Effect of extreme wildfires on the provision of ecosystem services. Importance of post-fire restoration
- Autores: Sara Turiel Santos
- Directores de la Tesis: Leonor Calvo Galván (dir. tes.), Ángela Taboada Palomares (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de León ( España ) en 2025
- Idioma: inglés
- Número de páginas: 124
- Títulos paralelos:
- Efecto de los incendios extremos sobre la provisión de servicios ecosistémicos. Importancia de la restauración post-fuego
- Tribunal Calificador de la Tesis: María Reyes Tárrega García-Mares (presid.), Otilia Reyes Ferreira (secret.), Sergio Arispe (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ecología Funcional y Aplicada por la Universidad de León
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: BULERIA
- Resumen
- español
En las últimas décadas, a nivel global, los regímenes de incendios forestales han cambiado significativamente debido a la interacción de factores como el abandono rural, la falta de uso de los sistemas forestales y el cambio climático. Estos cambios socioeconómicos y ambientales han aumentado la cantidad y conectividad del combustible forestal, y, en consecuencia, están relacionados con el aumento en el número de incendios de comportamiento extremo, que en muchos casos son también megaincendios por la extensión que ocupan. Así mismo, las proyecciones hacia el futuro indican que seguirá el aumento de la frecuencia de estos eventos extremos de fuego y también se pronostica el aumento de la fracción de la superficie quemada afectada por una alta severidad.
Los nuevos regímenes de incendios forestales en la Cuenca Mediterránea occidental siguen un patrón similar al general, con un incremento en la incidencia de grandes incendios o incendios extremos en la actualidad. Estos nuevos patrones de régimen de incendios están generando múltiples impactos económicos, sociales y ambientales, lo que aumenta los riesgos directos sobre las vidas humanas y comprometen la resiliencia de los ecosistemas y la provisión de bienes y servicios que sustentan.
Entre los ecosistemas mediterráneos del noroeste de España, los pinares dominados por Pinus pinaster sufren de forma recurrente incendios forestales, siendo, en muchos casos, incendios con alta severidad y, por lo tanto, con efectos muy negativos sobre el propio ecosistema. Estos pinares proporcionan una gran cantidad de servicios ecosistémicos de aprovisionamiento, regulación y soporte, por lo que son especialmente vulnerables debido a la dependencia socioeconómica de las zonas rurales próximas a dichos sistemas forestales.
Entre los servicios ecosistémicos más importantes que proporcionan los pinares de Pinus pinaster destaca el servicio de aprovisionamiento de producción micológica. La comunidad de hongos es fundamental por los procesos ecosistémicos que soporta, como las asociaciones simbióticas con especies vegetales, la regulación del ciclo de los nutrientes y la contribución a la descomposición. Por lo tanto, la comunidad fúngica es clave en los procesos subyacentes a la regeneración tras incendios, y, además, parte de esta comunidad son hongos de especies comestibles, lo que genera beneficios económicos locales.
Los incendios forestales afectan a la estructura de la comunidad fúngica en los primeros años después del fuego, que con el tiempo se recupera, si bien, los cambios en la recurrencia de incendios pueden alterar de forma significativa dicha recuperación. Hasta la fecha, sin embargo, se sabe muy poco sobre los factores ambientales clave que condicionan esa recuperación fúngica prolongada tras el incendio y no existe un seguimiento a largo plazo de la recuperación del servicio ecosistémico de aprovisionamiento de producción micológica en los sistemas dominados por Pinus pinaster.
Otros servicios ecosistémicos afectados a corto plazo por los incendios son los de regulación y soporte, debido a la modificación de la comunidad detritívora del suelo. Los incendios reducen la comunidad de descomponedores y la biomasa microbiana, por lo que disminuyen las tasas de descomposición y la materia orgánica del suelo, lo que afecta a la disponibilidad de los nutrientes. Muchos de estos cambios en los servicios ecosistémicos están condicionados por las características del suelo, por la capacidad de regeneración post-fuego de la vegetación, y por la presencia de restos de madera que quedan después del incendio. Sin embargo, no existen trabajos que aborden el impacto a largo plazo de los tres condicionantes en los servicios de regulación y soporte en los sistemas dominados por Pinus pinaster.
Una forma de reducir el impacto de los incendios, y, por lo tanto, mitigar la pérdida de los servicios ecosistémicos en las áreas quemadas, consiste en la aplicación de estrategias de gestión y restauración post-fuego. En los pinares de Pinus pinaster, algunas medidas que se aplican de forma extensiva son la retirada de la madera quemada y la reforestación por plantación de las especies arbóreas dominantes. Sin embargo, un desafío actual importante es conocer la eficacia de dichas actuaciones a largo plazo, bajo diferentes escenarios espacio-temporales, en la capacidad de regeneración del sistema y de proveer servicios ecosistémicos.
En este marco actual de los incendios forestales y sus impactos, la presente Tesis Doctoral analiza el impacto a medio-largo plazo de los incendios forestales extremos en ecosistemas mediterráneos propensos al fuego dominados por Pinus pinaster sobre la capacidad de provisión de servicios ecosistémicos de aprovisionamiento (producción micológica) y de regulación y soporte (descomposición de la hojarasca y ciclo de nutrientes del suelo) de estos sistemas. Así mismo, evalúa los efectos de las actuaciones de emergencia de restauración post-incendio sobre la recuperación de estos servicios ecosistémicos.
Esta Tesis Doctoral contribuye a aumentar el conocimiento científico en tres áreas principales de la Ecología del Fuego:
(i) El impacto de los incendios forestales extremos sobre la capacidad de provisión del servicio de aprovisionamiento de producción micológica a largo plazo a medida que avanza la sucesión post-fuego y cuáles son las variables ambientales que la condicionan (Artículo I).
(ii) El impacto de la recurrencia de incendios forestales extremos y de los tratamientos de gestión post-incendio en la capacidad de provisión del servicio de aprovisionamiento de producción micológica a medio-largo plazo tras el fuego, así como las variables ambientales más relevantes para su restauración (Artículo II).
(iii) El impacto a medio-largo plazo de los incendios forestales extremos en la capacidad de provisión de los servicios de regulación y soporte (descomposición de la hojarasca y reciclado de nutrientes del suelo) y el efecto del legado biológico que configuran los restos de madera remanente tras la retirada post-incendio de los árboles quemados sobre su recuperación (Artículo III).
Los resultados de la Tesis Doctoral muestran que los incendios forestales extremos que afectan a los ecosistemas mediterráneos dominados por Pinus pinaster reducen considerablemente la capacidad de estos sistemas de proveer el servicio de aprovisionamiento de producción micológica. En particular, los incendios extremos tienen un efecto negativo durante los primeros años después del fuego en la composición, estructura y funcionalidad de la comunidad fúngica, reduciendo la riqueza, abundancia, diversidad y productividad de hongos, especialmente para las especies de valor comestible y comercial. Estos efectos adversos de los incendios extremos persisten más de 20 años después del fuego, si bien, la provisión de setas comestibles comienza a recuperarse en el periodo comprendido entre los 10-20 años después del fuego en el caso de la especie Lactarius deliciosus. Sin embargo, otras especies de hongos comestibles de valor comercial, como Macrolepiota procera, Tricholoma portentosum y Boletus pinophilus requieren alrededor de dos décadas o más de sucesión post-incendio para recuperarse. Las propiedades físicoquímicas (la cantidad de nitrato, el porcentaje de arcilla y los valores de pH) y bioquímicas (el carbono de la biomasa microbiana y la actividad enzimática β-glucosidasa) del suelo y el porcentaje de cobertura de los restos de madera muerta (hojarasca, piñas, ramas, troncos y tocones) modulan la sucesión secundaria post-fuego, en la cual la comunidad fúngica varía a la largo del tiempo transcurrido desde el último incendio. Inmediatamente después del fuego, predominan especies de hongos saprotróficos, mientras que las especies micorrizógenas se recuperan durante las etapas media y tardía de la sucesión secundaria (Artículo I).
La recurrencia de incendios extremos en los sistemas de Pinus pinaster estudiados tiene un impacto negativo en la riqueza y diversidad de la comunidad fúngica que persiste después de diez años desde el último incendio. Los tratamientos post-fuego (subsolado más plantación de plántulas de pino) realizados tras dos incendios sucesivos pueden mejorar la recuperación de las comunidades fúngicas a medio-largo plazo y, por tanto, la capacidad de los sistemas de Pinus pinaster para sustentar el servicio de aprovisionamiento de producción micológica. Esta mejora es especialmente beneficiosa para los hongos saprofíticos y aquellos con valor comercial y comestible. Los parámetros estructurales de los hongos saprofíticos se ven favorecidos por el aumento de los valores de pH del suelo. Así mismo, la cantidad de nitrato, el porcentaje de arcilla y de la materia orgánica del suelo ejercen un impacto positivo en los parámetros estructurales y la productividad de los hongos micorrícicos. La abundancia total de hongos, así como su riqueza y diversidad, se ven positivamente influenciadas por la presencia de la especie arbórea dominante Pinus pinaster y de la especie del matorral del sotobosque Halimium lasianthum spp. alyssoides (Artículo II).
Diez años después de un incendio extremo en un pinar de Pinus pinaster, los servicios de regulación y soporte estudiados (descomposición de la hojarasca y reciclado de nutrientes del suelo) están recuperados con relación a la situación no quemada. Cabe destacar que los procesos de reciclado de nutrientes, reflejados por el carbono de la biomasa microbiana y las actividades enzimáticas (β-glucosidasa, ureasa y fosfatasa ácida), están positivamente influenciados por los valores de pH y negativamente por el contenido de carbono del suelo. Sin embargo, la recuperación de ambos servicios ecosistémicos a medio-largo plazo después del incendio extremo no se ve impulsada por el legado biológico que constituyen los restos de madera quemada remanentes tras la extracción de los árboles quemados (Artículo III).
El análisis de la influencia de las estrategias de gestión post-incendio en la recuperación del servicio ecosistémico de producción micológica de los pinares de Pinus pinaster refleja que el subsolado seguido de la plantación de plántulas de pino favorece la recuperación de la comunidad fúngica del sistema tras dos incendios extremos sucesivos. En el caso de los servicios ecosistémicos de regulación y soporte estudiados, la permanencia a largo plazo de los restos de madera quemada tras la retirada de los árboles muertos no favoreció su recuperación una década tras el fuego. A pesar de los múltiples beneficios que los restos de madera quemada podrían aportar a corto plazo, como facilitar la regeneración natural de los pinos e inhibir el rebrote de arbustos en las primeras etapas de la sucesión, el bajo grado de descomposición de estos restos diez años después del incendio implica que su contribución a la recuperación del funcionamiento del suelo a largo plazo no es significativa.
- English
In recent decades, globally, wildfire regimes have changed significantly due to the interaction of factors such as rural abandonment, lack of use of forest systems and climate change. These socioeconomic and environmental changes have increased the quantity and connectivity of forest fuel, and are consequently related to the increase in the number of wildfires with extreme behavior, which in many cases are also mega-fires due to the extent they occupy. Likewise, future projections indicate that the frequency of these extreme wildfire events will continue to increase and the fraction of the burned surface affected by high severity is also predicted to increase.
New wildfire regimes in the western Mediterranean Basin follow a similar pattern to the general one, with an increase in the incidence of large wildfires or extreme wildfires at present. These new wildfire regime patterns are generating multiple economic, social and environmental impacts, increasing direct risks to human lives and compromising the resilience of ecosystems and the provision of goods and services they support.
Among the Mediterranean ecosystems of northwestern Spain, pine forests dominated by Pinus pinaster are frequently affected by wildfires, which in many cases are of high severity and, therefore, have very negative effects on the ecosystem itself. These pine forests provide a large number of ecosystem services of provisioning, regulation and supporting, and are therefore especially vulnerable due to the socioeconomic dependence of rural areas close to these forest systems.
Among the most important provisioning ecosystem services supported by Pinus pinaster pine forests is edible mushroom production. The fungal community is fundamental for the ecosystem processes they supports, such as symbiotic associations with plant species, regulation of the nutrient cycling and contribution to decomposition. Therefore, the fungal community is key in the processes underlying regeneration after wildfires, and, in addition, part of this community are edible fungi, which generate local economic benefits.
Wildfires affect fungal community structure in the first years after wildfire, which eventually recovers, although changes in wildfire recurrence can significantly alter this recovery. To date, however, very little is known about the key environmental factors that determine this prolonged fungal recovery after wildfire and there is no long-term monitoring of the recovery of the ecosystem service of provisioning ecosystem service of mushroom production in systems dominated by Pinus pinaster.
Other ecosystem services affected in the short term by wildfires are those of regulation and supporting, due to the modification of the soil detritivore community. Wildfires reduce the community of decomposers and microbial biomass, thereby decreasing decomposition rates and soil organic matter, which affects nutrient availability. Many of these changes in ecosystem services are conditioned by soil characteristics, by the post-fire regeneration capacity of vegetation, and by the presence of wood debris left after the wildfire. However, there are no studies that address the long-term impact of the three conditions on regulation and supporting services in systems dominated by Pinus pinaster.
One way to reduce the impact wildfires, and therefore mitigate the loss of ecosystem services in burned areas, is the application of post-fire management and restoration strategies. In Pinus pinaster pine forests, some measures that are applied extensively are the removal of burnt wood and reforestation by planting the dominant tree species. However, an important current challenge is to determine the long-term effectiveness of these actions, under different spatio-temporal scenarios, in the capacity of the system to regenerate and provide ecosystem services.
In this current framework of wildfires and their impacts, this PhD Thesis analyzes the medium-long term impact of extreme wildfires in fire-prone Mediterranean ecosystems dominated by Pinus pinaster on the capacity of these systems to provision ecosystem services of provisioning (mycological production) and regulation and supporting (leaf litter decomposition and soil nutrient cycling). It also evaluates the effects of emergency post-fire restoration actions on the recovery of these ecosystem services.
This PhD Thesis contributes to increase scientific knowledge in three main areas of Fire Ecology:
(i) The impact of extreme wildfires on the capacity to provide the long-term mycological production provisioning service as the post-fire succession progresses and the environmental variables that determine it (Article I).
(ii) The impact of the recurrence of extreme wildfires and post-fire management treatments on the capacity to provide the mycological production provisioning service in the medium-long term after the wildfire, as well as the most relevant environmental variables for its restoration (Article II).
(iii) The medium-long term impact of extreme wildfires on the capacity to provide regulation and supporting services (leaf litter decomposition and soil nutrient recycling) and the effect of the biological legacy formed by the remaining wood remains after the post-fire removal of burnt trees on their recovery (Article III).
The results of the PhD Thesis show that extreme wildfires affecting Mediterranean ecosystems dominated by Pinus pinaster considerably reduce the capacity of these systems to provide the mycological production provisioning service. In particular, extreme wildfires have a negative effect during the first years after the wildfire on the composition, structure and functionality of the fungal community, reducing the richness, abundance, diversity and productivity of fungal, especially for species of edible and commercial value. These adverse effects of extreme wildfires persist for more than 20 years after the wildfire, although the supply of edible mushrooms starts to recover within 10-20 years after the wildfire in the case of Lactarius deliciosus species. However, other edible mushroom species of commercial value, such as Macrolepiota procera, Tricholoma portentosum and Boletus pinophilus require about two decades or more of post-fire succession to recover. The physicochemical (amount of nitrate, percentage of clay and pH values) and biochemical (microbial biomass carbon and β-glucosidase enzyme activity) properties of the soil and the percentage cover of dead wood remains (litter, pine cones, branches, trunks and stumps) modulate the post-fire secondary succession, in which the fungal community varies over time since the last wildfire. Immediately after wildfire, saprotrophic fungal species predominate, while mycorrhizal species recover during the medium and late stages of secondary succession (Article I).
The recurrence of extreme wildfires in the Pinus pinaster systems studied has a negative impact on the richness and diversity of the fungal community that persists ten years after the last wildfire. Post-fire treatments (subsoiling plus planting of pine seedlings) after two successive wildfires can improve the recovery of fungal communities in the medium to long term and thus the ability of Pinus pinaster systems to sustain the mycological production provisioning service. This improvement is especially beneficial for saprophytic fungi and those with commercial and edible value. The structural parameters of saprophytic fungi are favoured by the increase in soil pH values. Also, the amount of nitrate, the percentage of clay and organic matter in the soil have a positive impact on the structural parameters and the productivity of mycorrhizal fungi. Total fungal abundance, richness and diversity are positively influenced by the presence of the dominant tree species Pinus pinaster and the understorey shrub species Halimium lasianthum spp. alyssoides (Article II).
Ten years after an extreme wildfire in a Pinus pinaster pine forest, the regulation and supporting services studied (litter decomposition and soil nutrient recycling) are recovered compared to the unburned situation. It should be noted that nutrient recycling processes, reflected by microbial biomass carbon and enzymatic activities (β-glucosidase, urease and acid phosphatase), are positively influenced by pH values and negatively by soil carbon content. However, the recovery of both ecosystem services in the medium-long term after extreme wildfire is not driven by the biological legacy of burnt wood residues remaining after the removal of burnt trees (Article III).
The analysis of the influence of post-fire management strategies on the recovery of the mycological production ecosystem service of Pinus pinaster pine forests shows that subsoiling followed by planting pine seedlings favours the recovery of the fungal community of the system after two successive extreme wildfires. In the case of the ecosystem services of regulation and supporting studied, the medium-long term permanence of the burnt wood remains after the removal of the dead trees did not favour their recovery a decade after the wildfire. Despite the multiple benefits that burnt woody debris could provide in the short term, such as facilitating natural pine regeneration and inhibiting shrub regrowth in the early stages of succession, the low degree of decomposition of these debris ten years after the wildfire implies that their contribution to the recovery of soil functioning in the long term is not significant.
- español
