Revegetación de campos agrícolas abandonados en ambientes mediterráneos continentales

Esta Tesis aborda un conjunto de procesos y técnicas para comprender y mejorar, respectivamente, la revegetación de campos agrícolas abandonados en ambientes mediterráneos continentales. Los objetivos específicos fueron: a) estudiar los mecanismos que explican por qué los plantones de gran tamaño y concentración de nitrógeno (N) (fenotipos productivos) se establecen mejor que los plantones con los atributos contrarios (fenotipos xeromorfos) en repoblaciones forestales en ambientes mediterráneos ; b) analizar la interacción entre los atributos funcionales de los plantones con el nivel de estrés del ambiente de plantación; c) evaluar la utilidad de Retama sphaerocarpa como arbusto nodriza en proyectos de revegetación, analizando la facilitación tanto directa como indirecta sobre plantones de Quercus ilex; d) conocer cómo la interrupción del manejo aplicado durante la fase de establecimiento influye en el funcionamiento futuro de los individuos de Q. ilex; y e) conocer los efectos que la revegetación tiene en las propiedades químicas del suelo. Para ello se llevaron a cabo varios experimentos y un estudio observacional en el centro de España en los que se examinó 1) la supervivencia, crecimiento y fisiología de plantones de Q. ilex y Pinus halepensis Mill. de tamaño y estado nutricional contrastados plantados en dos ambientes de diferente estrés hídrico; 2) el efecto del tamaño de la planta y de la concentración de N en el desarrollo radical y su interferencia con la elongación aérea en plantones de P. halepensis; 3) el efecto que R. sphaerocarpa y la vegetación herbácea tienen en la supervivencia, crecimiento y respuesta fisiológica de plantones de Q. ilex; 4) la supervivencia, crecimiento y producción de semillas en individuos de Q. ilex de 14 años de edad, comparando los efectos directos del manejo previo (sombra artificial y riego estival) con los efectos indirectos a través de la competencia intraespecífica y los compromisos del reparto de recursos entre distintas funciones básicas de las plantas; y 5) la variación en el pH, concentración de macronutrientes y la tasa de nitrificación y amonificación en el suelo en escenarios contrastados de restauración activa y pasiva de la vegetación. Los plantones de P. halepensis grandes y con gran concentración de N presentaron mayor supervivencia y crecimiento que los plantones pequeños, independientemente de la concentración de N en sus tejidos. Ello se asocia con un mayor crecimiento radical, intercambio gaseoso y uso del N en los plantones grandes que en los pequeños. El tamaño del plantón tuvo un efecto mayor en su establecimiento en el campo que la concentración de N en P. halepensis. El crecimiento radical interfirió el crecimiento aéreo en P. halepensis, pero este efecto sólo se observó en los plantones más pequeños. En Q. ilex no se observaron diferencias de establecimiento y funcionamiento entre tipos de planta o éstas fueron muy pequeñas. Retama sphaerocarpa facilitó a Q. ilex, variando la importancia relativa del mecanismo de facilitación con las condiciones climáticas de los años estudiados. La facilitación fue indirecta, mediante la reducción de la capacidad competitiva de la comunidad herbácea, en el año de primavera seca. En cambio, la facilitación fue predominantemente directa, mediante la reducción de la radiación y la temperatura bajo su dosel, en el año de primavera húmeda y verano seco. No todos los individuos de Q. ilex respondieron de la misma forma a la facilitación ya que benefició a los plantones pequeños pero no a los grandes. El crecimiento y la producción de bellotas en el presente de individuos de Q. ilex de 14 años de edad fue, en parte, determinado por el ambiente pasado (manejo inicial), tanto por el efecto directo del manejo como por los efectos indirectos a través de la competencia intraespecífica y de la reproducción de los individuos. No se observaron compromisos en la asignación de recursos entre el crecimiento aéreo y el radical, ni entre el crecimiento y la supervivencia, pero sí entre el crecimiento y la producción de bellotas, aunque esto sólo ocurrió en los individuos relativamente grandes cuyo dosel era mayor de 2 m3. El efecto de la plantación de estos individuos y de la restauración pasiva en las propiedades químicas del suelo después de 13 años fue muy pequeño. La concentración de amonio y la disponibilidad de N mineral en el suelo fue mayor en las parcelas restauradas de forma activa que en las parcelas restauradas de forma pasiva. Los resultados obtenidos en esta Tesis Doctoral mejoran nuestra compresión de los procesos subyacentes al establecimiento de árboles en un proyecto de revegetación, lo que puede ser de gran importancia en la restauración de tierras agrícolas abandonadas en paisajes mediterráneos y otras regiones secas del planeta

Revegetación de campos agrícolas abandonados en ambientes mediterráneos continentales

Esta Tesis aborda un conjunto de procesos y técnicas para comprender y mejorar, respectivamente, la revegetación de campos agrícolas abandonados en ambientes mediterráneos continentales. Los objetivos específicos fueron: a) estudiar los mecanismos que explican por qué los plantones de gran tamaño y concentración de nitrógeno (N) (fenotipos productivos) se establecen mejor que los plantones con los atributos contrarios (fenotipos xeromorfos) en repoblaciones forestales en ambientes mediterráneos ; b) analizar la interacción entre los atributos funcionales de los plantones con el nivel de estrés del ambiente de plantación; c) evaluar la utilidad de Retama sphaerocarpa como arbusto nodriza en proyectos de revegetación, analizando la facilitación tanto directa como indirecta sobre plantones de Quercus ilex; d) conocer cómo la interrupción del manejo aplicado durante la fase de establecimiento influye en el funcionamiento futuro de los individuos de Q. ilex; y e) conocer los efectos que la revegetación tiene en las propiedades químicas del suelo. Para ello se llevaron a cabo varios experimentos y un estudio observacional en el centro de España en los que se examinó 1) la supervivencia, crecimiento y fisiología de plantones de Q. ilex y Pinus halepensis Mill. de tamaño y estado nutricional contrastados plantados en dos ambientes de diferente estrés hídrico; 2) el efecto del tamaño de la planta y de la concentración de N en el desarrollo radical y su interferencia con la elongación aérea en plantones de P. halepensis; 3) el efecto que R. sphaerocarpa y la vegetación herbácea tienen en la supervivencia, crecimiento y respuesta fisiológica de plantones de Q. ilex; 4) la supervivencia, crecimiento y producción de semillas en individuos de Q. ilex de 14 años de edad, comparando los efectos directos del manejo previo (sombra artificial y riego estival) con los efectos indirectos a través de la competencia intraespecífica y los compromisos del reparto de recursos entre distintas funciones básicas de las plantas; y 5) la variación en el pH, concentración de macronutrientes y la tasa de nitrificación y amonificación en el suelo en escenarios contrastados de restauración activa y pasiva de la vegetación. Los plantones de P. halepensis grandes y con gran concentración de N presentaron mayor supervivencia y crecimiento que los plantones pequeños, independientemente de la concentración de N en sus tejidos. Ello se asocia con un mayor crecimiento radical, intercambio gaseoso y uso del N en los plantones grandes que en los pequeños. El tamaño del plantón tuvo un efecto mayor en su establecimiento en el campo que la concentración de N en P. halepensis. El crecimiento radical interfirió el crecimiento aéreo en P. halepensis, pero este efecto sólo se observó en los plantones más pequeños. En Q. ilex no se observaron diferencias de establecimiento y funcionamiento entre tipos de planta o éstas fueron muy pequeñas. Retama sphaerocarpa facilitó a Q. ilex, variando la importancia relativa del mecanismo de facilitación con las condiciones climáticas de los años estudiados. La facilitación fue indirecta, mediante la reducción de la capacidad competitiva de la comunidad herbácea, en el año de primavera seca. En cambio, la facilitación fue predominantemente directa, mediante la reducción de la radiación y la temperatura bajo su dosel, en el año de primavera húmeda y verano seco. No todos los individuos de Q. ilex respondieron de la misma forma a la facilitación ya que benefició a los plantones pequeños pero no a los grandes. El crecimiento y la producción de bellotas en el presente de individuos de Q. ilex de 14 años de edad fue, en parte, determinado por el ambiente pasado (manejo inicial), tanto por el efecto directo del manejo como por los efectos indirectos a través de la competencia intraespecífica y de la reproducción de los individuos. No se observaron compromisos en la asignación de recursos entre el crecimiento aéreo y el radical, ni entre el crecimiento y la supervivencia, pero sí entre el crecimiento y la producción de bellotas, aunque esto sólo ocurrió en los individuos relativamente grandes cuyo dosel era mayor de 2 m3. El efecto de la plantación de estos individuos y de la restauración pasiva en las propiedades químicas del suelo después de 13 años fue muy pequeño. La concentración de amonio y la disponibilidad de N mineral en el suelo fue mayor en las parcelas restauradas de forma activa que en las parcelas restauradas de forma pasiva. Los resultados obtenidos en esta Tesis Doctoral mejoran nuestra compresión de los procesos subyacentes al establecimiento de árboles en un proyecto de revegetación, lo que puede ser de gran importancia en la restauración de tierras agrícolas abandonadas en paisajes mediterráneos y otras regiones secas del planeta

Root growth dynamics of Aleppo pine (Pinus halepensis Mill.) seedlings in relation to shoot elongation, plant size and tissue nitrogen concentration

Large and high nitrogen (N) concentration seedlings frequently have higher survival and growth in Mediterranean forest plantations than seedlings with the opposite traits, which has been linked to the production of deeper and larger root systems in the former type of seedlings. This study assessed the influence of seedling size and N concentration on root growth dynamics and its relation to shoot elongation in Aleppo pine (Pinus halepensis Mill.) seedlings. We cultivated seedlings that differed in size and tissue N concentration that were subsequently transplanted into transparent methacrylate tubes in the field. The number of roots, root depth, and the root and shoot elongation rate (length increase per unit time) were periodically measured for 10 weeks. At the end of the study, we also measured the twig water potential (psi) and the mass of plant organs. New root mass at the end of the study increased with seedling size, which was linked to the production of a greater number of new roots of lower specific length rather than to higher elongation rate of individual roots. Neither plant size nor N concentration affected root depth. New root mass per leaf mass unit, shoot elongation rate, and pre-dawn psi were reduced with reduction in seedling size, while mid-day psi and the root relative growth rate were not affected by seedling size. N concentration had an additive effect on plant size on root growth but its overall effect was less important than seedling size. Shoot and roots had an antagonistic elongation pattern through time in small seedlings, indicating that the growth of both organs depressed each other and that they competed for the same resources. Antagonism between shoot and root elongation decreased with plant size, disappearing in large and medium seedlings, and it was independent of seedling N concentration. We conclude that root and shoot growth but not rooting depth increased with plant size and tissue N concentration in Aleppo pine seedlings. Since production of new roots is critical for the establishment of planted seedlings, higher absolute root growth in large seedlings may increase their transplanting performance relative to small seedlings. The lack of antagonism between root and shoot growth in large seedlings suggests that these plants can provide resources to sustain simultaneous growth of both organs.Ministerio de Economía y CompetitividadMinisterio de Ciencia y EducaciónComunidad de Madri

Soil chemical properties in abandoned Mediterranean cropland after succession and oak reforestation.

Large extents of cropland have been abandoned in recent decades and more may be abandoned in the near future. These may undergo secondary succession or reforestation. We experimentally tested the response of soil chemical properties to secondary succession (old field) and to Quercus ilex plantation (reforested cropland) in a Mediterranean cropland that was abandoned 13 years ago. We also evaluated the relevance of previous reforestation management (four combinations of presence and absence of irrigation and shading) in addition to current environmental conditions (herbaceous community and cover of oak canopy) on soil chemistry in the reforested cropland. Carbon and NH4+–N concentrations and availability of mineral N were higher in the reforested cropland than in the old field. However, soil pH, total N, P, K and NO3−–N concentrations, mineralization rates, and available PO43−–P were similar in the reforested cropland as well as in the old field. Previous reforestation management practices, particularly irrigation, and current environmental conditions, mostly biomass and composition of the herbaceous community, affected soil chemistry. Irrigation increased K and P concentrations and NH4+–N availability. This study highlights the overall slow dynamics of soil chemistry in Mediterranean ecosystems, which has resulted in little variation of soil properties in reforested cropland after more than a decade. Reforestation can accelerate the recovery of some soil properties of abandoned cropland in comparison with secondary succession, but these effects will be more noticeable in longer time periods.Ministerio de Ciencia y Educación, EspañaComunidad de MadridMinisterio de Economía y Competitividad, Españ

Establecimiento de plantones de "Quercus ilex" y "Pinus halepensis" de morfología y estado nutricional contrastados en un escenario de fuerte competencia herbácea

El objetivo del trabajo es estudiar si el establecimiento de plantones de características morfológicas y estados nutricionales contrastados de Quercus ilex y Pinus halepensis difiere en ambientes de distinta intensidad de competencia herbácea. Se establecieron dos ambientes, uno de fuerte competencia herbácea y otro sin competencia de hierbas. En cada ambiente se plantaron plantones de tres fenotipos: plantas grandes y elevada concentración de nitrógeno ([N]) y plantas pequeñas, una con baja [N] y otras con alta [N]. La supervivencia de ambas especies fue mayor en ausencia de competencia herbácea que en su presencia. En un ambiente con competencia herbácea, los plantones grandes y elevada [N] de P. halepensis presentaron mayor supervivencia que los plantones pequeños, los cuales no difirieron entre sí. No se observaron diferencias entre los tres fenotipos cuando la competencia herbácea se eliminó. Ningún plantón de Q. ilex sobrevivió en presencia de competencia herbácea. En ausencia de competencia herbácea, la supervivencia no difirió entre tratamientos. En cuanto al crecimiento, los plantones grandes y con elevada [N] de ambas especies crecieron más (en términos absolutos) que los otros dos tipos de plantones, los cuales no presentaron diferencias entre sí. En P. halepensis este efecto fue aun más aparente en ausencia de competencia herbácea. Se concluye que, tanto en escenarios de elevada competencia herbácea como en ausencia de ella, los plantones grandes y elevada [N] presentan mejor establecimiento en campo que los plantones pequeños, independientemente de su estado nutricional. A igual morfología, las diferencias de [N] no influyen en el establecimiento de ambas especies