Plant ecophysiological responses to a field experimental drought in the Prades holm oak forest

Abstract

S'ha muntat un sistema experimental a l'alzinar de Prades per simular la sequera prevista per a les properes dècades al bosc mediterrani. S'ha realitzat el seguiment de la fotosíntesi, la morfologia i demografia foliar, la fenologia i el creixement de les espècies llenyoses dominants. Els resultats mostren una lleugera disminució en les taxes fotosintètiques i l'eficiència fotoquímica, així com una reducció en la quantitat total de fulles quan la disponibilitat hídrica disminueix. Aquestes variacions han comportat un menor creixement diametral dels troncs i una major mortalitat d'individus. Les diferents espècies dominants d'aquest bosc mostren diferents sensibilitats a l'estrès hídric experimental: Quercus ilex i Arbutus unedo han resultat molt més afectades per la sequera que Phillyrea latifolia.<br/>La disponibilitat hídrica constitueix un dels factors més determinants del creixement i la distribució de les espècies vegetals mediterrànies. Els models de canvi climàtic preveuen un augment de la temperatura a zones de clima mediterrani, cosa que implicaria un augment en l'evapotranspiració que, segons els mateixos models, no aniria acompanyada d'un augment en les precipitacions. Per tant, la disponibilitat hídrica dels boscos mediterranis podria disminuir en les properes dècades, encara més del que ho ha fet les darreres.<br/>Per estudiar els efectes d'una disminució en la disponibilitat hídrica en ecosistemes forestals mediterranis, s'està fent un experiment a l'alzinar de la Solana dels Torners (serra de Prades). Es tracta d'un bosc de rebrot d'uns 6 m d'alçada i una densitat mitjana de 16.600 peus ha-1, dominat per Quercus ilex, Phillyrea latifolia i Arbutus unedo. L'experiment consisteix en excloure parcialment l'aigua de la pluja i l'escorriment superficial, i assolir un 15% menys d'humitat del sòl a les zones amb exclusió d'aigua respecte de les no tractades experimentalment. S'ha realitzat el seguiment de la fotosíntesi, la morfologia i demografia foliar, la fenologia i el creixement de les espècies llenyoses dominants a cadascuna de les quatre parcel·les control i quatre parcel·les tractament.<br/>Una disminució en el 15% de la disponibilitat hídrica superficial ha reduït subtilment les taxes fotosintètiques durant les hores centrals del dia (com a màxim 20% només en determinades estacions de l'any en Quercus ilex), i de l'eficiència fotoquímica durant els períodes més freds de l'any. També ha comportat una reducció de la quantitat total de fulles en Quercus ilex (30%), i la formació de noves fulles amb un menor gruix i una menor àrea. La producció de flors i fruits ha disminuït lleugerament en Quercus ilex i més clarament en Arbutus unedo en resposta a la sequera. L'aparició de diversos estadis fenològics ha estat alterada, especialment en Arbutus unedo. Tots aquests efectes han comportat una reducció del creixement diametral dels troncs en un 37%, però no totes les espècies són afectades per igual. Algunes resulten bastant sensibles, com Arbutus unedo i Quercus ilex, que mostren respectivament, un creixement diametral 77% i 55% més baix en condicions de sequera, mentre que Phillyrea latifolia no experimenta cap disminució apreciable en el creixement diametral. La mortalitat dels individus mostra un patró semblant, ja que en condicions de sequera la mortalitat augmenta, i Arbutus unedo i Quercus ilex mostren una mortalitat més elevada que Phillyrea latifolia. Sota condicions de sequera, l'increment de biomassa aèria (calculada mitjançant al·lometries a partir del diàmetre dels troncs) ha disminuït un 42%.<br/>L'experiment ha posat de manifest que, sota condicions més àrides que les actuals, els boscos mediterranis poden minvar bastant les seves taxes de creixement, i per tant, la seva capacitat per segrestar carboni atmosfèric. No totes les espècies vegetals en resultarien igualment afectades, a llarg terme podria haver-hi un canvi en la composició específica, de manera que en resultessin més afavorides les més resistents a la sequera.

An experimental system was installed in Prades holm oak forest to simulate the drought conditions predicted for the next decades in Mediterranean forests. Photosynthetic activity, leaf morphology and demography, phenology and growth of the dominant woody species are monitored. The results show an slight decrease in photosynthetic rates and photochemical efficiency, and also a reduction in the total amount of leaves when water availability decreases. This changes are followed by a reduction in stem radial growth and an increment in stem mortality rates. Different dominant species of this forest show different sensitivity to the experimental drought: Quercus ilex and are Arbutus unedo more affected by drought treatment than Phillyrea latifolia.<br/>Water availability is one of the most important factors determining growth and distribution of Mediterranean plant species. Climate change models predict an increase of temperature in Mediterranean areas, with a consequent increase in evapotranspiration. Since no increase in precipitation is expected by these models, water availability in Mediterranean forests would decrease during the next decades, even more than during the last decades.<br/>To study the effects of a decrease in water availability in Mediterranean forest ecosystems, an experimental drought is currently being conducted in "Solana dels Torners" holm oak forest (Prades mountains). This forest is constituted by resprouts about 6 m high and a mean density of about 16.000 stems ha-1. The dominant species are Quercus ilex, Phillyrea latifolia and Arbutus unedo. Experimental drought consists of partial rain and water runoff exclusion to reach 15% lower soil moisture in water exclusion areas than in control areas. Photosynthetic activity, leaf morphology and demography, phenology and growth of the dominant woody species are monitored in each one of four control plots and four drought plots.<br/>A 15% decrease in water availability slightly reduced photosynthetic rates during central hours of the day (maximum 20% only during few seasons in Quercus ilex), and photochemical efficiency during the coldest periods. The total amount of leaves is also reduced under drought in Quercus ilex (30%), and new leaves are smaller and thinner. Flower and fruit production is slightly reduced in Quercus ilex under drought conditions, but Arbutus unedo show a strong reduction. Some phenological events are delayed by drought, specially in Arbutus unedo. These changes are followed by a 37% reduction in stem radial growth, but not all species have presented the same response. Some species show a great sensitivity. Arbutus unedo and Quercus ilex decrease 77% and 55% their radial growth under drought conditions. On the other hand, the other co-dominant species, Phillyrea latifolia, show similar radial growth in control and drought conditions. Stem mortality shows a similar pattern because Arbutus unedo and Quercus ilex show higher mortality rates than Phillyrea latifolia under drought treatment. Under drought conditions, aerial biomass increment (calculated from allometric relationships with stem diameter) decreases about 42%.<br/>This experiment is suggesting that under drier conditions, Mediterranean forests could decrease their growth rates in the future and, in consequence, their atmospheric carbon sequestration capacity. Not all the species will be equally affected and, in the long term, drought-resistant species can be favoured in detriment of less resistant ones, with possible changes in species composition of Mediterranean forests.