Efecto del calentamiento inducido en la supervivencia y crecimiento de epífitas: Evidencia experimental en Tillandsia recurvata (Bromeliaceae) en el sur del desierto Chihuahuense

Abstract

"Las epífitas son plantas que crecen sobre otras plantas simplemente como soporte físico; estas plantas no se adhieren al suelo u otra fuente obvia de nutrientes y no son parásitas de las plantas hospederas o forofitos. Este tipo de plantas absorben agua y nutrientes de la atmósfera, por lo que se les ha considerado “particularmente vulnerables” al cambio climático. Tillandsia recurvata es una planta epífita de la familia Bromeliaceae, llamada comúnmente en México “heno motita” o “paixtle”, la cual se distribuye desde el sur de los Estados Unidos de América hasta la parte central de Argentina. Se encuentra en altitudes desde el nivel del mar hasta inclusive más de 4000 m.s.n.m; tanto en ecosistemas costeros, como bosques de pino y encino, matorrales y desiertos. Específicamente, en el sur del Desierto Chihuahuense existe una alta abundancia de esta especie, en cantidades tan altas como 0.4 Ton/Ha de biomasa, en ramas de uno de sus árboles hospederos o forofitos principales, el mezquite (Prosopis laevigata). Modelos predictivos de cambio climático indican un incremento en temperaturas de verano de 1 a 2 °C para el 2030 en esta zona. Sin embargo, no existen estudios de vulnerabilidad de la epífita en futuros escenarios de cambio climático. El objetivo principal de esta investigación fue evaluar el efecto del calentamiento inducido en la supervivencia y el crecimiento de plántulas de T. recurvata en ramas de P. laevigata. En septiembre de 2016 se colectaron 50 frutos de plantas T. recurvata en 10 árboles de P. laevigata en un área de 1 Ha con el fin de germinar las semillas y obtener plántulas para el experimento de supervivencia y crecimiento de plántulas. Los árboles mantenían por lo menos una distancia de 10 metros entre ellos. La colecta se realizó después de la maduración de los frutos y durante la época de lluvias. Sin embargo, se encontró que todas las semillas dentro de los frutos estaban germinadas; es decir, que eran semillas vivíparas. Por lo anterior, se incluyó el objetivo de evaluar el fenómeno de viviparidad durante dos años consecutivos en T. recurvata en el sur del Desierto Chihuahuense, así como evaluar el crecimiento y supervivencia de plántulas vivíparas por un año. En agosto de 2017 se realizó una segunda colecta de frutos con el fin de evaluar incidencia de viviparidad. Los frutos colectados fueron limpiados y abiertos para cuantificar el número de plántulas vivíparas en cada año, 2016 y 2017. La incidencia de viviparidad en los frutos colectados no fue analizada estadísticamente ya que se encontró el 100% de plántulas vivíparas en ambas colectas y se encontró un 69.59 % y 71.44 % de plántulas vivíparas por fruto en 2016 y 2017, respectivamente. En diciembre de 2016 se colocaron grupos de plántulas (todas las plántulas vivíparas de cada fruto) en ramas de mezquite y se evaluó la supervivencia de las plántulas cada dos semanas durante un año. Al menos una plántula sobrevivió en el 66 % de los frutos después de un año. La incidencia de viviparidad en T. recurvata es probablemente una adaptación ya que las raíces de las plántulas pueden servir para el rápido establecimiento en los forofitos en comparación con las semillas que no poseen raíces. En el segundo experimento, se construyeron 10 cámaras de calentamiento con un prototipo basado en el modelo de Marion, las cuales fueron instaladas en ramas de 10 árboles de P. laevigata con similares características de orden, orientación, distancia al tronco y altura del suelo a la rama. En diciembre de 2016, se sembraron plántulas vivíparas de T. recurvata dentro y fuera de las cámaras y se evaluó crecimiento y supervivencia durante dos años, de diciembre del 2016 a diciembre del 2018. Se utilizaron sensores (HOBO®, U23-Pro-v2, Onset Computer Corporation, Bourne, USA) para medir la temperatura del aire y la humedad relativa cada hora dentro de las cámaras de calentamiento y en las ramas control. Se obtuvieron y procesaron los datos obtenidos del 1 de diciembre 2016 al 30 de noviembre del 2018, los datos registrados fueron usados para calcular las temperaturas promedio diarias máxima, mínima y media del aire, así como también la humedad relativa promedio diaria en ambos tratamientos (control y calentamiento). Se encontró que el nuevo prototipo de cámara es eficiente para inducir calentamiento de acuerdo a los modelos de escenarios de calentamiento futuros. Después de dos años, la supervivencia de las plántulas fue aproximadamente 10 veces mayor fuera de las cámaras (42.85%) que dentro de ellas (4.16%), el crecimiento en longitud de las hojas también fue dos veces mayor fuera de las cámaras (0.009 mm/día) que dentro de las mismas (0.004 mm/día). En un potencial escenario de calentamiento, las poblaciones de T. recurvata podrían disminuir debido al bajo crecimiento y supervivencia de las plántulas."

"Epiphytes are plants that grows upon another plant merely for physical support; these plants have no attachment to the ground or other obvious nutrient source and are not parasitic on the supporting plants. These plants absorb water and nutrients from the atmosphere, which is why they have been considered "particularly vulnerable" to climate change. Tillandsia recurvata is an epiphytic plant that belongs to the Bromeliaceae, it is commonly called “heno motita or paixtle” in México. It is distributed from southern USA to central Argentina, in altitudes from sea level to up 4000 m.a.s.l., in ecosystems such as coasts, pine forests, oak forests, deserts, and scrubs. Specifically, this species is highly abundant in the Southern Chihuahuan Desert, having until 0.4 Ton/Ha of biomass in branches of the main host or phorophyte, Prosopis laevigata. Predictive models of global warming in this zone indicate that temperatures will increments in summer around 1 to 2° C for 2030. However, there are no studies about vulnerability of the epiphytes in future scenarios of global warming. The main objective of this research was to evaluate the effect of induced warming on the survival and growth of T. recurvata seedlings in branches of the host P. laevigata. In September 2016, 50 fruits of T. recurvata plants were collected in 10 P. laevigata trees in an area of 1 Ha in order to germinate the seeds and obtain seedlings for the seedling survival and growth experiment. The trees kept at least 10 meters apart. The collection was carried out after the ripening of the fruits and during the rainy season. However, all the seeds within the fruits were found to be germinated; that is, they were viviparous seeds. Therefore, the objective of evaluating the viviparity phenomenon for two consecutive years

in T. recurvata in the southern Chihuahuan Desert was included, as well as the evaluating the growth and survival of viviparous seedlings for one year. In August 2017, a second collection of fruits was carried out in order to evaluate the incidence of viviparity. The collected fruits were cleaned and opened to quantify the number of viviparous seedlings in each year, 2016 and 2017. The incidence of vivipary in the collected fruits was not statistically analyzed because 100% of viviparous seedlings were found in both collection years. In 2016 and 2017, 69.59% and 71.44% of viviparous seedlings per fruit were respectively found. In December 2016, groups of seedlings (all viviparous seedlings of each fruit) were placed on mesquite branches and seedling survival was evaluated every two weeks for one year. At least one seedling survived in 66% of the fruits after one year. The incidence of viviparity in T. recurvata is probably an adaptation because the roots of the seedlings can serve for the rapid establishment in the phorophytes in comparison with the seeds that do not have roots. In the second experiment, 10 warming chambers were built with a prototype based on the Marion’s model, which were installed in branches of 10 P. laevigata trees with similar characteristics of order, orientation, distance from the trunk and height from the ground to the branch. In December 2016, viviparous seedlings of T. recurvata were placed inside and outside the chambers and growth and survival were evaluated for two years, from December 2016 to December 2018. Sensors (HOBO®, U23-Pro-v2, Onset Computer Corporation, Bourne, USA) were used to measure the air temperature and the relative humidity every hour inside the warming chambers and in the control branches. The data obtained from December 1, 2016 to November 30, 2018 were obtained and processed, the recorded data were used to

calculate the average daily maximum, minimum and average air temperatures, as well as the average daily relative humidity in both treatments (control and warming). The new chamber was found to be efficient in inducing warming according to models of future scenarios. After two years, the survival of the seedlings was 10-fold higher outside the chambers (42.85%) than inside them (4.16%), the growth in length of the leaves was twofold higher outside the chambers (0.009 mm/day) than outside of them (0.004 mm/day). In a potential warming scenario, T. recurvata populations could decline due to poor seedling growth and survival."