Hensel Lifting

La variación de la luz disponible para las plantas generada por la cobertura del dosel de los diferentes lugares de plantación tuvo un papel determinante en la modulación del impacto que tuvo la sequía sobre los brinzales, como se ha manifestado en experiencias previas (Aranda et al. 2001). No obstante, según los resultados anteriores, es difícil

Resultados y discusión

precisar hasta que punto la variación de algunas de las respuestas entre estos lugares se vio influida por la variación del patrón de radiación, el déficit de presión de vapor del aire, la humedad del suelo, o la de otros factores no evaluados, como la calidad espectral de la luz (empobrecida en el componente rojo bajo el dosel de pinos) y la disponibilidad de nutrientes (Niinemets & Valladares 2004).

Figura 4.6. Variación de la humedad del suelo

promediada a lo largo del verano de 2005 con la profundidad en Sierra Escalva. Símbolos blancos: zonas aclaradas un 50 %, símbolos grises: zonas aclaradas un 33 % y símbolos negros: zonas no aclaradas.

0 5 10 15 20 25 0 20 40 60 80 Profundidad (cm) Hum edad de l sue lo ( % ) Fprofundidad: 13***; Fbloque: 5,1**

Ftratamiento: 8,5***; Fprofund. x trat.: 1,1n.s

El grado de estrés hídrico de las plantas a lo largo del verano fue mayor en el ambiente más sombreado. En ambas especies, los individuos plantados en la zona de pinar que no había sido aclarada tuvieron un potencial hídrico al amanecer menor que en la zona aclarada o el cortafuegos (anexo V). Las diferencias en el contenido hídrico del suelo entre los lugares de plantación explicarían, al menos en parte, estas diferencias. Pero además, el hecho de que las plantas acumulasen al final del experimento aproximadamente el triple de biomasa (16 ± 0,4 vs 5,1 ± 0,2 g, datos para ambas especies) y de biomasa de raíces (9,3 ± 0.2 vs 3,3 ± 0,1 g, datos para ambas especies) en el cortafuegos que en la zona no aclarada, refleja un mayor desarrollo del sistema radicular, que probablemente favoreció el acceso de las plantas del cortafuegos a zonas de suelo más húmedas (Fotografía 4.2). La sombra excesiva, al retrasar el crecimiento de los brinzales, contribuiría así a aumentar la susceptibilidad a la sequía estival. Otros trabajos han demostrado que el potencial hídrico de los brinzales es menor bajo el dosel que forma la vegetación que en zonas menos cubiertas, más expuestas a la luz y a un déficit mayor de la presión de vapor del aire (Crunkilton et al. 1992; Stoneman et al. 1994; Poorter & Hayashida-Oliver 2000; Valladares & Pearcy 2002).

Estas diferencias en el estado hídrico de los brinzales limitan en cierta medida la comparación de las respuestas de tolerancia al estrés hídrico entre ambientes, evaluadas

Resultados y discusión a partir del comportamiento de los procesos funcionales (intercambio gaseoso y relaciones hídricas) a lo largo del verano. Por ello se utilizó como covariable el potencial hídrico de la rizosfera de cada planta, estimado a partir del potencial hídrico de las hojas antes de amanecer, para comparar el valor medio de las variables entre ambientes. En 2005, el lugar de plantación no tuvo entonces un efecto significativo en las tasas de intercambio gaseoso, pero sí en los potenciales osmóticos a turgencia plena (Fsitio: 16,04***) y en el punto de marchitez (Fsitio: 19,22***). Ello es debido a una

correlación más fuerte del potencial de base con las variables de intercambio gaseoso que con los potenciales osmóticos (anexos V y VI). Además del estrés hídrico, la variación de la luz disponible entre los tres ambientes influyó en la acumulación de solutos.

Fotografía 4.2. Las plantas enraizaron mejor en el

cortafuegos (izquierda y centro) que en el pinar, donde incluso no se observaron raíces fuera del cepellón de algunas plantas, dos años tras ser transplantadas (derecha).

La influencia del lugar de plantación sobre los caracteres estudiados fue en general parecida en las dos especies, como indica la ausencia de interacciones significativas entre el sitio y la especie para la mayoría de variables. Sólo la capacidad de ajuste osmótico disminuyó de forma más evidente en el pinar denso con respecto al cortafuegos en el roble albar. Estudios previos han puesto de manifiesto que las dos especies son capaces de reducir el potencial osmótico a través del acopio de solutos en respuesta al estrés hídrico (Aranda et al. 1996 y 2004a), pero no se había comparado aún la influencia de la luz sobre este proceso. Los resultados mostraron que al contrario que las plantas de melojo, las plantas de roble albar apenas eran capaces de ajustar osmóticamente al final del verano en el sotobosque del pinar sin aclarar, pese al alto

Resultados y discusión

grado de estrés hídrico al que se vieron expuestas; la reducción del potencial osmótico a plena turgencia al final del verano en los dos años de estudio fue de 0,41 MPa (2004) y 0,53 MPa (2005) en las hojas de melojo y 0,10 MPa (2004 y 2005) en las de roble albar. Dado que el nivel de ajuste osmótico entre especies fue parecido en el pinar aclarado y en el cortafuegos, es razonable pensar que la reducción de la luz en la zona no aclarada afectase en mayor medida a los brinzales de roble albar, indicando una menor capacidad para acumular solutos en condiciones de sombra y sequía intensas (Morgan 1984; Kwon & Pallardy 1989; Aranda et al. 2001). La acumulación activa de solutos en las células del mesófilo es un mecanismo implicado en el mantenimiento de la presión de turgencia. Sin embargo, el valor del potencial osmótico en el punto de marchitez (Ψπ0)

fue parecido en las dos especies, de modo que el potencial de presión, calculado a partir de la diferencia entre el potencial hídrico y Ψπ0, no difirió significativamente ni al

amanecer ni a mediodía (Tabla 4.2). Una posible explicación radica en la variación estacional de la elasticidad de las paredes celulares (anexo VI). Así, mientras el módulo de elasticidad mostraba una tendencia a aumentar en el melojo de junio a agosto, la tendencia se invertía en el roble albar, es decir, la elasticidad de las paredes celulares de las hojas del roble albar era mayor al final del verano en el pinar no aclarado, lo que atenuó la caída de la turgencia celular (Joly & Zaerr 1987).

Tabla 4.2. Valores medios del potencial de presión calculados al amanecer y a mediodía. Letras distintas

separan medias significativamente distintas en cada fecha de medición. No hubo diferencias significativas entre tratamientos a mediodía.

Junio Agosto Junio Agosto

Q. pyr. 2,17±0,11a 2,12±0,11a 2,21±0,07a 1,85±0,16a Q. pet. 2,13±0,09ab 1,99±0,11ab 2,13±0,04ab 1,72±0,26a Q. pyr. 1,84±0,04abc 1,82±0,11ab 1,67±0,04abc 1,28±0,15ab Q. pet. 1,73±0,12bc 1,79±0,10ab 1,55±0,07c 1,12±0,25ab Q. pyr. 1,59±0,09c 1,38±0,26b 1,60±0,10bc 0,77±0,18b Q. pet. 1,62±0,09c 1,39±0,21b 1,23±0,25c 0,50±0,26b Q. pyr. 0,34±0,08 0,31±0,16 0,03±0,11 0,26±0,09 Q. pet. 0,21±0,10 -0,01±0,10 -0,17±0,08 0,19±0,13 Q. pyr. 0,58±0,06 0,43±0,28 0,36±0,27 0,27±0,19 Q. pet. 0,63± 0,12 0,43±0,09 0,20±0,30 -0,07±0,17 Q. pyr. 0,65±0,19 0,23±0,12 0,25±0,08 -0,17±0,11 Q. pet. 0,56±0,16 0,32±0,16 0,01±0,03 -0,34±0,21 2004 2005 Ppd (M P a) Cortafuegos Clara 25 % Sin aclarar Pmd (MP a) Cortafuegos Clara 25 % Sin aclarar 52

Resultados y discusión A pesar de que la turgencia celular fue parecida entre las dos especies, las tasas instantáneas de conductancia estomática, transpiración y fotosíntesis máximas fueron siempre superiores en las hojas de melojo en los tres lugares de plantación (Figura 4.7; anexo V). 0 5 10 15 20 -3 -2 -1 0 c c 0 200 400 600 800 0 2 4 6 8 Ψpd(MPa) Asa t ( μ mo l m -2 s -1 ) gsa t (mm o l m -2 s -1) Esa t (mm o l m -2 s -1 ) a b

c Figura 4.7. Variación de las tasas de transpiración (a),

conductancia estomática (b) y fotosíntesis (c) a saturación por luz, con el potencial hídrico del suelo entorno a las plantas de melojo (símbolos grises) y roble albar (símbolos blancos). Datos de varias fechas de 2004 y 2005 en los tres lugares de plantación.

Se ha resaltado el hecho de que ciertos atributos foliares, como la masa por unidad de área foliar, la cantidad de nitrógeno o la tasa de conductancia estomática, se corresponden con la posesión de tasas elevadas de fotosíntesis. La acumulación de tejido fotosintético en la hoja es responsable de la relación positiva entre la masa por unidad de área y la asimilación neta de CO2 descrita en muchos trabajos, aunque esta

relación pueda invertirse o desaparecer debido a la mayor limitación a la difusión de la luz y el CO2 en hojas más gruesas o densas (Niinemets 1999; Reich et al. 1999). Tanto

la masa por unidad de área como la conductancia de los estomas al CO2 fueron

superiores en las hojas de melojo, lo que puede explicar su elevado potencial de asimilación por unidad de área.

Resultados y discusión

Es difícil aludir, no obstante, a un único motivo para explicar la mayor conductancia y transpiración de las hojas del melojo, sobre todo en condiciones de estrés hídrico, ya que la apertura de los estomas está sometida a un complejo sistema de regulación hidráulico y hormonal. La densidad de estomas puede influir en la tasa de conductancia al CO2 y, por tanto, en la tasa de fotosíntesis (Woodward et al. 2002). La

comparación de ambas especies en el invernadero puso de manifiesto que la densidad estomática fue superior en las hojas del melojo (434 ± 20 mm-2 para el melojo y 371 ± 28 mm-2 para el roble albar, en el tratamiento de baja irradiancia y 606 ± 74 mm-2 para el melojo y 469 ± 52 mm-2 para el roble albar, en el tratamiento alta irradiancia; Fespecie:

4,84*), lo que contribuye a explicar que en condiciones de adecuado estado hídrico la conductancia estomática fuese también superior en el melojo; se observó una correlación positiva entre ambas variables (Tabla 4.3). Igualmente existió una relación inversa entre la superficie foliar total y la tasa de conductancia instantánea (Tabla 4.3), probablemente debida a la modificación de aspectos hidráulicos de la planta (Kramer & Boyer 1995). La menor superficie foliar del melojo podría influir en que sus hojas mantuviesen tasas de conductancia mayores.

Tratamiento Variables R2 70 % de luz densidad 0,67* SFT 0,62* Na 0,10n.s. SLA 0,08n.s. 5,3 % de luz densidad 0,25n.s. SFT 0,76* Na 0,38n.s. SLA 0,25n.s.

Tabla 4.3. Coeficientes de regresión y significación

estadística para las relaciones de la densidad estomática, la superficie foliar de la planta (SFT), el nitrógeno foliar (Na) y la superficie foliar específica (SLA) con la conductancia estomática. Datos del experimento en el invernadero.

El mantenimiento de la asimilación de CO2 a potenciales hídricos bajos se

relaciona con una mayor resistencia a la sequía basada en la tolerancia a la desecación de los tejidos (Fotelli et al. 2000; Ngugi et al. 2004), aunque muchas de las especies que evidencian esta respuesta, presentan también tasas de intercambio gaseoso elevadas en condiciones de ausencia de estrés.

Por el contrario, el control de las pérdidas de agua por transpiración a través del cierre de los estomas repercute positivamente en la eficiencia con que se asimila el CO2

(DeLucia & Schlesinger 1991; Ares & Fownes 1999). Así, la elevada conductancia

Resultados y discusión estomática de las hojas de melojo pudo contribuir a que el flujo de entrada de CO2

superase la velocidad de asimilación (Figura 4.8); ello implicaría un cierto derroche de agua, como indica la menor eficiencia intrínseca en el uso del agua bajo luz saturante en las plantas de melojo al final del verano, estimada a través del cociente entre las tasas de fotosíntesis y conductancia (Asat/gsat: 0,070 ± 0,003 μmol mmol para el melojo vs 0,067

± 0,002 μmol mmol para el roble albar, bajo el pinar sin aclarar y 0,060 ± 0,003 μmol mmol para el melojo vs 0,099 ± 0,012 μmol mmol para el roble albar, en el cortafuegos; Fespecie: 7,71*). Del mismo modo, la discriminación isotópica del isótopo 13C, que sirvió

como estimador de la eficiencia en el uso del agua cuando las condiciones de intercambio gaseoso no fueron manipuladas experimentalmente, fue mayor en las hojas del melojo al final del verano (δ13_{C: -29,1 ± 0,3 ‰ para el melojo}

vs -27,5 ± 0,3 ‰ para el roble albar, bajo el pinar sin aclarar y -28,2 ± 0,2 ‰ para el melojo vs -27,5 ± 0,5 ‰ para el roble albar, en el cortafuegos; Fespecie: 13,06**). Bajo las condiciones del

invernadero, la eficiencia intrínseca en el uso del agua fue de nuevo menor en las hojas de melojo (Asat/gsat: 0,045 ± 0,001 μmol mmol para el melojo vs 0,051 ± 0,002 μmol

mmol para el roble albar, en el tratamiento de baja irradiancia y 0,040 ± 0,002 μmol mmol para el melojo vs 0,051 ± 0,002 μmol mmol para el roble albar, en el tratamiento alta irradiancia; Fespecie: 5,13*). No obstante, el hecho de que no existiesen diferencias

significativas al comienzo del verano, cuando el estrés hídrico es menor y la conductancia estomática al vapor de agua es máxima, apunta a la ocurrencia de otras limitaciones de carácter no estomático en el campo. La evolución estacional de aspectos relacionados con la capacidad de asimilación del carbono, como la resistencia a la difusión de CO2 o del fraccionamiento de nitrógeno en las hojas, podría diferir entre las

dos especies, con relación a una respuesta distinta al estrés estival o a un desarrollo ontogénico diferente.

Aunque en muchos casos las especies o las poblaciones de una misma especie que habitan regiones más secas muestran un uso más eficiente del agua que aquellas de zonas más húmedas (Sandquist & Ehleringer 2003), existen evidencias en el sentido contrario (Golluscio & Oesterheld 2007), hecho que se relaciona con la capacidad para aprovechar el agua disponible en los momentos del periodo vegetativo de mayor disponibilidad hídrica, y que puede favorecer la competitividad de las plantas en las primeras etapas de desarrollo (Mediavilla & Escudero 2003a).

Resultados y discusión gsat(mmol m-2s-1) Asat ( μ mo l m -2 s -1 ) 0 2 4 6 8 10 12 0 100 200 300

Figura 4.8. Relación entre la conductancia estomática al

vapor de agua y la tasa de fotosíntesis, ambas medidas a saturación lumínica, en las plantas de melojo (símbolos grises) y roble albar (símbolos blancos). Datos de julio y agosto de 2005 en los tres lugares de plantación.

Pese a las mayores tasas de transpiración instantánea detectadas en el melojo durante el verano, ambas especies mostraron un estado hídrico semejante en la mayoría de fechas y lugares de plantación. Esto lleva a pensar en un sistema conductor de agua más eficiente en el caso del melojo (KL en agosto de 2005: 2,32 ± 0,18 MPa para el

melojo vs 1,20 ± 0,20 MPa para el roble albar, bajo el pinar sin aclarar y 2,24 ± 0,24 MPa para el melojo vs 1,07 ± 0,15 MPa para el roble albar, en el cortafuegos; Fespecie:

26,6***). También que ciertas características arquitecturales, como la menor superficie foliar y el mayor autosombreo de las plantas de melojo, se hubieran traducido en una reducción de la transpiración total (Kramer & Boyer 1995), lo que explicaría el similar grado de estrés hídrico en el momento del día de mayor demanda evaporativa (Ψmd en

agosto de 2005: -2,99 ± 0,11 MPa para el melojo vs -2,95 ± 0,17 MPa para el roble albar, bajo el pinar sin aclarar y -2,83 ± 0,07 MPa para el melojo vs -2,79 ± 0,08 MPa para el roble albar, en el cortafuegos); más aún, al comprobar que el desarrollo del sistema radicular en el campo en términos de acumulación de biomasa fue parecido en ambas especies, lo que supuso que el potencial hídrico del suelo en el entorno de los brinzales fuese similar en todas las fechas de medición (Ψpd en agosto de 2005: -2,05 ±

0,15 MPa para el melojo vs -2,12 ± 0,2 MPa para el roble albar, bajo el pinar sin aclarar y -1,24 ± 0,24 MPa para el melojo vs -1,26 ± 0,2 MPa para el roble albar en el cortafuegos).