, and what are the physiological mechanisms underlying tree responses to these treatments. In this thesis, we explore the potential of forest management strategies primarily aimed at reducing wildfire hazard, to additionally enhance pine forests resistance to multiple interacting disturbances, including wildfires, droughts, and insect outbreaks. Management strategies include different intensities of cutting and prescribed burning, either as stand-alone treatments or combined. We used simulation modelling, dendrochronology, stable isotopes, and terpene content analyses to assess the short-, mid-, and long-term responses to treatments of two ecologically and economically important pine species from the Mediterranean region and western North America: Pinus nigra and Pinus ponderosa. High intensity cutting treatments, by substantially reducing stand density, improved forest resistance to wildfires, droughts, and insect outbreaks, especially when combined with prescribed burning. The increased resistance was largely driven by improved physiological performance of the residual pines, likely due to reduced competition for resources with overstory and understory vegetation. However, prescribed burning as a stand-alone treatment had no effect on pine resistance to insect defoliators. Our findings suggest that forest management strategies addressing both the overstory and understory vegetation have a great potential to assist forest adaptation to novel disturbance regimes. The integration of this thesis’ insights with existing research will help guide sound management decisions.