control del ciclo de agua y carbono en los ecosistemas naturales del perú

8/8/2019 Control del ciclo de agua y carbono en los ecosistemas naturales del Per

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Control del ciclo de agua y carbono

en las ecosistemas naturales del Peruy sus reacciones al cambio climatico

Dr. Reiner Zimmermann1,2,3 , Dra. Viviana Horna 1,4

Ing. Pedro Vasquez 1

1) Universidad Nacional Agraria La Molina, Lima, Peru

2) Universidad Bayreuth y Hohenheim, Alemania

3) Pontificia Universidad Catolica del Peru

4) Universidad Gttingen, Alemania

Simposio: EVENTOS HIDROMETEOROLGICAS EXTREMOSY CAMBIO CLIMTICO EN EL PER

41 Aniversario de la Creacin del Servicio Nacional de Meteorologa e Hidrologa SENAMHI

RZFEARSUNIVERSITT HOHENHEIM

Institut fr Botanik und Botanischer Garten


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Introduccin

SENAMHI ha recogido y sigue recogiendo excelente

informacin meteorolgica.

En mi presentacin me voy a enfocar en el efecto delCC en la vegetacin natural.

Intentar resaltar la importancia de estudiosecofisiolgicos de orientacin funcional para laevaluacin de los efectos del CC.




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Outline

Modelos climticos y cambios en ecosistemas

Respuestas de los Ecosistemas non lineares Ejemplos de la performance de algunos ecosistemas del

Per

- Bosque tropical bajo

- Bosque seco

- Bosque montano

Necesidad de investigacin

Necesidad de corredores

Resumn




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Enfoque en ecosistemas naturales Per an tiene un rea extensa ocupada por

ecosistemas naturales

Muchas reas estn protegidas Cul ser el cambio que estos ecosistemas muestren en

respuesta al CC?

1) Detectar y predecir futuros CC (SENAMHI)

2) Evaluar los efectos multiples del CC en laperformance de los ecosistemas (nuestro trabajo)

2 Estrategias diferentes!




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Motivacin

Los siguientes ejemplos de nuestro trabajo en eco-

fisiologa proporcionaran una base para la discusin Nosotros trabajamos en ecosistemas naturales del Perque son muy diferentes y que se extienden a lo largo deamplios gradientes edficos y climticos

Estudiamos efectos climticos directos e indirectos (delargo plazo) en el control de los ciclos de agua y carbonode estos ecosistemas

Tambin estudiamos la variacin natural en la estructura

y la extensin de la vegetacin natural (sucesion) comoresultado de los eventos climticos y sus efectosdisturbadores.




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Coneccin con el SENAHMI y con el CC

Nuestros estudios intentan describir las relaciones

funcionales controladas por parmetros fsicos (clima) yqumicos ( suelos, atmsfera) entre las plantas y elambiente

La coneccin con el SENAMHI se debe precisamente ala naturaleza fsico-qumica y funcional de nuestrotrabajo que intenta describir la interaccin de la

vegetacin con el clima y la atmsfera.




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Diferencias entre sistemas de producin y

ecosistemas naturales Los sistemas naturales tienen una estructura ms compleja y una

diversidad de especies ms alta. Esto hace que la descripcin de las

reacciones biolgicas sea ms complicada que por ejemplo enplantaciones.

Los componentes de ecosistemas naturales maduros raramente seorientan hacia una mxima productividad, ms bien se dirigen hacia

una estrategia de sobrevivencia a largo plazo (=estabilidad).

Son ms elsticos en relacin al estres = los efectos de cambiosclimticos immediatos no prevalecen

Los componentes de ecosistemas naturales pueden mostrar una mayorelasticidad y tiempo de recuperacin. Los rboles tienen una largavida de 50...>200 aos.




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CC - Escenarios de respuesta de los

ecosistemas

Se asumen tpicamente en escenarios de CC

asociaciones correlativas de ecosistemas conparmetros climticos, asumiendo implicitamente unnivel optimo del ecosistema!

Se usa comunmente el concepto de "zonas de vida" conpocos parametros climticos que controlan ladistribucin de los ecosistemas (e.g. sistema de

Holdridge)




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Se extrapolan cambios futuros en los ecosistemas

usando unos pocos parmetros, por ejemplo,temperatura y precipitacin que se suman a modelostopogrficos

Efectos extrazonales no son incluidos en este mtodo

La migracin instantnea de ecosistemas enteros seasume implicitamente dentro del intervalo de predicin.

No se incluyen los efectos de elasticidado efectos decascada dentro de un ecosistema.



CC - Escenarios de respuesta de losecosistemas


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CC: La vegetacin determina la estructurade ecosistemas

CC afecta directamente al ciclo de agua, al carbono y latoma y alocacion de nutrientes (crecimiento) por lavegetacin y en consecuencia la productividad primaria

(PP) y estructura del ecosistema..

Los consumidores (herbvoros y predatores) tpicamente

siguen los cambios en la vegetacin.




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Precipitacin anual >1500 mm



Bosques tropicales de la

cuenca Amaznica:

Uso conservador delagua


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Los bosques de la llanura aluvial tienen una

productividad diferente, pero tambn son conservadoresen el uso de agua (


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CC occasiona cambios en el regimenhidrolgico y en la sucesion de humedales




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Red 1962

Green 1986

Blue 2001 10 km

RZFEARS UNIVERSITT HOHENHEIMInstitut fr Botanik und Botanischer Garten

Cambio en el curso del ro Manu durante 40 aos com

resultado de un anlisis multitemporal

La inundacin del ry su desborde

controlan los tipos

vegetacin y sus

tasas de trasnpiraci

en la llanura aluvial


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Efectos indirectos del CC : Cambio en el regimen

hidrolgico y su control en la sucesion dehumedales


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Bosques Tropicales Secos

Poca lluvia y extensa sequa

Diversidad en las estrategias

hidrulicas que permiten lasobrevivencia bajo condiciones

de variacin extrema de la

precipitacin


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Estacin de lluvias (2 meses)Foto: Marzo 2006

Estacin seca (10 meses)Foto: Agosto 2005

El Angolo, N-Peru: Bosque Seco Estacional

Elevacin 650 m s.n.m. Vista hacia N


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Flujo de agua en el xilema e incremento radial del

tronco (1)

El flujo de agua disminuye durante la

estacin seca

Se observa almacenaje de agua pero noincremento radial

Abril 2007 Sept 2007

Dry period

Differenceinradius(Pm)


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Flujo de agua en el xilema e incremento radial del

tronco (2)

El consumo de agua aumenta con laslluvias y las reservas se llenan otra vez

El crecimiento es asegurada por elsuministro de agua almacenada enbulbos radiculares

Sept 2007Abril 2007

Estacin seca

Eriotheca ruizii

100 120 140 160 180 200

XFD

(gm

-2s-1)

0

10

2030

40

50

Radialchan

e

m

-100

0

100

200

300

400

500

Differenceinra

dius(Pm)


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Los bosques secos estn parcialmente desasociados del inputde agua, estn bien adaptados a las sequas y por lo tantotoleran los efectos del CC.

Sin embargo, estn en peligro debido a la presin del pastoreoy a la prdida en la capacidad de regeneracin:

Bosque seco tiene " Diversidad Hidrulica " no esnecesariamente una vctima del CC

Pastoreoextensivo (izq.)

bosquenatural (der.)

Nmero de

plantas por hapor forma devida




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Bosques de Nubes (Alto Mayo):

Episodios de sequa como

iniciadores de la sucesin

forestal

La precipitacin es alta

Sequas ocacionales pueden ocurrir


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La vegetacin es un

mosaico de bosque de

brezal y bosque de nubes

Bosque

de

nubes

Bosque

de brezal


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240 260 280 300 320 340

Canopy transpiration [mm d-1]

0,0

0,5

1,0

1,5

DecemberNovemberSeptember October

240 260 280 300 320 340

0,00,10,20,30,4


Soil humidity



Transpiracin del dosel

La transpiracin del dosel es ligeramente ms alta en bosque denubes que en bosque de brezal

La transpiracin no disminuye (=controlada) durante perodos desequa.


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0,00,10,20,30,40,5

240 260 280 300 320 340

0,00,10,20,30,4


Oh

Ah

OhAh



Bosque de brezal 105mm

Bosque de nubes 16mm !

13.Sept.:

Cantoda de agua

disponible en

La cantidad de aguadisponible es ms crtica en el

bosque de nubes que en el

bosque de brezal El riesgo de dao porsequas ocacionales es alto.

Fuego puede ocurrir a causa

de las sequas.

La cantidad de agua disponible para las plantas es crtical fin de las sequas


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Las variaciones climticas pueden tener unaimportancia relativa

La variacin en, por ejemplo,precipitacin es de importanciarelativa y depende de latolerancia del ecosistema a las

sequas. Sistemas costeros semi-ridos

como el bosque seco,experimentan una alta varain enprecipitacin pero estn

adaptados a esta. Los bosques de la llanura

amaznica experimentan pocavariacin en precipitacin ypueden sufrir daos irreversibles

durante periodos de sequa queincluso pueden terminarcausando fuegos.

TRMM Precipitacin mensual -

Coeficiente de variacin 1999-2009Fuente: J. Dempewolf


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1840 1850 1860 1870 1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000

Meanannual

s

temi

ncrement(mm

)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.02.5

El crecimiento de los rboles en un bosque montano alto (Alto Mayo)no muestra cambios significativos durante el ltimo siglo.

Una tendencia positiva de crecimiento (flecha azul) con in incrementoreciente en crecimiento superimpuesto (flecha verde) se observ enlas parcelas vecinas del bosque lluvioso.



Integracin de las seales climticas:Dendrometra como una seal de corto plazopara el estado hidrulico y dendrocronologacomo un indicador de largo plazo para lascondiciones de sitio


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Elasticidad y plasticidad de los bosques a los cambios

del ciclo de agua Consequencias para la vegetacin?

Movimiento zonal (x km?) y orogrfico (+800m ?) de la vegetacinnatural

Muy probablemente la estructura del bosque se re-estabilizardespus de un siglo de cambio, con una composicin de

especies diferente




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Elasticidad y plasticidad de los bosques a los cambios

del ciclo de agua Consequencias para la vegetacin?

Ms afectados: Bosques aluviales

Humedales y bosques inundados(cambios hidrlgicos)Bosque de nubes

Reacciones no : Otros tipos de vegetacion de montaapredecibles

Menos afectados: Bosque de terra firme

Bosque seco




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Importancia de corredores ecolgicos

La preservacin de corredores ecolgicos esimprescindible y debe permitir los cambios verticales y

laterales de habitats de plantas y animales dentro dereas de diversidad edfica.

Es tambien probable que la tolerancia de losecosistemas al CC tenga una relacin inversa a ladiversidad por lo que se debe considerar un enfoquebalanceado para diferentes ecosistemas.




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1 West coastnear Trujillo

2 CordilleraOccidental

3 CordilleraCentral

4 CordilleraOriental

5 Alto MayoValley

6 CordilleraCahuapanas

7 AmazonLowlandsl

8 MaranonValley

1

2 3

4 5

76

8

8

.



Ejemplo: Corredor Maran Andino


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NRZFEARSUNIVERSITT HOHENHEIM


3200 m de cambio enelevacin a lo largo de 16

km de distancia horizontal

(20 % cont. pendiente). Linea superior (termal) einferios (higric) para el

desarrollo de rboles.

Estudios climaticos y estudios de ecosistemas enel corredor Maran Andino

1500-2500m

Seco-Mesoterma

Limite inferior Bosque seco


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Necesidades de Investigacin

CC Performance eco-fisiolgica y tolerancia de la

vegetacin al clima del sitio

Edad del bosque y dinmica de sucesin

Dinmica de grandes reas de humedales y tolerancia alos cambios en la duracin y amplitud de la inundacin(hidrologa - cambios en los patrones de drenaje)

Parmetros climticos eco-fisiolgicos relevantes (climadel sitio, efectos topogrficos y edficos, neblina, viento)




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Resumen

Las amplitudes y los eventos extremos son msimportantes para la performance del ecosistema que los

cambios climaticos promedio en e.g. temperatura yprecipitacin.

Cualquier prediccin sobre la reaccin al nivel deecosistemas (agua, carbono, estructura, species) conrespecto al CC es todava muy especulativa.





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Control del ciclo de agua y carbono

en las ecosistemas naturales del Peruy sus reacciones al cambio climatico

Dr. Reiner Zimmermann1,2,3 , Dra. Viviana Horna 1,4Ing. Pedro Vasquez 1

1) Universidad Nacional Agraria La Molina, Lima, Peru2) Universidad Bayreuth y Hohenheim, Alemania

3) Pontificia Universidad Catolica del Peru

4) Universidad Gttingen, Alemania

Simposio: EVENTOS HIDROMETEOROLGICAS EXTREMOS

Y CAMBIO CLIMTICO EN EL PER





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Mtodos: Clima del sitio flujo de agua y crecimiento


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Mtodos: Clima del sitio, flujo de agua y crecimientode rboles

Los sitios de estudio tiene sensoresclimticos para medir la temperatura del aire,suelo-, y tronco de los rboles, hmedad delaire, radiacin, precipitacin y hmedad delsuelo.



Dendrometros automticos

Registro continuo de los cambios

radiales e incremento diario del

tronco

Sensores de flujo de aguaSensores de disipacin

constante del calor.


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I t i d d


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Importancia de corredores

(si la conservacin de la diversidad de losecosistemas es considerada)

Se necesita de una zona de amortiguamiento suficientepara los cambios adaptivos de los ecosistemasconsiderando todos los cambios posibles en estructura y

reas mnimas

Gradientes en Orobiomas al O Central y al E

Gradientes latitudinales a lo largo de las pendientes Biomas hidricos en el NE



Einfhrung In die kologie Strungen, Umweltnderungen und Katastrophen


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Globale Auswirkungenvon El Nino(Teleconnections)


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Temas de investigacin

Sitio, suelo y clima

Flujos de agua y carbono y su control en plantas Almacenaje de carbono, agua y nutrientes en el suelo y

en las plantas

Reacciones de crecimiento de las plantas Efectos espaciales y dinmica de la vegetacin

Relaciones funcionales de la vegetacion y extrapolacin




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aus GEO Wissen 2000 Bd 25

Pleistoceno

(Temp. 3-4 K mas bajo)18000 BP

8000 BP

Present

Time matters:

CC will bring changes toecosystems at at speed morethan hundred times fasterthan during post-pleistocenewarming


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Efectos indirectos del CC en los ecosistemas

Los efectos indirectos del CC en los ecosistemas sernms importantes que los efectos climticos directos en

plantas y animales (prdida de especies clave, invasinde especies nuevas, cambios hidrolgicos y en lasucesin)

Los ecosistemas no cambiarn linealmente, ms bienmostrarn efecto de cascada. El tiempo es un factorimportante: cual ser la elasticidad de la especies

(rboles) a los CC en el prximo siglo es una preguntaabierta, y podra ser el ms importante factorcontrolando el origen de nuevos tipos de ecosistemas.




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1

3

2

5

4

1

3

2

5

4

T fi ( l d) d fl d l i f t t i l


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Terra firme (upland) and floodplain forest water use is low




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Precipitation

Temperature

Climate in the AltoMayo Region,

Peru is slightly

seasonal

Precipitation:

annual sum 1500 mm

Short dry periodJune-August

with < 80 mm month-1



Cli t f th t i l t i l d f t


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Climate of the neotropical equatorial dry forests

Rainy season varies inter-annuallywith a short peak in March

Dry season lasts approx. 8 months

Multi-annual cycles of ENSO eventsbring torrential rains with oftenmore than ten fold increase inannual precipitation

E F M A M J J A S O N D

0

20

40

60

80

0

10

20

30

40

50 100

200

Pananga

[20]24.1

oC 540 mm450 m

Normal year El Nino: 1983 and 1988



Transpiration during the rain season


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Transpiration during the rain season




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Objectivo del Simposio

presentar y evaluar las previsiones de losltimos fenmenos climticos extremos yel cambio climtico en el Per, as comolas medidas de prevencin y adaptacin


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conferencia de 20 minutos el 25 de Marzo

sobre su trabajo y relacion con CambioClimatico, o algun trabajo que tengarelacionado a Ciencias atmosfericas


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Examples 1 --Manu - short term drought and loss of individual components(Overall water consumption and its relative importance - Structural Resilience &

forest age)

5- Madre de Dios - Agujal: hydraulic and drainage changes +(river dynamicsstorage capacity & succession)

2- Angolo - Drought and Hydraulic diversity,ecosystem plasticity & elasticity ( &

pasture pressure)

3- Alto Mayo - Threshold effects: drought and full episodic succession (fires?)


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The drivers of change in the next century:

Increase of CO2 and other greenhouse gases Warming of the tropics by 38 C by end of the century

Changing precipitation regimes



Dry season interannual variability in tree xylem flux


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Dry season interannual variability in tree xylem flux

Loxopterigium huasango

230 240 250 260 270 280 290 300

Caesalpinia paipai

230 240 250 260 270 280 290 300

2004 2005

230 240 250 260 270 280 290 300

0

510

15

20

25

30

230 240 250 260 270 280 290 300

XFD

(gm-2s

-1)

0

10

20

30

40

Precipitation 2004: 171mm"wet year"

Precipitation 2005: 40 mm"dry year"

Facultative deciduous

Drought avoiding

EvergreenDrought tolerating



Seasonality of stem radial increment and the


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y

influence of precipitation

evergreen deciduous

Stemr

adialchang

e(Pm)

Very rapidresponse of

stem swelling

after only few

mm of rain atthe end of the

dry season



Dry forest hydraulic diversity


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Only two tree species react as expected by increasing wateruse during the rain season.

Some tree species depend on stem water storage and rechargeduring the rainy season. However, these species have their

highest water use during the end of the dry season when

flowering occurs (nectare production).



Cloud and


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Cloud and

Heath Forestdistribution

is independent of:

Aspect Slope Geology

Heath forest

Upper cloud forest

Lower cloud forest

0 1 2 3 km



Soil water storage


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40 cm

25 cm

Soils provide

different

amounts oforganic layer

and water

storage

capacity

Soil water storage



C


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Consequences:

Higher spatial and temporal variability of rainfall ofup to 20% from now

Forest fire hazard increases due to short droughtsand human induced habitat fragmentation

By 2100 tropical temperatures will have moved

outside of the envelope of natural variability for atleast the past 2 million years.

In contrast to the Last Glacial Maximum-Holocenewarming period, the future global warming will occurat twice the carbon dioxide concentrations




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In contrast to the Last Glacial Maximum-Holocenewarming period, the future global warming will occur attwice the carbon dioxide concentrations

Tropical C3 pathway species (e.g. lianas and dry forestspecies) will be favoured over many C4 savanna species.High radiation and droughts may offset this effect.

The projected 45 degree C warming of the tropics overthe next century will rapidly move ecotone borders about800m upwards.

Montane cloud forests may be most affected by thisupward shift.




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Los bosques de tierra firme

controlan eficiente mente la

prdida de agua por

transpiracin.

Importance of corridors (if conservation of


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Importance of corridors (if conservation of

ecosystem diversity is considered)

sufficient buffer for general adaptive ecosystem shiftsare needed to account for possible changes in structureand minimum areals

Orobiom gradients W Central and E Latitudinal gradients along those slopes

Hydraulic bioms in the NE



Per es un pas con una

amplia gama de zono- y


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amplia gama de zono y

orobiomas

Grandes reas de los bajos

tropicales an se encuentran

en su estado natural

El nmero de especies

altualmente amenazadas es

alto.

Clima del Bosque Seco


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Flujo de agua en el xilema e incremento radial deltronco (2)


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tronco (2)

Consumo alto y constante de aguadurante la estacin seca

Incremento radial continuo

Seguramente races profundas aseguranel suministro de agua

Abril 2007 Sept 2007

Estacin seca Capparis angulata

100 120 140 160 180 200

XFD

(g

m-2s-1)

0

10

20

30

40

50

Radialcha

n

e

m

-200020040060080010001200

Differenceinradius(Pm)

El fuego es un factor

i t t l


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importante en los

Neotropicos.

An si la frequencia es baja (


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Las especies de rboles que dominan el bosque secoposeen diferentes adaptaciones y estrategias para unuso bajo de agua.

La mayoria de especies del bosque seco sondeciduas. Sin embargo, el uso de agua no se reduce acero cuando las plantas han perdido todo su foliaje.

El crecimiento de los rboles no se limita al periodo delluvias, pero segn parece las primeras lluviaspromueven el inicio del crecimiento radial del tronco.



Temas de Investigacin y Productos


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g y



Identificacin de los grupos funcionalesde plantas en base a similaridad de lasfunciones de trasnferencia de energaagua y carbono.

Identificacion de los factores climticosprincipales que controlan los flujos deagua y carbono en la vegetacion.

Cuantificacin de los cambios decrecimiento y actividad fisiolgica de lavegetacin debido a a cambios climticosdel sitios.

Proveer funciones de transferencia para

el modelaje de los ecosistemas bajoescenarios de cambio climticos.

control del ciclo de agua y carbono en los ecosistemas naturales del perú

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