Tesis Doctorado

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Cambio en el patrón espacial del paisaje y su efecto en los procesos hidrológicos. Hacia soluciones basadas en la naturaleza para la gestión de cuencas bajo un contexto de cambio climático.
(Universidad de Concepción, 2025) Hernández Sosa, Marieta; Aguayo Arias, Mauricio Iván
El cambio climático es uno de los principales impulsores de los cambios en el ciclo hidrológico. En muchas regiones del mundo la disminución considerable de las precipitaciones y el aumento de las temperaturas extremas ha repercutido en la disminución del caudal y cambios en diversos procesos hidrológicos, como almacenamiento en la cubierta vegetal, infiltración y evapotranspiración. Sin embargo, numerosas investigaciones han demostrado como los cambios de cobertura y uso del suelo afectan también importantes componentes hidrológicos como régimen de sedimento, alteraciones de la calidad del agua y las afectaciones a la zona ribereña. Sin embargo, aún existen grandes contradicciones en torno a como los cambios del paisaje influyen en el ciclo del agua, fundamentalmente asociada con la inclusión de especies forestales exóticas y la pérdida de la superficie de bosques nativo. Algunos autores aseguran que la inclusión de las plantaciones forestales ejerce un rol estabilizador en los procesos hidrológicos, mientras que otros aseguran que la pérdida de bosques nativos repercute en la estabilidad y capacidad de regulación de las cuencas. Chile no se encuentra ajena a esta problemática, pues tanto el cambio climático como el desordenado aumento de las actividades económicas urbano-forestal están llevando a fuertes cambios en los componentes del ciclo del agua en numerosas cuencas del territorio. Esta problemática se agrava especialmente en la región centro y sur del país, donde se proyecta una disminución considerable de las precipitaciones en el futuro. Numerosas cuencas están siendo fuertemente intervenidas para el desarrollo de plantaciones forestales, lo que implica la ocupación de grandes extensiones de superficie nativa. Es por ello que, el objetivo principal de esta investigación es evaluar los efectos de la configuración y composición del paisaje sobre componentes del ciclo del agua en las cuencas Quino y Muco del centro sur de Chile. El modelo hidrológico distribuido TETIS se implementó con el propósito de analizar cómo la combinación de dos principales forzantes el cambio climático y las transformaciones en la composición y configuración del paisaje afecta la respuesta hidrológica de las cuencas. El análisis se llevó a cabo tanto para el período histórico (1980–2018) como para proyecciones futuras (2030–2060 y 2061–2091). Los cambios en la cobertura y uso del suelo fueron analizados en dos etapas. En la primera, se utilizaron cuatro clasificaciones temporales (1986, 2001, 2011 y 2017) para caracterizar la evolución del paisaje. A partir de estas, y mediante el software Fragstats, se obtuvieron métricas espaciales que permitieron describir los patrones del paisaje y su influencia sobre los componentes del ciclo hidrológico. En la segunda etapa, se generaron cinco escenarios futuros de LUCC a partir del año 2017, construidos bajo criterios ambientales, sociales y económicos. Estos escenarios se combinaron con proyecciones climáticas para evaluar su impacto conjunto sobre los procesos hidrológicos. Los resultados, obtenidos a través de análisis de correlación y regresión de mínimos cuadrados parciales (PLSR), indican que paisajes con mayor diversidad, fragmentación y menor conectividad espacial tienden a alterar significativamente la dinámica hidrológica. En particular, un paisaje altamente fragmentado afecta negativamente los flujos horizontales y verticales del agua. Asimismo, la expansión de plantaciones forestales en patrones agregados modifica los procesos verticales, como la infiltración y la evapotranspiración. La pérdida de contigüidad espacial de los bosques nativos, junto con la reducción en el número de parches, se asocia directamente con una disminución de procesos hidrológicos y en los caudales generados. Adicionalmente, los escenarios de LUCC simulados bajo el escenario climático RCP 8.5 revelan que el aumento en la superficie boscosa incrementa la evapotranspiración real en aproximadamente +20 mm. Este efecto es particularmente pronunciado en los escenarios que consideran recuperación mediante plantaciones forestales, con aumentos entre +30 y +40 mm. Por otro lado, los escenarios que promueven la reforestación con especies nativas muestran una mayor capacidad de retención hídrica en el sistema, especialmente durante períodos secos.
Utilizando el conocimiento del desempeño fisiológico como medida de adaptación del sistema socioecológico de la industria mitilicultora frente a eventos ambientales extremos.
(Universidad de Concepción, 2024) Castillo Villagrán, Nicole Cecilia; Vargas Gálvez, Cristian Antonio; Ponce Oliva, Roberto Daniel
La plasticidad fenotípica se define como la capacidad de un genotipo para expresar diferentes fenotipos en respuesta a cambios ambientales, modificando su fisiología, comportamiento o morfología. Al mismo tiempo, este mecanismo permite a los organismos maximizar su aptitud en un entorno cambiante. Sin embargo, no todos los organismos responden de la misma forma, algunos desarrollan características especialistas, mientras que otros son generalistas, tolerando una gama más amplia de condiciones ambientales. La variabilidad y la predictibilidad ambiental en los sistemas costeros han permitido que ciertos organismos, como los bivalvos marinos, desarrollen una amplia tolerancia a las condiciones oceanográficas diversas, acentuando diferencias intraespecíficas en la capacidad de adaptación (por ejemplo, plasticidad y potencial evolutivo) de poblaciones naturales. Bajo el contexto actual de cambio global, los océanos están experimentando diversas alteraciones, impulsadas principalmente por la actividad antropogénica, lo que ha provocado múltiples implicancias en la frecuencia de eventos extremos (por ejemplo, ‘olas de calor’, ‘descargas extremas de agua dulce’, ‘eventos de acidificación costera’, entre otros) y cambios en la respuesta de los organismos, entre otros. En el sur de Chile, la mitilicultura se ha convertido en una de las industrias acuícolas de mayor importancia comercial, concentrada en la región de Los Lagos, donde se cultiva a gran escala el “mejillón chileno” o “chorito” (Mytilus chilensis). Esta industria proporciona una serie de beneficios económicos y son forma parte del estilo de vida de las comunidades locales. Su cadena productiva involucra a una diversidad de actores, desde grandes empresas hasta pescadores artesanales dedicados a la captación de semillas y al cultivo de este molusco. El suministro clave para esta industria corresponde al abastecimiento de semillas desde bancos naturales, por lo que cualquier alteración en los parámetros ambientales (por ejemplo, temperatura, salinidad y pH/pCO2) puede significar un riesgo para la actividad. En los últimos años, la mitilicultura se ha visto enfrentada a una serie de perturbaciones ambientales que han incidido en la actividad, lo que ha manifestado la necesidad de comprender la respuesta de los organismos a escenarios ambientales actuales y futuros considerando el conocimiento distintas disciplinas. Esto es especialmente relevante considerando que la industria se abastece de semillas provenientes desde sitios con distintos regímenes de variabilidad ambiental. Este estudio adopta un enfoque integrador del Mytilus chilensis, con el objetivo de comprender cómo estos organismos responden en un gradiente ambiental de temperatura, salinidad y pH del agua de mar pudiendo utilizar esta información como una posible medida de adaptación del sistema socioecológico de la industria mitilicultora frente a, por ejemplo, la exposición de eventos ambientales extremos. Para esto, se analizaron tres sitios de importancia para la captación de semillas, los cuales también contaron con la disponibilidad de datos de series de tiempo oceanográficas de al menos un año. Los sitios seleccionados fueron Puelo (fiordo), Metri (seno) y Caleta El Manzano (bahía), los cuales presentan condiciones ambientales contrastantes a pesar de encontrarse en una pequeña escala espacial. Posteriormente, se realizaron experimentos de exposición para construir curvas de desempeño en respuesta a la exposición de diferentes temperaturas, salinidades y pH a partir de organismos extraídos de los lugares anteriormente mencionados. Además, se incluyeron análisis de diversidad y estructura genética, y entrevistas iniciales con actores clave de la industria. Esta tesis doctoral se organiza en seis capítulos. Los primeros dos capítulos están dedicados a proveer al lector información general del estudio. En el Capítulo I se presenta una introducción general a la presente tesis doctoral, mientras que el Capítulo II está dedicado a exponer las hipótesis y objetivos de estudio. En el Capítulo III, se caracterizaron los regímenes de variabilidad y predictibilidad ambiental utilizando los datos de series de tiempo de temperatura, salinidad y pH recopilados por medio de boyas y sensores desplegados en tres sitos de importancia para la captación de semillas en la Patagonia norte de Chile. Posteriormente, se construyeron curvas de rendimiento fisiológico, evaluando la tasa de aclaramiento de semillas recolectadas de las áreas geográficas seleccionadas. Estos datos ambientales y fisiológicos se complementaron con análisis de estructura y diversidad genética de los individuos provenientes de cada sitio de estudio. Los resultados mostraron que la variabilidad temporal, la predictibilidad y la exposición a eventos extremos (por ejemplo, pH bajo/salinidad baja) modulan la plasticidad y las condiciones óptimas de los mejillones. Sin embargo, a pesar de estas diferencias fenotípicas, observamos una alta diversidad genética, probablemente como resultado de un alto flujo genético inducido por la actividad acuícola y la fase larvaria de estos organismos. Nuestros hallazgos enfatizan la importancia de la variabilidad y la predictibilidad, en su conjunto, como factores esenciales que dan forma a la diversidad fenotípica, incluso en escalas espaciales pequeñas. En el Capítulo IV, y considerando la importancia socioecológica de esta industria, se indagó en los esquemas de certificación. Lo anterior, considerando que estos sistemas están diseñados para entregar información relevante al mercado. En nuestro contexto, la implementación de un sistema de certificación de semillas, por ejemplo, con respecto al origen, permitiría informar a los compradores (empresas dedicadas al cultivo de mejillones) sobre la potencial plasticidad fenotípica de los individuos con respecto a diversas variables ambientales. Metodológicamente, esta investigación se llevó a cabo mediante entrevistas semiestructuradas con actores clave de la industria mitilicultora, con el objetivo de explorar y entender las relaciones comerciales entre zonas y agentes, y evaluar la viabilidad de un sistema de certificación. El Capítulo V presenta una revisión sistemática de la literatura sobre certificación en distintas áreas productivas (1999-2022), analizando diversos sistemas de certificación incluidas las tendencias en productividad, principales países de publicación, distribución regional y categorías temáticas. Este análisis identificó tres categorías claves: sostenibilidad, ingeniería y negocios y economía, con clústeres temáticos en cada una de estas áreas. Esta revisión sistemática indica además que las organizaciones utilizan esquemas de certificación no solo para gestionar los riesgos ambientales o climáticos sino también para armonizar sus operaciones en respuesta a las diversas presiones ejercidas por las múltiples partes interesadas y fomentar prácticas organizacionales más sostenibles. Los efectos del cambio global en los ecosistemas son inevitables, por lo que estudios interdisciplinarios son esenciales para comprender mejor la interacción entre el ambiente, la fisiología y la genética de los organismos y las especies. Estos hallazgos tienen implicaciones en la gestión y sostenibilidad de la mitilicultura, proporcionando información valiosa para optimizar prácticas acuícolas y mejorar las estrategias de adaptación de la industria al cambio climático, en particular para especies de relevancia económica y seguridad alimentaria.

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