8/8/2019 Control del ciclo de agua y carbono en los ecosistemas naturales del Per
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Control del ciclo de agua y carbono
en las ecosistemas naturales del Peruy sus reacciones al cambio climatico
Dr. Reiner Zimmermann1,2,3 , Dra. Viviana Horna 1,4
Ing. Pedro Vasquez 1
1) Universidad Nacional Agraria La Molina, Lima, Peru
2) Universidad Bayreuth y Hohenheim, Alemania
3) Pontificia Universidad Catolica del Peru
4) Universidad Gttingen, Alemania
Simposio: EVENTOS HIDROMETEOROLGICAS EXTREMOSY CAMBIO CLIMTICO EN EL PER
41 Aniversario de la Creacin del Servicio Nacional de Meteorologa e Hidrologa SENAMHI
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Introduccin
SENAMHI ha recogido y sigue recogiendo excelente
informacin meteorolgica.
En mi presentacin me voy a enfocar en el efecto delCC en la vegetacin natural.
Intentar resaltar la importancia de estudiosecofisiolgicos de orientacin funcional para laevaluacin de los efectos del CC.
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Outline
Modelos climticos y cambios en ecosistemas
Respuestas de los Ecosistemas non lineares Ejemplos de la performance de algunos ecosistemas del
Per
- Bosque tropical bajo
- Bosque seco
- Bosque montano
Necesidad de investigacin
Necesidad de corredores
Resumn
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Enfoque en ecosistemas naturales Per an tiene un rea extensa ocupada por
ecosistemas naturales
Muchas reas estn protegidas Cul ser el cambio que estos ecosistemas muestren en
respuesta al CC?
1) Detectar y predecir futuros CC (SENAMHI)
2) Evaluar los efectos multiples del CC en laperformance de los ecosistemas (nuestro trabajo)
2 Estrategias diferentes!
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Motivacin
Los siguientes ejemplos de nuestro trabajo en eco-
fisiologa proporcionaran una base para la discusin Nosotros trabajamos en ecosistemas naturales del Perque son muy diferentes y que se extienden a lo largo deamplios gradientes edficos y climticos
Estudiamos efectos climticos directos e indirectos (delargo plazo) en el control de los ciclos de agua y carbonode estos ecosistemas
Tambin estudiamos la variacin natural en la estructura
y la extensin de la vegetacin natural (sucesion) comoresultado de los eventos climticos y sus efectosdisturbadores.
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Coneccin con el SENAHMI y con el CC
Nuestros estudios intentan describir las relaciones
funcionales controladas por parmetros fsicos (clima) yqumicos ( suelos, atmsfera) entre las plantas y elambiente
La coneccin con el SENAMHI se debe precisamente ala naturaleza fsico-qumica y funcional de nuestrotrabajo que intenta describir la interaccin de la
vegetacin con el clima y la atmsfera.
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Diferencias entre sistemas de producin y
ecosistemas naturales Los sistemas naturales tienen una estructura ms compleja y una
diversidad de especies ms alta. Esto hace que la descripcin de las
reacciones biolgicas sea ms complicada que por ejemplo enplantaciones.
Los componentes de ecosistemas naturales maduros raramente seorientan hacia una mxima productividad, ms bien se dirigen hacia
una estrategia de sobrevivencia a largo plazo (=estabilidad).
Son ms elsticos en relacin al estres = los efectos de cambiosclimticos immediatos no prevalecen
Los componentes de ecosistemas naturales pueden mostrar una mayorelasticidad y tiempo de recuperacin. Los rboles tienen una largavida de 50...>200 aos.
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CC - Escenarios de respuesta de los
ecosistemas
Se asumen tpicamente en escenarios de CC
asociaciones correlativas de ecosistemas conparmetros climticos, asumiendo implicitamente unnivel optimo del ecosistema!
Se usa comunmente el concepto de "zonas de vida" conpocos parametros climticos que controlan ladistribucin de los ecosistemas (e.g. sistema de
Holdridge)
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Se extrapolan cambios futuros en los ecosistemas
usando unos pocos parmetros, por ejemplo,temperatura y precipitacin que se suman a modelostopogrficos
Efectos extrazonales no son incluidos en este mtodo
La migracin instantnea de ecosistemas enteros seasume implicitamente dentro del intervalo de predicin.
No se incluyen los efectos de elasticidado efectos decascada dentro de un ecosistema.
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CC - Escenarios de respuesta de losecosistemas
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CC: La vegetacin determina la estructurade ecosistemas
CC afecta directamente al ciclo de agua, al carbono y latoma y alocacion de nutrientes (crecimiento) por lavegetacin y en consecuencia la productividad primaria
(PP) y estructura del ecosistema..
Los consumidores (herbvoros y predatores) tpicamente
siguen los cambios en la vegetacin.
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Precipitacin anual >1500 mm
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Bosques tropicales de la
cuenca Amaznica:
Uso conservador delagua
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Los bosques de la llanura aluvial tienen una
productividad diferente, pero tambn son conservadoresen el uso de agua (
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CC occasiona cambios en el regimenhidrolgico y en la sucesion de humedales
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Red 1962
Green 1986
Blue 2001 10 km
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Cambio en el curso del ro Manu durante 40 aos com
resultado de un anlisis multitemporal
La inundacin del ry su desborde
controlan los tipos
vegetacin y sus
tasas de trasnpiraci
en la llanura aluvial
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Efectos indirectos del CC : Cambio en el regimen
hidrolgico y su control en la sucesion dehumedales
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Bosques Tropicales Secos
Poca lluvia y extensa sequa
Diversidad en las estrategias
hidrulicas que permiten lasobrevivencia bajo condiciones
de variacin extrema de la
precipitacin
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Estacin de lluvias (2 meses)Foto: Marzo 2006
Estacin seca (10 meses)Foto: Agosto 2005
El Angolo, N-Peru: Bosque Seco Estacional
Elevacin 650 m s.n.m. Vista hacia N
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Flujo de agua en el xilema e incremento radial del
tronco (1)
El flujo de agua disminuye durante la
estacin seca
Se observa almacenaje de agua pero noincremento radial
Abril 2007 Sept 2007
Dry period
Differenceinradius(Pm)
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Flujo de agua en el xilema e incremento radial del
tronco (2)
El consumo de agua aumenta con laslluvias y las reservas se llenan otra vez
El crecimiento es asegurada por elsuministro de agua almacenada enbulbos radiculares
Sept 2007Abril 2007
Estacin seca
Eriotheca ruizii
100 120 140 160 180 200
XFD
(gm
-2s-1)
0
10
2030
40
50
Radialchan
e
m
-100
0
100
200
300
400
500
Differenceinra
dius(Pm)
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Los bosques secos estn parcialmente desasociados del inputde agua, estn bien adaptados a las sequas y por lo tantotoleran los efectos del CC.
Sin embargo, estn en peligro debido a la presin del pastoreoy a la prdida en la capacidad de regeneracin:
Bosque seco tiene " Diversidad Hidrulica " no esnecesariamente una vctima del CC
Pastoreoextensivo (izq.)
bosquenatural (der.)
Nmero de
plantas por hapor forma devida
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Bosques de Nubes (Alto Mayo):
Episodios de sequa como
iniciadores de la sucesin
forestal
La precipitacin es alta
Sequas ocacionales pueden ocurrir
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La vegetacin es un
mosaico de bosque de
brezal y bosque de nubes
Bosque
de
nubes
Bosque
de brezal
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240 260 280 300 320 340
Canopy transpiration [mm d-1]
0,0
0,5
1,0
1,5
DecemberNovemberSeptember October
240 260 280 300 320 340
0,00,10,20,30,4
DecemberNovemberSeptember October
Soil humidity
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Transpiracin del dosel
La transpiracin del dosel es ligeramente ms alta en bosque denubes que en bosque de brezal
La transpiracin no disminuye (=controlada) durante perodos desequa.
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0,00,10,20,30,40,5
240 260 280 300 320 340
0,00,10,20,30,4
DecemberNovemberSeptember October
Oh
Ah
OhAh
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Bosque de brezal 105mm
Bosque de nubes 16mm !
13.Sept.:
Cantoda de agua
disponible en
La cantidad de aguadisponible es ms crtica en el
bosque de nubes que en el
bosque de brezal El riesgo de dao porsequas ocacionales es alto.
Fuego puede ocurrir a causa
de las sequas.
La cantidad de agua disponible para las plantas es crtical fin de las sequas
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Las variaciones climticas pueden tener unaimportancia relativa
La variacin en, por ejemplo,precipitacin es de importanciarelativa y depende de latolerancia del ecosistema a las
sequas. Sistemas costeros semi-ridos
como el bosque seco,experimentan una alta varain enprecipitacin pero estn
adaptados a esta. Los bosques de la llanura
amaznica experimentan pocavariacin en precipitacin ypueden sufrir daos irreversibles
durante periodos de sequa queincluso pueden terminarcausando fuegos.
TRMM Precipitacin mensual -
Coeficiente de variacin 1999-2009Fuente: J. Dempewolf
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1840 1850 1860 1870 1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000
Meanannual
s
temi
ncrement(mm
)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.02.5
El crecimiento de los rboles en un bosque montano alto (Alto Mayo)no muestra cambios significativos durante el ltimo siglo.
Una tendencia positiva de crecimiento (flecha azul) con in incrementoreciente en crecimiento superimpuesto (flecha verde) se observ enlas parcelas vecinas del bosque lluvioso.
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Integracin de las seales climticas:Dendrometra como una seal de corto plazopara el estado hidrulico y dendrocronologacomo un indicador de largo plazo para lascondiciones de sitio
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Elasticidad y plasticidad de los bosques a los cambios
del ciclo de agua Consequencias para la vegetacin?
Movimiento zonal (x km?) y orogrfico (+800m ?) de la vegetacinnatural
Muy probablemente la estructura del bosque se re-estabilizardespus de un siglo de cambio, con una composicin de
especies diferente
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Elasticidad y plasticidad de los bosques a los cambios
del ciclo de agua Consequencias para la vegetacin?
Ms afectados: Bosques aluviales
Humedales y bosques inundados(cambios hidrlgicos)Bosque de nubes
Reacciones no : Otros tipos de vegetacion de montaapredecibles
Menos afectados: Bosque de terra firme
Bosque seco
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Importancia de corredores ecolgicos
La preservacin de corredores ecolgicos esimprescindible y debe permitir los cambios verticales y
laterales de habitats de plantas y animales dentro dereas de diversidad edfica.
Es tambien probable que la tolerancia de losecosistemas al CC tenga una relacin inversa a ladiversidad por lo que se debe considerar un enfoquebalanceado para diferentes ecosistemas.
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1 West coastnear Trujillo
2 CordilleraOccidental
3 CordilleraCentral
4 CordilleraOriental
5 Alto MayoValley
6 CordilleraCahuapanas
7 AmazonLowlandsl
8 MaranonValley
1
2 3
4 5
76
8
8
.
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Ejemplo: Corredor Maran Andino
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NRZFEARSUNIVERSITT HOHENHEIM
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3200 m de cambio enelevacin a lo largo de 16
km de distancia horizontal
(20 % cont. pendiente). Linea superior (termal) einferios (higric) para el
desarrollo de rboles.
Estudios climaticos y estudios de ecosistemas enel corredor Maran Andino
1500-2500m
Seco-Mesoterma
Limite inferior Bosque seco
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Necesidades de Investigacin
CC Performance eco-fisiolgica y tolerancia de la
vegetacin al clima del sitio
Edad del bosque y dinmica de sucesin
Dinmica de grandes reas de humedales y tolerancia alos cambios en la duracin y amplitud de la inundacin(hidrologa - cambios en los patrones de drenaje)
Parmetros climticos eco-fisiolgicos relevantes (climadel sitio, efectos topogrficos y edficos, neblina, viento)
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Resumen
Las amplitudes y los eventos extremos son msimportantes para la performance del ecosistema que los
cambios climaticos promedio en e.g. temperatura yprecipitacin.
Cualquier prediccin sobre la reaccin al nivel deecosistemas (agua, carbono, estructura, species) conrespecto al CC es todava muy especulativa.
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Control del ciclo de agua y carbono
en las ecosistemas naturales del Peruy sus reacciones al cambio climatico
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1) Universidad Nacional Agraria La Molina, Lima, Peru2) Universidad Bayreuth y Hohenheim, Alemania
3) Pontificia Universidad Catolica del Peru
4) Universidad Gttingen, Alemania
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Y CAMBIO CLIMTICO EN EL PER
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Mtodos: Clima del sitio flujo de agua y crecimiento
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Mtodos: Clima del sitio, flujo de agua y crecimientode rboles
Los sitios de estudio tiene sensoresclimticos para medir la temperatura del aire,suelo-, y tronco de los rboles, hmedad delaire, radiacin, precipitacin y hmedad delsuelo.
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Dendrometros automticos
Registro continuo de los cambios
radiales e incremento diario del
tronco
Sensores de flujo de aguaSensores de disipacin
constante del calor.
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I t i d d
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Importancia de corredores
(si la conservacin de la diversidad de losecosistemas es considerada)
Se necesita de una zona de amortiguamiento suficientepara los cambios adaptivos de los ecosistemasconsiderando todos los cambios posibles en estructura y
reas mnimas
Gradientes en Orobiomas al O Central y al E
Gradientes latitudinales a lo largo de las pendientes Biomas hidricos en el NE
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Einfhrung In die kologie Strungen, Umweltnderungen und Katastrophen
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Globale Auswirkungenvon El Nino(Teleconnections)
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Temas de investigacin
Sitio, suelo y clima
Flujos de agua y carbono y su control en plantas Almacenaje de carbono, agua y nutrientes en el suelo y
en las plantas
Reacciones de crecimiento de las plantas Efectos espaciales y dinmica de la vegetacin
Relaciones funcionales de la vegetacion y extrapolacin
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aus GEO Wissen 2000 Bd 25
Pleistoceno
(Temp. 3-4 K mas bajo)18000 BP
8000 BP
Present
Time matters:
CC will bring changes toecosystems at at speed morethan hundred times fasterthan during post-pleistocenewarming
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Efectos indirectos del CC en los ecosistemas
Los efectos indirectos del CC en los ecosistemas sernms importantes que los efectos climticos directos en
plantas y animales (prdida de especies clave, invasinde especies nuevas, cambios hidrolgicos y en lasucesin)
Los ecosistemas no cambiarn linealmente, ms bienmostrarn efecto de cascada. El tiempo es un factorimportante: cual ser la elasticidad de la especies
(rboles) a los CC en el prximo siglo es una preguntaabierta, y podra ser el ms importante factorcontrolando el origen de nuevos tipos de ecosistemas.
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1
3
2
5
4
1
3
2
5
4
T fi ( l d) d fl d l i f t t i l
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Terra firme (upland) and floodplain forest water use is low
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Precipitation
Temperature
Climate in the AltoMayo Region,
Peru is slightly
seasonal
Precipitation:
annual sum 1500 mm
Short dry periodJune-August
with < 80 mm month-1
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Cli t f th t i l t i l d f t
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Climate of the neotropical equatorial dry forests
Rainy season varies inter-annuallywith a short peak in March
Dry season lasts approx. 8 months
Multi-annual cycles of ENSO eventsbring torrential rains with oftenmore than ten fold increase inannual precipitation
E F M A M J J A S O N D
0
20
40
60
80
0
10
20
30
40
50 100
200
Pananga
[20]24.1
oC 540 mm450 m
Normal year El Nino: 1983 and 1988
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Transpiration during the rain season
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Transpiration during the rain season
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Objectivo del Simposio
presentar y evaluar las previsiones de losltimos fenmenos climticos extremos yel cambio climtico en el Per, as comolas medidas de prevencin y adaptacin
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conferencia de 20 minutos el 25 de Marzo
sobre su trabajo y relacion con CambioClimatico, o algun trabajo que tengarelacionado a Ciencias atmosfericas
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Examples 1 --Manu - short term drought and loss of individual components(Overall water consumption and its relative importance - Structural Resilience &
forest age)
5- Madre de Dios - Agujal: hydraulic and drainage changes +(river dynamicsstorage capacity & succession)
2- Angolo - Drought and Hydraulic diversity,ecosystem plasticity & elasticity ( &
pasture pressure)
3- Alto Mayo - Threshold effects: drought and full episodic succession (fires?)
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The drivers of change in the next century:
Increase of CO2 and other greenhouse gases Warming of the tropics by 38 C by end of the century
Changing precipitation regimes
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Dry season interannual variability in tree xylem flux
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Dry season interannual variability in tree xylem flux
Loxopterigium huasango
230 240 250 260 270 280 290 300
Caesalpinia paipai
230 240 250 260 270 280 290 300
2004 2005
230 240 250 260 270 280 290 300
0
510
15
20
25
30
230 240 250 260 270 280 290 300
XFD
(gm-2s
-1)
0
10
20
30
40
Precipitation 2004: 171mm"wet year"
Precipitation 2005: 40 mm"dry year"
Facultative deciduous
Drought avoiding
EvergreenDrought tolerating
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Seasonality of stem radial increment and the
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y
influence of precipitation
evergreen deciduous
Stemr
adialchang
e(Pm)
Very rapidresponse of
stem swelling
after only few
mm of rain atthe end of the
dry season
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Dry forest hydraulic diversity
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Only two tree species react as expected by increasing wateruse during the rain season.
Some tree species depend on stem water storage and rechargeduring the rainy season. However, these species have their
highest water use during the end of the dry season when
flowering occurs (nectare production).
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Cloud and
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Cloud and
Heath Forestdistribution
is independent of:
Aspect Slope Geology
Heath forest
Upper cloud forest
Lower cloud forest
0 1 2 3 km
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Soil water storage
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40 cm
25 cm
Soils provide
different
amounts oforganic layer
and water
storage
capacity
Soil water storage
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C
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Consequences:
Higher spatial and temporal variability of rainfall ofup to 20% from now
Forest fire hazard increases due to short droughtsand human induced habitat fragmentation
By 2100 tropical temperatures will have moved
outside of the envelope of natural variability for atleast the past 2 million years.
In contrast to the Last Glacial Maximum-Holocenewarming period, the future global warming will occurat twice the carbon dioxide concentrations
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In contrast to the Last Glacial Maximum-Holocenewarming period, the future global warming will occur attwice the carbon dioxide concentrations
Tropical C3 pathway species (e.g. lianas and dry forestspecies) will be favoured over many C4 savanna species.High radiation and droughts may offset this effect.
The projected 45 degree C warming of the tropics overthe next century will rapidly move ecotone borders about800m upwards.
Montane cloud forests may be most affected by thisupward shift.
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Los bosques de tierra firme
controlan eficiente mente la
prdida de agua por
transpiracin.
Importance of corridors (if conservation of
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Importance of corridors (if conservation of
ecosystem diversity is considered)
sufficient buffer for general adaptive ecosystem shiftsare needed to account for possible changes in structureand minimum areals
Orobiom gradients W Central and E Latitudinal gradients along those slopes
Hydraulic bioms in the NE
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Per es un pas con una
amplia gama de zono- y
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amplia gama de zono y
orobiomas
Grandes reas de los bajos
tropicales an se encuentran
en su estado natural
El nmero de especies
altualmente amenazadas es
alto.
Clima del Bosque Seco
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Flujo de agua en el xilema e incremento radial deltronco (2)
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tronco (2)
Consumo alto y constante de aguadurante la estacin seca
Incremento radial continuo
Seguramente races profundas aseguranel suministro de agua
Abril 2007 Sept 2007
Estacin seca Capparis angulata
100 120 140 160 180 200
XFD
(g
m-2s-1)
0
10
20
30
40
50
Radialcha
n
e
m
-200020040060080010001200
Differenceinradius(Pm)
El fuego es un factor
i t t l
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importante en los
Neotropicos.
An si la frequencia es baja (
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Las especies de rboles que dominan el bosque secoposeen diferentes adaptaciones y estrategias para unuso bajo de agua.
La mayoria de especies del bosque seco sondeciduas. Sin embargo, el uso de agua no se reduce acero cuando las plantas han perdido todo su foliaje.
El crecimiento de los rboles no se limita al periodo delluvias, pero segn parece las primeras lluviaspromueven el inicio del crecimiento radial del tronco.
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Temas de Investigacin y Productos
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g y
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Identificacin de los grupos funcionalesde plantas en base a similaridad de lasfunciones de trasnferencia de energaagua y carbono.
Identificacion de los factores climticosprincipales que controlan los flujos deagua y carbono en la vegetacion.
Cuantificacin de los cambios decrecimiento y actividad fisiolgica de lavegetacin debido a a cambios climticosdel sitios.
Proveer funciones de transferencia para
el modelaje de los ecosistemas bajoescenarios de cambio climticos.