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Saca de madera y sequía inducida en regenerados post-incendio: reclutamiento de pino carrasco y efectos ecofisiológicos a corto plazo en el matorral

MOYA D., DE LAS HERAS J., LOPEZ-SERRANO F.R., FERRANDIS P.

Escuela Técnica Superior de Ingenieros Agrónomos de Albacete. Universidad de Castilla-La Mancha, Campus Universitario s/n, 02071, Albacete. Daniel.Moya@uclm.es Resumen

La saca de madera es una acción de emergencia que se aplica en zonas incendiadas, aunque sus efectos ecológicos no están claros. Teniendo en cuenta que las proyecciones del Panel Internacional de Cambio Climático apuntan a un aumento de los episodios de sequía en la Cuenca Mediterránea, el manejo y la gestión forestal deben ser revisados y adecuados a los nuevos escenarios. Por ello, hemos definido un estudio en el SE peninsular donde se estudian los efectos de la saca de madera y de la sequía estival inducida en bosques de pino carrasco que sufrieron un gran incendio el verano de 2009 (986 ha).

Seis meses después del incendio (principios de 2010) se llevó a cabo la saca de madera en una parte de la masa quemada. En primavera de 2010 realizamos conteo y medición del reclutamiento de pino en ambas zonas mediante transectos lineales. Además, se dispusieron seis parcelas cuadradas (4 m2; 2m x 2m) en el área sin saca y otras seis en el área cortada, añadiendo a éstas últimas seis parcelas pareadas con inducción de sequía (evacuación del 20% de la precipitación). Obtuvimos valores de reclutamiento de pino muy bajos, por lo que la respuesta del ecosistema fue caracterizada por las tres especies dominantes: una rebrotadora, esparto (Stipa tenacissima L.), y dos germinadoras, romero (Rosmarinus officinalis L.) y jaguarzo (Cistus clusii Dunal.). Las campañas de muestreo se llevaron a cabo a final de primavera e inicio de otoño de los años 2010 y 2011, midiendo el potencial hídrico en hoja antes del amanecer (cámara Scholander). Para caracterizar el desarrollo morfológico marcamos y medimos altura y superficie de las plántulas, además de medir fotosíntesis y conductancia estomática (con un sistema de intercambio gaseoso portátil) para obtener variaciones en ecofisiologia. En general, el estrés hídrico fue menos acusado en individuos de la zona sin saca de madera, siendo mayor en la zona de sequía inducida. Los crecimientos en tamaño de las tres especies fueron mayores en las parcelas sin saca, no obteniendo diferencias significativas en las parcelas de exclusión hídrica, obteniéndose mayores incrementos de las germinadoras en todas las parcelas estudiadas. Las variables ecofisiológicas respondieron de manera similar. Encontramos una relación entre PAR y fotosíntesis neta y las regresiones que las ajustaban diferían entre especies y tratamiento, siendo los mayores ratios fotosintéticos y de conductancia estomática aquellos obtenidos para especies germinadoras en la zona con la madera quemada en pie.

Por tanto, hemos encontrado variaciones de los parámetros morfológicos y ecofisiológicos en el corto plazo, siendo distinta la respuesta de germinadoras y rebrotadoras dependiendo del tratamiento realizado y con influencia de la sequía estival inducida. La validación de estas tendencias en otras comunidades vegetales mediterráneas, corroboraría que se darán cambios en productividad y desarrollo relacionados con el cambio climático que puede ser mitigado por un manejo forestal adecuado. Palabras clave Resiliencia, tratamiento post-incendio, cambio climático, gestión forestal, ecofisiología, Stipa tenacissima, Rosmarinus officinalis, Cistus clusii, Pinus halepensis.

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1. Introducción

La saca de madera es una acción de emergencia que se aplica en el corto plazo para eliminar el impacto visual, reducir proliferación de plagas y, en su caso, recuperar beneficios procedentes de la madera, aunque sus efectos ecológicos no están claros. Respecto al reclutamiento y establecimiento de nuevas plántulas, se ha argumentado que las operaciones de extracción de madera provocan escarificación de semillas, remoción del suelo y enterramiento de semillas y plántulas emergentes, lo que induce una mejora en el enraizamiento de plántulas y un aumento del establecimiento y mejora del reclutamiento (BROWN y SMITH 2000; RYAN y DEBANO 2005). Sin embargo, se ha demostrado que el paso de maquinaria, arrastre de material y la reducción del sombreo por eliminación de la madera muerta aumentan la mortalidad, principalmente durante el primer verano tras incendio, y disminuyen el vigor de las plántulas regeneradas de pino carrasco (Pinus halepensis Mill.) (MARTÍNEZ-SÁNCHEZ et al. 1999).

Las proyecciones del Panel Internacional de Cambio Climático apuntan importantes cambios climáticos en la Cuenca Mediterránea, destacando un aumento de los episodios de sequía y de la temperatura, lo que inducirá una mayor aridez (BATES et al. 2008). Este cambio esta relacionado con cambios en el régimen de incendios forestales, que son uno de los principales componentes de modelado del paisaje a lo largo de la Cuenca Mediterránea (FLANNIGAN et al. 2000). Las comunidades vegetales de la zona mediterránea han desarrollado rasgos de adaptación a perturbaciones, principalmente sequía e incendios forestales, pero los cambios relatados pueden tener grandes impactos en la productividad de la vegetación, densidad y distribución, hasta el punto de poner en peligro su presencia en zonas donde las perturbaciones y cambios, incluyendo uso de suelo, puedan desplazar especies menos resistentes o resilientes, llegando incluso a propiciar la desertización (DURY et al. 2011). Para el sudeste de España a finales de siglo XXI, los modelos regionales pronostican una reducción de la precipitación de hasta el 20% y un aumento de la temperatura de 4.5ºC (BRUNET et al. 2009).

Teniendo en cuenta estas previsiones, el manejo y gestión forestal y el uso de sus herramientas clásicas deben ser revisadas y adecuadas a los nuevos escenarios proyectados. Para comprobar cómo la reducción de precipitaciones estivales puede afectar a las especies adaptadas a ambas perturbaciones, se diseñó un experimento para inducir la sequía en comunidades regeneradas tras incendio. Por ello, hemos definido un estudio donde se estudian los efectos de la saca de madera y de la reducción de precipitación estival (simulada por medio de sequía inducida) en un área incendiada del SE peninsular, donde 6 meses después del incendio se extrajo la madera. 2. Objetivos

En este estudio hemos caracterizado la regeneración natural después de un incendio del SE de la Península Ibérica y hemos observado los efectos y consecuencias morfológicas y ecofisiológicas que el manejo forestal consistente en la saca de madera muerta, como actuación de emergencia, tiene sobre el regenerado natural (especie principal y acompañantes). Además, hemos simulado la reducción hídrica debido al cambio climático prevista para la zona de estudio, observando los efectos provocados sobre el desarrollo morfológico y las principales características ecofisiológicas del matorral dominante en el corto plazo sobre la vegetación regenerada.

Nuestro objetivo principal fue mejorar el conocimiento de la gestión forestal tras incendio, en el corto plazo, y su efecto sobre la recuperación del ecosistema, incluyendo

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factores de cambio climático ligados a las predicciones en la Cuenca Mediterránea. Para ello se caracterizó el regenerado natural de la especie principal (pino carrasco) y de las acompañantes más frecuentes, incluyendo rebrotadora y germinadoras. Hemos realizado caracterización de desarrollo morfológico y ecofisiológico con el fin de analizar las respuestas en los diferentes escenarios simulados y comparar estrategias de eficacia en el transporte y/o uso del agua para resistir la sequía estival.

Con ello, se pretende desarrollar herramientas de manejo aplicables a planes forestales para optimización de la productividad de manera sostenible, compatibilizando los objetivos de sostenibilidad y mejora de la resiliencia en montes con alta recurrencia de incendios. 3. Metodología En el verano de 2009, un incendio provocado por la maniobras militares en el paraje del campo de tiro de Chinchilla de Monte Aragón (Albacete) quemó 968 ha en los municipios de Pozo Lorente e Higueruela (Figura 1). Se inició el 15 de julio y fue declarado extinto el 18 del mismo mes. La severidad del incendio fue media-alta, y en total arraso 934.72 ha de superficie forestal (297.92 ha arboladas, 501.15 ha ocupadas por matorral y 135.65 ha de herbáceas), ocupada por bosques abiertos de pino carrasco. Los valores promedio de precipitación y temperatura anual en la zona son 367 mm y 13,6ºC, respectivamente (datos proporcionados por Agencia Estatal de Meteorología, AEMET). El paraje está ubicado en el piso mesomediterráneo superior (media de 912 msnm) y presenta ombroclima seco, por lo que la vegetación potencial natural pertenece a la serie de vegetación Bupleuro rigidi-Querceto rotundifoliae s. que corresponde a un bosque de carrasca, robles esclerófilos, típicos de la provincia Castellano-Maestrazgo-Manchega (RIVAS-MARTINEZ 1987).

Seis meses después del fuego, durante el invierno de 2010, se llevó a cabo una actuación de emergencia para la saca de madera muerta que quedaba en pie, aunque se dejó un área para seguimiento como zona control sin tratamiento (madera quemada en pie). Una vez finalizado, se definió el área de estudio (30 S, 629485 a 629817 E, 4322126 a 4322247 N; msnm 920) que comprendía ambos tratamientos. Para caracterizar el reclutamiento de plántulas de pino en la primavera de 2010, se establecieron tres transectos lineales de 25 m de longitud, separados 5 m entre sí. Se anotó el número de plántulas de pino que interceptaron los transectos lineales y se registró la altura de todas las que se encontraron. Se establecieron 12 parcelas cuadradas con superficie de 4 m2 (2m x 2m). En la zona control, sin saca de madera (UNCUT), se dispusieron cuatro parcelas al azar, mientras que en el área tratada, sin madera quemada en pie, se realizó un muestreo por parcelas pareadas, fijando cuatro al azar (LOGGING) y otras cuatro, junto a cada una de ellas, donde se llevaría a cabo la sequía inducida (LOGGING+DROUGHT). Para llevar a cabo la reducción de precipitación, se excavaron zanjas a los lados con el fin de excluir el flujo de agua lateral y se dispusieron estructuras metálicas que fijaban canalones de PVC transparente, elevados y con pendiente, cubriendo el 20% del área de la superficie de las parcelas para interceptar y evacuar la precipitación horizontal que llega a la parcela (Figura 2).

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Figura 1. Mapa de situación del incendio del campo de tiro de Chinchilla. Imagen superior: zona de saca de madera

muerta muestreada; Imagen inferior: perímetro de incendio (línea amarilla), zona experimental sin saca de madera (polígono verde) sobre imagen de ortofoto PNOA máxima actualidad.

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Figura 2. Parcelas de sequía inducida: se reduce la entrada de agua por precipitación cubriendo el 20% de la

superficie con estructuras metálicas soportando canalones de PVC transparente, elevados y con pendiente.

Para caracterizar la recuperación del ecosistema, se seleccionaron tres especies dominantes del sotobosque: una rebrotadora, el esparto (Stipa tenacissima L.), y dos germinadoras obligadas, romero (Rosmarinus officinalis L.) y jaguarzo (Cistus clusii Dunal.). Todos los individuos encontrados dentro de las parcelas fueron marcados para su seguimiento con etiquetas de plástico numeradas. Realizamos un estudio a corto plazo, ya que los muestreos se realizaron 1 y 2 años después del incendio en cuatro campañas: primavera-2010, otoño-2010, primavera-2011 y otoño-2011. Dentro de cada parcela, monitorizamos diez plántulas de cada una de las tres especies seleccionadas, marcándolas individualmente con etiquetas de plástico numeradas. Para caracterizar su desarrollo, tomamos medidas morfológicas y ecofisiológicas que fueron repetidas a final de primavera e inicio de otoño en los años 2010 y 2011. Así, hicimos mediciones de altura de plántula (H) y superficie cubierta de cada individuo (COB) usando cintas métricas (precisión 1 mm). Se obtuvo la cobertura total y se comparó el crecimiento relativo de los individuos por aumento de altura (ΔH) y de cobertura (ΔCOB).

También monitorizamos cuatro individuos de cada especie por parcela sobre los que efectuar mediciones instantáneas con un sistema de intercambio gaseoso portátil (LI-6400XT y 6400-07 Needle Chamber, LI-COR, Enviromental Division, Lincoln, NE, USA), en condiciones ambiente (0800 a 1100 h, hora solar). Los parámetros seleccionados para caracterizar la influencia de tratamientos y estrés hídrico fueron: asimilación neta de CO2 o fotosíntesis neta (A, μmol CO2 m

-2 s-1) y conductancia estomática (gs, mol H2O m-2 s-1) en ambiente de iluminación saturada (PAR>1000 μmol fotón m-2 s-1), con temperaturas que variaron entre 20 y 26ºC y concentraciones de CO2 en atmosfera que variaron entre 380 y 395

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μmol – mol-1 CO2. Para estimar la disponibilidad de agua del suelo y la escasez de agua en las plantas, se utilizó una consola con cámara de presión tipo Scholander (compact plant water status console, modelo 3115P40G4, Soilmoisture Equipment Corp., Santa Barbara, CA, EE.UU.). En cada parcela, se registró el potencial hídrico en hoja antes del amanecer (ΨPD), que está relacionado con el estado de los individuos, antes y después de la época de sequía. Cada muestreo se realizó mediante tres réplicas de individuos por especie, tomando aquellos que no hubiesen sido marcados para su seguimiento por tratarse de un ensayo destructivo.

Como análisis estadístico, hemos desarrollado modelos lineales generales (GLM) para evaluar un modelo general que nos indique los parámetros que influyen en las variables de potencial hídrico foliar, altura y cobertura del individuo. Las variables predictoras analizadas en los modelos fueron: FECHA (primavera y otoño de los años muestreados), TRATAMIENTO (saca de madera, sin saca y saca más sequía) y ESPECIE (esparto, romero y jaguarzo). Se utilizaron pruebas de Kruskal-Wallis para comprobar las diferencias medias significativas entre las variables independientes. Las diferencias significativas entre los grupos se analizaron mediante ANOVA simple desarrollado con LSD de Fisher (diferencia menos significativa). Los valores se transformaron utilizando logaritmos para maximizar el coeficiente de correlación de Pearson (r), el logro de los supuestos de normalidad y homocedasticidad. Sin embargo, los valores no transformados se muestran junto con el error estándar (± SE). Los análisis estadísticos se realizaron utilizando el software Statgraphics Centurion XV utilizando un valor de p <0,05.

4. Resultados

En general, el reclutamiento de pino carrasco fue muy pobre, siendo más alto en el

área sin cortar pero sin mostrar diferencias significativas (<500 plántulas ha-1). Las plántulas de pino mostraron alturas mayores en la zona sin cortar (44.0±1.0 mm) que en la zona donde se había realizado la saca de madera muerta en pie (39.5±0.5 mm), donde además, la supervivencia final fue nula.

Los resultados obtenidos en modelos GLM para cobertura individual y altura indicaron que estos parámetros estaban relacionados con las tres variables predictoras (FECHA, TRATAMIENTO y ESPECIE), sin influir sus interacciones, explicando parte de la variabilidad en altura (R2=41.47%) aunque muy poca respecto a cobertura (R2=21.78%). Los mayores crecimientos en tamaño de las tres especies fueron mayores en las parcelas sin saca, no obteniendo diferencias significativas en las parcelas de exclusión hídrica. Por especie, obtuvimos incrementos mayores de las germinadoras en todas las parcelas estudiadas. Se obtuvieron diferencias significativas al aplicar ANOVAs a los valores tomados al final del estudio (Tabla 1).

La altura y cobertura individual del esparto fueron mayores en las zonas sin saca de madera, sin presentar diferencias significativas en la zona de saca de madera con y sin sequía inducida. Las coberturas de las germinadoras no presentaron diferencias significativas por tratamientos; sin embargo la altura del jaguarzo fue menor en la parcela sin saca de madera; para el esparto, se obtuvieron valores significativamente menores en la zona de sequía inducida. Sin embargo, al realizar un estudio de los crecimientos acontecidos en el último periodo seco (verano 2011) (Tabla 2), se observa que los mayores incrementos, tanto de altura como de superficie (ΔH y ΔCOB), se dan en la zona con la madera quemada en pie (UNCUT). Para el esparto no se observan diferencias significativas de crecimiento dentro de las zonas sin madera en pie, tanto en condiciones normales como en simulación de sequía (LOGGING y LOGGING+DROGUHT, respectivamente), que son significativametne

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menores que en las zonas sin saca, presentando incrementos muy altos en esta ultima zona. Para las plántulas procedentes de semilla (jaguarzo y romero), las diferencias en valores no son tan altas como las presentadas en la rebrotadora, pero si se observan diferencias significativas en las tres zonas de estudio.

Tabla 1. Altura y cobertura obtenidas al final del estudio (otoño de 2011). Se incluyen valores promediados con ANOVA y

error estándar (±ES) con grupos separados por diferencias significativas mediantes LSD (superíndice) (p<0.05).

Stipa tenacissima Rosmarinus officinalis Cistus clusii

Tratamiento H (cm) COB (m2) H (cm) COB (m2) H (cm) COB (m2)

UNCUT 66.0±5.8 b 1.59±0.33 b 26.2±1.9 b 0.10±0.01 a 30.2±1.9 a 0.10±0.02 a

LOGGING 32.0±4.4 a 0.40±0.13 a 29.1±1.5 b 0.10±0.01 a 40.7±2.0 b 0.11±0.02 a

LOGGING+DROUGHT 28.0±1.9 a 0.28±0.11 a 21.7±1.3 a 0.07±0.01 a 38.4±2.9 b 0.11±0.01 a

Tabla 2. Variaciones e incrementos en altura y cobertura del último periodo seco (primavera a otoño de 2011). Se incluyen

valores promediados con ANOVA y error estándar (±ES) con grupos separados por diferencias significativas mediantes LSD (superíndice) (p<0.05).

Stipa tenacissima Rosmarinus officinalis Cistus clusii

Tratamiento ΔH (cm) ΔCOB (m2) ΔH (cm) ΔCOB (m2) ΔH (cm) ΔCOB (m2)

UNCUT 20.8±3.0 b 0.671±0.157 b 3.8±0.6 c 0.031±0.010 b 2.4±0.5 b 0.025±0.006

b

LOGGING 1.2±0.4 a 0.002±0.016 a 1.6±0.3 b 0.010±0.003 a 1.9±0.5 b 0.008±0.004

a

LOGGING+DROUGHT 1.9±1.0 a 0.015±0.009 a -0.2±0.6 a 0.007±0.003 a -0.6±0.8 a 0.003±0.008

a Respecto al estatus de las plantas, Los resultados obtenidos en modelos GLM para

cobertura individual y altura indicaron que estaban relacionados con FECHA y ESPECIE, no siendo una variable predictora significativa el TRATAMIENTO (R2=38.86%). encontramos que el potencial de agua era, en general, menor en el esparto que en las germinadoras. La presión disminuía tras el verano pero de manera distinta según tratamiento y sequía. En general, el estrés hídrico era menos acusado en individuos de la zona sin saca de madera, siendo mayor en la zona de sequía inducida.

Las variables ecofisiológicas respondieron de manera similar (Figura 3). Encontramos una relación entre PAR y fotosíntesis neta; además las regresiones que las ajustaban diferían entre especies y tratamiento, siendo los mayores ratios aquellos obtenidos para especies germinadoras en la zona con la madera quemada en pie. Para los valores de fotosíntesis neta, encontramos los mayores valores en individuos de romero en zonas sin madera muerta en pie. La tendencia en general para ambas germinadoras fue que los valores de A y gs eran mayores en las zonas con mayor PAR (sin sombreo) aunque, en general, no mostraron diferencias significativas con los valores encontrados en las parcelas de sequía inducida. Sin embargo, la tendencia en el esparto fue que los valores eran mayores en los individuos que se encontraban bajo el dosel de pies quemados.

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Figura 3. Valores promedio por tratamiento y fecha de las variables ecofisiológicas asimilación neta de CO2 o

fotosíntesis neta (A, μmol CO2 m-2 s-1) y conductancia estomática (gs, mol H2O m-2 s-1) para las especies estudiadas. Las

barras verticales representan el error estándar.

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5. Discusión Los resultados obtenidos indican que la respuesta de los ecosistemas pueden ser

modificados por los tratamientos selvícolas a corto plazo. El contenido de agua del suelo se relaciona con episodios de sequía y la gestión forestal, que influye en el patrón de vegetación, la vulnerabilidad y la resiliencia bajo repetidos incendios de bosques y escenarios de calentamiento (BATES et al. 2008). Además, la cobertura de hierbas y arbustos protege el suelo contra la erosión, las inundaciones y escorrentías que se podría reducir a valores insignificantes a corto plazo (CERDÀ y DOERR 2005). En el medio plazo, el efecto de la sequía podría estar afectando de forma más significativa al crecimiento y las variables ecofisiológicas (PRIETO et al. 2009).

Las especies estudiadas han desarrollado adaptaciones a ambientes áridos para soportar épocas de sequía pero al estar en fase plántula, la respuesta puede ser estar ligada a la fase de crecimiento, lo que ha sido interpretado como una respuesta evolutiva a la competencia (VALLADARES et al. 2004). Algunas de las adaptaciones dependen de su carácter rebrotador o germinador, debido a la arquitectura radicular (HERNANDEZ et al. 2010), como la capacidad para mantener humedad elevada en la hoja, pared celular rígida que reduce la transpiración, gran control estomático y protección de la maquinaria fotosintética (MAESTRE et al. 2007, PAULA y PAUSAS 2006). Sin embargo, existe un desconocimiento de su respuesta y tolerancia a los tratamientos silvícolas en fase de plántula tras incendio.

El potencial de agua representa un método fiable y sencillo para evaluar el estado fisiológico de una planta, ya que el crecimiento y la productividad están directamente influenciadas por este parámetro (GALMÉS 2006). Por lo tanto, la regulación de las relaciones hídricas de las plantas en respuesta al agotamiento del agua del suelo puede ser crucial en las especies mediterráneas, principalmente en escenarios previstos de cambio climático. Además, los cambio en el potencial hídrico foliar y en contenido de agua del suelo después de la temporada de sequía influye en la supervivencia y el desarrollo de los individuos. Las diferencias interespecíficas de las relaciones hídricas que hemos encontrado son de valor adaptativo relacionado con el desarrollo de las raíces (MOYA et al. 2011). Además, las diferencias encontradas están relacionadas con el ahorro de agua o la recuperación después de la sequía, ya que las plantas tolerantes a la sequía son capaces de mantener la mayor conductancia estomática a bajos potenciales hoja agua, relacionada con la respuesta estomática (GALMÉS 2006).

La eficiencia de uso de agua no varía significativamente, aunque la mayor disminución en estas comunidades se da tras el periodo de sequía (MOYA et al. 2013). Por tanto, tal y como hemos encontrado en este estudio, existen variaciones en transpiración y eficiencia de uso de agua en plantas individuales que pueden variar en el corto plazo, siendo distinta la respuesta de germinadoras y rebrotadoras (MOYA et al. 2013). Si estas tendencias se diesen en otras comunidades vegetales mediterráneas, podríamos decir que el cambio climático afectaría su productividad y desarrollo, lo que podría ser ampliado o disminuido por un manejo forestal adecuado (DE LAS HERAS et al. 2012).

6. Conclusiones

En conclusión, los tratamientos silvícolas aplicados con carácter de urgencia tras un

incendio, tal como la saca de madera quemada en pie, pueden tener efectos distintos al que supuestamente se le atribuye. En este caso, una saca de madera temprana (primer invierno tras el incendio) puede provocar aumento de la mortalidad de plántulas de pino y una disminución del vigor y crecimiento de las acompañantes que son las que dan protección al suelo en el

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corto plazo tras el incendio. Debe estudiarse si retrasar la aplicación de esta herramienta, especialmente en zonas donde el aprovechamiento de la madera es prácticamente nulo, es beneficioso para la vegetación que se regenera de manera natural. Se debe comprobar el escenario de sequía inducida y corroborar los resultados en los casos donde el regenerado no sea muy denso y se comprometa la densidad mínima necesaria para recuperar el monte preexistente por la aplicación temprana de este tratamiento silvícola post-incendio.

7. Agradecimientos

Queremos agradecer al Servicio Forestal de Comunidades de Castilla-La Mancha por

su ayuda y apoyo. También a los proyectos del Programa Nacional de I+D+I que aportaron fondos con los que hacer posible este trabajo, FIREMED3L: AGL2011-27747 y CONSOLIDER INGENIO-2010: MONTES (CSD 2008-00040). Agradecer también a Esmeralda Martínez-Duro, Álvaro Munera, Javier Hedo y Enrique Hernandez-tecles por la ayuda en el muestreo de campo.

8. Bibliografía

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