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Ecología forestal

La selva tropical de Daintree en Queensland , Australia. La ecología forestal es el estudio científico de los patrones, procesos, flora , fauna , hongos y ecosistemas interrelac...

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La selva tropical de Daintree en Queensland , Australia.

La ecología forestal es el estudio científico de los patrones, procesos, flora , fauna , hongos y ecosistemas interrelacionados en los bosques . [ 1 ] La gestión de los bosques se conoce como silvicultura y manejo forestal . [ 2 ] Un ecosistema forestal es una unidad natural de bosque que consta de todas las plantas, animales y microorganismos ( componentes bióticos ) en esa área que funcionan junto con todos los factores físicos no vivos ( abióticos ) del medio ambiente. [ 3 ]

Importancia

Los bosques desempeñan un papel enormemente importante en el ecosistema global , ya que cubren casi un tercio de toda la tierra. [ 4 ] Producen aproximadamente el 28% del oxígeno de la Tierra (la gran mayoría es creada por el plancton oceánico), [ 5 ] y sirven como sumideros de carbono cruciales. [ 6 ] [ 7 ] Los bosques impulsan el ciclo hidrológico a través de una bomba biótica , que extrae humedad del océano para reemplazar las pérdidas naturales de agua. [ 8 ] Sin bosques, la erosión y la producción de sedimentos se intensifican. [ 9 ] Los bosques también albergan el 80% de todos los organismos terrestres. [ 10 ] y también proporcionan servicios para los humanos. Las personas dependen directamente de los bosques para combustible, [ 11 ] productos de madera y enriquecimiento. Por lo tanto, la ecología forestal tiene un gran impacto en toda la biosfera y en las actividades humanas que se sustentan en ella. [ 12 ]

Amenazas para la ecología forestal

Deforestación

Una amenaza significativa para la ecología forestal es la deforestación, ya que elimina grandes áreas de bosque para la obtención de madera y el desarrollo de tierras. [ 13 ] [ 14 ] A medida que se talan los árboles, el hábitat forestal se fragmenta en parches más pequeños, lo que dificulta que las especies que dependen del bosque encuentren recursos como alimento, refugio y pareja. [ 15 ] [ 16 ] [ 14 ] Esto impacta negativamente la ecología forestal, ya que disminuye la biodiversidad y altera las funciones del ecosistema. [ 17 ] [ 18 ] Las actividades mineras también son un importante motor de la deforestación, ya que implican la tala de bosques nativos para el acceso y la extracción de minerales. [ 19 ] La combinación de tala y fundición involucrada en la minería también ha resultado en erosión y acidificación del suelo, lo que dificulta la capacidad de los bosques para recuperarse naturalmente de los efectos de la minería. [ 20 ] Las actividades mineras también alteran las interacciones entre polinizadores y plantas. La contaminación por metales pesados ​​afecta la calidad del néctar y, por lo tanto, el crecimiento, la reproducción y la supervivencia de las plantas y sus polinizadores. [ 21 ] Con el tiempo, las condiciones ambientales hostiles pueden conducir a una población de plantas con rasgos más tolerantes al estrés, pero los factores de estrés abióticos también podrían disminuir la diversidad funcional de las plantas, alterando los ecosistemas. [ 22 ] La pérdida de biodiversidad microbiana del suelo y de los árboles debido a la minería se ha remediado mediante la encalación y la tecnología de fitorremediación; lo que tiene una mejora significativa en la biomasa microbiana del suelo. [ 23 ] [ 24 ] La materia orgánica también juega un papel importante en el alivio de los efectos negativos de la contaminación por metales. [ 25 ]

Urbanización y agricultura

La urbanización fragmenta los hábitats en carreteras, ciudades y desarrollo de infraestructuras. [ 26 ] Esto desplaza la vida silvestre y expone los bosques a perturbaciones humanas. Asimismo, las actividades agrícolas transforman los bosques en tierras de cultivo y monocultivos, [ 14 ] introduciendo sustancias químicas como fertilizantes y pesticidas que dañan el suelo. [ 27 ] Esto impacta la ecología forestal al alterar los ciclos de nutrientes [ 28 ] y degradar la salud del ecosistema.

Aproches

Secuoya en un bosque del norte de California, donde muchos árboles se gestionan para su conservación y longevidad.

Los bosques se estudian en diversos niveles organizativos, desde el organismo individual hasta el ecosistema. Sin embargo, dado que el término bosque connota un área habitada por más de un organismo , la ecología forestal se concentra con mayor frecuencia en el nivel de población , comunidad o ecosistema. Lógicamente, los árboles son un componente importante de la investigación forestal, pero la amplia variedad de otras formas de vida y componentes abióticos en la mayoría de los bosques implica que otros elementos, como la fauna silvestre o los nutrientes del suelo , también son componentes cruciales. [ 29 ]

La ecología forestal comparte características y enfoques metodológicos con otras áreas de la ecología de las plantas terrestres ; sin embargo, la presencia de árboles hace que los ecosistemas forestales y su estudio sean únicos en muchos sentidos debido al potencial de una amplia variedad de estructuras forestales creadas por el tamaño y la altura excepcionalmente grandes de los árboles en comparación con otras plantas terrestres. [ 30 ]

La aparición del aprendizaje automático (ML) ha permitido nuevos métodos para abordar la ecología forestal, ya que puede procesar datos más grandes y complejos. Desde la década de 1990, el aprendizaje automático se utiliza cada vez más para mejorar la precisión de los modelos de distribución de especies , predecir el flujo de carbono y en los procedimientos de evaluación de riesgos. [ 31 ] Los drones también se utilizan ampliamente en la investigación de la ecología forestal. [ 31 ] [ 32 ] El uso de drones permite un mapeo más sencillo de los paisajes forestales y el estudio de grandes extensiones de terreno. Mediante drones, se puede obtener información como la altura , el diámetro, la especie y el estrés de las plantas con menos métodos costosos y laboriosos. También ayudan en la identificación de incendios forestales, especialmente cuando los drones están equipados con cámaras térmicas . [ 33 ]

Cambio climático y ciclo del carbono

El cambio climático afecta a los bosques mediante incendios forestales, sequías, erosión del suelo y efectos del estrés térmico en la vegetación. [ 34 ] El Instituto de Recursos Mundiales resume el informe AR6 del IPCC y los efectos antropogénicos en el calentamiento global. [ 35 ] El IPCC abarca la eliminación de carbono y la reforestación; la pérdida de vegetación afecta al ciclo del carbono, y estos efectos pueden variar entre las estructuras del dosel. [ 36 ]

Diversidad y complejidad de la comunidad

Disminución general en un índice de especialistas forestales para 268 especies de vertebrados forestales (455 poblaciones), 1970–2014, de la publicación de la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura El estado de los bosques del mundo 2020. Bosques, biodiversidad y personas – En resumen [ 37 ]

Dado que los árboles pueden crecer más que otras formas de vida vegetal, existe el potencial de una amplia variedad de estructuras forestales (o fisonomías). La cantidad infinita de posibles disposiciones espaciales de árboles de diferentes tamaños y especies crea un microambiente sumamente complejo y diverso en el que variables ambientales como la radiación solar , la temperatura, la humedad relativa y la velocidad del viento pueden variar considerablemente en distancias grandes y pequeñas. [ 38 ] Además, una proporción importante de la biomasa de un ecosistema forestal suele estar bajo tierra, donde la estructura del suelo, la calidad y cantidad del agua , y los niveles de diversos nutrientes del suelo pueden variar enormemente. [ 39 ] Por lo tanto, los bosques suelen ser entornos altamente heterogéneos en comparación con otras comunidades vegetales terrestres . Esta heterogeneidad, a su vez, puede propiciar una gran biodiversidad de especies tanto de plantas como de animales. Algunas estructuras, como los helechos arborescentes, pueden ser especies clave para una amplia gama de otras especies. [ 40 ]

Varios factores dentro del bosque afectan la biodiversidad; los factores principales que mejoran la abundancia de vida silvestre y la biodiversidad fueron la presencia de diversas especies de árboles dentro del bosque y la ausencia de manejo de madera de edad uniforme . [ 41 ] Por ejemplo, el pavo salvaje prospera cuando existen alturas desiguales y variaciones en el dosel y su número disminuye debido al manejo de madera de edad uniforme.

Las técnicas de manejo forestal que imitan eventos de perturbación natural [ 42 ] (silvicultura de retención variable [ 43 ] ) pueden permitir que la diversidad de la comunidad se recupere rápidamente para una variedad de grupos, incluidos los escarabajos. [ 44 ] [ 45 ]

Tipos de ecosistemas forestales

bosques boreales

El bosque boreal , también conocido como taiga , se encuentra en altas latitudes polares alrededor del mundo. [ 46 ] Como uno de los biomas más grandes, la taiga proporciona una cantidad excepcional de valor a las poblaciones humanas, incluyendo la producción de madera y papel . [ 46 ] El bioma está dominado en gran medida por especies de árboles coníferos que pueden soportar los desafíos de la vida vegetal en un clima subártico . [ 47 ] [ 48 ] Las especies de árboles dominantes están influenciadas por las actividades de tala dentro de parcelas del bosque boreal; sin embargo, el factor más significativo en la composición del bosque son los incendios forestales . [ 49 ] [ 50 ] [ 51 ] Las coníferas boreales dominantes incluyen abetos , pinos y piceas, dependiendo del tiempo transcurrido desde el último incendio forestal. [ 52 ] [ 53 ] Los árboles caducifolios juegan un papel importante en los bosques boreales, principalmente como especies sucesionales . [ 54 ] Partes del bosque boreal son de composición mixta de madera o completamente caducifolias; sin embargo, estas parcelas solo son frecuentes en el límite sur de la taiga . [ 55 ] Las especies caducifolias comunes incluyen abedul , álamo temblón , aliso y sauce . [ 56 ] Estas especies a veces se pueden encontrar en bosques de coníferas maduros como árboles muertos en pie o ejemplares atrofiados en una etapa de transición. [ 57 ]

bosques templados

Los bosques templados representan casi el 25% de los hábitats forestales. [ 58 ] La zona templada generalmente se atribuye a latitudes entre las regiones tropicales y polares; sin embargo, los bosques en estas zonas pueden tener diferencias significativas en el clima. [ 59 ] Los bosques templados varían según el clima de la región; pueden ser de coníferas , caducifolios o mixtos. [ 60 ] [ 61 ] Independientemente de la composición, las especies de plantas se han adaptado a las limitaciones de la zona templada, sobre todo a la sequía . [ 62 ] A diferencia de los entornos tropicales, el agua no está disponible de forma constante en los bosques templados y depende de las tendencias climáticas anuales. [ 63 ] Una adaptación común implica estomas altamente sensibles que pueden responder rápidamente a las condiciones secas, evitando la pérdida de agua. [ 64 ] La brotación variable de las hojas en las especies caducifolias es otro rasgo común que permite a las plantas evitar las condiciones de congelación en función del clima anual en lugar de un clima promedio. [ 65 ] La escasez de agua no es un factor en las selvas templadas , un bioma que suele encontrarse a lo largo de la costa oeste de América, [ 66 ] y Australasia, [ 67 ] aunque existen otros casos. Este bioma se caracteriza por condiciones frías y húmedas, donde la precipitación puede ser lluvia, nieve o aguanieve. [ 68 ] Tienen tasas de evaporación más bajas en comparación con las selvas tropicales. Las selvas templadas del hemisferio norte generalmente están dominadas por coníferas en lugar de especies de hoja ancha, y albergan muchos líquenes. [ 69 ]

bosques tropicales

La paca es una especie de roedor sudamericano que comparte características con el ciervo ratón africano debido a la evolución convergente.
El ciervo ratón africano es un ungulado que comparte características que han evolucionado de forma convergente con la paca sudamericana.

Los bosques tropicales son algunos de los ecosistemas más diversos del mundo. [ 70 ] Aunque hay muchas especies de árboles diferentes presentes por acre de bosque, muchas comparten apariencias similares debido a presiones ambientales similares. [ 70 ] [ 71 ] Algunos de estos rasgos compartidos, que poseen muchos árboles tropicales, incluyen hojas gruesas y coriáceas que son alargadas y ovaladas con nervios centrales y puntas de goteo . [ 70 ] [ 71 ] Estas adaptaciones ayudan a drenar rápidamente el agua de las hojas, probablemente para ayudar a prevenir el crecimiento de algas o líquenes [ 70 ] y evitar que el agua refleje la luz solar o restrinja la transpiración . [ 71 ] Comúnmente, los árboles tropicales tienen grandes raíces de contrafuerte en los árboles más grandes y raíces de zanco en los árboles de tamaño mediano que ayudan a sostener sus estructuras altas y verticales en el suelo poco profundo y húmedo. [ 70 ] [ 71 ] Los bosques tropicales crecen muy densamente debido a las fuertes lluvias y la temporada de crecimiento durante todo el año. Esto crea competencia por la luz, lo que provoca que muchos árboles crezcan muy altos, bloqueando la mayor parte o la totalidad de la luz que llega al suelo del bosque . [ 70 ] Debido a esto, el dosel presenta distintas capas estratificadas desde los árboles más altos hasta los árboles del sotobosque medio, densamente agrupados. [ 70 ] Debido a la poca luz en el suelo del bosque, existe una población diversa de epífitas , un tipo de planta que crece en los árboles del dosel, en lugar de en el suelo, para acceder a una mejor luz. Muchas lianas utilizan una táctica similar, sin embargo, enraízan en el suelo y crecen por los árboles para alcanzar la luz. [ 70 ] La fauna de los bosques tropicales también muestra muchas adaptaciones únicas para ocupar diversos nichos . Estas adaptaciones las poseen diferentes especies dependiendo de su ubicación. [ 70 ] Por ejemplo, hay animales de aspecto similar en las selvas tropicales de Sudamérica y África que comparten nichos ecológicos; sin embargo, los mamíferos de Sudamérica son roedores , mientras que los africanos son ungulados . Esto demuestra claramente la evolución convergente.entre especies que se encuentran en ambientes de bosques tropicales. [ 70 ]

bosques de coníferas

Las coníferas poseen características únicas que las hacen especialmente adaptadas a condiciones adversas, como el frío, la sequía, el viento y la nieve. [ 71 ] Sus hojas tienen una capa cerosa y están llenas de resina para ayudar a prevenir la pérdida de humedad, lo que las hace desagradables para los animales y de descomposición lenta . Esta hojarasca crea un suelo forestal ácido que es característico de los bosques de coníferas. [ 71 ] Debido al tipo de hojas que poseen las coníferas, se enfrentan al problema de la pérdida de nutrientes del suelo; este problema se resuelve mediante la simbiosis micorrícica con hongos que ayudan a transportar los nutrientes limitados a los árboles a cambio de azúcares . [ 71 ] Algunas coníferas son incapaces de sobrevivir sin hongos micorrícicos. [ 71 ] La mayoría de las coníferas también son de hoja perenne , lo que les permite aprovechar las cortas temporadas de crecimiento de sus respectivos entornos. [ 71 ] Su estructura delgada y cónica les ayuda a soportar fuertes vientos sin ser derribadas. [ 71 ] La forma cónica estereotípica de las coníferas ayuda a evitar que grandes cantidades de nieve se acumulen en sus ramas y las rompan. [ 70 ] Debido a los entornos hostiles en los que se encuentran comúnmente los bosques de coníferas, la diversidad es limitada tanto en especies de plantas como de animales. Los climas más fríos limitan el número de especies de reptiles y anfibios que pueden sobrevivir. [ 71 ] Las especies que se encuentran más comúnmente en los bosques de coníferas son los mamíferos , incluidos grandes herbívoros como alces y ciervos , depredadores como osos y lobos , junto con algunas especies más pequeñas como conejos , zorros y visones . También hay una variedad de especies de aves migratorias y algunas aves rapaces como búhos y halcones . [ 71 ] Los bosques de coníferas contienen una variedad de valiosos árboles para pulpa y madera , lo que los convierte en algunos de los ecosistemas más importantes económicamente . [ 71 ]Históricamente también han sido codiciadas para el comercio de pieles debido a las especies animales que las habitan. [ 71 ]

Interacciones ecológicas

interacciones planta-planta

En los bosques, los árboles y arbustos suelen actuar como plantas nodrizas que facilitan el establecimiento y el crecimiento de las plántulas de las plantas del sotobosque. El dosel forestal protege a las plantas jóvenes del sotobosque de las temperaturas extremas y las condiciones de sequía. [ 72 ] [ 73 ]

Simbiosis micorrícica

Entre los beneficios que aportan los hongos micorrícicos al interactuar con las raíces de las plantas para mejorar la absorción de nutrientes, se encuentran otras ventajas en comparación con una planta que carece de esta relación simbiótica.

Una interacción importante en los ecosistemas forestales es la red micorrícica, que consiste en hongos y plantas que comparten relaciones simbióticas . [ 74 ] [ 75 ] [ 76 ] Se ha demostrado que las redes micorrícicas aumentan la absorción de nutrientes importantes, especialmente aquellos que se dispersan lentamente en el suelo como el fósforo . [ 77 ] La hifa fina del micelio puede llegar más lejos en el suelo que las raíces de la planta, lo que le permite un mejor acceso al fósforo y al agua. [ 77 ] La red micorrícica también puede transportar agua y nutrientes entre plantas. [ 78 ] [ 74 ] [ 79 ] Estas interacciones pueden ayudar a proporcionar resistencia a la sequía a sus plantas simbióticas, ayudando a protegerlas durante el avance del cambio climático . [ 80 ] [ 77 ] Sin embargo, se ha demostrado que el beneficio de las redes micorrícicas varía mucho dependiendo de la especie de planta y la disponibilidad de nutrientes. El beneficio que obtienen las plantas de los hongos micorrícicos disminuye a medida que aumenta la densidad de nutrientes, porque la pérdida de azúcares de las plantas les cuesta más que el beneficio que reciben. [ 75 ] Si bien muchas plantas dependen de la simbiosis micorrícica, no todas poseen esta capacidad, y se ha demostrado que aquellas que no la tienen se ven afectadas negativamente por la presencia de hongos micorrícicos. [ 75 ]

Potencial ecológico de las especies forestales

El potencial ecológico de una especie en particular es una medida de su capacidad para competir eficazmente en un área geográfica determinada, por delante de otras especies, ya que todas intentan ocupar un espacio natural. Para algunas áreas se ha cuantificado, como por ejemplo por Hans-Jürgen Otto, para Europa central. [ 81 ] Él toma tres grupos de parámetros:

  1. En relación con los requisitos del emplazamiento: tolerancia a bajas temperaturas, tolerancia a climas secos, frugalidad.
  2. Cualidades específicas: Tolerancia a la sombra , crecimiento en altura, estabilidad, longevidad, capacidad de regeneración.
  3. Riesgos específicos: Resistencia a la congelación tardía, resistencia a las tormentas de viento/hielo, resistencia al fuego, resistencia a los agentes bióticos.

Cada parámetro se puntúa entre 0 y 5 para cada especie considerada, y luego se calcula un valor medio global. Un valor superior a 3,5 se considera alto, inferior a 3,0 bajo e intermedio para los valores entre ambos. En este estudio, Fagus sylvatica tiene una puntuación de 3,82, Fraxinus excelsior de 3,08 y Juglans regia de 2,92; y son ejemplos de las tres categorías.

Competencia

Las interacciones de los ecosistemas forestales consisten no solo en relaciones simbióticas, sino también en competencia. La competencia puede ser intraespecífica o interespecífica . [ 82 ] La competencia intraespecífica puede ocurrir entre miembros de la misma especie por recursos, mientras que la competencia interespecífica ocurre entre diferentes especies en una población. [ 82 ] Por ejemplo, para satisfacer las necesidades nutricionales, la materia orgánica en descomposición en los suelos es un recurso buscado por plantas, microbios y hongos. [ 83 ] Las especies invasoras en los ecosistemas forestales también juegan un papel en la competencia interespecífica. [ 84 ] A menudo compiten con las especies nativas por los recursos y pueden conquistarlos con éxito debido a la baja competencia intraespecífica. [ 85 ] El áfido lanudo de la cicuta y el barrenador esmeralda del fresno son ejemplos de especies invasoras bien conocidas que colonizan un área y crean perturbaciones en la ecología forestal al matar árboles hospedantes y reducir la vegetación forestal. [ 86 ] [ 87 ]

Flujos de materia y energía

flujo de energía

Los ecólogos forestales están interesados ​​en los efectos de grandes perturbaciones, como los incendios forestales . Montana , Estados Unidos.

Los bosques acumulan grandes cantidades de biomasa en pie, y muchos son capaces de acumularla a ritmos elevados, es decir, son altamente productivos. Estos altos niveles de biomasa y estructuras verticales altas representan grandes reservas de energía potencial que pueden convertirse en energía cinética en las circunstancias adecuadas. [ 88 ]

Los bosques del mundo contienen aproximadamente 606 gigatoneladas de biomasa viva (por encima y por debajo del suelo) y 59 gigatoneladas de madera muerta. [ 89 ]

Dos de estas conversiones de gran importancia son los incendios y la caída de árboles , los cuales alteran radicalmente la estructura del bosque y los procesos del ecosistema y el entorno físico donde ocurren. [ 90 ] [ 91 ] Además, en bosques de alta productividad, el rápido crecimiento de los propios árboles induce cambios en el bioma y el medio ambiente, aunque a un ritmo más lento y con menor intensidad que las perturbaciones relativamente instantáneas como los incendios.

Agua

Los árboles forestales almacenan grandes cantidades de agua debido a su gran tamaño y características anatómicas/fisiológicas. Por lo tanto, son importantes reguladores de los procesos hidrológicos, especialmente aquellos relacionados con la hidrología de las aguas subterráneas y los patrones locales de evaporación y precipitación/nevada . [ 92 ] [ 93 ]

Se estima que 399 millones de hectáreas de bosque están designadas principalmente para la protección del suelo y el agua, un aumento de 119 millones de hectáreas desde 1990. [ 89 ]

Así, los estudios ecológicos forestales a veces se integran estrechamente con los estudios meteorológicos e hidrológicos en la planificación regional de ecosistemas o recursos. Quizás aún más importante, la hojarasca puede constituir un importante depósito de agua. Cuando esta hojarasca se elimina o compacta (debido al pastoreo o al uso excesivo por parte del ser humano), se agravan la erosión y las inundaciones, así como la escasez de agua durante la estación seca para los organismos forestales.

Muerte y regeneración

Regeneración forestal tras un incendio forestal, Cordillera de las Cascadas , Estados Unidos

El material leñoso, a menudo denominado restos leñosos gruesos , se descompone relativamente despacio en muchos bosques en comparación con la mayoría de los demás materiales orgánicos , debido a una combinación de factores ambientales y la química de la madera (véase la lignina ). [ 94 ] [ 95 ] Los árboles que crecen en ambientes áridos y/o fríos lo hacen especialmente despacio. Por lo tanto, los troncos y las ramas de los árboles pueden permanecer en el suelo del bosque durante largos períodos, afectando aspectos como el hábitat de la fauna silvestre , el comportamiento del fuego y los procesos de regeneración de los árboles .

Algunos árboles dejan esqueletos espeluznantes tras su muerte. En realidad, estas muertes son muy pocas en comparación con la cantidad de muertes de árboles que pasan desapercibidas. Miles de plántulas pueden producirse a partir de un solo árbol, pero solo unas pocas pueden llegar a la madurez. [ 96 ] La mayoría de estas muertes se deben a la competencia por la luz, el agua o los nutrientes del suelo; esto se denomina aclareo natural. Las muertes aisladas causadas por el aclareo natural pasan desapercibidas, pero muchas muertes pueden contribuir a la formación de ecosistemas forestales. [ 97 ] [ 98 ] [ 96 ] Existen cuatro etapas en la regeneración forestal tras una perturbación: la fase de establecimiento, que se caracteriza por un rápido aumento de plántulas; la fase de aclareo, que ocurre después de que se forma un dosel y mueren las plántulas que lo cubren; la fase de transición, que se produce cuando muere un árbol del dosel y crea un espacio de luz que permite el crecimiento de nuevas plántulas; y, por último, la fase de equilibrio, que se da cuando el bosque presenta árboles de diferentes tamaños y edades. [ 96 ]

Véase también

Referencias

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 Este artículo incorpora texto de una obra de contenido libre . Licencia CC BY-SA 3.0 ( declaración de licencia/permiso ). Texto tomado de las principales conclusiones de la Evaluación de los Recursos Forestales Mundiales 2020 , FAO .