Un equipo de investigadores liderados por la Universidad Pablo de Olavide (UPO), de Sevilla, el Centro Tecnológico y Forestal de la Madera (CETEMAS) y el Instituto Pirenaico de Ecología IPE-CSIC (Zaragoza), ha llevado a cabo una investigación que concluye que el estudio de la composición química anual de los anillos de crecimiento de los árboles puede alertar décadas antes de que ocurran los síntomas de decaimiento forestal, como bajada del crecimiento y pérdida de hojas y mortalidad elevada.

Árboles en decaimiento o muertos donde se han extraído testigos de madera para el análisis de anillos anuales de crecimiento mediante dendrocronología en Pinus sylvestris en Corbalán, Teruel (izquierda) y Abies alba en el Paco Ezpela, Ansó (Huesca) (derecha) con síntomas de decaimiento. Fotos: M. Colangelo.

Según este estudio, los elementos analizados a escala anual muestran señales tempranas que indican un deficiente estado nutricional de los árboles que muestran decaimiento inducido por sequías. Estos árboles suelen mostrar una caída brusca de crecimiento, un aumento de la densidad de su madera y por tanto una pérdida de conductividad de sus tejidos vasculares.

La descripción de este nuevo método de alerta temprana del decaimiento forestal ha sido plasmada en el artículo ‘Long-term nutrient imbalances linked to drought-triggered forest dieback’, publicado recientemente en la prestigiosa revista Science of the Total Environment, dentro de un número especial sobre las aplicaciones de la dendroquímica en ciencias medioambientales. El trabajo, co-liderado por Andrea Hevia, investigadora de CETEMAS y la Universidad de Huelva y colaboradora visitante de la UPO e IPE-CSIC, y el investigador y profesor de la Universidad Pablo de OlavideRaúl Sánchez-Salguero, ha contado también con científicos del IPE-CSIC, CEBAS-CSIC, Universidad de Valladolid y Universidad Rey Juan Carlos.

Muestra de rayos X de los anillos de la madera de Pinus sylvestris de Corbalán (Teruel) en el Sistema Ibérico superpuesta con el dato de crecimiento (línea negra), el contenido de Mn en la madera en un árbol sano (línea verde) y uno en decaimiento (línea roja). Se aprecia la divergencia de Mn (flecha azul) décadas previas a la bajada del crecimiento (flecha negra). Montaje: Andrea Hevia y Raúl Sánchez Salguero.

Los autores de este trabajo ponen su foco de atención en los cambios temporales de la composición química de los anillos anuales de crecimiento comparando árboles sanos frente a árboles con síntomas de decaimiento en un mismo bosque, empleando ‘dendroquímica’ y utilizando un novedoso método de análisis indirecto de los anillos a escalas anual y estacional a partir de un escáner especializado y no destructivo de maderas (Itrax multiscanner, Cox Analytical Systems), que usa microdensitometría y fluorescencia de rayos X. Además, comparan estos análisis con métodos directos de análisis basados en el uso del espectrómetro de emisión óptica ICP-OES. Este nuevo método se ha desarrollado en bosques meridionales de dos de las especies con mayor importancia productiva en Europa, el pino albar (Pinus sylvestris) y el abeto (Abies alba) (Foto 1), que han sufrido importantes fenómenos recientes de decaimiento forestal y que se espera irán en aumento con las olas de calor y fenómenos de sequía actuales.

De este modo, han elaborado una novedosa metodología que analiza y compara los cambios de nutrientes hasta cientos de años a partir de los anillos de crecimiento de los árboles. Los investigadores observaron un cambio en el patrón de diversos elementos en la madera, principalmente manganeso Mn (mayor en árboles decaídos) y sus ratios con otros elementos como Ca, Mg, Al o P, en los últimos 20-50 años para árboles en decaimiento frente a su estabilidad o tendencia contraria en árboles sanos. Los análisis químicos de las muestras dendrocronológicas indican que elementos esenciales para el desarrollo de la madera, la fotosíntesis y los procesos fisiológicos, como por ejemplo el Ca, en combinación con el contenido de otros elementos esenciales en la fisiología de los árboles, como por ejemplo Mn, P, Al y K, relacionados con la formación de madera, conductividad de agua o transporte de otros nutrientes, muestran un cambio en su contenido exclusivamente en árboles decaídos detectable hasta 2-5 décadas antes de que el crecimiento disminuya y se muestren los primeros síntomas de decaimiento forestal (defoliación y mortalidad).

La fijación de estos elementos en los anillos de crecimiento de la madera está además relacionada con la estructura celular del anillo. Según indica el investigador del IPE-CSIC, J. Julio Camarero “una mayor densidad de la madera implica una menor conductividad hidráulica y por tanto una menor capacidad del árbol para conducir y fijar nutrientes y por tanto crecer, causando a largo plazo un desequilibrio entre nutrientes, conductividad y crecimiento que desencadena junto a otros factores los procesos de decaimiento forestal”.

Abetos decaídos o muertos en el Paco Ezpela, Ansó (Huesca). Foto: M. Colangelo.

Los autores concluyen que la nueva metodología desarrollada permitirá entender mejor la dinámica de los ciclos biogeoquímicos de los bosques y su interacción con los efectos antropogénicos y climáticos, ya que ayuda a comprender cómo los árboles gestionan los nutrientes a escalas anual y estacional durante décadas o siglos (Foto 2). Según la investigadora que co-lidera este estudio, Andrea Hevia, “si tal y como indica este trabajo podemos detectar los desequilibrios de nutrientes que se producen décadas antes de que ocurra la caída de crecimiento o aumento de la densidad que provoca el fallo hidráulico, estamos ante una novedosa y potente herramienta para detectar los síntomas con antelación, lo cual nos permitiría tomar medidas para tratar de mitigar los efectos del cambio global en las masas forestales o regular estas deficiencias nutricionales”.

Por otro lado, este trabajo ha permitido además analizar por primera vez los efectos del cambio climático a escala anual en relación con los ciclos de nutrientes en los bosques y su relación con las propiedades del suelo en dos sistemas tan diferentes e importantes a nivel europeo como son los abetales pirenaicos (Foto 3) y los bosques de pino albar de zonas más secas del Sistema Ibérico de Teruel. Según apunta el investigador y profesor de la UPO Raúl Sánchez-Salguero, co-autor del trabajo “es fundamental entender la respuesta espacio-temporal de los ciclos biogeoquímicos en los árboles y su evolución frente a eventos extremos pasados como las sequías, para comprender mejor el papel que desempeñan en los fenómenos de decaimiento forestal y por tanto la influencia que pueden tener en el desarrollo de medidas de gestión forestal sostenible adaptadas a los diferentes escenarios futuros de cambio climático. Este estudio ofrece una visión novedosa y detallada de los patrones y señales de alerta temprana en procesos de decaimiento para dos de las coníferas más importantes de Europa, recogiendo los potenciales efectos que podrían soportar muchos de los bosques de coníferas de zonas vulnerables en el siglo XXI”.

Por otro lado, gracias a esta nueva metodología y al uso de indicadores biológicos que comparan los proporciones del contenido de elementos en la madera, se ha encontrado que usando el Mn o ratios derivados como Ca:Mn o P:Mn se puede detectar de una forma sencilla, a bajo coste y con alta precisión las variaciones de nutrientes y su relación con la fisiología y estructura de la madera de los árboles con varias décadas de antelación a los síntomas de decaimiento apreciados en campo. “Por tanto, ante un aumento de las sequías extremas y olas de calor, la identificación de procedencias que muestren una mejor gestión de los desequilibrios nutricionales frente a los efectos del cambio climático, resultarán determinantes para conservar bosques o realizar plantaciones productivas o de restauración en un mundo cada vez más cálido y con sequías más extremas, pudiendo en base a estos resultados introducir individuos con garantía de éxito en esas condiciones” explica la investigadora Andrea Hevia.

Los investigadores del trabajo indican que una vez comprobado que esta nueva metodología permite entender algunos de los procesos biogeoquímicos asociados a procesos de decaimiento forestal con décadas de antelación, el objetivo futuro será mejorar y ampliar las series de registro dendroquímico en relación a las propiedades de la madera a otros tipos de bosques con riesgo de decaimiento o situados en zonas identificadas como de alta vulnerabilidad a nivel de la Cuenca Mediterránea o Europa.

Este trabajo ha podido ser realizado gracias a la colaboración de administraciones locales, regionales (Gobierno de Aragón) y nacionales; la ayuda y apoyo del personal de CETEMAS, IPE-CSIC y CEBAS-CSIC, así como gracias a la financiación aportada por los Ministerios de Economía, Industria y Competitividad y de Ciencia, Innovación y Universidades (proyectos CGL2011-26654, FunDiver-CGL2015-69186-C2-1-R; CoMo-ReAdapt, CGL2013-48843-C2-1-R, AMB95-0160, IJCI-2015-25845 y FJCI 2016-30121) y la Unión Europea (proyecto CANOPEE-Interreg V-A POCTEFA 2014-2020- fondos FEDER (EFA028/15).