Early post-fire regeneration dynamics of Mediterranean forests under current climate and future scenarios

Abstract

Els incendis forestals són una de les pertorbacions que de forma més freqüent afecten als boscos mediterranis. Moltes espècies de plantes mediterrànies presenten diferents trets que els permeten fer front al foc i faciliten la regeneració després del foc. Malgrat això, el canvi climàtic podria dificultar la recuperació dels boscos alterant l’ocurrència tan dels incendis com de les condicions climàtiques que afavoreixen la regeneració de les plantes.

L’objectiu d’aquesta tesi és entendre la dinàmica inicial de la regeneració postincendi dels boscos mediterranis de pi blanc, en el context del clima actual i d’escenaris futurs, descrivint aquest procés des de la perspectiva de la comunitat vegetal fins a la de l’espècie. Hem examinat els factors condicionants i els patrons temporals de recuperació de la vegetació en el clima actual, per després avaluar els efectes d'una simulació experimental del canvi climàtic en diferents fases de la recuperació demogràfica del pi blanc.

Tant els factors abiòtics (l’exposició i la severitat del foc) com els biòtics (les característiques forestals prèvies al foc i l’historia de l'ús del sol) han afectat la recuperació del pi blanc i de les plantes llenyoses coexistents, tot i que de manera diferent. Probablement, aquestes diferencies son impulsades per característiques funcionals específiques. Amb les condicions climàtiques actuals, el regenerat de pi blanc emergeix durant el primer any després del foc. Una emergència primerenca ofereix clars avantatges en termes de supervivència i creixement de les plàntules. En canvi, l’escalfament climàtic simulat ha causat la pèrdua de la finestra d’oportunitat per la germinació i l’emergència durant la tardor, causant una reducció en les emergències i un augment de la mortalitat. L'augment de la temperatura va intensificar el risc de mortalitat de les plàntules reclutades i va reduir la seva capacitat d’ajustar trets morfo-fisiològics per suportar l’estrès tèrmic i la sequera. No obstant això, l’alçada de les plantes sembla reduir aquest efecte, ja que els individus més grans mostren menys vulnerabilitat a l'augment de les temperatures.

Los incendios forestales son una de las perturbaciones más frecuentes que afectan a los bosques mediterráneos. Muchas especies de plantas mediterráneas presentan un conjunto de rasgos funcionales para hacer frente a los incendios, facilitando la recuperación vegetal tras ellos. Sin embargo, las tendencias climáticas cambiantes pueden dificultar este proceso, alternando la ocurrencia tanto de los incendios como de las condiciones climáticas óptimas para la regeneración tras el incendio.

El objetivo de esta tesis es comprender la dinámica de la regeneración inicial post-incendio de los bosques mediterráneos de pino carrasco bajo el clima actual y los escenarios futuros, describiendo este proceso desde el nivel de la comunidad vegetal hasta una escala de la especie principal. Por un lado, examinamos los factores impulsadores y los patrones temporales de recuperación de la vegetación en las condiciones climáticas actuales, y por otro lado evaluamos los efectos de una simulación de cambio climático en diferentes fases de la recuperación del pino carrasco.

Nuestros resultados mostraron que tanto los factores abióticos (exposición y severidad del incendio) como los bióticos (características del bosque antes del incendio e historia del uso del suelo) afectaron a la recuperación del pino carrasco y a la comunidad de plantas leñosas coexistentes de formas distintas, probablemente causadas por características funcionales específicas. En las condiciones climáticas actuales, la regeneración del pino carrasco alcanza su punto máximo en el primer año tras el incendio, y la emergencia temprana en otoño confiere claras ventajas en términos de supervivencia y crecimiento de las plántulas. La simulación de cambio climático provocó la pérdida de la ventana de oportunidad otoñal de germinación y emergencia, resultando en una reducción de emergencias y un aumento de la mortalidad. El aumento de la temperatura intensificó aún más el riesgo de mortalidad de los brinzales reclutados y redujo su capacidad de realizar ajustes morfo i fisiológicos para soportar el estrés térmico y la sequía. Sin embargo, el tamaño de los brinzales influyó en este efecto, ya que los individuos de mayor tamaño mostraron una menor vulnerabilidad al aumento de las temperaturas.

Wildfires are among the most frequent disturbances affecting Mediterranean forests. Mediterranean plant species present fire-responsive traits to cope with fire and facilitate post-fire regeneration. However, climate change might jeopardise their recovery by altering wildfire occurrence as well as the optimal climatic conditions for plant regeneration.

This thesis explores the early post-fire regeneration dynamics of Aleppo pine-dominated Mediterranean forests under current climate and future scenarios, from a community-level perspective down to a species-specific scale. We examined the drivers and temporal patterns of vegetation recovery under current climatic conditions and then assessed the effects of an in-field experimental simulation of climate change on distinct phases of Aleppo pine demographic recovery.

Abiotic (slope and fire severity) and biotic factors (pre-fire forest characteristics and land-use history) affected the recovery of Aleppo pine and the coexisting woody plant community in distinct ways, likely because of species-specific functional characteristics. Under current climatic conditions, Aleppo pine regeneration peaks within the first post-fire year, with early emergence conferring clear advantages in terms of seedling survival and growth. In contrast, simulated climate change using open-top chambers caused the loss of the autumnal emergence window of opportunity, resulting in reduced emergences and recruitment. Increased temperature intensified mortality risk for saplings and reduced their ability to perform morpho-physiological adjustments to withstand heat and drought stress. However, sapling size mediated this effect with larger individuals showing less vulnerability to increased temperatures.