Factores ambientales claves en la composición de las masas forestales de la provincia de Palencia: una aproximación a partir de datos del Tercer Inventario Nacional Forestal

La presente Tesis Doctoral tiene como objetivo general describir los patrones de distribución y las propiedades del nicho efectivo de las principales especies forestales (árboles y arbustos), a lo largo de dos gradientes ambientales complejos, identificados en un área de transición entre las regiones biogeográficas Atlántica y Mediterránea en el norte de España. Para ello se han utilizado datos de 772 parcelas de la provincia de Palencia muestreadas durante el Tercer Inventario Nacional Forestal (IFN3; 1997-2007). Se pretende, además, identificar la contribución relativa de la variación espacial y ambiental en los patrones de cambio de la composición de las comunidades forestales, y construir un mapa que describa de un modo gráfico la distribución de las comunidades forestales a lo largo del principal gradiente ambiental identificado. Los resultados muestran que las variables ambientales espacialmente estructuradas y las variables espaciales a pequeña escala explican en mayor medida la distribución de las comunidades forestales en comparación con las variables espaciales a gran escala, lo que sugiere que la partición del nicho es el principal proceso que influye en la abundancia de las especies forestales a lo largo del gradiente estudiado. Sin embargo, sobre el gradiente estudiado se observan cambios en la composición florística (recambio de comunidades) principalmente por las diferencias topográficas-climáticas norte-sur (primera coenoclina), aunque la pendiente (inclinación del terreno) se relaciona también con la ubicación particular de algunas comunidades forestales. Puesto que tanto árboles como arbustos responden a los mismos gradientes ambientales complejos (topográfico-climático norte-sur y gradiente de pendiente), ha sido posible relacionar las especies de árboles dominantes en los bosques con sus especies arbustivas acompañantes, a lo largo de las principales coenoclinas identificadas. Las curvas de respuesta unimodales dominan, entre las especies de árboles y arbustos, a lo largo de los gradientes estudiados, con óptimos para distintas especies en diferentes puntos, proporcionando evidencia de cierta tasa de recambio de especies. Los nichos de las especies con características más similares se localizan más próximos entre ellos, y las especies forestales que ocupan ambientes con fuerte contraste o ambientes transicionales tienen nichos más amplios, mientras que las especies que ocupan hábitats localizados mostraron nichos más estrechos. Finalmente, se enfatiza la necesidad de solventar en futuros inventarios forestales españoles las limitaciones en la identificación taxonómica de las especies arbustivas. La metodología utilizada proporciona una evaluación objetiva de la forma de respuestas de las especies a lo largo de gradientes ecológicos complejos, así como de los factores espaciales y ambientales implicados en sus patrones de distribución, empleando bases de datos derivadas de los inventarios forestales nacionales. El análisis conjunto de coenoclinas, obtenidas mediante métodos de ordenación, y técnicas geostadísticas como el “ordinary kriging” para describir y mapear la variación espacial de las masas forestales, se han demostrado como una metodología adecuada para representar la variabilidad espacial de las comunidades vegetales sobre mapas. A su vez, el uso de diferentes mapas describiendo vegetación y variaciones en variables ambientales (p.e. temperatura, precipitación, pendiente) son una herramienta efectiva para la gestión y planificación del territorio. Se espera que el conocimiento derivado de esta Tesis Doctoral, en particular en relación con la descripción de los principales factores que determinan los gradientes ambientales a lo largo de la provincia de Palencia y la distribución de especies forestales y sus características de nicho, mejore nuestra capacidad para plantear potenciales objetivos de conservación y gestión o detectar amenazas en un contexto de cambio en los usos del suelo y previsiones de cambio climático.

Palabras clave: amplitud de nicho; coenoclinas; datos del inventario forestal; distribución de especies; geostadística; mapas de interpolación de vegetación forestal; mapas de variables ambientales; modelos HOF; procesos espaciales; topografía, clima, factores edáficos.

The aim of this  PhD Thesis is to describe the distribution patterns and niche characteristics of main forest species (trees and shrubs) along two complex environmental gradients, identified in a transitional area between the Atlantic and Mediterranean biogeographic regions in northern Spain. Here, data from 772 plots of the Palencia province sampled during the third Spanish National Forest Inventory were used (3SNFI; 1997-2007). Simultaneously, we would like to identify the relative contribution of spatial and environmental variation to the species compositional patterns, and generate a map describing forest communities’ distribution along the main coenocline. Our results showed that spatially structured environmental and fine-scale spatial variables explained more forest compositional distribution than broad-scale spatial variables, suggesting that niche partitioning is the main process influencing forest species abundances along this gradient. However, vegetation compositional changes were mainly determined by the north-south topographic-climatic differences (primary coenocline), although steepness was also related to the particular location of some plant communities. Since shrubs and trees respond to the same complex environmental gradients (the topographic-climatic and the slope gradients), it has been possible to relate tree dominant species in the forests with their understory shrub species along the main coenocline identified. Unimodal response curves dominate, among tree and shrub species, along the gradients with species optima at different points, providing evidence of a sufficient amount of compositional turnover. Niche location of trait related tree species is closely located, and species occupying environments with sharp contrast or transitional environments have broadest niches, whereas those species occupying localized habitats showed narrowest niches. Finally, the requirement of solving the limitations on the taxonomic identification for shrub species in future Spanish forest surveys is emphasized. The methodology used provides an objective assessment of the shape of species responses along complex ecological gradients, as well as the spatial and environmental factors implicated in their distribution patterns using datasets from national forest inventories. The combined analysis of ordination coenoclines with ordinary kriging (geostatistics tool) for describing and mapping the spatial variation of forest species assemblages have been demonstrated as a suitable methodology to represent spatial variability of plant communities on maps. Moreover, the use of different maps describing vegetation changes and variation in environmental variables (e.g. temperature, precipitation, steepness) are a suitable tool for management and planning of the territory. It is expected that the knowledge derived from this PhD Thesis, in particular in relation with the description of main factors determining the environmental gradients along the Palencia province and the forest species distributions and niche characteristics, will improve our ability to discuss potential conservation management goals or threats due to land uses changes and future climate change.