Jordi Martínez Vilalta, awarded ICREA Academia 2014
CREAF researcher Jordi Martínez Vilalta holds a PhD in Environmental Sciences (UAB, 2001), is an associate professor at the Autonomous University of Barcelona (UAB), and an honorary researcher at the University of Edinburgh (United Kingdom). He studies how forests function, their structure, and how they respond to the effects of climate change. Last February, the Catalan Institution for Research and Advanced Studies awarded him one of the ICREA Academia Prizes in recognition of his research talent and scientific career. Over the five-year duration of the program, Martínez-Vilalta will devote himself more intensively to research and will be able to expand his lines of work.
What does it mean to you to be one of the award recipients?
It is a great joy, as this recognition will allow me to devote more time to research, which at the moment I see as very positive. I will not set teaching aside, which I also enjoy, but I will reduce my dedication to it. When you have many projects to develop, it is difficult to combine both activities with the same intensity, basically due to a lack of time.
What will your research objectives be during these five years of the ICREA Programme?
More specifically, I would like to identify the factors that determine how the most common Mediterranean tree species respond to changes in climate. With this information, we will be able to help predict what will happen under each climate-change scenario and for each species: oaks, holm oaks, beeches, Scots pine, Aleppo pine, among others.
At present, we do not know what our forests will be like in the future. Ultimately, climate determines which type of forest exists in a given territory, and since climate is changing globally and at an accelerated pace, we must assume that forests will change as well. However, we may find that forests change their composition completely while maintaining their function (for example, their ability to capture carbon dioxide).
We must assume that forests have always been changing and that, for example, we now have a much larger forested area than we did one hundred years ago.
What led you to specialize in the study of forests and the disturbances that affect them?
I have always been passionate about ecology in general and about understanding how forests function in particular. In fact, I was already collaborating on research projects during my third year as an undergraduate student, long before starting my PhD. I began working at a smaller, more detailed scale, studying water transport in plants. After spending a few years in Scotland, I gradually broadened my scale of work, moving from the tree to the forest and then to the landscape. Since drought is closely related to water and its transport in plants, I think that, in a way, I have maintained the essence of my earliest work.
One of your papers published in Nature discusses how drought causes embolisms in the circulatory system of trees. What does it mean for a tree to suffer an embolism?
Plants have a circulatory system (the xylem) through which water flows from the roots to the leaves. This transport is necessary to maintain photosynthesis in the leaves, which in turn is the ultimate source of energy and organic carbon for plants. Once formed, this organic carbon circulates through another transport system (the phloem), which distributes it from the leaves to the rest of the plant’s organs.
During drought conditions, when soil water is very scarce, the plant must generate very strong suction to transport water to the leaves. Under these conditions, there is a risk that the water column will break and that air will enter the xylem conduits, causing an embolism. Analogous to what happens in humans, these embolisms block transport (in this case, of water) and can lead to the death of the individual.
In the same article you commented that this phenomenon is occurring in forests all over the planet, even in humid environments. Isn’t that contradictory?
All regions of the world are susceptible to the effects of drought if the climate becomes drier.
It is important to understand that drought and its effects are relative to the conditions in which a given forest normally lives, since species tend to be adapted to their environment. What are “normal” conditions for a Mediterranean forest would be extreme drought conditions for a tropical forest.
So, could we say that drought is a global concern?
Increasingly, episodes of forest mortality caused by drought are being documented around the world. We do not know whether more cases are being detected because greater effort is being devoted to monitoring, or because they are becoming more frequent. What we can say is that climate-change models predict an increase in drought worldwide, so it is a general concern.
Which species should we be most concerned about?
It is not difficult to rank species according to their resistance to drought, but predicting which will be most susceptible to a given change in climatic conditions is more difficult, for the same reason mentioned earlier: species tend to be adapted to the environment in which they live. In any case, in our region the most vulnerable species will be those typical of the humid areas of central Europe, such as beech and Scots pine, which here are at the southern edge of their distribution.
That said, we must bear in mind that the same species can have different characteristics depending on where it lives. For example, Scots pine and beech populations in the Iberian Peninsula differ from those living in central European regions, meaning that this ranking may vary depending on the area.
As explained in one of your studies, in some cases forest death due to drought does not depend only on water, but also on fungi that can worsen the situation. How do they do this?
We are increasingly becoming aware of the great ecological importance of interactions between fungi and plants. In this study, we emphasize that under drought conditions, depending on the type of trophic interaction they establish with the tree, some pathogenic fungi can accelerate the mortality process, either by causing dysfunctions in the plant’s water transport system or by consuming its carbon reserves.
How could the loss of large forested areas affect global change?
Forests are major mitigators of climate change, as they absorb large amounts of CO₂ from the atmosphere and therefore slow down the greenhouse effect. In the MONTES CONSOLIDER project, coordinated by CREAF and bringing together experts from Spanish research groups in terrestrial ecology, we concluded that despite rising temperatures and water being a limiting factor, Spanish forests still have a strong capacity to capture carbon from the atmosphere.
Despite these positive results, climate change is an irreversible phenomenon. How can we help natural systems cope with its effects?
Forest management offers interesting options, as it can help prevent large-scale catastrophic episodes of forest mortality.
In recent years, timber exploitation has declined because it is no longer economically profitable, and forest management has gradually been abandoned. This has led to the growth of very young and dense forests, which are generally more vulnerable to risk factors such as drought or wildfires.
In this context, we recently launched the INFORMED project. The idea is to review current Mediterranean forest management strategies in order to propose specific actions for each forest type, drawing on similar experiences elsewhere.
So, it is necessary to understand the condition of forests in order to know how to act.
Our role as researchers is to gain a deep understanding of the condition of forests so that our findings can guide policymakers and managers in deciding on the most appropriate management strategies. For example, the Catalan Office for Climate Change asked us to identify the species most vulnerable to climate change in Catalonia. This led to the CanviBosc project, a review of existing knowledge that has helped identify the species most vulnerable to drought, fires, and pests in a climate-change context.
How can we identify the condition of forests?
In the DeBosCat project, which I coordinate together with Jordi Vayreda and Mireia Banqué, we are monitoring episodes of forest decline in Catalonia to understand their evolution. With the help of the Rural Agents, we have created a monitoring network for all forests suffering from defoliation or high mortality, especially in relation to drought. In this way, we are building a georeferenced database that will allow us to identify the most vulnerable areas and establish trends, which we hope will provide tools to improve forest management.
So, what is the current state of forests in Catalonia?
As far as Catalonia is concerned, where forested land covers a large proportion of the territory, we can say that the situation is good. Currently (the latest survey dates from 2014), we have recorded nearly 500 episodes of forest decline, but most of them are relatively small and, for now, represent a very low percentage of the total forest area of Catalonia (less than 3%).
Finally, what is important for society to know regarding forests?
The conservation and good management of forests are essential, as our lives depend greatly on them. We have often tended to forget that forests provide much more than what is traded on the market, such as their ability to absorb carbon dioxide, produce water in sufficient quantity and quality, control erosion and flooding, in addition to goods such as timber and mushrooms, their role as reservoirs of biodiversity, and their cultural and recreational values.
Fortunately, there is growing awareness that human activity is changing the climate and that this will affect the condition of forests and all the ecosystem services they provide.
Author: Marina Torres Gibert
L'investigador del CREAF Jordi Martínez Vilalta és Doctor en Ciències Ambientals (UAB, 2001), professor agregat a la UAB i investigador honorari de la Universitat d'Edimburg (Regne Unit). Estudia com funcionen els boscos, quina estructura tenen i com responen als efectes del canvi climàtic. El passat febrer la Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats li va atorgar un dels Premis ICREA Acadèmia com a reconeixement del seu talent investigador i la seva trajectòria científica. Durant els cinc anys de durada del programa, Martínez-Vilalta es dedicarà més intensament a la recerca i podrà ampliar les seves línies de treball.
Què significa per a tu ser un dels guardonats?
És una alegria molt gran ja que aquest reconeixement em permetrà dedicar-me més a la recerca i això ara mateix em sembla positiu. No deixaré de banda la docència, que també m'agrada, però en reduiré la dedicació. En tenir molts projectes a desenvolupar és complicat compaginar les dues coses amb la mateixa intensitat, bàsicament per falta de temps.
Quins seran els teus objectius en la recerca durant aquests cinc anys del Programa ICREA?
En concret m'agradaria identificar els factors que determinen la resposta de les espècies d'arbre més comuns al Mediterrani amb els canvis en el clima. Amb aquesta informació podrem ajudar a predir què passarà en cada escenari de canvi climàtic i per cada una de les espècies: roures, alzines, faigs, pi roig, pi blanc, entre altres.
Actualment no sabem com seran els nostres boscos en el futur. En darrera instància el clima és el que fa que hi hagi un tipus de bosc o un altre en un territori i com que aquest clima està canviant de forma global i accelerada hem de suposar que els boscos també ho faran. Però ens podem trobar que els boscos canviïn totalment la seva composició i, en canvi, mantinguin la seva funció (per exemple, la capacitat de captar diòxid de carboni).
Hem d'assumir que els boscos sempre han anat canviant i que ara, per exemple, tenim molta més superfície forestal que cent anys enrere.
"Hem d'assumir que els boscos sempre han anat canviant i que ara, per exemple, tenim molta més superfície forestal que cent anys enrere"
Què et va portar a especialitzar-te en l'estudi dels boscos i de les pertorbacions que els afecten?
Sempre m'ha apassionat l'ecologia en general i entendre el funcionament dels boscos en particular. De fet, ja col·laborava amb projectes de recerca des que feia tercer de carrera, molt abans de fer la tesi. Vaig començar a una escala de detall més petita, estudiant el transport de l'aigua en les plantes. Després d’estar uns anys a Escòcia vaig anar ampliant l'escala de treball, passant de l'arbre al bosc i al paisatge. Com que la sequera està molt relacionada amb l'aigua i el seu transport en les plantes penso que, en certa manera, he anat mantenint l'essència dels meus primers treballs.
En un dels teus treballs publicat a la revista Nature es parla de que la sequera provoca embòlies al sistema circulatori dels arbres. Què vol dir que un arbre pateixi una embòlia?
Les plantes tenen un sistema circulatori (el xilema) per on circula l'aigua des de les arrels fins a les fulles. Aquest transport és necessari per mantenir la fotosíntesi a les fulles, la qual al seu torn és la font última d’energia i carboni orgànic per les plantes. Un cop format, aquest carboni orgànic circula per un altre sistema circulatori (el floema) que el distribueix des de les fulles cap a les resta d'òrgans de la planta.
En situacions de sequera, en què l'aigua del terra és molt escassa, la planta necessita fer una succió molt intensa per transportar l’aigua fins a les fulles. En aquestes condicions hi ha el risc que es trenqui la columna d’aigua i que entri aire a dins dels conductes del xilema, produint-se una embòlia. De manera anàloga al que passa als humans, aquestes embòlies obstrueixen el transport (en aquest cas de l’aigua) i poden provocar la mort de l'individu.
“Totes les regions del món són susceptibles a patir els efectes de la sequera si el clima es fa més sec”
Al mateix article comentaves que aquest fet s'està produint a tots els boscos del planeta, fins i tot en els que viuen en ambients humits. Això no és contradictori?
Totes les regions del món són susceptibles a patir els efectes de la sequera si el clima es fa més sec.
És important entendre que la sequera i els seus efectes són relatius a les condicions en què normalment viu un bosc determinat, ja que les espècies acostumen a estar adaptades al seu medi. El que per a un bosc mediterrani són condicions ‘normals’ serien condicions de sequera extrema per un bosc tropical.
Podríem dir, doncs, que la sequera és una preocupació a nivell global?
Cada vegada es documenten més episodis de mortalitat de boscos arreu del món provocats per sequera. No sabem si se'n detecten més perquè s'hi dediquen més esforços o be perquè cada cop són més freqüents. El que sí que podem afirmar és que els models de canvi climàtic prediuen que la sequera augmentarà a tot el món, per tant, es tracta d'una preocupació general.
Per quines espècies ens haurem de preocupar més?
No és difícil fer un rànquing de les espècies menys resistents a la sequera, però predir quines seran més susceptibles a un canvi determinat en les condicions climàtiques és més difícil pel mateix motiu que hem comentat abans: les espècies tendeixen a estar adaptades al medi on viuen. En tot cas, podem dir que a casa nostra les espècies més vulnerables seran aquelles espècies que són pròpies de zones humides del centre d'Europa, com el faig i el pi roig i que aquí tenen l’extrem sud de la seva distribució.
Tot i així, hem de tenir en compte que una mateixa espècie pot tenir característiques diferents segons el lloc on viu. Per exemple, les poblacions de pi roig i faig de la Península Ibèrica són diferents de les que viuen a les regions centreeuropees, de manera que aquest rànquing pot variar en funció de la zona.
Tal com explica un dels teus treballs, en alguns casos la mort dels boscos per sequera no només depèn de l'aigua sinó que hi ha fongs que poden empitjorar la situació. Com ho fan?
Cada vegada més ens estem adonant de la gran importància ecològica de les interaccions entre fongs i plantes. En aquest treball emfatitzem que en condicions de sequera, depenent del tipus d’interacció tròfica que estableixen amb l’arbre, alguns fongs patògens poden accelerar el procés de mortalitat, ja sigui produint disfuncions en el sistema de transport d’aigua de la planta o consumint les seves reserves de carboni.
Com pot repercutir al canvi global la pèrdua de grans superfícies de boscos?
Els boscos són grans mitigadors del canvi climàtic, ja que absorbeixen grans quantitats de CO2 de l'atmosfera i per tant alenteixen l'efecte hivernacle. En el projecte MONTES CONSOLIDER, coordinat des del CREAF i que va reunir experts de grups espanyols de l'àmbit de l'ecologia terrestre, vam concloure que malgrat les temperatures han pujat i l'aigua ha estat un factor limitant, els boscos espanyols segueixen tenint una bona capacitat de captar el carboni de l'atmosfera.
Tot i aquests bons resultats el canvi climàtic és un fenomen que no té marxa enrere, com podem ajudar als sistemes naturals a fer front als seus efectes?
La gestió dels boscos ofereix opcions interessants, ja que ens pot ajudar a prevenir episodis catastròfics de mortalitat forestal a gran escala.
En els darrers anys l'explotació per la fusta ha anat disminuint per que no surt a compte econòmicament i s'ha anat abandonant la gestió progressivament. Això ha donat lloc al creixement de boscos molt joves i densos, que en general són més vulnerables a factors de risc com la sequera o els incendis forestals.
En aquest sentit, fa poc que hem començat el projecte INFORMED. La idea és revisar les estratègies actuals de gestió dels boscos mediterranis per proposar actuacions concretes per cada tipus de bosc, partint d'altres experiències similars.
Per tant, cal conèixer l'estat dels boscos per saber com s'ha d'actuar.
La nostra funció com a investigadors és conèixer a fons en quin estat es troben els boscos perquè després els nostres arguments orientin els polítics i gestors per decidir la forma de gestió més adequada. Des de l'Oficina Catalana del Canvi Climàtic, per exemple, se'ns va demanar la identificació de les espècies més vulnerables al canvi climàtic a Catalunya. D'aquí va sorgir el projecte CanviBosc, una revisió del coneixement existent que ha servit per identificar les espècies més vulnerables a la sequera, els incendis i les plagues en un context de canvi climàtic.
De quina manera es pot identificar en quin estat es troben els boscos?
En el projecte DeBosCat, que coordino juntament amb en Jordi Vayreda i la Mireia Banqué, estem fent un seguiment dels episodis de decaïment dels boscos de Catalunya per conèixer la seva evolució. Amb l'ajuda dels Agents Rurals, hem creat una xarxa de seguiment de tots els boscos que pateixen defoliacions o mortalitats elevades, especialment en relació a la sequera. D'aquesta manera estem creant una base de dades georeferenciada que permetrà identificar les zones més vulnerables i establir tendències, amb la qual cosa esperem aportar eines per millorar la gestió forestal.
Així doncs, en quin estat es troben els boscos de Catalunya?
Pel que fa a Catalunya, on el territori forestal és elevat, podem dir que la situació és bona. Actualment (la darrera campanya és del 2014) tenim registrats prop de 500 episodis de decaïment, però la majoria són relativament petits i, de moment, representen un percentatge molt baix de la superfície total de bosc de Catalunya (no arriba al 3%).
Per acabar, és important que la societat sàpiga que...
La conservació i la bona gestió dels boscos és important ja que la nostra vida depèn molt d'ells. Sovint hem tendit a oblidar que el bosc ens aporta molt més del que hi ha al mercat, com la capacitat d'absorbir diòxid de carboni, produir aigua en bona quantitat i qualitat, el control de l’erosió i les avingudes, a banda de béns com la fusta, els bolets, etc., el seu rol com a reservori de biodiversitat i els seus valors culturals i recreatius.
Per sort cada vegada hi ha més consciència de que l'activitat humana està canviant el clima i que això repercutirà a l'estat dels boscos i a tots els serveis ecosistèmics que ens ofereixen.
