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Invasión de plantas leñosas

Invasión de arbustos en Waterberg Namibia
Vista de tierras invadidas por arbustos en el parque Waterberg Plateau en la región de Otjozondjupa , Namibia

La invasión de plantas leñosas (también llamada invasión de arbustos , invasión de arbustos , invasión de arbustos , engrosamiento de arbustos o proliferación de plantas leñosas ) es un fenómeno natural caracterizado por el aumento de la densidad de plantas leñosas, matas y arbustos, a expensas de la capa herbácea, gramíneas. y hierbas . [1] Ocurre predominantemente en pastizales, sabanas y bosques y puede provocar cambios de bioma de pastizales y sabanas abiertas a bosques cerrados. El término invasión de arbustos se refiere a la expansión de plantas nativas y no a la propagación de especies exóticas invasoras . Por tanto, se define por la densidad de plantas, no por las especies. La invasión de Bush a menudo se considera un cambio de régimen ecológico y puede ser un síntoma de degradación de la tierra . El fenómeno se observa en diferentes ecosistemas y con diferentes características e intensidades a nivel mundial. [2]

Entre sus causas se incluyen la intensificación del uso de la tierra, como la alta presión del pastoreo y la supresión de incendios forestales. Se ha descubierto que el cambio climático es un factor que acelera la invasión de bosques. El impacto de la invasión de plantas leñosas depende en gran medida del contexto. A menudo se descubre que tiene graves consecuencias negativas sobre servicios ecosistémicos clave , especialmente la biodiversidad , el hábitat animal , la productividad de la tierra y la recarga de aguas subterráneas . En todos los pastizales , la invasión de bosques ha provocado importantes disminuciones en la productividad, amenazando los medios de vida de los usuarios de la tierra afectados. Varios países contrarrestan activamente la invasión de los bosques mediante prácticas adaptadas de gestión de los pastizales, incendios controlados y raleo mecánico de arbustos. [3]

En algunos casos, las áreas afectadas por la invasión de bosques se clasifican como sumideros de carbono y forman parte de los inventarios nacionales de gases de efecto invernadero . Sin embargo, los efectos de la invasión de plantas leñosas en el secuestro de carbono son muy específicos del contexto y aún no se han investigado lo suficiente. Dependiendo de las precipitaciones, la temperatura y el tipo de suelo, entre otros factores, la invasión de plantas leñosas puede aumentar o disminuir el potencial de secuestro de carbono de un ecosistema determinado. En su Sexto Informe de Evaluación de 2022, el Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC) afirma que la invasión de bosques puede provocar ligeros aumentos de carbono, pero al mismo tiempo enmascarar los procesos subyacentes de degradación de la tierra, especialmente en las tierras secas. [4]

Definición ecológica y etimología.

La invasión de plantas leñosas es el aumento de la abundancia de plantas leñosas autóctonas , como arbustos y matorrales, a expensas de plantas herbáceas , pastos y hierbas, en pastizales y matorrales . Por tanto, el término invasión se utiliza para describir cómo las plantas leñosas superan a los pastos durante un tiempo determinado, normalmente años o décadas. [5] [3] Esto está en consonancia con el significado del término invasión, que es "el acto de cubrir lentamente más y más de un área". [6] Entre las primeras nociones publicadas sobre la invasión de plantas leñosas se encuentran las publicaciones de R. Staples en 1945, [7] O. West en 1947 [8] y Heinrich Walter en 1954. [9]

Aunque los términos se usan indistintamente en alguna literatura, la invasión de plantas leñosas es diferente de la propagación de especies invasoras . A diferencia de las especies invasoras, que son especies introducidas deliberada o accidentalmente , las especies invasoras son autóctonas del ecosistema respectivo y su clasificación como invasoras depende de si superan a otras especies autóctonas en el mismo ecosistema a lo largo del tiempo. A diferencia de la invasión de plantas exóticas, la invasión de plantas leñosas no se define por la mera presencia de especies de plantas específicas, sino por su dinámica ecológica y su dominio cambiante. [10] [11]

En algunos casos, la invasión de plantas leñosas es un tipo de sucesión secundaria . Esto se aplica a los casos de abandono de tierras, por ejemplo cuando se abandonan tierras agrícolas anteriores y se restablecen las plantas leñosas. [12] Sin embargo, esto es claramente diferente de la invasión de plantas leñosas que ocurre debido a factores globales, por ejemplo, el aumento de dióxido de carbono en la atmósfera terrestre y formas insostenibles de intensificación del uso de la tierra , como el pastoreo excesivo y la extinción de incendios . Estos factores perturban la sucesión ecológica en un pastizal determinado, específicamente el equilibrio entre plantas leñosas y herbáceas, y brindan una ventaja competitiva a las plantas leñosas. [13] El proceso resultante que conduce a una abundancia de plantas leñosas a veces se considera un cambio de régimen ecológico (también transición de estado ecológico) que puede hacer que las tierras secas pasen de regímenes dominados por pastos a sabanas dominadas por bosques. Un aumento en la variación espacial es un indicador temprano de tal cambio de régimen. [14] Dependiendo de las condiciones ecológicas y climáticas, este cambio puede ser un tipo de degradación de la tierra y desertificación . [1] Se espera que la progresiva invasión de arbustos presente un punto de inflexión, más allá del cual el ecosistema afectado sufrirá un impacto sustancial, autoperpetuante y a menudo irreversible. [15]

La investigación sobre el tipo de plantas leñosas que tienden a convertirse en especies invasoras es limitada. Las comparaciones de especies de vachellia invasoras y no invasoras encontraron que las especies invasoras tienen una mayor adquisición y competencia por los recursos. La arquitectura de su dosel es diferente y sólo las especies de árboles invasoras reducen la productividad de la vegetación perenne. [dieciséis]

Por definición, la invasión de plantas leñosas ocurre en los pastizales. Por tanto, es claramente diferente de la reforestación y la forestación. [17] Sin embargo, existe una fuerte superposición entre el enverdecimiento de la vegetación, detectado a través de índices de vegetación derivados de satélites, y la invasión de plantas leñosas. [18] [19] Los pastizales y los bosques, así como los pastizales y los matorrales, pueden ser estados estables alternativos de los ecosistemas, pero la evidencia empírica de tal biestabilidad aún es limitada. [20] [21] [14] [22]

Causas

Se supone que la invasión leñosa tiene su origen a principios del Holoceno y al comienzo del calentamiento, cuando las especies tropicales expandieron sus áreas de distribución más allá del ecuador hacia regiones más templadas. Pero ha ocurrido a un ritmo sin precedentes desde mediados del siglo XIX. [23] [24] [25] Como tal, se clasifica como un tipo de degradación de los pastizales , que se produce por impacto humano directo e indirecto durante el Antropoceno . [26]

Susceptibilidad de los ecosistemas.

Hay evidencia de que algunas características de los ecosistemas los hacen más susceptibles que otras a la invasión de bosques. Por ejemplo, los suelos de textura gruesa favorecen el crecimiento de las plantas leñosas, mientras que los suelos de textura fina lo limitan. Además, la probabilidad de invasión de bosques está influenciada por la humedad del suelo y la disponibilidad de nutrientes del suelo, razón por la cual ocurre a menudo en lugares de pendiente inferior y en pendientes más frías. [27] Las causas de la invasión de bosques difieren significativamente según las diferentes condiciones climáticas, por ejemplo, entre sabanas húmedas y secas. [28]

Se ha descubierto que varios factores contribuyen al proceso de invasión de plantas leñosas. Tanto los factores locales (es decir, relacionados con las prácticas de uso de la tierra) como los factores globales pueden provocar la invasión de plantas leñosas. Debido a su fuerte vínculo con causas inducidas por el hombre, la invasión de plantas leñosas se ha denominado un cambio de régimen socioecológico. [29] Las investigaciones muestran que tanto los efectos heredados de eventos específicos como los rasgos de las plantas pueden contribuir a la invasión. [30] Todavía no hay suficiente investigación sobre la interacción entre los diversos circuitos de retroalimentación positiva y negativa en los ecosistemas invasores. [31]

Uso del suelo

Cuando se abandona la tierra, a menudo se observa la rápida propagación de plantas arbustivas nativas. Este es, por ejemplo, el caso de antiguas zonas forestales de los Alpes que se convirtieron en tierras agrícolas y luego se abandonaron. Por tanto, en el sur de Europa la invasión está vinculada al éxodo rural. [32] En tales casos, la intensificación del uso de la tierra, por ejemplo, una mayor presión de pastoreo, resulta eficaz contra la invasión de bosques. [33] Más recientemente, se observa que el cese del uso de la tierra no es el único factor de invasión de bosques en regiones anteriores, ya que el fenómeno ocurre también donde la tierra continúa siendo utilizada con fines agrícolas. [34]

En otras regiones, la intensificación del uso de la tierra y la consiguiente fragmentación de los paisajes son las principales causas de la invasión de plantas leñosas, especialmente en las siguientes formas:

Cambio climático

Si bien los cambios en la gestión de la tierra a menudo se consideran el principal impulsor de la invasión de bosques, algunos estudios sugieren que los factores globales aumentan la vegetación leñosa independientemente de las prácticas de gestión de la tierra. [55] [5] Por ejemplo, en una muestra representativa de pastizales sudafricanos, se encontró que la invasión de plantas leñosas era la misma bajo diferentes usos de la tierra y diferentes cantidades de lluvia, lo que sugiere que el cambio climático puede ser el principal impulsor de la invasión. [40] [56] Una vez establecidos, los arbustos suprimen el crecimiento del pasto, perpetuando la invasión de plantas leñosas. [57]

Los factores globales predominantes incluyen los siguientes:

Impacto en los servicios ecosistémicos

La invasión leñosa constituye un cambio en la composición vegetal con un impacto de gran alcance en los ecosistemas afectados. Si bien se identifica comúnmente como una forma de degradación de la tierra, con graves consecuencias negativas para diversos servicios ecosistémicos , como la biodiversidad , la recarga de aguas subterráneas , la capacidad de almacenamiento de carbono y la capacidad de carga de los herbívoros, este vínculo no es universal. Los impactos dependen de las especies, la escala y los factores del contexto ambiental, y la invasión de arbustos también puede tener impactos positivos significativos en los servicios ecosistémicos. [74] [75] Existe la necesidad de evaluaciones y respuestas específicas de los ecosistemas a la invasión de bosques. [3]

Generalmente, los siguientes factores contextuales determinan el impacto ecológico de la invasión leñosa: [76]

Los servicios ecosistémicos afectados entran en la categoría de aprovisionamiento (por ejemplo, valor forrajero), regulación (por ejemplo, regulación hidrológica, estabilidad del suelo) y apoyo (ciclo de nutrientes, secuestro de carbono, biodiversidad, producción primaria). [86]

Biodiversidad

La invasión leñosa causa disminuciones generalizadas en la diversidad de la vegetación herbácea a través de la competencia por agua, luz y nutrientes [23] [87] Bush se expande a expensas directa de otras especies de plantas, reduciendo potencialmente la diversidad de plantas y los hábitats de los animales. [88] Estos efectos son específicos del contexto; un metanálisis de 43 publicaciones del período 1978 a 2016 encontró que la invasión de plantas leñosas tiene distintos efectos negativos sobre la riqueza de especies y la abundancia total en África, especialmente en mamíferos y herpetofauna, pero efectos positivos. en Norte América. [89] Sin embargo, en análisis específicos del contexto también se observan efectos negativos en América del Norte. Por ejemplo, la invasión del piñón y el enebro amenaza hasta 350 especies de plantas y animales asociadas con la artemisa en los Estados Unidos. [90] Un estudio de 30 años de invasión leñosa en Brasil encontró una disminución significativa de la riqueza de especies en un 27%. [91] La invasión de arbustos puede resultar en un aumento de la abundancia y riqueza de especies de vertebrados . Sin embargo, estos hábitats invadidos y sus conjuntos de especies pueden volverse más sensibles a las sequías. [4] [92] Como la invasión no es un estado estable, sino que se caracteriza por cambios en la densidad de los arbustos, es importante identificar cómo los diferentes umbrales de densidad afectan a las especies de plantas y animales. [93]

El hábitat del guepardo puede verse reducido por la invasión de plantas leñosas

La evidencia de pérdidas de biodiversidad incluye lo siguiente:

Recarga de aguas subterráneas y humedad del suelo.

Balance de agua

La invasión de plantas leñosas está frecuentemente relacionada con una menor recarga de aguas subterráneas, según la evidencia de que los arbustos consumen significativamente más agua de lluvia que los pastos y la invasión altera el flujo de agua. [125] La invasión leñosa generalmente conduce al alargamiento de las raíces en el suelo [126] y el movimiento descendente del agua se ve obstaculizado por el aumento de la densidad y profundidad de las raíces. [127] [128] [129] [130] El impacto en la recarga de aguas subterráneas difiere entre lechos de arenisca y regiones kársticas, así como entre suelos profundos y poco profundos. [127] Además de la recarga de aguas subterráneas, la invasión de bosques aumenta la transpiración de los árboles y la evaporación de la humedad del suelo, debido al aumento de la cobertura del dosel. [131] La invasión de bosques provoca el secado de los caudales de los arroyos. [132]

Aunque esto depende en gran medida del contexto, el control de los arbustos puede ser un método eficaz para mejorar la recarga de las aguas subterráneas. [133] Sin embargo, la experiencia concreta con cambios en la recarga de aguas subterráneas se basa en gran medida en evidencia anecdótica o en proyectos de investigación regional y temporalmente limitados. [134] En Texas, EE. UU., se llevó a cabo una investigación aplicada que evaluó la disponibilidad de agua después de la eliminación de la maleza y mostró un aumento en la disponibilidad de agua en todos los casos. [135] [136] Además, estudios realizados en los Estados Unidos encuentran que la densa invasión de Juniperus virginiana es capaz de transpirar casi toda la lluvia, alterando así significativamente la recarga de aguas subterráneas. [137] [138] Una excepción es la invasión de arbustos en las laderas, donde la recarga de agua subterránea puede aumentar bajo la invasión. [52] [139] Otros estudios en los EE.UU. indican que el flujo de los arroyos también se ve significativamente obstaculizado por la invasión de plantas leñosas, con el riesgo asociado de mayores concentraciones de contaminantes. [140] [141] Estudios en Sudáfrica han demostrado que aproximadamente el 44% de la lluvia es capturada por las marquesinas leñosas y se evapora de nuevo a la atmósfera bajo la invasión de los bosques. Este efecto es más fuerte con especies de hojas finas y en eventos de menor tamaño e intensidad de lluvia. Se descubrió que hasta un 10% menos de lluvia ingresa al suelo en general cuando hay invasión de bosques. [142] Un metaanálisis de estudios en Sudáfrica encuentra además que la invasión leñosa tiene un bajo efecto de pérdida de agua en áreas con precipitaciones limitadas. [143] Además, el control de las plantas leñosas puede mejorar eficazmente la conectividad de los recursos hídricos. [144]

Si bien la pérdida de agua es común en bosques con dosel cerrado (es decir, condiciones subhúmedas con mayor evapotranspiración), en los ecosistemas semiáridos y áridos la recarga también puede mejorar bajo la invasión, siempre que exista una buena conectividad ecohidrológica del paisaje respectivo. [145]

Existe una comprensión limitada de cómo los ciclos hidrológicos a través de la invasión de bosques afectan la entrada y salida de carbono, con posibles ganancias y pérdidas de carbono. [125] Además, existe evidencia de que la invasión leñosa mejora la erosión del lecho rocoso , con consecuencias poco claras para la erosión del suelo y los flujos de agua subterráneos. [146]

Secuestro de carbón

El impacto del control de los arbustos en la capacidad de secuestro y almacenamiento de carbono de los respectivos ecosistemas es una consideración de gestión importante. En el contexto de los esfuerzos globales para mitigar el cambio climático , la capacidad de secuestro y almacenamiento de carbono de los ecosistemas naturales recibe una atención cada vez mayor. Los pastizales constituyen el 40% de la vegetación natural de la Tierra [147] y contienen una cantidad considerable del carbono orgánico del suelo global . [148] Los cambios en la composición de las especies de plantas y la estructura de los ecosistemas, especialmente a través de la invasión de bosques, generan una incertidumbre significativa en la predicción del ciclo del carbono en los pastizales. [149] [150] La investigación sobre los cambios en el secuestro de carbono bajo la invasión de plantas leñosas y su control aún es insuficiente. [151] [152] El Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC) afirma que la invasión de plantas leñosas generalmente conduce a un aumento del carbono leñoso sobre el suelo, mientras que los cambios de carbono bajo tierra dependen de las precipitaciones anuales y el tipo de suelo. El IPCC señala que se han estudiado los cambios en las reservas de carbono debido a la invasión de los arbustos en Australia, el sur de África y América del Norte, pero hasta la fecha no se ha realizado ninguna evaluación global. [4]

Carbono total del ecosistema : considerando únicamente la biomasa aérea, la invasión puede verse como un sumidero de carbono . Sin embargo, considerando las pérdidas en la capa herbácea así como los cambios en el carbono orgánico del suelo, la cuantificación de los reservorios y flujos de carbono terrestre se vuelve más compleja y específica del contexto. Los cambios en el secuestro y almacenamiento de carbono deben determinarse para cada ecosistema respectivo y de manera integral, es decir, considerando el almacenamiento de carbono tanto en la superficie como bajo tierra. Generalmente, un nivel elevado de CO 2 conduce a un mayor crecimiento leñoso, lo que implica que las plantas leñosas aumentan su absorción de nutrientes del suelo, reduciendo la capacidad del suelo para almacenar carbono. Por el contrario, los pastos aumentan poca biomasa sobre el suelo, pero contribuyen significativamente al secuestro de carbono subterráneo. [153] Se ha descubierto que las ganancias de carbono en la superficie pueden compensarse completamente con las pérdidas de carbono en la superficie durante la invasión. [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] En general, se observa que el carbono aumenta en general en los ecosistemas más húmedos bajo invasión y puede reducirse en ecosistemas áridos bajo invasión. [1] Algunos estudios encuentran que el secuestro de carbono puede aumentar durante varios años bajo la invasión de bosques, mientras que la magnitud de este aumento depende en gran medida de las precipitaciones anuales. Se ha descubierto que la invasión leñosa tiene poco impacto sobre el potencial de secuestro en áreas secas con menos de 400 mm de precipitación. [157] [1] [161] [162] Esto implica que el efecto positivo de carbono de la invasión de plantas leñosas puede disminuir a medida que avanza el cambio climático, particularmente en ecosistemas que se pronostica que experimentarán una disminución de las precipitaciones y un aumento de la temperatura. [163] La invasión leñosa está además relacionada con la erosión fluvial que a su vez conduce a la pérdida de carbono orgánico previamente estabilizado de los pastizales heredados. [164] Además, los ecosistemas invadidos tienen más probabilidades que los pastizales abiertos de perder carbono durante las sequías. [165] Entre los ecosistemas que se espera que pierdan almacenamiento de carbono debido a la invasión de bosques se encuentra la tundra. [166]

Los factores relevantes para las comparaciones de los potenciales de secuestro de carbono entre pastizales invadidos y no invadidos incluyen los siguientes: producción primaria neta aérea (ANPP), producción primaria neta subterránea (BNPP), tasas de fotosíntesis , tasas de respiración de las plantas , tasas de descomposición de la hojarasca. , actividad microbacteriana del suelo . También la biodiversidad vegetal es un indicador importante, ya que la diversidad vegetal contribuye más al carbono orgánico del suelo que la cantidad de materia orgánica. [167]

Los cambios de carbono orgánico del suelo deben considerarse a nivel de paisaje, ya que existen diferencias entre los procesos bajo el dosel y entre dosel. Cuando un paisaje se vuelve cada vez más invadido y, como resultado, los parches de pastizales abiertos restantes son sobrepastoreados, el carbono orgánico del suelo puede disminuir. [177] [74] En Sudáfrica, se descubrió que la invasión de plantas leñosas reduce las tasas de descomposición de la basura, que tardó el doble de tiempo en descomponerse bajo la invasión de plantas leñosas en comparación con las sabanas abiertas. Esto sugiere un impacto significativo de la invasión leñosa en el equilibrio de carbono orgánico del suelo. [178] En las tierras de pastoreo de Etiopía, se descubrió que la invasión de plantas leñosas tenía poco o ningún efecto positivo sobre el carbono orgánico del suelo y la restricción de la invasión de maderas era la forma más eficaz de mantener el carbono orgánico del suelo. [179] En los Estados Unidos, se observó un secuestro sustancial de carbono orgánico en porciones más profundas del suelo, luego de la invasión de bosques. [180]
Un factor importante es que la profundidad de las raíces aumenta con la invasión leñosa, en promedio entre 38 cm y hasta 65 cm. [181] Un enraizamiento más profundo puede promover la acumulación de carbono orgánico en las capas profundas del suelo, pero al mismo tiempo también conduce a un efecto de preparación positivo, es decir, la estimulación de la actividad microbiana y la descomposición de la materia orgánica. [182] La trayectoria del carbono del suelo profundo bajo la invasión leñosa dependerá del equilibrio entre el aumento de la acumulación de COS y las pérdidas de cebado. [183]
Un metaanálisis de 142 estudios encontró que la invasión de arbustos altera el carbono orgánico del suelo (0 a 50 cm), con cambios que oscilan entre -50 y 300 por ciento. El carbono orgánico del suelo aumentó en las siguientes condiciones: regiones semiáridas y húmedas, invasión de arbustos leguminosos en lugar de no leguminosos, suelos arenosos en lugar de suelos arcillosos. El estudio concluye además que la invasión de arbustos tiene un efecto principalmente positivo sobre el contenido de carbono orgánico de la capa superior del suelo, con variaciones significativas entre el clima, el suelo y los tipos de arbustos. [184] Faltan metodologías estandarizadas para evaluar el efecto de la invasión leñosa en el carbono orgánico del suelo. [152]

Productividad de la tierra

La invasión de plantas leñosas afecta directamente la productividad de la tierra, como se documenta ampliamente en el contexto de la capacidad de carga animal . En el oeste de los Estados Unidos, el 25% de los pastizales experimentan una expansión sostenida de la cubierta arbórea, con pérdidas estimadas para los productores agrícolas de 5 mil millones de dólares desde 1990. Se estima que la pérdida de forraje anualmente equivale al consumo de 1,5 millones de bisontes o 1,9 millones de cabezas de ganado. [185] En América del Norte, cada 1 por ciento de aumento en la cubierta leñosa implica una reducción de 0,6 a 1,6 cabezas de ganado por cada 100 hectáreas. [186] En Namibia, país del sur de África, se supone que la capacidad de carga agrícola de los pastizales ha disminuido en dos tercios debido a la invasión de plantas leñosas. [187] En África Oriental hay pruebas de que un aumento de la cubierta arbustiva del 10 por ciento redujo el pastoreo en un 7 por ciento, y la tierra se volvió inutilizable como pastizal cuando la cubierta arbustiva alcanza el 90 por ciento. [188] [189]

Potencial turístico

Se ha descubierto que el potencial turístico de la tierra disminuye en áreas con una gran invasión de plantas leñosas, y los visitantes se desplazan a áreas menos invadidas y con una mejor visibilidad de la vida silvestre. [190] [191]

Medios de vida rurales

Si bien los efectos ecológicos de la invasión de bosques son múltiples y varían según la densidad de invasión y los factores contextuales, a menudo se considera que la invasión de bosques tiene un impacto negativo en los medios de vida rurales. En África, el 21% de la población depende de los recursos de los pastizales. La invasión leñosa generalmente conduce a un aumento de especies leñosas menos apetecibles a expensas de los pastos apetecibles. Esto reduce los recursos disponibles para las comunidades de pastores y la agricultura basada en pastizales en general. [192] La invasión de bosques tiene consecuencias negativas en los medios de vida, especialmente en las zonas áridas, [76] que sustentan un tercio de los medios de vida de la población mundial. [193] [194] Se espera que la invasión de plantas leñosas conduzca a cambios de bioma a gran escala en África y los expertos sostienen que las estrategias de adaptación al cambio climático deben ser flexibles para adaptarse a este proceso. [195]

Otros

En los Estados Unidos, la invasión de bosques se ha relacionado con la propagación de patógenos transmitidos por garrapatas y el respectivo riesgo de enfermedades para humanos y animales. [196] [197] En la tundra ártica , la invasión de arbustos puede reducir la nubosidad y contribuir al aumento de la temperatura. [198] En América del Norte, aumentos significativos de la temperatura y las precipitaciones estuvieron relacionados con la invasión de bosques, alcanzando valores de hasta 214 mm y 0,68 °C respectivamente. Esto se debe a una disminución del albedo superficial. [199]

Se ha descubierto que el control específico de los arbustos, en combinación con la protección de los árboles más grandes, mejora la recolección de residuos que regula los procesos de enfermedades, altera la distribución de las especies e influye en el ciclo de los nutrientes. [200]

Los estudios sobre la invasión de plantas leñosas en la sabana brasileña sugieren que la invasión hace que los ecosistemas afectados sean más vulnerables al cambio climático . [201]

Cuantificación y seguimiento

No existe una definición estática de lo que se considera invasión leñosa, especialmente cuando se produce invasión de plantas autóctonas. Si bien es sencillo determinar las tendencias de la vegetación (por ejemplo, un aumento de plantas leñosas a lo largo del tiempo), es más complejo determinar los umbrales más allá de los cuales un área debe considerarse invadida. Se han desarrollado varias definiciones, así como métodos de cuantificación y mapeo.

En el sur de África, el método BECVOL (Estimaciones de biomasa a partir del volumen de la cubierta vegetal) encuentra una aplicación frecuente. Determina los Equivalentes de Árboles de Evapotranspiración (ETTE) por área seleccionada. Estos datos se utilizan para compararlos con factores climáticos, especialmente las precipitaciones anuales, para determinar si el área respectiva tiene un número de plantas leñosas mayor de lo que se considera sostenible. [88]

Las imágenes de teledetección se utilizan con frecuencia para determinar el alcance de la invasión leñosa. Las deficiencias de esta metodología incluyen dificultades para distinguir especies y la incapacidad de detectar arbustos pequeños. [202] [203] Además, los datos multiespectrales basados ​​en UAV (drones) y los datos Lidar se utilizan con frecuencia para cuantificar la invasión leñosa. [204] [205] La combinación de imágenes aéreas infrarrojas en color y clasificación de máquinas de vectores de soporte puede conducir a una alta precisión en la identificación de arbustos. [206] La probabilidad de invasión de plantas leñosas en el continente africano se ha mapeado utilizando datos SIG y las variables precipitación, humedad del suelo y densidad de ganado. [207] Depender exclusivamente de datos de teledetección conlleva el riesgo de interpretar erróneamente la invasión de plantas leñosas, por ejemplo, como un enverdecimiento beneficioso de la vegetación. [208] Las imágenes de Google Earth se han utilizado con éxito para analizar la invasión de bosques en Sudáfrica. [209] El Sistema de Información Bush de Namibia se basa en datos satelitales de radar de apertura sintética . [210]

Se ha descubierto que la reprografía es una herramienta eficaz para el seguimiento de los cambios en la vegetación, incluida la invasión de bosques [211] [212] y constituye la base de varias evaluaciones de invasión. [56]

Los métodos para superar la disponibilidad limitada de evidencia fotográfica o registros escritos incluyen la evaluación de los registros de polen . En una solicitud reciente, se estableció la cobertura vegetal de los últimos 130 años en un área de invasión de plantas leñosas en Namibia. [213]

Las herramientas de mapeo de vegetación desarrolladas para uso de usuarios individuales de la tierra y organizaciones de apoyo incluyen la Plataforma Estadounidense de Análisis de Pastizales [214] [215] y la Herramienta de Cuantificación de Biomasa de Namibia. [216]

Restauracion

control de arbustos
Paisaje en Namibia con tierra después del raleo selectivo de arbustos (primer plano) y una grave invasión de arbustos (al fondo)
Cabra Bóer
Las cabras pueden funcionar como una medida natural contra la invasión de plantas leñosas o el restablecimiento de plántulas después del raleo de arbustos.

El control del matorral es la gestión activa de la densidad de especies leñosas en los pastizales. Aunque en muchos casos la invasión de bosques es una consecuencia directa de prácticas de gestión insostenibles, es poco probable que la introducción de prácticas más sostenibles por sí sola (por ejemplo, la gestión de incendios y regímenes de pastoreo) consiga restaurar zonas ya degradadas. Los pastizales invadidos pueden constituir un estado estable, lo que significa que sin intervención la vegetación no volverá a su composición anterior. [217]

Para tomar decisiones sobre medidas de control apropiadas, es esencial comprender los factores locales y globales de la invasión leñosa, así como su interacción. [218] La restauración debe abordarse como un conjunto de intervenciones que trasladan iterativamente un ecosistema degradado a un nuevo estado de sistema. [219] Se necesitan medidas de respuesta, como la eliminación mecánica, para restablecer un equilibrio diferente entre las plantas leñosas y herbáceas. [220] Una vez que se establece una alta densidad de plantas leñosas, las plantas leñosas contribuyen al banco de semillas del suelo más que los pastos [221] y la falta de pastos presenta menos combustible para los incendios, lo que reduce su intensidad. [44] Esto perpetúa la invasión leñosa y requiere intervención, si el estado invadido es indeseable para las funciones y el uso de los respectivos ecosistemas. La mayoría de las intervenciones constituyen una reducción selectiva de las densidades de arbustos, aunque en algunos contextos también se ha demostrado que la tala repetida restablece eficazmente la diversidad de especies típicas de la sabana. [222] [223] En la toma de decisiones sobre qué especies leñosas eliminar y cuáles retener, los rasgos estructurales y funcionales de la especie juegan un papel clave. [224] Las medidas de control de Bush deben ir de la mano con el manejo del pastoreo, ya que ambos son factores cruciales que influyen en el estado futuro de los respectivos ecosistemas. [225] Se han desarrollado modelos de estado y de transición para brindar apoyo de gestión a los usuarios de la tierra, capturando las complejidades de los ecosistemas más allá de la sucesión, pero su aplicabilidad aún es limitada. [226] [227]

La restauración de pastizales degradados puede generar una amplia gama de mejoras en los servicios ecosistémicos. [228] Con ello también puede fortalecer la resiliencia a la sequía de los ecosistemas afectados. [72] El control de Bush puede conducir a mejoras de la biodiversidad independientemente del uso predominante de la tierra. [229]

Tipos de intervenciones

El término control de arbustos, o manejo de matorrales, se refiere a acciones que tienen como objetivo controlar la densidad y composición de matas y arbustos en un área determinada. Estas medidas sirven para reducir los riesgos asociados con la invasión de plantas leñosas, como los incendios forestales, o para rehabilitar los ecosistemas afectados. Es ampliamente aceptado que se debe reducir el número de plantas leñosas autóctonas invasoras, pero no erradicarlas. Esto es fundamental, ya que estas plantas desempeñan funciones importantes en los respectivos ecosistemas, por ejemplo, sirven como hábitat para los animales. [230] [231] Los esfuerzos para contrarrestar la invasión de plantas leñosas caen en el campo científico de la ecología de restauración y se guían principalmente por parámetros ecológicos, seguidos de indicadores económicos. Se pueden distinguir tres categorías diferentes de medidas de control:

Medidas de control

Fuego prescrito
Bombero administra quema prescrita como herramienta de gestión para eliminar la invasión leñosa cerca de Mt. Adams, Washington, EE. UU.

Control natural de arbustos

La administración de quemas controladas es un método comúnmente aplicado para el control de arbustos. [42] [237] [238] [239] [240] La relación entre la quema prescrita y la mortalidad de los árboles es objeto de investigación en curso. [241] La tasa de éxito de las quemas prescritas difiere según la temporada durante la cual se aplica. [242] [243] [244] [245] En algunos casos, el tratamiento con fuego ralentiza la invasión leñosa, pero no logra revertirla. [22] El manejo óptimo de los incendios puede variar según la comunidad de vegetación, el uso de la tierra, así como la frecuencia y el momento de los incendios. [246] Los incendios controlados no son sólo una herramienta para gestionar la biodiversidad, sino que también pueden utilizarse para reducir las emisiones de GEI cambiando la estacionalidad de los incendios y reduciendo su intensidad. [247]

Se descubrió que el fuego era especialmente eficaz para reducir la densidad de los arbustos, cuando se combinaba con el fenómeno natural de las sequías. [248] Además, se ha demostrado que la combinación de fuego y navegadores, llamada herbivoría pírica, tiene efectos de restauración positivos. [249] [250] El ganado puede sustituir en parte a los grandes herbívoros. [251] Además, los incendios tienen la ventaja de que consumen las semillas de las plantas leñosas en la capa de pasto antes de la germinación, lo que reduce la sensibilidad de los pastizales a la invasión. [252] El requisito previo para un control exitoso de los arbustos mediante el fuego es una carga suficiente de combustible, por lo que los incendios tienen una mayor efectividad en áreas donde hay suficiente pasto disponible. Además, los incendios deben administrarse periódicamente para abordar el rebrote. Se ha descubierto que el control de los arbustos mediante el fuego es más eficaz cuando se aplican diversas intensidades de fuego a lo largo del tiempo. [253] La carga de combustible y, por tanto, la eficacia de los incendios para el control de arbustos pueden reducirse debido a la presencia de herbívoros. [254]

Una investigación a largo plazo en la sabana sudafricana encontró que los incendios de alta intensidad redujeron la invasión a corto plazo, pero no a mediano plazo. [255] [256] En una colaboración transcontinental entre Sudáfrica y los EE. UU., se publicó una síntesis sobre la experiencia con el fuego como método de control de arbustos. [257]

La reconstrucción de ecosistemas con herbívoros históricos puede contribuir aún más al control de los arbustos. [258] [259]

El pastoreo variable del ganado se puede utilizar para reducir la invasión de bosques, así como el nuevo crecimiento después del raleo de arbustos. Un enfoque bien documentado es la introducción de rebaños más grandes de cabras que se alimentan de las plantas leñosas y limitan así su crecimiento. [260] [261] [262] [263] [264] Existe evidencia de que algunas comunidades agrícolas rurales han utilizado pequeños rumiantes, como cabras, para evitar la invasión de plantas leñosas durante décadas. [265] Además, el pastoreo rotativo intensivo, con períodos de descanso para la recuperación de los pastos, puede ser una herramienta para limitar la invasión de bosques. [266] En general, el papel de los sistemas de pastoreo específicos como herramienta de conservación de la biodiversidad es objeto de investigación en curso. [267]

Control químico de arbustos

Las densidades de la madera se controlan frecuentemente mediante la aplicación de herbicidas, en particular arboricidas. Comúnmente, los herbicidas aplicados se basan en los ingredientes activos tebutiurón , etidimurón, bromacil y picloram . [268] En África Oriental, los primeros experimentos exhaustivos sobre la eficacia de dicho control de la maleza se remontan a 1958-1960. [269] Sin embargo, existe evidencia de que los productos químicos aplicados pueden tener efectos negativos a largo plazo y prevenir eficazmente el reclutamiento de pastos y otras plantas deseadas. [270] Se ha descubierto que la aplicación de herbicidas no específicos de especies da como resultado una menor riqueza de especies que la aplicación de herbicidas específicos de especies. [271] Además, la aplicación de aboricidas puede afectar negativamente a las poblaciones de insectos y artrópodos , lo que a su vez es una amenaza para las poblaciones de aves. [272] Los ensayos científicos realizados en Sudáfrica demostraron que la aplicación de herbicidas tiene la mayor tasa de éxito cuando se combina con el raleo mecánico de los arbustos. [271]

Control mecánico de casquillos

Trabajador con equipo de protección utiliza una motosierra para talar y cortar arbustos de forma selectiva

Corte o recolección de matas y arbustos con equipos manuales o mecanizados. Al corte mecánico de plantas leñosas le sigue la quema de tallos, el fuego o el ramoneo para impedir que vuelvan a crecer. [273] Algunos estudios encuentran que el control mecánico de los arbustos es más sostenible que los incendios controlados, porque la quema conduce a una degradación más profunda del suelo y una recuperación más rápida de los arbustos. [274] El arbusto que se cosecha mecánicamente a menudo se quema en montones, [275] pero también puede servir como materia prima para agregar valor, incluyendo leña, carbón vegetal, alimento para animales, [276] energía y material de construcción. El corte mecánico resulta eficaz, pero requiere una aplicación repetida. [277] [278] Cuando se dejan ramas leñosas para cubrir el suelo degradado, este método se llama embalaje con maleza. [279] Algunas formas de eliminación mecánica de plantas leñosas implican el desarraigo , lo que tiende a conducir a mejores resultados en términos de restauración de la capa herbácea, pero puede tener desventajas para las propiedades químicas y microbiológicas del suelo. [280]

Ciencias económicas

Como la invasión de bosques suele ser generalizada y la mayoría de los esfuerzos de rehabilitación son costosos, la financiación es una limitación clave. En el caso del raleo mecánico de plantas leñosas, es decir, la tala selectiva, los ingresos de las cadenas de valor posteriores pueden financiar las actividades de restauración.

Un ejemplo de uso invasor de biomasa altamente comercializado es la producción de carbón vegetal en Namibia . [281] También se están realizando esfuerzos para utilizar especies leñosas invasoras como fuente alternativa de forraje para animales. Esto implica hacer uso del material foliar de las especies invasoras, [282] [283] [284] [285] [286] o moler toda la planta. [276] [287]

En la misma línea, el Fondo Mundial para la Naturaleza ha identificado especies de plantas invasoras e invasoras como posible materia prima para el combustible de aviación sostenible en Sudáfrica. [288]

También se explora cada vez más el pago por servicios ecosistémicos y específicamente los créditos de carbono como mecanismo de financiación para el control de la invasión de bosques. Se ha descubierto que la gestión de incendios en las sabanas tiene potencial para generar ingresos por carbono, con los que se puede financiar la restauración de los pastizales en África. [289]

Desafíos

En general, la restauración de pastizales ha recibido menos atención que la restauración de bosques durante las últimas décadas. [219]

La literatura enfatiza que es difícil lograr la restauración de áreas de invasión de plantas leñosas a un estado previo deseado de no invasión y que la recuperación del ecosistema clave puede ser de corta duración o no ocurrir. Los métodos y tecnologías de intervención deben ser específicos del contexto para lograr el resultado previsto. [290] [23] [291] Se ha descubierto que los esfuerzos actuales de eliminación selectiva de plantas han ralentizado o detenido la invasión leñosa en las áreas respectivas, pero a veces se han visto superados por la invasión continua. [292] [293] Un metaanálisis de 524 estudios sobre las respuestas de los ecosistemas tanto a la invasión como a la eliminación de plantas leñosas, encuentra que la mayoría de los esfuerzos para restaurar los respectivos ecosistemas fracasan, mientras que la tasa de éxito depende predominantemente de la etapa de invasión y los rasgos de las plantas. [294] Se concluyó además que diferentes métodos de control tienen diferentes efectos en servicios ecosistémicos específicos. Por ejemplo, la eliminación mecánica de plantas leñosas puede mejorar el valor del forraje y al mismo tiempo reducir la regulación hidrológica. Por el contrario, la eliminación de productos químicos puede mejorar las regulaciones hidrológicas a expensas de la diversidad de plantas. Esto implica que hay que considerar compensaciones para cada conjunto de medidas de control. [86]

Cuando el raleo de arbustos se implementa de forma aislada, sin medidas de seguimiento, es posible que no se rehabiliten los pastizales. Esto se debe a que estos tratamientos únicos generalmente se dirigen a áreas pequeñas a la vez y dejan semillas de plantas, lo que permite un rápido restablecimiento de los arbustos. Una combinación de medidas preventivas, que aborden las causas de la invasión de plantas leñosas, y medidas de respuesta, que rehabiliten los ecosistemas afectados, pueden superar la invasión de plantas leñosas a largo plazo. [252] [295] [296] [236]

En los esfuerzos de conservación de pastizales, la implementación de medidas a través de redes de tierras privadas, en lugar de granjas individuales, sigue siendo un desafío clave. [292] [297] Debido al alto costo de la eliminación química o mecánica de especies leñosas, estas intervenciones a menudo se implementan en pequeña escala, es decir, unas pocas hectáreas a la vez. Esto difiere de los procesos de control natural anteriores al uso humano de la tierra, por ejemplo, incendios generalizados y presión sobre la vegetación por parte de la vida silvestre en libertad. Como resultado, las intervenciones a menudo tienen un impacto limitado en la dispersión y propagación continua de plantas leñosas. [238]

Contrarrestar la invasión de bosques puede ser costoso y depende en gran medida de la capacidad financiera de los usuarios de la tierra. En algunos países se ha explorado la vinculación del control de los bosques con el concepto de pago por servicios ecosistémicos (PSA). [298]

El manejo de la cobertura leñosa por sí solo no garantiza ecosistemas productivos, así como también la cobertura y diversidad de especies de pastos deseadas deben formar parte de las consideraciones de manejo. [299]

Relación con la mitigación y adaptación al cambio climático

Cantidad de carbono almacenado en los distintos ecosistemas terrestres de la Tierra, en gigatoneladas [300]

Contabilidad nacional de carbono y compensaciones relacionadas

La conservación de los pastizales puede hacer una contribución significativa a los objetivos globales de secuestro de carbono, pero en comparación con el potencial de secuestro en la silvicultura y la agricultura, esto aún no se explora ni implementa lo suficiente. [301] No está clara la explicación detallada del efecto de la invasión leñosa en los reservorios y flujos globales de carbono. [302] Dadas las incertidumbres científicas, varía ampliamente la forma en que los países tienen en cuenta la invasión de bosques y su control en sus inventarios nacionales de gases de efecto invernadero .

En las primeras cuantificaciones de sumideros de carbono , se encontró que la invasión leñosa representaba entre el 22 % y el 40 % de los sumideros de carbono regionales en los EE. UU. [302] [303] Sin embargo, en los EE. UU., la invasión leñosa se considera una incertidumbre clave en el balance de carbono de los EE. UU. [304] [305] y se descubre que la capacidad de sumidero disminuye cuando la invasión ha alcanzado su extensión máxima. [306] También en Australia, la invasión leñosa constituye una alta proporción de la cuenta nacional de carbono. [307] [308] Sin embargo, el plan de carbono de Australia es criticado por ignorar el potencial de carbono del suelo, que en las tierras secas es de 7 a 100 veces mayor que el de la vegetación. [309] En Sudáfrica, se estima que la invasión de bosques ha añadido alrededor de 21.000 Gg de CO 2 al sumidero nacional de carbono, [310] mientras que se ha destacado que, especialmente, la pérdida de raíces conduce a pérdidas de carbono subterráneo, que no se compensa completamente con ganancias de carbono superficial. [311]

Se sugiere que la clasificación de pastizales y sabanas invadidas como sumideros de carbono puede ser a menudo incorrecta, subestimando las pérdidas de carbono orgánico del suelo. [312] [163] Más allá de las dificultades para cuantificar de manera concluyente los cambios en el almacenamiento de carbono, promover el almacenamiento de carbono a través de la invasión de bosques puede constituir una compensación, ya que puede reducir la biodiversidad de las especies endémicas de la sabana y los servicios ecosistémicos centrales, como la productividad de la tierra y la disponibilidad de agua. [313] [91] [314]

Se deben considerar varias compensaciones en las decisiones de gestión de la tierra, como una posible compensación entre carbono y biodiversidad. [315] [316] [317] Puede tener graves consecuencias negativas si la invasión de especies leñosas o de especies leñosas exóticas se acepta y se considera una forma de aumentar la capacidad de absorción de CO 2 del ecosistema . [318] [319] [320] [219] En su Sexto Informe de Evaluación de 2022, el Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC) identifica la invasión leñosa como una contribución a la degradación de la tierra, a través de la pérdida de ecosistemas abiertos y sus servicios. El informe estipula además que, si bien puede haber ligeros aumentos en el carbono, la invasión leñosa al mismo tiempo enmascara impactos negativos sobre la biodiversidad y los ciclos del agua y, por lo tanto, los medios de vida. [321]

Medidas contradictorias de mitigación del cambio climático

La invasión de bosques puede verse exacerbada cuando los ecosistemas afectados se convierten en el objetivo de esfuerzos de forestación equivocados . [322] Se ha descubierto que los pastizales con frecuencia se identifican erróneamente como bosques degradados y son objeto de esfuerzos de forestación. [322] [323] [324] [325] Según un análisis de áreas identificadas con potencial de restauración forestal por el Instituto de Recursos Mundiales , esto incluye hasta 900 millones de hectáreas de pastizales. [326] Sólo en África, 100 millones de hectáreas de pastizales están en riesgo debido a esfuerzos de forestación mal dirigidos. Entre las áreas cartografiadas como bosques degradados se encuentran los parques nacionales Serengeti y Kruger , que no han sido forestados durante varios millones de años. [17] Más de la mitad de todos los proyectos de plantación de árboles en África se implementan en pastizales de sabana. [322]

La investigación en el sur de África sugiere que la plantación de árboles en tales ecosistemas no conduce a un aumento del carbono orgánico del suelo, ya que este último proviene predominantemente de la hierba. [176] Además, el Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC) afirma que las acciones de mitigación, como la reforestación o la forestación, pueden invadir tierras necesarias para la adaptación agrícola y, con ello, amenazar la seguridad alimentaria, los medios de vida y las funciones de los ecosistemas. [70]

Control de invasión como medida de adaptación

Algunos países, por ejemplo Sudáfrica, reconocen evidencia no concluyente sobre el efecto de las emisiones del raleo de arbustos, pero lo promueven firmemente como un medio de adaptación al cambio climático . [327] La ​​selección geográfica de las áreas de intervención, centrándose en áreas que se encuentran en una etapa temprana de invasión, puede minimizar las pérdidas de carbono en la superficie y, con ello, minimizar el posible equilibrio entre mitigación y adaptación. [151] El Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC) reflexiona sobre esta compensación: "Esta relación variable entre el nivel de invasión, las reservas de carbono, la biodiversidad, el suministro de agua y el valor pastoril puede presentar un enigma para los responsables de las políticas, especialmente cuando se considera Los objetivos de las tres Convenciones de Río: CMNUCC, CNULD y CNULD. Eliminar la intensa invasión de plantas leñosas puede mejorar la diversidad de especies, la productividad de los pastizales, el suministro de agua y disminuir la desertificación, contribuyendo así a los objetivos de la CNULD y la CNULD, así como a los objetivos de adaptación. "Sin embargo, conduciría a la liberación de reservas de carbono de la biomasa a la atmósfera y potencialmente entraría en conflicto con los objetivos de mitigación de la CMNUCC". La CIPF enumera además el control de los arbustos como medida relevante dentro de la adaptación basada en ecosistemas y la adaptación basada en comunidades. [4]

Extensión global

Representación de biomas terrestres en todo el mundo.

La invasión leñosa se produce en todos los continentes y afecta una superficie total estimada de 500 millones de hectáreas (5 millones de kilómetros cuadrados). [19] Sus causas, alcance y medidas de respuesta difieren y son muy específicas del contexto. [328] [2] Los ecosistemas afectados por la invasión leñosa incluyen matorrales cerrados, matorrales abiertos, sabanas leñosas, sabanas y pastizales. Puede ocurrir no sólo en climas tropicales y subtropicales, sino también en zonas templadas. [19] La invasión leñosa se produce a razón del 1 por ciento por década en las estepas euroasiáticas, del 10 al 20 por ciento en América del Norte, del 8 por ciento en América del Sur, del 2,4 por ciento en África y del 1 por ciento en Australia. [1] [329] [2]

En el África subsahariana , la cubierta vegetal leñosa ha aumentado un 8% durante las últimas tres décadas, principalmente debido a la invasión de plantas leñosas. En total, 750 millones de hectáreas de biomas no forestales experimentaron importantes ganancias netas en la cubierta vegetal leñosa, que es más de tres veces el área que experimentó pérdidas netas de vegetación leñosa. [330] En alrededor de 249 millones de hectáreas de pastizales africanos, se descubrió que el cambio climático a largo plazo era el factor clave del cambio de vegetación. [192] En toda África, el 29 por ciento de todos los árboles se encuentran fuera de los bosques clasificados. En algunos países, como Namibia y Botswana, este porcentaje supera el 80 por ciento y probablemente esté relacionado con la invasión de bosques. [331] En el sur de África, la invasión de bosques ha sido identificada como el principal factor de enverdecimiento, es decir, del aumento de la cubierta vegetal detectado mediante teledetección. [18] [332]

En el sur de Europa, se estima que el 8 por ciento de la superficie terrestre pasó de tierras de pastoreo a vegetación leñosa entre 1950 y 2010. [333]

En la estepa euroasiática , la pradera más grande del mundo, se ha descubierto que la invasión de plantas leñosas relacionada con el cambio climático ocurre alrededor del 1% por década. [329]

En la tundra ártica , la cubierta vegetal arbustiva ha aumentado un 20 por ciento durante los últimos 50 años. Durante el mismo período, la cubierta de arbustos y árboles aumentó en un 30 por ciento en las sabanas de América Latina, África y Australia. [68]

Ver también

Referencias

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