Aquaculture has a sustainability problem

The increasing importance of aquaculture in fish production contributes to the shortage of the critical resource phosphorus and thereby endangers food security in the long term if no counter measures are taken. This is shown by a study just published in Nature Communications of a group of Imbalance-P researchers.

Phosphorus is an essential element for all forms of life on Earth. The rapid rise of human demand for food has quadrupled phosphorus inputs in form of fertilizers into the biosphere since the pre-industrial time. Due to the rapid exploitation of the finite phosphorus sources and inefficient use of P,  future food security is at risk. As a consequence, the European Union has included phosphorus into the list of 20 critical raw materials which for which supply security is at risk and economic importance is high in 2014. Regulations for phosphorus fertilizer use in agricultural production has lead to improvements in the use of phosphorus, but it’s use in fishery and aquaculture has not been considered yet. This should change, as a new study shows that fish production consumes substantial amounts of phosphorus at a very low efficiency: Globally, only roughly a quarter of the phosphorus that is used to raise fish is being harvest, while the remaining is being lost potentially causing harm in nearby ecosystems (e.g. biodiversity losses). “The phosphorus that enters rivers and ocean is lost as it is difficult to be recovered. Therefore, these losses must be minimized to ensure phosphorus is available for future generations.” says co-author Prof. Josep Penuelas, from CSIC-CREAF.

Finfish, crustaceans and mollusks (hereafter generalized as fish) are becoming more and more important as a protein source in the human diet: in 2013, 17% of all animal protein consumed by mankind originated from fishery and aquaculture. Whereas captured fish satisfy their phosphorus need from naturally occurring food source (e.g. other fish, plankton), aquaculture relies on phosphorus addition in form of fish food or fertilizer to enhance plant growth (for herbivory fish) to grow fish. As the share of fish originating from aquaculture is increasing, from less than 5% in the 1950s to roughly 50% in the 2010s, the originally landwards flow of phosphorus by fishery has reversed to loss of phosphorus from land in the form of fertilizer and feed additives. On average, about 80% of the added phosphorus in aquacultures is not being harvested, which poses a sustainability issue if no measures are taken to reduce this fraction.  “We estimated that harvested fraction of added phosphorus in aquaculture has to more than double by the year 2050 to allow a phosphorus sustainable fish production”, says Dr. Jordi Sardans, from CSIC-CREAF.

“Phosphorus is a non-renewable yet limited and vital nutrient for crops. We should start to think about how to recycle and reuse phosphorus in fish consumption to grow more crops, while minimise phosphorus we put into water especially for aquaculture” says Dr. Yuanyuan Huang, the leader of the study.

Huang, Y., Ciais, P., Goll, D.S. et al. The shift of phosphorus transfers in global fisheries and aquaculture. Nat Commun11, 355 (2020) doi:10.1038/s41467-019-14242-7

Link to the paper:

Greener springs are causing hotter, drier summers

For the first time, two phenomena that occur in different seasons are connected: the high temperatures advance and extend springs, so that the vegetation grows more intensely and absorbs more moisture from the soil. The consequence is much drier and warmer summers.

With climate change-induced warming bringing spring forward and extending the season’s duration, plants’ growth period is beginning earlier and lasting longer too. Green foliage is therefore taking more and more water from the ground, and the evaporation of that water intensifies moisture loss. The main consequences are longer, hotter, dryer summers and more frequent heatwaves in much of the Northern Hemisphere. Despite the two phenomena taking place in different seasons of the year, a study entitled Summer soil drying exacerbated by earlier spring greening of northern vegetation, published in the journal Science Advances, has shown that they are connected.

The study was led by Xu Lian from Peking University (China), and involved Josep Peñuelas, a CSIC researcher based at CREAF (Spain), as well as researchers from AustraliaBelgiumFranceGermany, the UK and the USA.

Primaveres més verdes provoquen estius més secs i calorosos

Analysing satellite and climate simulation data on the entire Northern Hemisphere between 1982 and 2011 enabled the scientists to link increased greening in spring with reduced soil moisture in summer, a finding that climate simulation computer models support. “The influence of early greening on soil dryness is more complex than we thought”, says Xu Lian. “This phenomenon causes water to be lost very rapidly by transmitting it into the atmosphere in large quantities”, he continues. “The water lost is then returned in the form of precipitation over the Earth though. We’ve shown that this mechanism mitigates water losses caused by greening; if it didn’t, the drying of the planet’s surface would be much more severe.”

According to Josep Peñuelas, the study highlights “a positive reaction that often goes unnoticed: an increase in greenhouse gas concentrations and the warming it entails are causing a shift in plant phenology towards earlier leafing, which is reducing soil moisture in summer and compounding the extreme summer temperatures for which global warming is directly responsible”.

A change in climate pattern

The effect of the situation in question is not uniform throughout the Northern Hemisphere. For example, central Siberia and certain European croplands are benefiting from a higher-than-usual rate of precipitation thanks to the evaporation of water to their west. The conclusion is that the evaporated water is taken over the Urals by air masses blown from west to east and then falls as rain on the aforementioned locations.

Greener springs are causing hotter, drier summers

Image: Lluís Comas

One of climate research’s main challenges is to explain what is behind the extreme situations we are experiencing nowadays, such as the recent droughts in northern latitudes. The interseasonal processes the study deals with “could be a factor in current extremes and can be expected to place additional pressure on soil moisture in the summer and terrestrial ecosystems as the climate changes”, remarks Chris Huntingford from the UK Centre for Ecology and Hydrology.

Among its numerous consequences, soil drying can raise local near-surface air temperatures and trigger and worsen heatwaves. On the basis of climate simulations, the study calculates that soil drying due to spring starting earlier could increase the number of extremely hot summer days by one per decade and push the maximum temperature up by 0.07°C per decade. Although these changes may seem relatively minor, the severity of the heatwaves likely to occur in four or five decades will underline just how significant they are.

Reference: Lian, X., Piao, S., Li, L.Z.X., Li, Y., Huntingford, C., Ciais, P., Cescatti, A., Janssens, I.A., Peñuelas, J., Buermann, W., Chen, A., Li, X., Myneni, R.B., Wang, X., Wang, Y., Yang, Y., Zeng, Z., Zhang, Y., McVicar, T.R. 2020. Summer soil drying exacerbated by earlier spring greening of northern vegetation. Science Advances 6 : eaax0255


Les primaveres més verdes estan provocant estius més secs i calorosos

Per primera vegada es connecten dos fenòmens que passen en estacions de l’any diferents: les altes temperatures avancen i allarguen la primavera, per tant la vegetació creix més intensament i absorbeix més humitat del sòl. La conseqüència és estius més secs i calorosos.

L’augment de temperatures que comporta el canvi climàtic fa avançar i allargar la primavera i, per tant, la vegetació comença a créixer abans i durant un període més llarg. Això provoca que les fulles verdes dels arbres extrauen cada vegada més aigua del sòl, que en evaporar-se accentua la pèrdua d’humitat. La principal conseqüència són estius més secs, llargs i calorosos, així com onades de calor més freqüents a gran part de l’hemisferi Nord. Si bé els dos fenòmens tenen lloc en estacions de l’any diferents, l’estudi Summer soil drying exacerbated by earlier spring greening of northern vegetation publicat a la revista científica Science Advances ha posat de manifest que estan connectats.

La recent investigació està dirigida pel professor Xu Lian de la Universitat de Pequín (Xina) i hi ha intervingut el professor Josep Peñuelas, investigador del CSIC al CREAF, juntament amb investigadors d’AlemanyaAustràliaBèlgica, els Estats UnitsFrança i el Regne Unit.

Primaveres més verdes provoquen estius més secs i calorosos

L’anàlisi de dades obtingudes per satèl·lit i amb simulacions climàtiques a tot l’hemisferi Nord des de 1982 fins a 2011 han permès vincular l’augment de la verdor de la primavera amb la disminució de la humitat del sòl a l’estiu. A més, es confirma que aquesta connexió pot ser replicada mitjançant models informàtics dissenyats per simular el sistema climàtic. En paraules del professor Xu Lian, autor principal de la recerca, “la influència de la verdor primerenca en la sequedat del sòl és més complexa del que es pensava. Aquest fenomen causa pèrdues d’aigua molt ràpides al transmetre’n una gran quantitat a l’atmosfera. Ara bé, l’aigua perduda es recupera com a precipitació posterior sobre la Terra. Hem demostrat que aquest mecanisme alleuja les pèrdues d’aigua que es produeixen amb el reverdiment, en cas contrari l’assecament de la superfície terrestre seria molt pitjor”.

Per al professor Josep Peñuelas, l’estudi “revela una reacció positiva que sovint passa inadvertida: un augment de les concentracions de gasos d’efecte hivernacle i l’escalfament associat causen una fenologia de la vegetació més primerenca que redueix la humitat del sòl a l’estiu i que, alhora, s’afegeix als extrems de calor estiuencs causats directament per l’escalfament global”.

Un canvi de patró climàtic

Ara bé, aquest efecte no es manté homogeni en tot l’hemisferi Nord. Per exemple, la Sibèria central i alguns terrenys de conreu d’Europa es beneficien d’un índex de precipitacions major de l’habitual, justament gràcies a l’evaporació en d’altres punts ubicats al seu Oest. La conclusió és que les masses d’aire que circulen d’Oest a Est passen els Monts Urals i precipiten l’aigua evaporada en aquestes zones.

Primaveres més verdes provoquen estius més secs i calorosos

Foto: Lluís Comas

Un dels principals reptes de la investigació climàtica és explicar què impulsa les situacions extremes actuals, com ara les recents sequeres de la latitud nord. Els processos interestacionals que apunta l’estudi “poden explicar en part els extrems actuals i es pot esperar que exerceixin una pressió addicional sobre la humitat del sòl a l’estiu i els ecosistemes terrestres a mesura que el clima canvia “, apunta el professor Chris Huntingford, del UK Centre for Ecology & Hidrology.

L’assecament del sòl pot tenir nombroses conseqüències, com ara elevar la temperatura de l’aire local prop de la superfície terrestre i desencadenar onades de calor o fer-les més severes. A partir de simulacions climàtiques, la investigació estima que la sequedat de la Terra a causa de l’avançament de la primavera pot allargar els estius extremadament calorosos de l’ordre d’un dia per dècada i augmentar la temperatura 0,07 °C també cada 10 anys. Si bé d’entrada semblen magnituds petites, en 4 o 5 dècades les onades de calor previstes poden ser tan fortes, que aquests petits increments passarien a ser molt rellevants.

Reference: Lian, X., Piao, S., Li, L.Z.X., Li, Y., Huntingford, C., Ciais, P., Cescatti, A., Janssens, I.A., Peñuelas, J., Buermann, W., Chen, A., Li, X., Myneni, R.B., Wang, X., Wang, Y., Yang, Y., Zeng, Z., Zhang, Y., McVicar, T.R. 2020. Summer soil drying exacerbated by earlier spring greening of northern vegetation. Science Advances 6 : eaax0255


Les arrels de les plantes silvestres segreguen compostos que ens estalviarien pesticides i fertilitzants

Un treball d’investigadores del CSIC i del CREAF destaquen que les plantes silvestres són més fèrtils i resistents a les plagues que les varietats de cultius tradicionals gràcies a que segreguen exsudats (substàncies que alliberen les arrels) que les ajuden a captar més nutrients i a defensar-se dels bacteris i fongs patògens del sòl. 

L’escarabat Diabrotica virgifera virgifera menjant blat de moro.

Des dels anys 70, les Nacions Unides parlen de la seguretat alimentària —proporcionar suficient menjar a tots els humans arreu del món— i del repte que suposa. Una de les peces que ajudaria a assolir-la seria millorar l’agricultura, fent-la alhora més productiva i respectuosa amb el medi ambient.

Avui, 5 de desembre, Dia Mundial dels Sòls un estudi publicat a la revista Trends in Plants Science posa les arrels de les plantes en el punt de mira. El motiu és que l’ecòloga del CREAF Catherine Preece i el professor del CSIC al CREAF Josep Peñuelas apunten a que els exsudats de les arrels de les varietat silvestres podrien millorar la fertilitat del sòl i fer els conreus més resistents a les plagues, ja que segreguen major quantitat d’aquests compostos característics comparat amb les varietats que utilitzem per al conreu. Aquests exsudats que alliberen les arrels passen a formar part del món subterrani de la planta: la rizosfera.

“Entre els compostos exsudats es troben sucres, àcids orgànics i altres metabòlits, que poden fer de repel·lents contra els patògens o atraure bacteris beneficiosos, com són els bacteris fixadors de nitrogen que ajuden a les lleguminoses a créixer. Altres milloren la disponibilitat d’alguns nutrients com el fòsfor” explica la Dra. Preece. 

“Entre els compostos exsudats es troben sucres, àcids orgànics i altres metabòlits, que poden fer de repel·lents contra els patògens o atraure bacteris beneficiosos, com són els bacteris fixadors de nitrogen que ajuden a les lleguminoses a créixer. Altres milloren la disponibilitat d’alguns nutrients com el fòsfor” explica la Dra. Preece. En el cas de les varietats que utilitzem per cultivar, “després d’anys de selecció artificial, els exsudats han perdut algunes d’aquestes propietats que les plantes silvestres sí que conserven” afegeix.

“Si a través d’encreuaments o tècniques genètiques podem fer que les varietats actuals recuperin la capacitat de sintetitzar alguns exsudats als camps de conreu, milloraríem la productivitat i estalviaríem fertilitzants i pesticides”, remarca Josep Peñuelas. Fins ara, s’havien utilitzat algunes característiques genètiques de les plantes silvestres per millorar-ne la productivitat o augmentar-ne la fertilitat, especialment en gira-sols, blat i patata. En canvi, pocs programes, per no dir cap, han incorporat característiques associades a l’exsudació de les arrels, un punt clau que ens aproparia més a la seguretat alimentària.

Les plantes salvatges són amargues però resistents als depredadors

La revisió duta a terme per l’equip del CREAF defensa que els exsudats poden millorar la resistència a les plagues. I és que els conreus actuals tendeixen a tenir menys resistència als atacs d’herbívors que els seus ancestres salvatges, degut a que la selecció directa els ha fet perdre propietats que protegeixen la planta però són poc desitjables per al consum humà, com són el gust amarg, la toxicitat, la duresa o pilositat.

Camp de blat de moro. Photo by Allef Vinicius on Unsplash

Un cas interessant és el del blat de moro, que sovint és devorat per la larva de l’escarabat Diabrotica virgifera virgifera. L’antecessor de les panotxes actuals, la teosinte (Zea mays subs. parviglumis), i les varietats europees produeixen i emeten unes substàncies anomenades sesquiterpens a les arrels, que atrauen a un nematode que s’alimenta de la larva de l’escarabat. En canvi, les varietats americanes, que són les que més consumim, han deixat de sintetitzar-les. Si reincorporessin la capacitat d’alliberar aquest compost, es milloraria enormement la productivitat i reduiria l’ús de pesticides.

D’altra banda, els sistemes d’agricultura intensiva contemporanis utilitzen uns nivells molt alts de fertilitzants per contrarestar els dèficits en nitrogen, fòsfor o altres nutrients del sòl necessaris per la planta. Diversos estudis han trobat que les espècies salvatges aprofiten millor els nutrients del sòl, perquè entre les substàncies que segreguen per les arrels s’hi troben enzims especialitzats en mobilitzar minerals o en captar ferro, un element que sovint és escàs. A més, els exsudats de les arrels tenen també un rol important en promoure les interaccions positives amb microorganismes, com per exemple per iniciar una col·laboració amb fongs i donar lloc a les anomenades micorrizes. L’estudi més gran realitzat per a aquest àmbit es va fer amb 27 espècies de cultius i els seus parents salvatges, i conclou que els camps tractats es beneficien de les micorrizes només quan hi ha limitació de fòsfor, a diferència dels ancestres salvatges que en treuen profit sempre, indistintament de la disponibilitat.


Article de referència:

Catherine Preece and Josep Peñuelas (2019). A Return to the Wild: Root Exudates and Food Security. Trends in Plant Science.


Los bosques retienen el carbono cada vez durante menos tiempo

La mayor concentración de CO2 y los aumentos de temperatura y las sequías aceleran la mortalidad vegetal

Los tiempos de permanencia del carbono en la vegetación se están acortando por factores como el calentamiento y las sequías./ PIXABAY

Una investigación internacional con participación de científicos del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha confirmado que los bosques retienen carbono cada vez durante menos tiempo. Las conclusiones, publicadas en el último número de la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), se han obtenido tras analizar datos de entre los años 1955 y 2018 de 695 bosques de tres zonas climáticas: tropical, templada y fría, y compararlos con modelos de simulación ESM (Earth System Model).

Los bosques juegan un papel esencial en la retención de carbono. ¿Pero durante cuánto tiempo pueden retenerlo? En las proyecciones de escenarios de cambio climático se tiene en cuenta la capacidad de la vegetación para secuestrar dióxido de carbono (CO2), pero una vez el CO2 (y con él, el carbono) ha quedado retenido, es una incógnita durante cuánto tiempo puede permanecer ahí antes de volver al medio ambiente (a causa de la muerte y descomposición de las plantas).

Los resultados revelan que el aumento de CO2 atmosférico está inversamente relacionado con estos tiempos de residencia del carbono, que, por tanto, se reducen a medida que el CO2 atmosférico sigue aumentando.  En tres décadas, ese tiempo de residencia del carbono en la vegetación se ha reducido a razón de entre un 0,2% y un 0,3% anual.

Josep Peñuelasinvestigador del CSIC en el Centro de Investigación Ecológica y Aplicaciones Forestales (CREAF), y coautor del trabajo, explica: “Los tiempos de permanencia del carbono en la vegetación se están acortando por factores como el calentamiento y las sequías. La temperatura aumenta el metabolismo de los organismos, así como el aumento de precipitaciones en algunas zonas, pero las sequías hacen que la mortalidad aumente y, por tanto, que el tiempo de residencia disminuya. En general, hay un incremento de la mortalidad de los árboles en todas las zonas climáticas estudiadas”.

La disminución en los tiempos de residencia de carbono en los bosques es “significativa”, destaca Peñuelas, “porque supone una disminución de hasta el 9% en tres décadas”.  Los resultados sugieren que los sumideros de carbono se van a ver limitados probablemente por un descenso en la capacidad de retención de los bosques. 

Los tiempos de permanencia del carbono en la vegetación se están acortando por factores como el calentamiento y las sequías./ PIXABAY

Material de descarga

Referencia científica: 
Kailiang Yu, William K. Smith, Anna T. Trugman, Richard Condit, Stephen P. Hubbell, Jordi Sardans, Changhui Peng, Kai Zhu, Josep Peñuelas, Maxime Cailleret, Tom Levanic, Arthur Gessler, Marcus Schaub, Marco Ferretti, and William R. L. Anderegga. Pervasive decreases in living vegetation carbon turnover time across forest climate zones. PNAS. DOI: 10.1073/pnas.1821387116
CSIC Comunicación


Los árboles sacan las hojas en momentos diferentes en toda Europa marcados por el clima donde viven

Estas semanas los árboles caducifolios de toda Europa están acabando de perder las hojas. ¿Cuando volverán a salir? Hoy, un estudio publicado en Nature Communications ha demostrado que el clima condiciona este momento clave y que esto se debe a la adaptación de los árboles caducifolios su clima local.

Bosque de Moravia, República Checa. Autor: Adrià Descals.

Estas semanas las hojas de los árboles caducifolios comienzan a caer pero, ¿cuando volverán a salir? ¿Como saben los árboles cuando les toca brotar después del invierno? Hoy, un artículo publicado en Nature Communications ha demostrado que el clima local es en parte responsable de que las hojas de los árboles caducifolios salgan antes o después. Factores climáticos como la luz que reciben, la temperatura y la aridez juegan un papel importante en el momento del inicio de estación. Esto explica que una misma especie, como por ejemplo el haya, saque las hojas en momentos diferentes dependiendo del lugar donde crece de Europa. En otras palabras, el clima de cada zona hace que el haya brote en un momento o en otro, como si fuera un director de orquesta independiente en cada lugar.

“Un abedul de Noruega saca las primeras hojas en cuanto llegue el buen tiempo, porque sabe que la ventana de buen tiempo durante el verano es corta”.

Si miramos por ejemplo cuando salen las hojas de los abedules toda Europa veremos que un abedul de Noruega saca las primeras hojas en cuanto llegue el buen tiempo, porque sabe que la ventana de buen tiempo durante el verano es corta y que debe ir al grano. Por otra parte, un abedul del mediterráneo saca las hojas más tarde aunque el tiempo sea adecuado, esperando así que los brotes tiernos no coincidan con las heladas tardías del inicio de la primavera, las cuales podrían afectar el crecimiento de la hoja.

Hasta ahora se sabía que los árboles tenían que recibir unas determinadas horas de calor para empezar a sacar las hojas y que si esto variaba de un año a otro, el momento de brotar también variaba. Pero para explicar porque un árbol brota un día diferente aquí que en Noruega, también se utilizaba la misma hipótesis. Ahora, se ha demostrado que el calor acumulado durante el inicio de la primavera explica las variaciones en el tiempo, sin embargo no es suficiente cuando queremos entender las variaciones en el territorio. “Con este estudio hemos comprobado que si en lugar de mirar los cambios en los años miramos los cambios en el espacio, observamos que el clima es uno de los promotores principales de la variación espacial de la fenología”, comenta Adrià Descals, investigador pre-doctoral del CREAF que está haciendo la tesis en este tema, “una misma especie brota en momentos diferentes en un lugar o en otro, en parte porque se ha adaptado a las características climáticas del lugar donde vive”.

El estudio, liderado por investigadores del CREAF Marco Peaucelle, Adrià Descals; Roberto Molowny Josep Peñuelas, este último también profesor del CSIC, ha usado una base de datos mundial que ha proporcionado los datos sobre los cambios que ha habido en los ritmos de la naturaleza desde el 1970 y hasta la actualidad. Estos datos, junto con mapas climáticos de Europa, han servido para ver qué variables regulan el inicio de la primavera fenológica. El estudio se ha hecho con ocho especies de árboles diferentes, entre ellas el haya, el abedul, y dos especies de robles.


Artículo de referencia: Peaucelle, M., Janssens, I. A., Stocker, B. D., Descals Ferrando, A., Fu, Y. H., Molowny-Horas, R., Ciais, P., Peñuelas, J. (2019). Spatial variance of spring phenology in temperate deciduous forests is constrained by background climatic conditions. Nature Communications10(1), 5388.


Els arbres treuen les fulles en moments diferents arreu d’Europa marcats pel clima on viuen

Aquestes setmanes els arbres caducifolis d’arreu d’Europa estan acabant de perdre les fulles. Quan tornaran a sortir? Avui, un estudi publicat a Nature Communications ha demostrat que les hores de calor acumulada durant abans de la primavera expliquen les varacions d’un any a un altre, però que si volem entendre les variacions en l’espai hem de fixar-nos en el clima. Els arbres s’han adaptat al seu clima loca per rebortar en el moment òptim.

Bosc de Moràvia, República Txeca. Autor: Adrià Descals.

Aquestes setmanes les fulles dels arbres caducifolis comencen a caure però, quan tornaran a sortir? Com saben els arbres quan els hi toca brotar després de l’hivern? Avui, un article publicat a Nature Communications ha demostrat que el clima local és en part responsable de que les fulles dels arbres caducifolis surtin abans o després. Factors climàtics com la llum que reben, la temperatura i l’aridesa juguen un paper important en el moment de l’inici d’estació. Això explica que una mateixa espècie, com per exemple el faig, tregui les fulles en moments diferents depenent del lloc on creix d’Europa. En altres paraules, el clima de cada zona fa que el faig broti en un moment o en un altre, com si fos un director d’orquestra independent a cada lloc.

“Un bedoll de Noruega treu les primeres fulles tan bon punt arriba el bon temps, perquè sap que la finestra de bon temps durant l’estiu és curta”

Si mirem per exemple quan surten les fulles dels bedolls arreu d’Europa veurem que un bedoll de Noruega treu les primeres fulles tan bon punt arribi el bon temps, perquè sap que la finestra de bon temps durant l’estiu és curta i que ha d’anar per feina. D’altra banda, un bedoll del mediterrani treu les fulles més tard encara que el temps sigui adient, esperant així que els brots tendres no coincideixen amb les glaçades tardanes de l’inici de la primavera, les quals podrien afectar el creixement de la fulla.

Fins ara se sabia que els arbres havien de rebre unes determinades hores de calor per començar a treure les fulles, i que si això variava d’un any a l’altre, el moment de brotar també variava. Per explicar per què un arbre brota un dia diferent aquí que a Noruega, també es feia servir la mateixa hipòtesi. Ara però, s’ha demostrat que la calor acumulada durant l’inici de la primavera ens explica només les variacions en el temps, tanmateix no és suficient quan volem entendre les variacions en el territori. “Amb aquest estudi hem comprovat que si enlloc de mirar els canvis en els anys mirem els canvis en l’espai, observem que el clima és un dels promotors principals de la variació espacial de la fenologia”, comenta Adrià Descals, investigador pre-doctoral del CREAF que està fent la tesis en aquest tema, “una mateixa espècie brota en moments diferents en un lloc o en un altre, en part perquè s’ha adaptat a les característiques climàtiques del lloc on viu”.

L’estudi, liderat pels investigadors del CREAF Marc Peaucelle, Adrià Descals; Roberto Molowny Josep Peñuelas, aquest últim també professor del CSIC, ha fet servir una base de dades mundial que ha proporcionat les dades sobre els canvis que hi ha hagut en els ritmes de la natura des del 1970 i fins l’actualitat. Aquestes dades, juntament amb mapes climàtics d’Europa, han servit per veure quines variables regulen l’inici de la primavera fenològica. L’estudi s’ha fet amb vuit espècies d’arbres diferents, entre elles el faig, el bedoll, i dues espècies de roures.


Article de referència: Peaucelle, M., Janssens, I. A., Stocker, B. D., Descals Ferrando, A., Fu, Y. H., Molowny-Horas, R., Ciais, P., Peñuelas, J. (2019). Spatial variance of spring phenology in temperate deciduous forests is constrained by background climatic conditions. Nature Communications10(1), 5388.


Spatial variance of spring phenology depends not only on meteorology but also on climate

In a new study in the journal Nature Communications authors study the spatial heterogeneities of leaf unfolding and its controls. Photo by: Pixabay.


Leaf unfolding (LU) determines the restart of the growing season. LU in temperate forests is driven by spring temperature, but the spatial heterogeneities of LU, and especially of its controls, have been much less studied.

In a new study published in the journal Nature Communications, authors used in situ LU observations for eight deciduous tree species to show that the two factors that control chilling (number of cold days) and heat requirement (growing degree days at LU, GDDreq) only explain 30% of the spatial variance of LU. Radiation and aridity differences among sites together explained 10% of the spatial variance of LU date, and up to 40% of the variation in GDDreq. Radiation intensity was positively correlated with GDDreq and aridity was negatively correlated with GDDreq spatial variance. Assessing the long-term spatial variance of LU and GDDreq is a first step in developing a unified framework that will allow an understanding of the multiple controls of climate on plant phenology.

“Our study provides evidence for a significant control of leaf unfolding by long-term background climatic conditions across sites, potentially representing long-term adaptation of species”, said Dr. Marc Peaucelle from CREAF-CSIC Barcelona, now in the Department of Environment of the University of Ghent. According to the authors, these findings show that at least two mechanisms influence spring phenology: i) the direct sensing of meteorological conditions during spring to optimize the restart of plant activity and ii) the long-term adjustment of bud sensitivity to spring meteorological conditions in order to cope with growing season pressures at sites.

The results presented in the study show that LU of temperate deciduous trees is adapted to local mean climate, including water and light availability, through altered sensitivity to spring temperature. This adaptation of GDDreq to background climate implies that models using constant temperature response are inherently inaccurate at local scale.

“Future research on the importance of plant phenology on ecosystem functioning should focus on space-time interactions with environmental conditions specifically to address: 1) the effects of light and aridity on bud sensitivity to temperature, and 2) the potential coordination between plant processes and phenology that could account for a co-limitation by temperature and the availability of light and water”, said Prof Josep Peñuelas from CREAF-CSIC.

Reference: Peaucelle, M., Janssens, I.A., Stocker, B.D., Descals Ferrando, A., Fu, Y.H., Molowny-Horas, R., Ciais, P., Peñuelas, J. 2019. Spatial variance of spring phenology in temperate deciduous forests is constrained by biogeographical conditions of temperature, light and aridity. Nature Communications, (2019) 10:5388. Doi: 10.1038/s41467-019-13365-1.

IPCC 2019: IPCC Special Report on Climate Change and Land

IPCC 2019

Prof. Josep Peñuelas has participated in the IPCC Special Report on Climate Change and Land through the drafting of Chapter 2: Land-Climate Interactions.

Land and climate interact in complex ways through changes in forcing and multiple biophysical and biogeochemical feedbacks across different spatial and temporal scales. This chapter assesses climate impacts on land and land impacts on climate, the human contributions to these changes, as well as land-based adaptation and mitigation response options to combat projected climate changes.

IPCC press release

Chapter 2