Dr. Fernando SantibáñezCentro de Agricultura y Medio Ambiente

Facultad de Ciencias Agronómicas

Evaluación del estrés provocado por el cambio climático en los ecosistemas

terrestres.

Centro de Agriculturay Medio Ambiente

Universidad de Chile

Agencia Chilena de Cooperación Internacional para el Desarrollo

Santiago, 12 al 16 de noviembre de 2018

Óptimo ecofisiológico

Infraóptimo supraóptimo

No estrésEstrés

crecienteEstrés

creciente

Máxima presencia

Limitada presencia

Limitada presencia

0

50

100

150

200

250

300

-1.8 -1.6 -1.4 -1.2 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3 3.2

Fre

cue

nci

a

Clase

T min mes mas frio

Frecuencia

1980-89

1960-691950-59

1930-391920-29

1900-091880-89 1890-99

1910-19

1940-49

1970-79 1990-99

2010

Así comenzamos este siglo !

Zona de riesgo inminente

zona de alerta

Cambio en la temperaturadel hábitat genera cambios biológicos

AñoEstrés bioclimático podríaafectar la dinámica reproductiva,las tasas de crecimiento, la resistenciaa las plagas y la capacidadcompetitiva de alguna especies

Estrés bioclimático podría, impedir la reproducción, provocar Concurrencias interespecíficas peligrosas y provocar la mortalidad de algunas especies.

Ondas de calor

Ondas de frío Heladas Lluvias intensas

Sequías

El calentamiento global no le hará fácil la vida a las plantas

Aumento magnitudy frecuencia depérdidas

Reducción de lacalidad de losproductos

En climas fríos, el calentamiento hará algunas concesionesa las plantas

Qué ? Cuánto ? Dónde ?

Las múltiples caras del cambio climático

Alza en la temperatura

Tasas de crecimiento:habilidad para ocupar el espacio,

competir por luz y agua. Prolificidadreproductiva, resiliencia frente a estresesbióticos y abióticos.

Tasa reproductiva:Capacidad para ocupar territoriosResiliencia frente a eventos catastróficosExpresión génica.

Cambios de estacionalidadSincronía de cadenas tróficasAsincronía reproductivaSurgencia de nuevas amenazas (abióticas ybióticas)

Aridización

Tasas de crecimientoMenor producción de biomasaDificultad reproductivaPerdida de capacidad competitiva

Adaptación y sobrevivenciaAcortamiento del periodo húmedo puededificultad reproducciónMortalidad pre-reproductivaAumento del estrés térmico

DepredaciónSurgencia de nuevos depredadoresAumento de la tasa de depredación.

excesivo vigorvegetativo

acortamientodel ciclo

deteriodo dela dormancia

aumentoconsumo de agua

aumento deestrés termico

cantidad ycalidad de frutos

calentamientodel aire

aumentodel viento

menorproduccion

carbohidratos

mayor incidenciade pestes

precipitacionesde primavera

mayor vaporatmosferico

aumento estréshidrico

Aumentoplagas

Rendimiento

Consumo aguaEa=

El estrés bioclimático es un fenómeno sistémico

Ruta de transducción de la señal

Mal

reposo

invernal

Frutos con bajo potencial

de crecimiento

Mala capacidad de resistir la

postcosecha

Madurez dispareja

Pérdida del

equilibrio aéreo

del árbol

Calibre disparejo

Altas temperaturas otoñales

Alta carga estación previa

Frío insuficiente o interrumpido

El cambio climático en acción:

Lo que ya ocurrió….

2015

Hacia dónde van las temperaturas máximas?

Año 2015, el más cálido de la historia

0

100

200

300

400

500

La Serena

0

200

400

600

800Santiago

0

1000

2000

3000

4000

Puerto Montt

0

500

1000

1500

2000

2500

Concepción

- . a o

- . a o

- . a o

- . a o

El hoy del

cambio

climático

-0.6 mm/año

-5.7 mm/año

-3.9 mm/año

-0.6 mm/año

La Serena

Santiago

Concepción

Puerto Montt

Es probable

que un nuevo

equilibrio

climático se

alcance hacia el

fin de este

siglo

Pudahuel

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

1965 1975 1985 1995 2005 2015

Ho

ra

s d

e F

rio

Año

El clima se está tornando más cálido

Los inviernos se estántornando menos fríos

SantiagoEvapotranspiración de referencia

Las tasas de evaporación pueden aumentar hasta en 8% por cada gradode aumento en la temperatura

Las tasas de evaporación ya subieron cerca de 10% en la segunda mitad del siglo XX.

17

Temperatura mínima

Síntesis de ABA

Cambio en relación

ABA/CTK

Termoestabilidad

membranas

Reducción

Intercambio

iónico

Menor actividad

Metabolismo secundario

(Oxidación de enzimas)

Alta intensidad

luminosa

Elevada

fotosíntesis

Liberación de O2

Mecanismo de acción de las temperaturas bajas

18

Altas temperaturas

Termoestabilidad de

Las membranasABA

Flujo iónico

Y agua

Reducción

Síntesis proteica

Reducción

Síntesis y disponibilidad

carbohidratos

Inhibicion

Crecimiento

meristemosViabilidad

óvulos

Altas

Tasas respiratorias

Mecanismo de acción de las temperaturas altas

19

Deficit hidrico

Apertura estomática Baja las

División celular

ABA

Bloqueo de la

fotosintesis Bajo

calibre

Aborto

Reducción

citoquininas

Mecanismo de acción del déficit hídrico

Estableciendo los perfiles bioclimáticos de los ecosistemas

0

50

100

150

200

250

-7.0

-6.5

-6.0

-5.5

-5.0

-4.5

-4.0

-3.5

-3.0

-2.5

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5 0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

6.5

7.0

7.5

Temperatura mínima de julio (º C)de la zona de distribución de la araucaria

Linea base

2050

Minimum temperature of the coldest monthJuly

Araucaria communities geographic distribution

Estrés supra resiliente

Estrés resiliente

0

15

30

45

60

75

90

-54

3

-52

6

-50

9

-49

2

-47

5

-45

8

-44

1

-42

4

-40

7

-39

0

-37

3

-35

6

-33

9

-32

2

-30

5

-28

8

-27

1

-25

4

-23

7

-22

0

-20

3

-18

6

-16

9

-15

2

-13

5

-11

8

-10

1

-84

-67

-50

-33

-16

Déficit hídrico (mm)de la zona de distribución de la araucaria

Linea base

2050

Water deficit tolerated byAraucaria communities

Estrés resiliente

Estrés supra resiliente

0

50

100

150

200

250

-0.4

0.5

1.4

2.3

3.2

4.1 5

5.9

6.8

7.7

8.6

9.5

10

.4

11

.3

12

.2

13

.1 14

14

.9

15

.8

16

.7

17

.6

18

.5

19

.4

20

.3

21

.2

22

.1 23

23

.9

24

.8

25

.7

26

.6

27

.5

28

.4

Fre

cue

nci

a

Clase

Temperatura máxima de Enero, TXE

Matorral bajo tropical-mediterráneo andino de Adesmia hystrix y Ephedrabreana

Calor del verano

y = 43.753x - 95.308R² = 0.9281

-50

0

50

100

150

200

250

0 2 4 6 8

y = -7.9595x + 210.39R² = 0.8674

-50

0

50

100

150

200

250

0 5 10 15 20 25 30

Matorral bajo tropical-mediterráneo andino de Adesmia hystrix y Ephedrabreana

Rigor del invierno

0

50

100

150

200

250

300

350

-12

.6

-12

-11

.4

-10

.8

-10

.2

-9.6 -9

-8.4

-7.8

-7.2

-6.6 -6

-5.4

-4.8

-4.2

-3.6 -3

-2.4

-1.8

-1.2

-0.6 0

0.6

1.2

1.8

2.4 3

Fre

qu

en

cy

Tmin

TNJ

y = 128.54x + 1317.3R² = 0.92

-50

0

50

100

150

200

250

300

350

-11 -10 -9 -8 -7

y = -25.59x + 85.588R² = 0.8939

0

50

100

150

200

250

300

350

-10 -5 0 5

Matorral bajo tropical-mediterráneo andino de Adesmia hystrix y Ephedrabreana

Tolerancia a la aridez

0

10

20

30

40

50

60

70

80

-19

56

-19

15

-18

74

-18

33

-17

92

-17

51

-17

10

-16

69

-16

28

-15

87

-15

46

-15

05

-14

64

-14

23

-13

82

-13

41

-13

00

-12

59

-12

18

-11

77

-11

36

-10

95

-10

54

-10

13

-97

2

-93

1

-89

0

-84

9

-80

8

Fre

cue

nci

a

Clase

DefHy = 0.1193x + 195.71

R² = 0.8726

0

10

20

30

40

50

60

70

80

-1800 -1600 -1400 -1200 -1000

y = -0.1034x - 84.75R² = 0.8095

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

-1300 -1200 -1100 -1000 -900 -800 -700

0

20

40

60

80

100

120

-80

7

-79

6

-78

5

-77

4

-76

3

-75

2

-74

1

-73

0

-71

9

-70

8

-69

7

-68

6

-67

5

-66

4

-65

3

-64

2

-63

1

-62

0

-60

9

-59

8

-58

7

-57

6

-56

5

-55

4

-54

3

-53

2

Fre

cue

nci

a

Clase

Deficit hidrico

Frecuencia

0

100

200

300

400

500

600

7003

.0

3.3

3.6

3.9

4.2

4.5

4.8

5.1

5.4

5.7

6.0

Fre

cue

nci

a

Clase

T mínima mes mas frio

Series1

Umbral

Recta 1

Recta 2

0

100

200

300

400

500

600

700

24

.0

24

.3

24

.6

24

.9

25

.2

25

.5

25

.8

26

.1

26

.4

26

.7

27

.0

27

.3

27

.6

27

.9

28

.2

28

.5

Fre

cue

nci

a

Clase

T max mes mas cálido

Frecuencias

Umbral

Recta 1

Series4

Bosque esclerofilomediterraneo

0

200

400

600

800

1000

1200

3.0

3.3

3.6

3.9

4.2

4.5

4.8

5.1

5.4

5.7

6.0

6.3

Fre

cue

nci

a

Clase

Histograma

Frecuencias

Umbral

Recta 1

Series4

y = 1077.3x - 3296.9R² = 0.9458

0

200

400

600

800

1000

1200

2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

Infraoptimo

y = -412.58x + 2487.9R² = 0.9004

0

100

200

300

400

500

600

700

4 4.5 5 5.5 6 6.5

Supraoptimo

Bosque espinoso mediterrßneo interior de Acacia caven y Lithrea caustica

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

-33

2

-31

9

-30

6

-29

3

-28

0

-26

7

-25

4

-24

1

-22

8

-21

5

-20

2

-18

9

-17

6

-16

3

-15

0

-13

7

-12

4

-11

1

-98

-85

-72

-59

-46

-33

-20 -7

Fre

cue

nci

a

Clase

Deficit hidrico

Frecuencia

0

50

100

150

200

250

300

-1.8 -1.5 -1.2 -0.9 -0.6 -0.3 0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4 2.7 3

Fre

cue

nci

a

Clase

T min mes mas frio

Frecuencia

0

20

40

60

80

100

120

11

.5

12

.2

12

.9

13

.6

14

.3 15

15

.7

16

.4

17

.1

17

.8

18

.5

19

.2

19

.9

20

.6

21

.3 22

22

.7

23

.4

24

.1

Fre

cue

nci

a

Clase

T max mes mas cálido

Frecuencia

BosquecaducifolioMaulino

TXEm TXEM TNJm TNJM Iam IAM

11.6 29.7 -9.2 7.4 0.32 10.14,

8.4 32.4 -6.1 8.2 0.13 1.60,

9.3 33.2 -4.7 13.9 0.00 1.11,

16.9 26.0 0.1 6.4 1.18 6.74,

15.0 25.7 -6.7 7.5 1.77 10.10,

10.1 23.8 -7.6 6.1 0.46 12.07,

9.9 33.1 -4.1 14.1 0.00 0.07,

12.9 21.8 -8.0 0.4 0.28 1.91,

-3.0 22.3 -19.0 1.8 0.03 9.11,

10.9 32.0 -9.7 8.2 0.12 5.74,

-2.6 32.6 -18.6 5.4 0.00 11.63,

4.8 32.5 -11.2 9.3 0.00 0.20,

10.5 19.0 -8.1 2.7 0.48 8.61,

5.9 33.4 -8.2 13.5 0.00 0.26,

25.6 32.0 2.3 7.2 0.15 0.36,

12.2 17.6 1.5 5.1 8.22 16.44,

10.1 18.2 -5.0 3.5 0.73 18.55,

Matorral desertico

Matorral espinoso

Matorral siempreverde

Turbera

Formacion

Estepas y pastizales

Herbazal de altitud

Matorral arborescente

Matorral de altitud

Matorral desertico

Matorral caducifolio

Bosque caducifolio

Bosque esclerofilo

Bosque espinoso

Bosque laurifolio

Bosque resinoso

Bosque siempreverde

Desierto absoluto

T.Estival T. Invernal Reg. Aridez

Perfil bioclimático de las formaciones

Nivel de estrés térmico Rango

Muy leve Eh≤ ,

Leve , <ET ≤ ,1

Bajo ,1 <ET ≤ ,2

Moderado ,2 <ET ≤ ,4

Alto ,4 <ET ≤ ,

Muy alto , <ET ≤ ,8

Extremadamente alto ET˃ ,8

Escala del estrés bioclimático(1-d)

ID PISO Superficie O ML L B M A MA EA

1 Desierto tropical costero con vegetacion escasa 2568 0 2208 0 0 359 0 0 0

2 Desierto tropical interior con vegetacion escasa 55284 157 55128 0 0 0 0 0 0

3 Matorral desertico tropical interior de Atriplex atacamensis y Tessaria absinthioides8944 3308 5523 0 114 0 0 0 0

4 Matorral desertico tropical interior Malesherbia auristipulata y Tarasa rahmeri547 273 266 8 0 0 0 0 0

5 Matorral desertico tropical costero de Nolana adansonii y N. lycioides847 0 590 0 0 0 257 0 0

6 Matorral desertico tropical costero de Ephedra breana y Eulychnia iquiquensis3416 0 2497 0 58 861 0 0 0

7 Matorral desertico mediterraneo costero Copiapoa boliviana y Heliotropium pycnophyllum1245 0 1049 164 31 0 0 0 0

8 Matorral desertico mediterraneo costero de Heliotropium eremogenum y Eulychnia morromorenoensis34 0 0 19 14 0 0 0 0

9 Matorral desertico mediterraneo costero de Gypothamnium pinifolium y Heliotropium pycnophyllum791 0 303 469 18 0 0 0 0

10 Matorral desertico mediterraneo costero de Euphorbia lactiflua y Eulychnia iquiquensis727 0 158 223 345 0 0 0 0

11 Matorral desertico mediterraneo costero de Euphorbia lactiflua y Eulychnia saint-pieana2583 0 257 1979 347 0 0 0 0

12 Matorral desertico mediterraneo interior de Oxyphyllum ulicinum y Gymnophyton foliosum1914 0 707 1098 110 0 0 0 0

13 Matorral desertico mediterraneo costero de Heliotropium floridum y Atriplex clivicola1651 0 144 1507 0 0 0 0 0

14 Matorral desertico mediterraneo costero de Oxalis gigantea y Eulychnia breviflora745 0 0 274 471 0 0 0 0

15 Matorral desertico mediterraneo interior de Skytanthus acutus y Atriplex deserticola18292 0 7820 10424 48 0 0 0 0

16 Matorral desertico tropical interior de Huidobria chilensis y Nolana leptophylla1282 21 916 345 0 0 0 0 0

17 Matorral desertico mediterraneo costero de Oxalis gigantea y Heliotropium stenophyllum2941 0 0 2674 267 0 0 0 0

18 Matorral desertico mediterraneo interior de Adesmia argentea y Bulnesia chilensis12609 0 0 5308 7301 0 0 0 0

19 Matorral desertico mediterraneo interior de Heliotropium stenophyllum y Flourensia thurifera4628 0 0 857 3771 0 0 0 0

20 Matorral desertico mediterraneo interior de Flourensia thurifera y Colliguaja odorifera7084 0 0 263 6821 0 0 0 0

21 Matorral desertico mediterraneo costero de Bahia ambrosioides y Puya chilensis1087 0 0 229 779 79 0 0 0

22 Matorral bajo desertico tropical interior de Adesmia atacamensis y Cistanthe salsoloides24438 9653 14574 211 0 0 0 0 0

23 Matorral bajo desertico tropical andino de Atriplex imbricata y Acantholippia deserticola14981 11125 2913 943 0 0 0 0 0

24 Matorral bajo desertico tropical interior de Nolana leptophylla y Cistanthe salsoloides12209 306 8234 3502 35 132 0 0 0

25 Matorral bajo desertico tropical-mediterraneo andino de Atriplex imbricata10179 4481 4084 1614 0 0 0 0 0

26 Matorral bajo desertico mediterraneo andino de Senecio proteus y Haplopappus baylahuen3635 0 7 767 2861 0 0 0 0

27 Matorral espinoso mediterraneo interior de Trevoa quinquinervia y Colliguaja odorifera2003 0 0 20 1984 0 0 0 0

Superficie afectada según nivel de estrés

Factores del estrés en comunidades de Araucarias

isotermas han subido unos 350 m

la sequia estival es más prolongada e intensa debido a la disminucion de las precipitaciones y el aumento de las rtasas de evaporacion

la humedad del aire ha aumentado favoreciondo la proliferacion de patogenos

Supuestos de este procedimiento:La distribución actual de un ecosistema está en sintonía con sus rangos de tolerancia bioclimática.Los cambios climáticos podrían gatillar la regresión ecológica de un ecosistema cuando al menos una variable se escape del rango actual.Los servicios ecosistémicos podrían deteriorarse proporcionalmente al aumento del estrés de los ecosistemas

Factores de incertidumbre.

Los mayores factores de incertidumbre radican en la interpretación de las reacciones biológicas frente a los estreses bioclimáticos. Si bien existe cierta certeza en la magnitud de los cambios climáticos esperados, la respuestas adaptativas de los sistemas biológicos a estos cambios permanecen en el campo de la incerteza.

Una mirada a nuestra América

Temperatura mínimadel mes mas frio

Proyecto VACEAChile-Argentina-Brasil-Colombia-Canadá

Temperatura máxima del mes mas cálido

Proyecto VACEAChile-Argentina-Brasil-Colombia-Canadá

Que no nos sorprenda el cambio climático, adelantémonos a lo que podría venir