El tamaño de la semilla y las condiciones del suelo del bosque determinan la supervivencia de las plántulas de árboles en condiciones climáticas extremas: estudio


El cambio climático global trae aumentos en las precipitaciones extremas, desde sequías severas hasta fuertes lluvias, y se espera que ambos sean más frecuentes durante el siglo XXI. 


por Shari Halik, Universidad de Vermont


Los poderosos eventos climáticos ya impactan los entornos humanos, con intensos incendios e inundaciones, y transforman en gran medida los ecosistemas naturales.

¿Cómo afectarán estos períodos de lluvias excesivas o sequías al establecimiento de especies de árboles forestales y su distribución futura, cómo migran, sobreviven y se adaptan a un clima cambiante? En la vida de un árbol, la etapa de plántula joven es la más sensible a los extremos climáticos debido a las raíces menos profundas y al menor acceso al agua almacenada en el suelo.

En un nuevo estudio publicado en Ecology , investigadores de la Universidad de Vermont (UVM) investigaron los impactos de los patrones de precipitación extrema en la supervivencia de las plántulas de árboles en un bosque de frondosas del norte. Descubrieron que la supervivencia depende de los efectos combinados de la condición del semillero, el tamaño de la semilla y la variación en la precipitación, no simplemente de la ocurrencia de sequías severas o eventos de lluvia. Documentaron diferencias de supervivencia entre 10 especies de árboles.

“Nuestros hallazgos resaltan la importancia de las condiciones del semillero y las características de regeneración de las especies de árboles, como el tamaño de la semilla, para amortiguar los efectos de las precipitaciones extremas en la supervivencia de las plántulas en los bosques templados del noreste de los Estados Unidos”, dijo Peter Clark, asociado postdoctoral de la UVM que realizó este estudio. investigación como un Ph.D. alumno.

Impactos de lluvias extremas y sequías

Clark y Anthony D’Amato de la Escuela Rubenstein de Medio Ambiente y Recursos Naturales manipularon la lluvia en un experimento de campo en el Bosque de Investigación UVM Jericho en el noroeste de Vermont. Probaron las tasas de supervivencia del primer año de plántulas cultivadas a partir de semillas en tres escenarios diferentes de precipitaciones extremas (sequía, sequía más episodios de fuertes lluvias y frecuentes lluvias intensas) junto con precipitaciones históricas.

Los investigadores crearon tres aberturas de dosel de bosque de un cuarto de acre, tamaños de brecha que podrían ser causados ​​​​por la caída de árboles durante la perturbación del viento o por la tala forestal que se practica comúnmente en la región noreste. Construyeron una estructura similar a un invernadero en cada abertura para excluir la precipitación natural, que recolectaron para usar en los refugios para riego para simular eventos de lluvia.

La supervivencia de las semillas sembradas en los recintos dependía fuertemente de la cantidad de precipitación que recibían. Aunque la precipitación aumentó la supervivencia de las plántulas, cuando siguió a una sequía, ni siquiera las lluvias extremas proporcionaron suficiente agua para compensar el período seco. Dado que los científicos predicen que las precipitaciones futuras serán más esporádicas con períodos más prolongados de secado marcados por fuertes lluvias, esta investigación destaca las posibles consecuencias de estos cambios climáticos en la futura regeneración de los bosques.

Efectos de semillero

Las condiciones del semillero en el suelo del bosque son un intrincado acto de equilibrio para la supervivencia de las plántulas de árboles. Para establecerse y crecer, las plántulas necesitan acceso a un suministro estable de humedad alrededor de las raíces. Los investigadores probaron dos tipos de semilleros que se encuentran comúnmente en el bosque. Un semillero intacto contenía suelo intacto cubierto con hojarasca natural y una capa de humus descompuesta. Y un semillero escarificado había aflojado el suelo superior y expuesto el suelo mineral, una condición que se encuentra naturalmente en la base de los árboles derribados por el viento o creada deliberadamente como una técnica de manejo forestal.

En este estudio, aunque la precipitación desempeñó un papel fundamental, el tipo de semillero fue dos veces más importante para determinar la supervivencia de las plántulas. Las plántulas en los semilleros escarificados tenían una tasa de supervivencia siete veces mayor que las plántulas en los semilleros no perturbados. Si bien es probable que los suelos expuestos se sequen más rápido, las condiciones en los lechos escarificados también permiten que la humedad penetre en el suelo más rápido, lo que puede evitar la muerte de las plántulas.

Los efectos nocivos de las sequías extremas o las lluvias torrenciales se vieron contrarrestados por la capacidad de las plántulas de sobrevivir a tasas más altas cuando se cultivaban en suelos expuestos y escarificados. Utilizando esta nueva información, los administradores forestales pueden optar por aplicar la escarificación del suelo en las estrategias de gestión para amortiguar los efectos negativos del cambio de precipitación en la regeneración forestal en el noreste.

Diferencias de especies de árboles

Los investigadores optaron por estudiar las especies de árboles nativas de la región, incluidas varias que se espera que aumenten en abundancia en respuesta a las condiciones climáticas cambiantes. Especies incluidas: haya americana, castaño americano, nuez amarga, abedul negro o dulce, cerezo negro, tsuga oriental, pino blanco oriental, roble rojo del norte, arce de azúcar y abedul amarillo.

Sembraron semillas para observar la supervivencia de las plántulas recién germinadas. Dado el creciente entusiasmo por las iniciativas de plantación de árboles destinadas a la adaptación al cambio global y la mitigación de los gases de efecto invernadero, también plantaron algunas plántulas cultivadas en viveros de cuatro años para evaluar cómo cambian los resultados con la edad.

La sensibilidad a la humedad varió entre especies y dependió del tamaño de la semilla. En condiciones de sequía, cuanto más grande es la semilla, más resistente es la plántula. El tamaño de la semilla no fue un factor de supervivencia en condiciones húmedas.

El tratamiento de precipitación, húmedo o seco, no cambió la supervivencia de las especies de árboles con semillas grandes: roble rojo del norte, castaño americano, nuez amarga, haya americana y cereza negra. Las especies con semillas más pequeñas (arce de azúcar, pino blanco del este, tsuga del este, abedul negro y abedul amarillo) tuvieron mejores tasas de supervivencia en condiciones húmedas que en condiciones secas.

La combinación de lluvia y un semillero escarificado mejoró la supervivencia de estas especies de semillas pequeñas y sensibles a la humedad en un 28 %. Para algunas especies de árboles, como el arce azucarero, la hojarasca proporciona nutrientes, enfriamiento protector y retención de humedad. Por otro lado, los suelos minerales expuestos pueden ayudar a que crezcan las plántulas, particularmente aquellas con semillas más pequeñas, como el abedul amarillo, que de otro modo no podrían penetrar las capas de hojarasca del suelo del bosque.

“Al probar las semillas sembradas, al igual que la regeneración natural en el bosque, los resultados muestran que los futuros patrones de precipitación pueden afectar la germinación y la supervivencia de ciertas especies de árboles, pero que estos impactos variarán según las condiciones del semillero”, dijo D’Amato, profesor de silvicultura. . “Estos hallazgos ayudarán a los biólogos de la conservación y a los administradores de recursos naturales que están considerando diferentes técnicas de regeneración artificial para mantener, restaurar o adaptar los ecosistemas boscosos en las condiciones climáticas futuras”.

El tratamiento de precipitación no afectó la supervivencia de los trasplantes de plántulas cultivadas en viveros más maduros, que tuvieron tasas de supervivencia mucho más altas que las plántulas de primer año cultivadas a partir de semillas, especialmente para el pino blanco del este, la cicuta oriental y el abedul negro de semillas pequeñas.

Los investigadores sugieren que los rasgos de las semillas probablemente separarán la respuesta de la planta al clima futuro, y que las especies de semillas más pequeñas no se comportarán tan bien durante largos períodos de secado interrumpidos por ráfagas de lluvia intensa. Las especies, como el roble rojo del norte, que son más tolerantes a una mayor variabilidad en las precipitaciones extremas, pueden adaptarse mejor a condiciones nuevas y cambiantes.

“Nuestros hallazgos respaldan la creciente evidencia de que, si bien el clima sigue siendo importante, otros factores biofísicos pueden interactuar o potencialmente anular los efectos del cambio climático en el establecimiento y distribución de árboles forestales, al menos a corto plazo”, dijo Clark. “Este trabajo ayuda a refinar los modelos de distribución de especies e informa las estrategias de reforestación para mantener la biodiversidad forestal y la función del ecosistema bajo extremos climáticos cada vez mayores”.

Más información: Peter W. Clark et al, Semillero, no efecto de rescate, amortigua el papel de las precipitaciones extremas en la regeneración de bosques templados, Ecología (2022). DOI: 10.1002/ecy.3926



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