Drought recovery of Maritime pine saplings (Pinus pinaster Ait.): Short and Long-term effects

Abstract

O ritmo acelerado das mudanças climáticas pode superar a capacidade das populações de se adaptarem em regiões onde as secas podem aumentar tanto em duração quanto em gravidade. Em um cronograma de longo prazo, declínio da floresta generalizados podem levar a reduções na produtividade primária líquida dos ecossistemas florestais, perda de biodiversidade e mudanças em sua composição e comunidades florestais. A mortalidade de plantas devido a períodos mais longos de secas e temperaturas mais elevadas tornou-se um importante foco de atenção recentemente, com vários relatos destacando episódios de mortalidade graves em todo o mundo, portanto a pesquisa sobre a resposta das plantas ao stress hídrico está se tornando cada vez mais importante. Embora exista uma rica literatura sobre as respostas das plantas ao stress hídrico, nossa compreensão actual das causas da mortalidade das árvores ainda é limitada. Prever como as florestas responderão às futuras mudanças climáticas depende de um melhor entendimento da reacção à seca, em nível de espécie, por meio de mecanismos fisiológicos.Vários ecossistemas podem já estar respondendo às mudanças climáticas. Entre outros, a capacidade de recuperação após o distúrbio depende do impacto e frequência de episódios de seca no passado. Sob as actuais projecções de aquecimento global, os ecossistemas terrestres poderiam levar mais tempo para se recuperar após a seca, o que poderia aumentar a vulnerabilidade desses sistemas à seca. Assim, identificar os mecanismos subjacentes que controlam a resiliência das plantas ao longo do tempo é essencial para entender melhor a capacidade de recuperação dos ecossistemas.O principal objetivo desta pesquisa foi avaliar os diferentes componentes da resiliência à seca em mudas de Pinus pinaster Aiton para entender a capacidade de lidar com o estresse, a curto e a longo prazo. A fotossíntese, a condutância estomática, a transpiração, o teor relativo de água, o potencial hídrico e o potencial hídrico do meio dia, a eficiência no uso e a altura do crescimento foram mensurados em mudas de Pinus pinaster submetidas a estresse hídrico e após a reidratação. O comportamento das plantas foi avaliado principalmente através da medição da assimilação de CO2, condutância estomática, crescimento de plantas e desempenho hidráulico de mudas de Pinus pinaster Aiton durante a seca e após a rega. Os objetivos específicos foram: 1) identificar se a recuperação e a resiliência são condicionadas pelo nível de estresse induzido pela seca; 2) avaliar se a resiliência e recuperação diferem a curto e longo prazo; 3) avaliar se, após a reidratação, a quantidade de água recebida tem impacto na resiliência e velocidade de recuperação em cada variável medida. Durante o stress hídrico, todas as variáveis ​​apresentaram valores menores, quando comparadas com o período pré-seca. Após a rega, as variáveis ​​hidráulicas aumentaram logo após, somente após 27 dias as mudas atingiram os mais altos níveis de fotossíntese, transpiração e condutância estomática. Estes resultados indicam que a limitação hidráulica foi o processo que rege a recuperação da troca de gás da seca. Depois de reabastecer todos os parâmetros, recupere para valores mais altos em comparação com o período de seca. No entanto, em geral, a resiliência foi baixa no tempo da experiência, com a maioria dos parâmetros não alcançando valores similares aos anteriores à seca.

The rapid pace of climate change may outstrip the capacity of populations to adapt in regions where droughts are predicted to increase in both duration and severity. In a long-term schedule, widespread forest declines could lead to reductions in net primary productivity of forest ecosystems, loss in biodiversity and changes on its composition and woodland communities. Mortality of plants because of longer droughts and higher temperatures events has become a major focus of attention recently, with various reports highlighting severe mortality episodes around the globe, thus research on plant response to water stress is becoming increasingly important. Even though exists a rich literature on plant responses to water stress, our current understanding of the causes of tree mortality is still limited. Predicting how forests will respond to future climate changes hinges on a better understanding in the reaction to drought, at a species level, through physiological mechanisms.Several ecosystems may already be responding to climate change. Among others, recovery capacity after disturbance depends on the impact and frequency of past drought episodes. Under current global warming projections, terrestrial ecosystems could take longer to recover after drought, which could increase the vulnerability of these systems to drought. Thus, identifying the underlying mechanisms that control plants’ resilience over time is essential to better understand ecosystems capacity to recover. The main goal of this research was to evaluate the different components of drought resilience in Pinus pinaster Aiton saplings to understand this species’ ability to cope with stress, in short and long-term periods. Photosynthesis, stomatal conductance, transpiration, relative water content, leaf predawn and midday water potential, water use efficiency and growth parameters (height and diameter) were measured in Pinus pinaster saplings under water stress, and after rehydration. Plants’ behavior was mainly assessed through the measurement of CO2 assimilation, stomatal conductance, plant growth and hydraulic performance of Pinus pinaster Aiton saplings during drought and after re-watering. The specific aims were: 1) to identify whether recovery and resilience are conditioned by the level of drought induced stress; 2) to evaluate whether resilience and recovery differ at a short and long-term period; 3) to assess if, after rehydration, the amount of water received has an impact on resilience and recovery speed in each measured variable. During water stress, all variables showed lower values, compared with the pre-drought period. After re-watering, hydraulic variables increased soon after, only after 27 days did saplings reach the highest levels of photosynthesis, transpiration, and stomatal conductance. These results indicate that hydraulic limitation was the process governing gas-exchange recovery from drought. After rewatering all the parameters recover to higher values compared with the drought period. However, in general, the resilience was low within the time of the experience, with most of the parameters not attaining similar values to the ones before the drought.