Assimilació i gestió del carboni en plantes de creixement lent sotmeses a CO2 elevat

Abstract

En l'actualitat, la concentració atmosfèrica de CO2 està augmentant de forma important a conseqüència de les emissions antropogèniques. Per tant, resulta essencial conèixer quina serà la resposta dels vegetals al CO2 elevat, especialment a llarg termini. Si bé s'han realitzat molts estudis que avaluen l'impacte del CO2 elevat sobre les plantes, la gran majoria s'han dut a terme en espècies de creixement ràpid. Per això, és una incògnita quin serà el comportament de les plantes de creixement lent en un futur ambient on la concentració de CO2 serà molt superior a l'actual. L'objectiu principal d'aquest treball és estudiar la resposta a llarg termini al CO2 elevat de dues espècies de creixement molt lent, <i>Chamaerops humilis</i> i <i>Cycas revoluta</i>, les quals presenten un gran interès en aplicacions ornamentals i restauració paisatgística.<br/><br/>Durant 20 mesos, es van cultivar plantes d'ambdues espècies a CO2 ambiental (A, 400 ppm) i CO2 elevat (E, 800 ppm) als hivernacles del centre de Cabrils de l'IRTA. El CO2 elevat va estimular el creixement de manera notable i progressiva en el temps. Així, les diferències de biomassa entre tractaments van començar a ser significatives a partir dels 4 mesos, incrementant-se fins al final de l'experiment. Als 20 mesos, el CO2 elevat va augmentar la producció de biomassa en relació als individus control un 81% i un 152%, a <i>Chamaerops</i> i <i>Cycas</i>, respectivament. A més, es va trobar una correlació negativa entre la taxa de creixement relatiu (RGR) i l'estimulació de la producció de biomassa pel CO2 elevat (BER), tant a nivell interespecífic com intraespecífic. Aquests resultants posen de manifest que la resposta a llarg termini al CO2 elevat d'aquestes plantes de creixement lent és molt superior a la descrita en plantes de creixement ràpid. Per això, en un futur aquestes espècies podrien ser ecològicament molt rellevants. A més, es pot considerar l'adobat carbònic com una tècnica viable per millorar la seva producció en hivernacle a zones de clima mediterrani.<br/><br/>La resposta fotosintètica al CO2 elevat permet explicar en gran part els resultats de biomassa. Així, als 20 mesos <i>Chamaerops humilis</i> va presentar una aclimatació a la baixa de la taxa de fotosíntesi com a conseqüència de l'exposició a CO2 elevat, la qual no es va produir a <i>Cycas revoluta</i>. Aquest fet explicaria la inferior resposta al CO2 de la producció de biomassa de <i>Chamaerops</i> respecte a <i>Cycas</i>. No obstant, malgrat la reducció de la capacitat fotosintètica observada a les plantes de Chamaerops crescudes a CO2 elevat, mesures de fotosíntesi del conjunt de la capçada van mostrar que el guany net de carboni per planta va ser superior en aquests individus, a conseqüència d'una major àrea foliar. A <i>Cycas</i>, les plantes crescudes a CO2 elevat, sense "down-regulation" de la fotosíntesi i amb molta més àrea foliar, van obtenir una integral diària d'assimilació per planta molt superior a les plantes control.<br/><br/>Finalment, mitjançant estudis amb isòtops estables de carboni, es va realitzar un model de la gestió foliar del carboni recentment assimilat i la seva distribució als diferents òrgans de la planta. Els resultats obtinguts suggereixen que en ambdues espècies la gestió del carboni assimilat per les fulles està molt relacionada amb la resposta aclimatativa de la fotosíntesi al CO2 elevat. Així, <i>Chamaerops humilis</i> va acumular a les fulles importants quantitats de carboni recentment assimilat, fet que sembla estar implicat en l'aclimatació a la baixa de la fotosíntesi observada a elevat CO2. En canvi, <i>Cycas revoluta</i> va exportar a altres òrgans la gran majoria del carboni assimilat, la qual cosa sembla evitar una acumulació de fotoassimilats que desencadenaria una aclimatació fotosintètica.

Atmospheric CO2 concentration is rising as a consequence of anthropogenic emissions, but very little is know about the behavior of slow-growing plants to elevated CO2. Therefore, the aim of the present work is to study the long-term response to elevated CO2 of two very slow-growing Mediterranean species, Chamaerops humilis and Cycas revoluta, which present a great interest in ornamental applications and landscaping restoration.<br/><br/>Plants of both species were grown for 20 months in a greenhouse under ambient and elevated CO2 concentration, 400 ppm (&#948;13C=-12.8 ) and 800 ppm (&#948;13C=-19.2 ), respectively. Elevated CO2 increased significantly the biomass production in both species, 81 and 152%, in Chamaerops and Cycas, respectively. Moreover, a negative correlation was found between relative growth rate and biomass enhancement ratio. These results showed larges responses to elevated CO2 in slow-growing plants regarding to fast-growing plants. Therefore, these species could play an important role at ecological level for the future. On the other hand, CO2 enrichment seems a viable technique to improve their greenhouse production under Mediterranean climate.<br/><br/>As a consequence of 20 months of elevated CO2 exposure, Chamaerops showed a photosynthetic down-regulation whereas Cycas did not show it. Therefore, biomass results can be explained to a large extent by the photosynthetic response to elevated CO2. However, despite photosynthetic capacity reduction observed in Chamaerops plants grown under elevated CO2, canopy gas-exchange measurements demonstrated a bigger daily CO2 uptake per plant, due to a higher leaf area. Obviously, net CO2 assimilation per plant was also bigger in Cycas plants grown under elevated CO2 regarding to ambient plants.<br/><br/>Finally, a model of leaf carbon management recently assimilated and its distribution between the plant organs was performed using carbon stable isotopes. Results in both species suggest a close relation between leaf carbon management and photosynthetic acclimative response to elevated CO2. Thus, Chamaerops accumulated big amounts of carbon in the leaves that it seems to be related with down-regulation of photosynthesis caused by elevated CO2. In contrast, Cycas exported most of assimilated carbon to others organs. This fact would avoid an accumulation of photoassimilates in the leaves witch would trigger the photosynthetic acclimation.