Memoria para optar al título profesional de Ingeniero en Recursos Naturales Renovables / La conservación de la biodiversidad es reconocida como un objetivo importante a nivel mundial, sin embargo, ésta se ha concentrado a nivel de genes, poblaciones y especies, por lo que se ha destacado la necesidad de considerar el nivel ecosistémico y en especial, de incorporar a la funcionalidad ecosistémica. En este trabajo se propone un Índice de Valor Ecológico (IVE) como una evaluación a nivel ecosistémico, que reúne a tres componentes: la diversidad de plantas como componente estructural, así como la productividad primaria y la fracción evaporativa como componentes funcionales, por estar relacionadas al ciclo del carbono y el agua, respectivamente. El IVE fue estimado en Unidades Territoriales Homogéneas (UTH) con un bajo nivel de perturbación ubicadas entre los 1.000 y 3.250 msnm en la zona central de Chile, en donde se estimó la cobertura de las especies vasculares dominantes durante el año 2009. La productividad y la fracción evaporativa fueron evaluadas mediante series temporales de 12 años construidas en base a imágenes satelitales Landsat. Se evaluó la correlación existente entre los tres componentes y se modeló el índice en base a variables geomorfológicas y climáticas. Las series temporales de ambas funciones ecosistémicas muestran un comportamiento estacional y variabilidad interanual en respuesta a condiciones climáticas. La correlación entre los componentes fue baja o nula (R≤0,21), lo que indica que cada uno de ellos aporta información complementaria. Se estableció un modelo predictivo del IVE en base a variables hidro-geomorfológicas considerando la elevación, la distancia vertical a cursos de agua y la precipitación media mensual de verano. El modelo alcanzó un ajuste medio (R2=0,47) lo que puede explicarse, entre otras razones, por haber considerado solo a las especies dominantes en la medición de la diversidad de plantas y por la baja resolución espacial que cuenta la precipitación utilizada como variable predictora. Se estimó el índice para todas las UTH así como para toda las zonas vegetadas de la comuna de San José de Maipo. El IVE es una propuesta novedosa de la evaluación integral de ecosistemas mediterráneos que posee la ventaja de evaluar de forma sistemática el funcionamiento de un ecosistema durante periodos de tiempo extensos. Esto permite entregar un valor que no es predecible por enfoques convencionales basados en representaciones estáticas basadas en la estructura y composición del ecosistema. El IVE se podría utilizar para el análisis de la degradación, así como para el monitoreo de sitios de interés.

Los ecosistemas mediterráneos tienen una importante riqueza florística que proporciona una amplia gama de servicios ecosistémicos. La vegetación en estos ecosistemas está expuesta a largos períodos de sequía (es decir, períodos de verano caracterizados por altas temperaturas y bajas precipitaciones) y períodos de mayor disponibilidad de agua, desde otoño hasta la primavera: bajas temperaturas y lluvias más frecuentes, a veces concentradas en algunos eventos. Además, los períodos de sequías intensas fuera de temporada han aumentado durante las últimas décadas con una mayor frecuencia de eventos secos y de mayor duración. Los efectos de estas condiciones climáticas producen estrés hídrico en las plantas y pueden producir decaimiento de la vegetación, incluida la mortalidad de algunas especies. Además, los períodos secos conducen a la reducción del contenido global de agua del ecosistema, lo que lleva a niveles óptimos de inflamabilidad. Estos escenarios aumentan la probabilidad de grandes incendios forestales, que eliminan la vegetación y facilitan los procesos de erosión y degradación, entre otros impactos en los ecosistemas. La vegetación mediterránea ha desarrollado diferentes mecanismos que permiten a las plantas recuperarse de perturbaciones como la sequía y los incendios forestales. Específicamente, las plantas pueden enfrentarse a la falta de agua a través de varias estrategias funcionales tales como evitar, tolerar o escapar de la sequía. En relación con los incendios forestales, las plantas tienen la capacidad de rebrotar de rizomas, lignotubers y raíces después del fuego. Sin embargo, según las proyecciones del IPCC, la repetición de estas perturbaciones puede aumentar en el espacio y el tiempo y, en consecuencia, puede tener un mayor impacto en la dinámica de la vegetación y los ecosistemas. Este es el caso de varias áreas en la región valenciana después del extraordinario evento de sequía intensa ocurrido en 2014, donde las especies dominantes de bosques como el pino carrasco (Pinus halepensis) y la coscoja (Quercus coccifera) se debilitaron con eventos de decaimiento y mortalidad extensos en algunos casos. Además, estas poblaciones debilitadas mostraron una mayor vulnerabilidad a los ataques de plagas y episodios de muerte tardía, como se observó en el caso de los pinos, o la desaceleración en la recuperación después de una segunda perturbación en la coscoja, según se evaluó después de la roza de la biomasa imitando al efecto del fuego. Bajo estos escenarios de creciente riesgo de degradación ambiental, es esencial prevenir, mitigar e intentar revertir el impacto causado por estas perturbaciones. Estos objetivos se pueden lograr mediante la aplicación de programas de restauración forestal y técnicas de reforestación. Diferentes técnicas de restauración son aplicables a nivel de vivero o directamente en el campo y contribuyen a mejorar las características morfológicas y fisiológicas de las plantas, así como su resistencia al estrés ambiental y la capacidad competitiva en condiciones de limitación de recursos en campo. Sin embargo, bajo el efecto actual del cambio climático, la influencia positiva de algunas de estas técnicas puede ser limitada. La combinación de algunas de estas técnicas podría aumentar las posibilidades de supervivencia y crecimiento en el campo y garantizar un mayor éxito de los programas de reforestación. Para obtener un conocimiento más profundo de los temas descritos anteriormente, diseñamos la presente tesis doctoral con los siguientes objetivos principales: i) evaluar la vulnerabilidad y la capacidad de recuperación de algunas especies arbustivas y arbóreas, características de los ecosistemas mediterráneos, frente a las principales perturbaciones de estos ecosistemas, como la sequía intensa e incendios forestales, y su frecuencia creciente por el efecto del cambio climático, y ii) analizar la combinación de diferentes técnicas de reforestación para mejorar el éxito de las acciones de reforestación en entornos altamente degradados. Estos objetivos principales se desarrollaron en los siguientes objetivos específicos: 1) Evaluar el impacto y la capacidad de recuperación en cuatro poblaciones de pino carrasco (Pinus halepensis) afectadas por un grado diferente de mortalidad debido a un evento de sequía intensa en el pasado; 2) Evaluar la capacidad de recuperación en la coscoja (Quercus coccifera) bajo el efecto combinado de una sequía intensa, que produjo procesos de decaimiento, y un incendio posterior (imitado por tratamientos de roza intensa), y 3) Evaluar los efectos combinados del uso de contenedores forestales profundo, los tubos protectores y la eliminación de arbustos que aumentan las posibilidades de supervivencia y crecimiento en el alcornoque (Quercus suber) introducido en áreas altamente degradadas en la provincia de Valencia.

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El alto potencial de los insectos como herramientas para la conservación y gestión de la biodiversidad está infravalorado. Los sírfidos (Diptera: Syrphidae) destacan, entre otras cosas, por su carácter bioindicador del estado de conservación de los hábitats. No obstante, la fauna de sírfidos de la parte occidental de la Cuenca Mediterránea, está insuficientemente estudiada y los ciclos biológicos de muchas especies raras, amenazadas o endémicas se desconocen. Este estudio se ha desarrollado en un ecosistema mediterráneo típico, el Parque Nacional de Cabañeros (España). En él se dan tres tipos de hábitats: arbolados, matorrales y pastizales. Cada uno predomina en un área, constituyéndose así las matrices de tres paisajes diferentes. Los arbolados ofrecen un mayor número de nichos a los sírfidos, destacando algunos árboles por su antigüedad y porte. Se ha realizado un muestreo sistemático con manga entomológica en 18 puntos de los tres tipos de hábitats distribuidos por igual en los diferentes paisajes, así como un muestreo sistemático con trampas Malaise en cinco de los hábitats más representativos (alcornocal, fresneda, matorral, melojar, raña). También se han hecho búsquedas de fases inmaduras, sobre todo, de especies fitófagas y saproxílicas. / The high potential that insects have, as tools for conservation and management of biodiversity, is devalued due to the lack of entomological studies, even in protected areas. Hoverflies (Diptera: Syrphidae) are important bioindicators for the conservation status of habitats, as well as pollinators, pest controllers or pests of cultivated plants. However, the hoverfly fauna from the western Mediterranean Basin is not studied enough. Life histories of numerous rare, threatened or endemic species are unknown. This study was carried out in a typical Mediterranean ecosystem, Cabañeros National Park (Spain). The area includes three habitat types, woodlands, scrublands and grasslands, dominating each one – matrix – in three different landscapes. Woodlands supply a diverse and abundant range of ecological niches for hoverflies, including many microsite types associated with overmature trees. A systematic sampling by hand net was conducted in 18 sampling points. Each landscape had a pair of sampling points belonging to each of the aforementioned three habitat types. A systematic sampling by Malaise traps was also performed in five Mediterranean-representative habitats – grassland or “raña”, Fraxinus angustifolia forest, Quercus suber forest, Quercus pyrenaica forest and scrubland. In addition, immature stages were sampled, mainly for phytophagous and saproxylic species.

We studied the characteristics and effects of the Argentine ant invasion on the native ants and other arthropods. Moreover, we assessed the effects of L. humile winter nest aggregations extirpation on its population dynamics. We measured the spread of its invasion and evaluated its nest-site preferences. Artificial nests used as a control tool were also assessed. Results indicate that the invasion causes important changes in the native ant community structure. The invasion spread is influenced by air temperature, and habitat perturbations could be favouring a faster expansion. The extirpation diminished the abundance of this ant and disturbed its population dynamics. In order to make this method more efficient, extirpation should be made in the edge of the invasion, and should focus on nests under larger rocks where mature nests are more likely to be found. Finally, this method is proposed mainly for controlling its invasion in closed or isolated areas. / Es van comparar les característiques i els efectes de la invasió de la formiga argentina sobre la comunitat de formigues natives, i altres artròpodes. Es va avaluar l'efecte de l'extirpació d’agregacions de nius d’hivern, la selecció de llocs de nidificació i l'ús de nius artificials com a eina de control, i es va mesurar la seva taxa d'expansió. Es va trobar que la invasió provoca canvis importants en la comunitat de formigues natives. La temperatura ambiental influeix en l'expansió, i les pertorbacions de l'hàbitat podrien afavorir una propagació més ràpida. L'extirpació disminueix la seva abundància i pertorba la seva dinàmica poblacional. L'extirpació s'ha de fer al marge de la invasió, i s'ha de centrar en nius situats sota les pedres més grans que és on hi ha més probabilitat de trobar nius madurs. Finalment, aquest mètode es proposa principalment per al control de la invasió en àrees tancades o aïllades.

[ES] En muchas regiones del mundo, como es el caso del área mediterránea, los retos asociados a la gestión del agua no son nuevos; sin embargo, el cambio climático podría intensificarlos hasta desencadenar una situación sin precedentes. Pese a la incertidumbre inherente al fenómeno, a menuda definida como "profunda" debido a la imposibilidad de cuantificarla adecuadamente, actualmente parece claro que la inacción no constituye una alternativa responsable a medio o largo plazo. No obstante, y aunque en los últimos años la literatura científica ha desarrollado diversas aproximaciones para el diseño de estrategias de adaptación en sistemas de recursos hídricos, a día de hoy no existe un enfoque universalmente aceptado para abordar el problema. En general, los métodos existentes pueden incluirse en dos grupos bien diferenciados: los que se dirigen a caracterización de impactos ("top-down") y los que optan por identificar las vulnerabilidades del sistema ("bottom-up"). Aunque tradicionalmente el enfoque "top-down" basado en los resultados de los modelos climáticos ha sido el más empleado, a día de hoy numerosos autores han señalado la relativa falta de éxito de este enfoque a efectos de la toma de decisiones. Por su parte, el enfoque "bottom-up", en su vertiente participativa, posee la indudable ventaja de implicar a los principales actores desde las etapas más tempranas del proceso de diseño de la estrategia, lo que puede resultar de vital importancia para su efectividad. Sin embargo, y en último término, este enfoque requeriría de los resultados del enfoque "top-down" para asignar probabilidades a los escenarios en los que el sistema resulta vulnerable. Por todo ello, algunos autores han abogado por la integración de ambos enfoques como la aproximación más completa al problema, que ha sido la adoptada en la presente tesis. Para ello, en primer lugar se ha procedido a caracterizar los impactos del cambio climático en las sequías y aportaciones futuras, a través del enfoque "top-down" tradicional. Posteriormente, se ha identificado la función de respuesta del sistema frente al clima, mediante la generación de escenarios climáticos (enfoque "bottom-up"). Asimismo, se ha recurrido a un enfoque "bottom-up" participativo para que los principales actores a escala de cuenca adaptasen los escenarios socioeconómicos globales al contexto local, previesen la posible evolución del sector agrícola y definiesen potenciales medidas de adaptación. Por último, la información resultante de ambos enfoques (aportaciones futuras en el caso del enfoque "top-down" y medidas de adaptación, en el caso del enfoque "bottom-up") se ha integrado en un modelo hidroeconómico, a fin de seleccionar el programa de medidas de adaptación más adecuado para cada escenario climático. La metodología descrita ha sido aplicada al sistema de explotación del río Júcar, con fuerte regulación y frágil equilibrio entre los recursos disponibles y la demanda. En estas circunstancias, es previsible que el cambio climático actúe agravando los problemas existentes. De los resultados obtenidos, destaca la variabilidad espacial de los impactos en la cuenca, siendo mayor el incremento de temperatura y la disminución de la precipitación en cabecera que en la zona más próxima a la costa. Además, se observa un incremento generalizado de la intensidad, magnitud y duración de las sequías meteorológicas e hidrológicas en la cuenca. En cuanto a las medidas de adaptación identificadas, los actores mostraron su preferencia por la modernización de regadíos, los recursos no convencionales (reutilización y desalación) y la gobernanza del agua. Por último, los resultados obtenidos mediante el modelo hidroeconómico muestran que, para la mayor parte de los escenarios climáticos considerados, las medidas seleccionadas permiten reducir sustancialmente el déficit medio anual del sistema. / [CA] En moltes regions del món, com es el cas de l'àrea mediterrània, els reptes associats a la gestió de l'aigua no son nous; tot i això, el canvi climàtic podria intensificar-los fins desencadenar una situació sense precedents. A pesar de la incertesa inherent al fenomen, sovint definida com "profunda" per la impossibilitat de quantificar-la adequadament, a dia d'avui sembla clar que la inacció no constitueix una alternativa responsable a mitjà o a llarg termini. No obstant, a pesar que en els últims anys la literatura científica ha desenvolupat diverses aproximacions pel disseny d'estratègies d'adaptació en sistemes de recursos hídrics, a dia d'avui no existeix un enfocament universalment acceptat per abordar el problema. En general, els mètodes existents poden incloure's en dos grups ben diferenciats: els que es dirigeixen a caracterització d'impactes ("top-down") i els que opten per identificar les vulnerabilitats del sistema ("bottom-up"). Encara que tradicionalment l'enfocament "top-down"; basat en els resultats dels models climàtics ha sigut el més empleat, actualment nombrosos autors han assenyalat la relativa falta d'èxit d'aquest enfocament a l'efecte de la presa de decisions. Per la seua banda, l'enfocament "bottom-up", en el seu vessant participatiu, posseeix l'indubtable avantatge d'implicar als principals actors des de les etapes més primerenques del procés de disseny de l'estratègia, la qual cosa pot resultar de vital importància per a la seua efectivitat. No obstant això, i en últim terme, aquest enfocament requeriria dels resultats de l'enfocament "top-down"; per assignar probabilitats als escenaris en què el sistema resulta vulnerable. Per tot això, alguns autors han advocat per la integració d'ambdós enfocaments com l'aproximació més completa al problema, que ha sigut l'adoptada en la present tesi. Per tal de fer-ho, en primer lloc s'ha procedit a caracteritzar els impactes del canvi climàtic en les sequeres i aportacions futures, a través de l'enfocament "top-down" tradicional. Posteriorment, s'ha identificat la funció de resposta del sistema enfront del clima, per mitjà de la generació d'escenaris climàtics "bottom-up". A més, s'ha recorregut a un enfocament "bottom-up" participatiu perquè els principals actors a escala de conca adaptaren els escenaris socioeconòmics globals al context local, preveren la possible evolució del sector agrícola i definiren potencials mesures d'adaptació. Finalment, la informació resultant d'ambdós enfocaments (aportacions futures en el cas de l'enfocament "top-down" i mesures d'adaptació, en el cas de l'enfocament "bottom-up" s'ha integrat en un model hidroeconòmic a fi de seleccionar el programa de mesures d'adaptació més adequat per a cada escenari climàtic. La metodologia descrita ha sigut aplicada al sistema d'explotació del riu Xúquer, amb una forta regulació i un fràgil equilibri entre els recursos disponibles i la demanda. En aquestes circumstàncies, es previsible que el canvi climàtic augmente la gravetat dels problemes existents. Dels resultats obtinguts, destaca la variabilitat espacial dels impactes del canvi climàtic en la conca hidrogràfica, sent major l'increment de temperatura i la disminució de la precipitació en la seua capçalera respecte a la zona més pròxima a la costa. A més, s'observa un increment generalitzat en la intensitat, magnitud i duració de les sequeres meteorològiques e hidrològiques de la conca. Pel que respecta a les mesures d'adaptació identificades, els actors van mostrar la seua preferència pela governança de l'aigua. En últim lloc, els resultats obtinguts mitjançant el model hidroeconòmic indiquen que, per a la major part dels escenaris climàtics considerats, les mesures d'adaptació permeten reduir substancialment el dèficit mig anual del sistema. / [EN] In many regions of the world, such as the Mediterranean area, the challenges related to water management are not new; however, climate change could act as an amplification factor and trigger an unprecedented situation. In spite of the phenomenon uncertainty (often acknowledged as "deep uncertainty" due to the impossibility of its quantification), inaction is no longer accepted as a suitable option in the mid/long term. In recent times, scientific literature has proposed several approaches to design adaptation strategies for water resources systems. However, none of them is universally regarded as the best way to tackle the problem. In general, current methods could be classified within two different groups: impact-oriented approaches (also known as "top-down") and vulnerability-oriented or "bottom-up" approaches. Although the use of "top-down" approaches has been traditionally preferential, in recent times many authors have pointed out their relative lack of success when it comes to decision making. On the other hand, participative "bottom-up" approaches have the advantage of involving the stakeholders from the early stages of the strategy development, which could be of capital importance for the strategy's success. However, the "bottom-up" approach would ultimately require the supplementary use of the results of a "top-down" approach, in order to assign probabilities to the scenarios in which the system is vulnerable. Because of the shortcomings of both methods, some authors have advocated their integration as the most complete approach to tackle climate change adaptation. This mixed "bottom-up"/"top-down" approach has been selected for the present thesis. In first place, the impacts of climate change on future inflows and droughts have been characterized using a traditional "top-down" approach. Subsequently, the response function of the system has been identified through scenario generation ("bottom-up" approach). In addition, the "bottom-up" approach has been selected to involve the main stakeholders at the basin scale, in order to adapt the global socioeconomic scenarios to the local context, to foresee the potential evolution of the agricultural sector and to define suitable adaptation measures. Finally, the information obtained through both approaches (future inflows from the "top-down" approach and adaptation measures from the "bottom-up" approach) has been integrated in a hydroeconomic model, which is able to select the most suitable program of adaptation measures for each climate scenario. This methodology has been applied to the Jucar basin, a highly regulated basin where a frail equilibrium between the available water resources and the demands already exists. Under those considerations, climate change is expected to emphasize the current problems. According to the results, it is important to highlight the spatial variability of climate change impacts in the basin. Concretely, temperature increase and precipitation decrease would be higher in the basin headwaters than in the coastal area. In addition, both meteorological and hydrological droughts show a general increase of their intensity, magnitude and duration. In relation to adaptation measures, the stakeholders preferred the change from gravity to drip irrigation, the use of non-conventional water resources (water reuse and desalination) and measures related to water governance. Finally, the results obtained from the hydroeconomic model show that, for the majority of the considered climate scenarios, the selected measures allow to reduce significantly the average annual deficit of the system. / Al proyecto del Plan Nacional IMPADAPT (CGL2013-48424-C2-1-R) y a la ayuda FPI concedida (BES-2014-070490) por el Ministerio español de Economía, Industria y Competitividad, por haberme provisto de los fondos necesarios para realizar esta investigación. Asimismo, a todos los que habéis formado parte del proyecto, en especial a Mar Ortega Reig, Corentin Girard, Carles Sanchís Ibor, Marta García Mollá y Alberto García Prats. / Marcos García, P. (2019). Sistema de ayuda a la decisión para la adaptación y gestión de sistemas de recursos hídricos en un contexto de alta incertidumbre. Aplicación a la cuenca del Júcar [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/125702 / TESIS