Extreme drought effects on the phenology, growth and ecophysiology performance of campos rupestres species

Orientador: Rafael Silva Oliveira

Texto em português e inglês

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia

Made available in DSpace on 2018-08-25T08:28:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Teodoro_GrazielleSales_D.pdf: 9847099 bytes, checksum: dea93bd8d08793dfcbbfed314d895252 (MD5) Previous issue date: 2014

Eventos de secas extremas têm ocorrido com frequência nos últimos anos em regiões tropicais. Plantas em montanhas tropicais são particularmente sensíveis a mudanças no clima e pouco se sabe sobre a resistência e resiliência de comunidades vegetais ricas em espécies, como os campos rupestres, a condições climáticas extremas. Nosso objetivo foi avaliar as respostas fenológicas e ecofisiológicas e o crescimento de seis espécies abundantes de campo rupestre sob condições de seca extrema, sendo duas rosetas (Vellozia nivea e Vellozia aff. variabilis) e quatro arbustivas (Campomanesia pubecens, Eremanthus seidelii, Mimosa clausenii e Vernonia warmingiana). Para simular eventos de seca extrema, realizamos um experimento de exclusão de chuva, constituído por 12 parcelas (4x4 metros), sendo quatro controle e oito de exclusão, em uma area de campo rupestre no Parque Nacional da Serra da Canastra. Avaliamos o desempenho ecofisiológico das plantas submetidas a condições climáticas contrastantes mediante um conjunto de atributos morfofisiológicos, incluindo: trocas gasosas, composição isotópica do carbono (?13CCELL) e oxigênio (?18OCELL) da celulose foliar (medidas integradoras da assimilação de carbono e condutância estomática), curvas de vulnerabilidade à cavitação, curvas pressão-volume, carboidratos não-estruturais (CNE), crescimento e fenologia foliar. As espécies estudadas mostraram-se bastante resistente à seca, pois após 17 meses de exclusão de chuva não encontramos diferenças de crescimento e mortalidade entre populações nas parcelas controle e experimentais. As espécies apresentaram um contínuo de estratégias de uso de água, variando de espécies isohídricas (E. seidellii) à anisohídricas (C. pubecens). O uso da abordagem isotópica dupla (?13CCELL e ?18OCELL) foi válida para avaliar e predizer as respostas fotossintéticas e estomáticas à seca apenas para as espécies isohídricas. Além disso, a composição isotópica da celulose da folha pode ser influenciada pela mobilização de reservas de CNE nas raízes. As duas espécies congenéricas de Velloziaceae apresentaram estratégias constrastantes para lidar com a seca: uma espécie é tolerante à dessecação (TD) (V. nivea) e a Vellozia aff. variabilis é não-TD. A espécie TD apresentou maiores taxas de trocas gasosas durante a estação chuvosa e durante a seca prolongada entrou em estado de "dormência", exibindo um comportamento oportunista de uso de água. Já a espécie não-DT apresentou uma estratégia conservadora de uso de água. Durante a seca, observamos um aumento no estoque de CNE% nas raízes na espécie TD, o que pode representar um mecanismo chave para sobrevivência dessa espécie durante os ciclos de dessecação e rehidratação. As três espécies arbustivas (C. pubecens, E. seidellii, V. warmingiana) apresentaram sistemas hidráulicos contrastantes, com diferentes pontos de perda de turgor (?TLP) e vulnerabilidade à cavitação (estimada mediante o P50 - potencial hídrico que corresponde à 50% de perda de condutividade). As espécies mais resistentes à cavitação (maior P50) apresentam menores reservas de CNE nas raízes, sugerindo um trade-off entre atributos hidráulicos e de estoque de carbono. Nossos resultados trazem importantes contribuições para o entendimento de funcionamento de ecossistemas sazonais limitados por água e ilustram a diversidade de estratégias hidráulicas que conferem resiliência à seca

In the past years, extreme droughts have been frequently recorded in several tropical regions. Plants in tropical mountains are particularly sensitive to changes in climate little is known about the plant physiological adjustments and responses to changes in rainfall patterns. Our objective was to evaluate the phenological and ecophysiological responses of six dominant species with contrasting life forms in campos rupestres under an extreme drought condition. We studied two rosettes species (Vellozia nivea and Vellozia aff. variabilis) and four shrubs (Campomanesia pubecens, Eremanthus seidelii, Mimosa clausenii e Vernonia warmingiana). We implemented a rainwater exclusion experiment with 12 plots (4x4 meters), in which eight was considered drought treatment and four control treatment. We monitored several aspects of the plant ecophysiology, such as gas exchange using instantaneous measurements and stable isotope as integrators of leaf functioning, pressure-volume curves, vulnerability curves, non-structural carbohydrates (NSC) in roots, growth, biomass and leaf phenology. Species showed a continuum of water use strategies, varying from anysohydric (C. pubecens) to completely isohydric (E. seidelii) species. The relationship between ?18OCELL and gsMAX was negative and significant only for isohydric species. The use of dual isotopic approach also was valid only for isohydric species. Across species, we found a strong positive relationship between ?18OCELL and NSC% for individuals under drought treatment, suggesting that the use of NSC% reserves in water stress conditions can affect leaf isotope composition. Our results suggest that in communities dominated to species with a great diversity of hydraulic strategies, such as the campos rupestres, ?18OCELL should be used with caution to infer physiological responses. We evaluated a congeneric pair of Velloziaceae species with contrasting strategies to cope with the erratic water availability in campos rupestres. One species is desiccation tolerant (DT) and the other is drought resistance (non-DT). The DT species showed high gsMAX and low WUEi during the rainny season, showing a profligate water use. By contrast, the non-DT showed a conservative water use throughout the year. The DT species also increased the %NSC storage in roots during the prolonged drought, presumably a key mechanism that allow survival to desiccation in this species. The three shrub species (C. pubecens, E. seidelii and M. clausenii) showed different P50 (water potential that corresponds 50% of conductivity loss) and ?TLP (water potential at turgor loss point). The biomass, in general, was little affected by our drought treatment. This three species showed a trade-off between the vulnerability to cavitation and NSC storage, in which, species more resistant to cavitation (more negative P50) showed lower NSC% storage in roots. Our results illustrate the diversity of strategies that plants might present to deal with drought and bring important contributions to understand the functioning of water-limited environments

Doutorado

Biologia Vegetal

Doutora em Biologia Vegetal