Refining predictions of population decline at species' rear edges

According to broad‐scale application of biogeographical theory, widespread retractions of species’ rear edges should be seen in response to ongoing climate change. This prediction rests on the assumption that rear edge populations are ‘marginal’ since they occur at the limit of the species’ ecological tolerance and are expected to decline in performance as climate warming pushes them to extirpation. However, conflicts between observations and predictions are increasingly accumulating and little progress has been made in explaining this disparity. We argue that a revision of the concept of marginality is necessary, together with explicit testing of population decline, which is increasingly possible as data availability improves. Such action should be based on taking the population perspective across a species’ rear edge, encompassing the ecological, geographical and genetic dimensions of marginality. Refining our understanding of rear edge populations is essential to advance our ability to monitor, predict and plan for the impacts of environmental change on species range dynamics

Forest management for adaptation to climate change in the Mediterranean basin: A synthesis of evidence

As global climate becomes warmer, the maintenance of the structure and function of Mediterranean forests constitutes a key challenge to forest managers. Despite the need for forest adaptation, an overall evaluation of the efficacy of current management strategies is lacking. Here we describe a theoretical framework for classifying management strategies, explicitly recognizing trade-offs with other, untargeted ecosystem components. We then use this framework to provide a quantitative synthesis of the efficacy of management strategies in the Mediterranean basin. Our review shows that research has focused on strategies aimed at decreasing risk and promoting resistance in the short-term, rather than enhancing long-term resilience. In addition, management strategies aiming at short-term benefits frequently have unintended consequences on other adaptation objectives and untargeted ecosystem components. Novel empirical studies and experiments focusing both on adaptation objectives and multiple responses and processes at the ecosystem level are needed. Such progress is essential to improve the scientific basis of forest management strategies and support forest adaptation in the Mediterranean basin

"New Forests" from the Twentieth Century are a Relevant Contribution for C Storage in the Iberian Peninsula

Land-use changes are one of the major drivers of global change. In many developed countries socioeconomic changes have induced forest expansion during the last centuries, with still seldom explored implications for ecosystem services. We assessed the growth rate and the contribution of these “new forests” on C storage under the imprint of land-use history from Mediterranean to temperate forests in two biogeographical regions in the Iberian Peninsula, using data from 6422 plots of the Spanish National Forest Inventory (1986–2007) and the land-cover map of 1956 to distinguish among pre-existing and new forests (appeared after 1956). Almost a quarter of current forests were new forests and they represented 22% of the total C pool. New forests maintained similar C stocks than pre-existing ones (~45Mgha−1), but they are growing at rates 25% faster. Considering the whole Spanish forested territory, the new forest growth rate would offset around 9% of the rate of total C emitted in Spain between 1986 and 2007. The effects of land-use history on forest growth and C stocks varied with environmental conditions (for example, growth of new forests in areas with less water availability was higher than in pre-existing ones), supporting the idea that agricultural legacies may prevail in the long term. In a time when European forests exhibit the first signs of carbon sink saturation, our study endows a relevant ecological role to new forests appearing in the second half of the twentieth century

Efecte de la freqüència d'incendis sobre l'estructura i composició de les comunitats vegetals a la península del Cap de Creus

L'efecte de la freqüència d'incendis sobre la dinàmica de les comunitats vegetals mediterrànies ha estat estudiada a la península del cap de Creus. S'han realitzat observacions en 24 parcel·les per percebre canvis en l'estructura i composició de les comunitats vegetals en funció de la freqüència de foc (de 1 a 5 incendis en una mateixa parcel·la) i de les estratègies regeneratives postincendi que presenten les espècies (rebrotació i germinació). Una elevada freqüència d'incendis va associada a una disminució de l'abundància de les espècies llenyoses rebrotadores obligades i de les espècies llenyoses germinadores obligades. D'aquestes últimes, les espècies del gènere Cistus acaben desapareixent a freqüències altes de foc. Les espècies rebrotadores facultatives es mantenen indiferents a la freqüència d'incendis, fet que els permet ser les dominants als estrats arbustius de les comunitats a freqüències elevades de foc. S'observa una tendència a l'increment d'espècies herbàcies, incloses les gramínies, a major números de focs. Brachypodium retusum és dominant en totes les àrees, demostrant una gran capacitat de colonització i regeneració postincendi. Aquests resultats suggereixen una transformació de les comunitats vegetals dominades per espècies arbustives llenyoses a estructures més simplificades dominades per herbàcies, establint-se un mecanisme de retroalimentació entre aquestes i el foc

The Ecological Forest Inventory of Catalonia: A tool for functional ecology

This paper describes the particular characteristics of IEFC that makes it singular unique tool for the advance of forest ecological understanding. The IEFC stressed by sampling uncommon variables such as biomass and production of branches and leaves, growth curves or nutrient content in wood, bark, branches and leaves. This additional information allowed to carry out some functional studies. In this paper we briefly review the most relevant results regarding: i) the geographical distribution of functional traits across levels of organization and intraspecific and interspecific variability along environmental gradients; ii) the positive relationship between species richness and timber production in Mediterranean forests; iii) the trend to higher growth during most of the twentieth century reversed from year 1970 by lower water availability and; iv) stoichiometric relationships of nutrients by species and functional groups along environmental gradients. Today it is clear that the inclusion of these functional variables in a forest inventory is essential to better understand forest responses to environmental changes and evaluate the suitability of different management strategies

Efectes de les pertorbacions en la dinàmica dels boscos de pi roig a la península Ibèrica

La conca Mediterrània és un territori especialment idoni per estudiar els impactes que tenen les pertorbacions relacionades amb els usos del territori i el canvi climàtic sobre la demografia dels seus boscos. En aquesta regió la disponibilitat d'aigua és un factor limitant en els boscos, on les sequeres són freqüents i es preveu que siguin més recurrents en el futur. La conca Mediterrània representa el límit meridional de distribució d'importants espècies arbòries de l'Hemisferi Nord, i aquestes poblacions són, probablement, particularment vulnerables a l'augment de l'aridesa. En aquest sentit, durant les últimes dècades un augment generalitzat en la defoliació dels boscos i episodis localitzats de mortalitats molt elevades s'han associat a períodes de sequera. D'altra banda, l'expansió i densificació dels boscos després de l'abandonament agrícola i de la gestió forestal tradicional han estat particularment intenses en aquesta regió durant l'últim segle. Aquests canvis poden resultar en un augment de la competència entre els individus pels recursos, amb una tendència pels processos de autotala, exacerbant la vulnerabilitat dels boscos durant episodis de sequera. A més, a la conca Mediterrània el foc determina la dinàmica i els patrons estructurals i paisatgístics de la vegetació, i l'aridesa determina la vulnerabilitat dels boscos al foc. El pi roig (Pinus sylvestris L.) és una de les espècies d'arbre més àmpliament distribuïdes de l'Hemisferi Nord. El límit sud-oest de l'àrea de distribució del pi roig es situa a la península Ibèrica, on es troben poblacions importants als Pirineus i algunes poblacions disperses en localitats més meridionals i seques. Durant el segle XX els boscos de pi roig s'han densificat i la seva àrea de distribució s'ha expandit notablement a causa dels canvis d'usos del sòl i de la gestió forestal. D'altra banda, hi ha indicis que durant les últimes dècades en aquesta regió les poblacions de pi roig estan patint episodis de mortalitat associats a sequera. A més, els focs de copa han afectat alguns dels seus boscos durant els últims anys. Amb aquesta tesi es pretén aprofundir en l'estudi dels patrons demogràfics de creixement, mortalitat, establiment i reproducció dels boscos de pi roig (Pinus sylvestris L.) al seu límit meridional (i sec) en resposta a les pertorbacions (incendis, sequeres, canvis en els usos del sòl), com aquests varien amb els gradients ambientals al llarg de diferents escales espacials i si aquests processos poden originar canvis en la vegetació. Els principals resultats de la tesi són: (1) Els boscos de pi roig a la península Ibèrica són climàticament vulnerables al foc, i aquesta vulnerabilitat podria augmentar substancialment com a conseqüència del canvi climàtic. Aquest fet, sumat a la maca de mecanismes efectius de regeneració de l'espècie, pot dur a canvis ràpids en la vegetació en zones actualment dominades pel pi roig. (2) Els processos de competència i autotala esdevenen els principals factors que expliquen els patrons demogràfics i, per tant, l'abandonament de les activitats agràries i forestals durant el segle XX són la principal pertorbació que explica els processos emergits. Tanmateix, les sequeres i les limitacions abiòtiques estan desencadenant processos de declivi, aparentment en boscos amb una estructura més desenvolupada, i.e. major abundància d'arbres grans. Malgrat que els efectes de la sequera són clars a escala local, i és previsible que es facin més perceptibles en el futur, no es detecta actualment un procés generalitzat de declivi a escala regional. (3) La regeneració del pi roig és en general baixa i, en particular, aquesta és encara menor en zones afectades per episodis de declivi, la qual cosa suggereix que es poden produir canvis en la vegetació a mig termini. Hi ha indicis que aquests canvis poden resultar de l'abandonament agrícola i dels canvis recents en els usos forestals. (4) El declivi a nivell de rodal i la defoliació a nivell d'individu afecten l'esforç reproductiu del pi roig, la qual cosa podria explicar, en part, el seu baix reclutament en zones afectades per episodis de declivi.The Mediterranean basin is an ideal area to study the impacts of disturbances related to land-use changes and climate change on the demography of forests. In this region, water availability is a limiting factor in forests, where droughts are common and are expected to be more frequent in the future. The Mediterranean basin represents the southern limit of distribution of important tree species in the Northern Hemisphere, and these populations are probably particularly vulnerable to increased aridity. During the last decades a widespread increase in defoliation of forests and localized episodes of high mortality have been associated to drought periods. Moreover, the expansion and densification of forests after agricultural abandonment and traditional forest management have been particularly strong in this region during the last century. These changes may result in increased competition for resources among individuals, with a tendency for self-thinning processes, exacerbating the vulnerability of forests during drought periods. In addition, in the Mediterranean basin, fire determines the dynamics and structural patterns of vegetation, and dryness determines the vulnerability of forests to fire. Scots pine (Pinus sylvestris L.) is one of the most widely distributed tree species in the Northern Hemisphere. The southwestern distribution limit of Scots pine is the Iberian Peninsula, with important populations located in the Pyrenees and some scattered populations in southern and dry locations. There have been important land use changes in the Iberian Peninsula during the last century, including the abandonment of agropastoral activities in mountain areas, the abandonment of forest exploitation, and a large-scale afforestation starting in the 1940s that intensified during the 1950s and has continued albeit at lower rates until recent decades. As a result, stand density has increased in many forests and the range of Scots Pine has expanded noticeably. Moreover, in recent decades Scots pine forest decline has been related to extreme drought episodes in several populations in the Iberian Peninsula, and crown fires have affected some populations. This thesis aims to study the demographic patterns of growth, mortality, reproduction and establishment of Scots pine (Pinus sylvestris L.) at the southern limit (dry) of its distribution in response to disturbances (fires, droughts, changes in land use). The main results of this thesis are: (1) Scots pine forests in the Iberian Peninsula are climatically vulnerable to fire, and this vulnerability could increase substantially as a result of climate change. This fact, added to the lack of effective mechanisms of regeneration, can lead to rapid changes in vegetation in areas currently dominated by Scots pine. (2) Competition and self-thinning are the main factors explaining demographic patterns. Therefore, the abandonment of agriculture and management during the last century are the main disturbances explaining the emerged processes. However, droughts and abiotic constraints are triggering Scots pine decline, apparently in forests with greater abundance of large trees. (3) Scots pine regeneration is lower in declining forests, suggesting that vegetation shifts could occur in the future. These changes could be result of recent land-use changes. (4) Drought stress affects the reproductive effort of individuals, which could contribute to the low recruitment in declining forests

High intraspecific trait variation results in a resource allocation spectrum of a subtropical pine across an elevational gradient

Aim: Plant functional traits are broadly used to quantify and predict impacts of climate change on vegetation. However, high intraspecific trait variation can bias mean values when few measurements are available. Here, we determine the extent of individual leaf trait variation and covariation across a highly heterogenous environmental gradient for a widely distributed subtropical pine. We demonstrate the implications of trait variation for characterising species by assessing data availability and variability across the Pinus genus. Location: Central Mountain Range, Taiwan Taxon: Pinus taiwanensis Hayata (Pinaceae) Methods: We measured eight functional traits suggested to reflect plant strategies: needle length, area, thickness, dry and fresh mass, stomatal row density (SD), leaf dry matter content (LDMC) and specific leaf area (SLA). We examined trait variation in response to climatic and physiographic factors across an elevation gradient of 495 - 3,106 m a.s.l. using linear mixed effects models (LMMs). Intraspecific trait covariation was explored using principal component analyses (PCAs) and LMMs. Descriptive statistics were calculated for Pinus records in the global TRY plant trait database. Results: Intraspecific variability among traits was high (CV 20-44%) and predictable with elevation (generally p < 0.05, with declining needle size and LDMC with elevation and increasing SD). However, 41%–92% of variance was un-explained by topography. Sixty-five percent of variation was explained by two trait covariation axes, with predictable changes with elevation (p < 0.001). Pinus data availability in TRY was low. Across traits, only 12.5%–53% of species had sufficient sample sizes for intraspecific analyses. Main conclusions We show substantial trait variation for a single species, here likely driven by temperature differences and additional biotic and abiotic drivers across the elevational range. Improved understanding of the extent and implications of intraspecific variability is necessary for reliable quantifications and predictions of the impacts of environmental change, especially in understudied, hyper-diverse ecosystems such as tropical forests

Forest and woodland replacement patterns following drought-related mortality

Forest vulnerability to drought is expected to increase under anthropogenic climate change, and drought-induced mortality and community dynamics following drought have major ecological and societal impacts. Here, we show that tree mortality concomitant with drought has led to short-term (mean 5 y, range 1 to 23 y after mortality) vegetation-type conversion in multiple biomes across the world (131 sites). Self-replacement of the dominant tree species was only prevalent in 21% of the examined cases and forests and woodlands shifted to nonwoody vegetation in 10% of them. The ultimate temporal persistence of such changes remains unknown but, given the key role of biological legacies in long-term ecological succession, this emerging picture of postdrought ecological trajectories highlights the potential for major ecosystem reorganization in the coming decades. Community changes were less pronounced under wetter postmortality conditions. Replacement was also influenced by management intensity, and postdrought shrub dominance was higher when pathogens acted as codrivers of tree mortality. Early change in community composition indicates that forests dominated by mesic species generally shifted toward more xeric communities, with replacing tree and shrub species exhibiting drier bioclimatic optima and distribution ranges. However, shifts toward more mesic communities also occurred and multiple pathways of forest replacement were observed for some species. Drought characteristics, species-specific environmental preferences, plant traits, and ecosystem legacies govern postdrought species turnover and subsequent ecological trajectories, with potential far-reaching implications for forest biodiversity and ecosystem services.Additional co-authors: Lucía Galiano, Joseph L. Ganey, Patrick Gonzalez, Anna L. Jacobsen, Jeffrey Michael Kane, Thomas Kitzberger, Juan C. Linares, Suzanne B. Marchetti, George Matusick, Michael Michaelian, Rafael M. Navarro-Cerrillo, Robert Brandon Pratt, Miranda D. Redmond, Andreas Rigling, Francesco Ripullone, Gabriel Sangüesa-Barreda, Yamila Sasal, Sandra Saura-Mas, Maria Laura Suarez, Thomas T. Veblen, Caroline Vincke, and Ben Zeema

Efectes de les pertorbacions en la dinàmica dels boscos de pi roig a la península Ibèrica

La conca Mediterrània és un territori especialment idoni per estudiar els impactes que tenen les pertorbacions relacionades amb els usos del territori i el canvi climàtic sobre la demografia dels seus boscos. En aquesta regió la disponibilitat d'aigua és un factor limitant en els boscos, on les sequeres són freqüents i es preveu que siguin més recurrents en el futur. La conca Mediterrània representa el límit meridional de distribució d'importants espècies arbòries de l'Hemisferi Nord, i aquestes poblacions són, probablement, particularment vulnerables a l'augment de l'aridesa. En aquest sentit, durant les últimes dècades un augment generalitzat en la defoliació dels boscos i episodis localitzats de mortalitats molt elevades s'han associat a períodes de sequera. D'altra banda, l'expansió i densificació dels boscos després de l'abandonament agrícola i de la gestió forestal tradicional han estat particularment intenses en aquesta regió durant l'últim segle. Aquests canvis poden resultar en un augment de la competència entre els individus pels recursos, amb una tendència pels processos de autotala, exacerbant la vulnerabilitat dels boscos durant episodis de sequera. A més, a la conca Mediterrània el foc determina la dinàmica i els patrons estructurals i paisatgístics de la vegetació, i l'aridesa determina la vulnerabilitat dels boscos al foc. El pi roig (Pinus sylvestris L.) és una de les espècies d'arbre més àmpliament distribuïdes de l'Hemisferi Nord. El límit sud-oest de l'àrea de distribució del pi roig es situa a la península Ibèrica, on es troben poblacions importants als Pirineus i algunes poblacions disperses en localitats més meridionals i seques. Durant el segle XX els boscos de pi roig s'han densificat i la seva àrea de distribució s'ha expandit notablement a causa dels canvis d'usos del sòl i de la gestió forestal. D'altra banda, hi ha indicis que durant les últimes dècades en aquesta regió les poblacions de pi roig estan patint episodis de mortalitat associats a sequera. A més, els focs de copa han afectat alguns dels seus boscos durant els últims anys. Amb aquesta tesi es pretén aprofundir en l’estudi dels patrons demogràfics de creixement, mortalitat, establiment i reproducció dels boscos de pi roig (Pinus sylvestris L.) al seu límit meridional (i sec) en resposta a les pertorbacions (incendis, sequeres, canvis en els usos del sòl), com aquests varien amb els gradients ambientals al llarg de diferents escales espacials i si aquests processos poden originar canvis en la vegetació. Els principals resultats de la tesi són: (1) Els boscos de pi roig a la península Ibèrica són climàticament vulnerables al foc, i aquesta vulnerabilitat podria augmentar substancialment com a conseqüència del canvi climàtic. Aquest fet, sumat a la maca de mecanismes efectius de regeneració de l’espècie, pot dur a canvis ràpids en la vegetació en zones actualment dominades pel pi roig. (2) Els processos de competència i autotala esdevenen els principals factors que expliquen els patrons demogràfics i, per tant, l’abandonament de les activitats agràries i forestals durant el segle XX són la principal pertorbació que explica els processos emergits. Tanmateix, les sequeres i les limitacions abiòtiques estan desencadenant processos de declivi, aparentment en boscos amb una estructura més desenvolupada, i.e. major abundància d’arbres grans. Malgrat que els efectes de la sequera són clars a escala local, i és previsible que es facin més perceptibles en el futur, no es detecta actualment un procés generalitzat de declivi a escala regional. (3) La regeneració del pi roig és en general baixa i, en particular, aquesta és encara menor en zones afectades per episodis de declivi, la qual cosa suggereix que es poden produir canvis en la vegetació a mig termini. Hi ha indicis que aquests canvis poden resultar de l’abandonament agrícola i dels canvis recents en els usos forestals. (4) El declivi a nivell de rodal i la defoliació a nivell d’individu afecten l’esforç reproductiu del pi roig, la qual cosa podria explicar, en part, el seu baix reclutament en zones afectades per episodis de declivi.The Mediterranean basin is an ideal area to study the impacts of disturbances related to land-use changes and climate change on the demography of forests. In this region, water availability is a limiting factor in forests, where droughts are common and are expected to be more frequent in the future. The Mediterranean basin represents the southern limit of distribution of important tree species in the Northern Hemisphere, and these populations are probably particularly vulnerable to increased aridity. During the last decades a widespread increase in defoliation of forests and localized episodes of high mortality have been associated to drought periods. Moreover, the expansion and densification of forests after agricultural abandonment and traditional forest management have been particularly strong in this region during the last century. These changes may result in increased competition for resources among individuals, with a tendency for self-thinning processes, exacerbating the vulnerability of forests during drought periods. In addition, in the Mediterranean basin, fire determines the dynamics and structural patterns of vegetation, and dryness determines the vulnerability of forests to fire. Scots pine (Pinus sylvestris L.) is one of the most widely distributed tree species in the Northern Hemisphere. The southwestern distribution limit of Scots pine is the Iberian Peninsula, with important populations located in the Pyrenees and some scattered populations in southern and dry locations. There have been important land use changes in the Iberian Peninsula during the last century, including the abandonment of agropastoral activities in mountain areas, the abandonment of forest exploitation, and a large-scale afforestation starting in the 1940s that intensified during the 1950s and has continued albeit at lower rates until recent decades. As a result, stand density has increased in many forests and the range of Scots Pine has expanded noticeably. Moreover, in recent decades Scots pine forest decline has been related to extreme drought episodes in several populations in the Iberian Peninsula, and crown fires have affected some populations. This thesis aims to study the demographic patterns of growth, mortality, reproduction and establishment of Scots pine (Pinus sylvestris L.) at the southern limit (dry) of its distribution in response to disturbances (fires, droughts, changes in land use). The main results of this thesis are: (1) Scots pine forests in the Iberian Peninsula are climatically vulnerable to fire, and this vulnerability could increase substantially as a result of climate change. This fact, added to the lack of effective mechanisms of regeneration, can lead to rapid changes in vegetation in areas currently dominated by Scots pine. (2) Competition and self-thinning are the main factors explaining demographic patterns. Therefore, the abandonment of agriculture and management during the last century are the main disturbances explaining the emerged processes. However, droughts and abiotic constraints are triggering Scots pine decline, apparently in forests with greater abundance of large trees. (3) Scots pine regeneration is lower in declining forests, suggesting that vegetation shifts could occur in the future. These changes could be result of recent land-use changes. (4) Drought stress affects the reproductive effort of individuals, which could contribute to the low recruitment in declining forests