Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Định nghĩa không gian tái sinh tối ưu cho Pinus pinea L. thông qua các mô hình dựa trên sinh lý học về sự sống sót của cây con và sự đồng hóa carbon
Tóm tắt
Sự sống sót của cây con trong Pinus pinea được kiểm soát bởi cả trạng thái nước và hiệu suất quang hợp. Không gian tái sinh tối ưu cho loài này được tìm thấy tại các khu vực có ánh sáng trung bình. Sự sống sót trong mùa hè đã được xác định là nút thắt chính ngăn cản sự tái sinh tự nhiên trong các khu rừng Địa Trung Hải, mặc dù các quá trình sinh lý dẫn đến cái chết của cây con vẫn chưa được biết đến đầy đủ. Trong nghiên cứu này, tác động của trạng thái nước và hiệu suất quang hợp lên sự sống sót của cây con và không gian tái sinh trong một loài thông Địa Trung Hải (Pinus pinea L.) đã được phân tích thông qua tiếp cận mô hình hóa. Tiềm năng nước vào giữa ngày đã được mô hình hóa như một hàm phi tuyến của các yếu tố môi trường, và mô hình này được kết hợp với một mô hình hiện có cho sự đồng hóa carbon. Một mô hình cho sự sống sót của cây con sau đó đã được xây dựng bằng cách sử dụng các kỹ thuật phân tích vòng đời, bao gồm các giá trị dự đoán của sự đồng hóa ròng hàng ngày và tích lũy cũng như xác suất cho các tiềm năng nước giữa ngày quan trọng như các yếu tố dự đoán. Mô hình đã được áp dụng trên một dải rộng các môi trường chiếu sáng để xác định không gian tái sinh tối ưu cho loài này. Kết quả cho thấy rằng tiềm năng nước vào giữa ngày cho cây con P. Pinea bị ảnh hưởng bởi hàm lượng nước trong đất tương đối, nhiệt độ lá và độ chiếu sáng, với những cây con trẻ tuổi có khả năng đạt các giá trị quan trọng cao hơn. Sự sống sót của cây con trong P. pinea được kiểm soát bởi cả trạng thái nước và hiệu suất quang hợp, với tỷ lệ tử vong được kích hoạt bởi sự xuất hiện đồng thời của tiềm năng nước thấp và tỷ lệ đồng hóa âm, mặc dù các tế bào quang hợp đã được lưu trữ trong mùa xuân làm tăng tỷ lệ sống sót của cây con lớn tuổi. Các mô phỏng cho thấy rằng việc sống sót của cây con được tối ưu hóa trong các môi trường bóng râm, trong khi sự đồng hóa carbon đạt giá trị tối đa ở các khu vực mở hơn, do đó không gian tái sinh tối ưu cho loài này được tìm thấy ở các vị trí có ánh sáng trung bình.
Từ khóa
#Pinus pinea #sự sống sót của cây con #trạng thái nước #hiệu suất quang hợp #mô hình sinh lý học #không gian tái sinhTài liệu tham khảo
Anderegg WR, Berry JA, Smith DD, Sperry JS, Anderegg LDL (2012) The roles of hydaraulic and carbon stress in a widespread climate-induced forest die-off. PNAS 109:233–237
Calama R, Puértolas J, Madrigal G, Pardos M (2013) Modelling the environmental response of leaf net photosynthesis in Pinus pinea L. natural regeneration. Ecol Model 251:9–21
Canham CD, Kobe RK, Latty EF, Chazdon RL (1999) Interspecific and intraspecific variation in tree seedling survival: effects of allocation to roots versus carbohydrate reserves. Oecologia 121:1–11
Cuesta B, Villar-Salvador P, Puértolas J, Benayas JM, Michalet R (2010) Facilitation of Quercus ilex in Mediterranean shrubland is explained by both direct and indirect interactions mediated by herbs. J Ecol 98:687–696
Cui M, Smith WK (1991) Photosynthesis, water relations and mortality in Abies lasiocarpa seedlings during natural establishment. Tree Physiol 8:37–46
Elfving DC, Kauffmann MR, Hall AE (1972) Interpreting leaf water potential measurements with a model of soil-plant-atmosphere continuum. Physiol Plant 27:161–168
Fernández M, Martín D, Masedo F, Pardos JA (2000) Efecto del régimen de riego sobre la conductancia hidráulica en tallo hipocotilo de Pinus pinea L. In: Actas del 1er Simposio del pino piñonero (Pinus pinea L). Junta de Castilla y León. Valladolid. pp 177–182
Gómez-Aparicio L, Valladares F, Zamora R (2006) Differential light responses of Mediterranean tree saplings: linking ecophysiology with regeneration niche in four co-occurring species. Tree Physiol 26:947–958
Gómez-Aparicio L, Pérez-Ramos M, Mendoza I, Matías L, Quero JL, Castro J, Zamora R, Marañón T (2008) Oak seedling survival and growth along a resource gradient in Mediterranean forests: implication for regeneration in current and future environmental scenarios. Oikos 117(11):1683–1699
Grossnickle S (2005) Importance of root growth in overcoming planting stress. New For 30:273–294
Grubb PJ (1977) The maintenance of species richness in plant communities: the importance of regeneration niche. Biol Rev 52:107–145
Hartmann H, Ziegler W, Kolle O, Trumbore S (2013) Thirst beats hunger—declining hydration during drought prevents carbon starvation in Norway spruce saplings. New Phytol 200:340–349
Huang RS, Smith WK, Lost RS (1985) Infuence of vesicular-arbuscula mycorrhiza on growth, water relations an leaf orientation in Leucaena leucocephala (Lam.) Dewit. New Phytol 99:229–243
Jiménez MD, Pardos M, Puértolas J, Kleczkowski LA, Pardos JA (2009) Deep shade alters the leaf-level acclimation response to moderate water stress in Quercus suber L. Forestry 82:285–298
Klein T, Matteo G, Rotenberg E, Cohen S, Yakir D (2012) Differential ecophysiological response of a major Mediterranean pine species across a climatic gradient. Tree Phys 33:26–36
Kobe RK (1999) Light gradient partitioning among tropical tree species through differential seedling mortality and growth. Ecology 80:187–201
Lawless JF (2003) Statistical models and methods for Lifetime data. Wiley Series in Probability and Statistics. Wiley, Hoboken, p 630
Luis VC, Puértolas J, Climent J, Peters J, González-Rodríguez AM, Morales D, Jiménez MS (2009) Nursery fertilization enhances survival and physiological status in Canary Island pine (Pinus canariensis) seedlings planted in a semiarid environment. Eur J For Res 128:221–229
Manso R, Pukkala T, Pardos M, Miina J, Calama R (2014) Modelling Pinus pinea forest management to attain natural regeneration under present and future climatic scenarios. Can J For Res 44(3):250–262
Marshall B, Biscoe PV (1980) A model for C3 leaves describing the dependence of net photosynthesis on irradiance. J Exp Bot 31:29–39
Martínez-Tillería J, Loayza A, Sandquist DR, Squeo FA (2012) No evidence of a trade-off between drought and shade tolerance in seedlings of six coastal desert shrub species in north-central Chile. J Veg Sci 23:1051–1061
Martínez-Vilalta J, Prat E, Oliveras I, Piñol J (2002) Xylem hydraulic properties of roots and stems of nine Mediterranean woody species. Oecologia 133(1):19–29
McDowell N, Pockman WT, Allen CD, Breshears DD, Cobb N, Kolb T, Plaut J, Sperry J, West A, Williams DG, Yepez EA (2008) Mechanism of plant survival and mortality during drought: why do some plants survive while others succumb to drought? New Phytol 178:719–739
Oliet J, Planelles R, López-Arias M, Artero F (2002) Soil water content and water relations in planted and naturally regenerated Pinus Halepensis Mill. seedlings during the first year in semiarid conditions. New Forest 23:31–44
Oliveras I, Martínez-Vilalta J, Jimenez-Ortiz T, Lledó MJ, Escarré A, Piñol J (2003) Hydraulic properties of Pinus halepensis, Pinus pinea and Tetraclinis articulata in a dune ecosystem of Eastern Spain. Plant Ecol 169:131–141
Padilla FM, Pugnaire FI (2007) Rooting depth and soil moisture control Mediterranean woody seedling survival during growth. Funct Ecol 21:489–495
Pardos M, Ruiz del Castillo J, Cañellas I, Montero G (2005) Ecophysiology of natural regeneration of forest stands in Spain. Invest Agr Sist y Rec For 14(3):434–445
Pardos M, Calama R, Mayoral C, Madrigal G, Sánchez-González M (2014a) Addressing post-transplant summer water stress in Pinus pinea and Quercus ilex seedlings. iForest. doi:10.3832/ifor1256-007
Pardos M, Climent J, Almedia H, Calama R (2014b) The role of developmental stage in frost tolerance of Pinus pinea L. seedlings and saplings. Ann For Sci. doi:10.1007/s13595-014-0361-9
Pérez-Ramos I, Rodríguez-Calcerrada J, Ourcival JM, Rambal S (2013) Quercus ilex recruitment in a drier world: a multi-stage demographic approach. Perspect Plant Ecol Evol Syst 15(2):106–117
Rubio-Casal AE, Leira-Doce P, Figueroa ME, Castillo JM (2010) Contrasted tolerance to low and high temperatures of three tree taxa co-occurring on coastal dune forests under Mediterranean climate. J Arid Environ 74:429–439
Sack L (2004) Response of temperate woody seedlings to shade and drought: do trade-offs limit potential niche differentiation? Oikos 107:110–127
Sala A, Piper F, Hoch G (2010) Physiological mechanisms of drought-induced tree mortality are far from being resolved. New Phytol 186:274–281
Sánchez-Gómez D, Valladares F, Zavala MA (2006) Performance of seedlings of Mediterranean woody species under experimental gradients of irradiance and water availability: trade-offs and evidence for niche differentiation. New Phytol 170:795–806
Sevanto S, McDowell NG, Dickman LT, Pangle R, Pockman WT (2014) How do trees die? A test of the hydraulic failure and tree starvation hypotheses. Plant Cell Envir 37:153–161
Sperry JS (2000) Hydraulic constraints on plant gas exchanges. Agr For Meteo 104:13–23
Thornley JHM (1996) Modelling water in crops and plant ecosystems. Ann Bot 77:261–275
Thornley JHM, Johnson IR (1990) Plant and crop modelling. The Blackburn Press, Caldwell, p 669
Valladares F, Dobarro I, Sánchez-Gómez D, Pearcy DW (2005) Photoinhibition and drought in Mediterranean Woody saplings: scaling effects and interactions in sun and shade phenotypes. J Exp Bot 56:483–494
Vilagrosa A, Bellot J, Vallejo VR, Gil-Pelegrín E (2003) Cavitation, stomatal conductance and leaf ideback in seedlings of two co-occurring Mediterranean shrubs during an intense drought. J Exp Bot 54:2015–2024
Villar-Salvador P, Puértolas J, Cuesta B, Peñuelas JL, Uscola M, Heredia N, Rey-Benayas J (2012) Increase in size and nitrogen concentration enhances seedling survival in Mediterranean plantations. Insights from an ecophysiological conceptual model of plant survival. New For 43:755–770
Williams LE, Baeza P, Vaughn P (2012) Midday measurements of leaf water potential and stomatal conductance are highly correlated with daily water use of Thompson Seedless grapewines. Irrig Sci 30:201–212