Effect of induced global warming on survival and performance of succulent species from Southern Chihuahuan Desert

Abstract

"Numerous ecological studies have assessed the potential consequences of climate warming within several ecosystems worldwide. However, the impact of global warming on desert plants is still little studied. Most predictions of global change in desert species have been suggested for adult plants, neglecting other plant development phases, such as seeds, seedlings or young plants, which are often more susceptible to temperatures, drought and anthropogenic stresses than mature plants. The Chihuahuan Desert is largest warm desert of North America; it expands from southwestern United States to the Central Mexican Highlands. Global change predictions for this region indicate that summer temperatures (June–September) will increase by 1–2oC by 2030. However, the greatest temperature increase is predicted to occur during the winter months (January–March), when monthly average temperatures might increase by up to 6oC. This critical scenario has created strong uncertainty for conservation biologists because the southernmost section of the Chihuahuan Desert harbors an elevated richness of succulent plants, especially globose cacti, most of them protected by the Mexican environmental laws. Nevertheless, there is still little information about the thermal tolerance thresholds for plant species of this area. Passive open top-chambers (OTCs) are the most common and simplest tool to evaluate the responses of plants to climate warming in the field. The main goal of this research was to assess survival rate and tolerance mechanisms of several succulent species from the Cactaceae and Asparagaceae families in the earlier stages of their life cycles (seeds, seedlings and young plants) under a potential scenario of global warming in the Southern Chihuahuan Desert, within the state of San Luis Potosí, México. In our induced global warming scenario using OTCs, the mean air temperature was higher and relative humidity was lower than in the control plots. These temperature increases and relative humidity decreases promoted the rise of the mean soil temperature within OTCs compared to open spaces. We hypothesize that this physical stress rises will have a severe detrimental effect in seeds, seedlings and young plants of the studied species. Differential responses were observed, which were in function of the development state and the analyzed species."

"Numerosos estudios ecológicos han evaluado las potenciales consecuencias del calentamiento climático dentro de varios ecosistemas a nivel mundial. Sin embargo, el impacto del calentamiento global en las plantas desérticas es todavía poco conocido. La mayoría de las predicciones de cambio global en especies desérticas han sido realizadas para plantas adultas, descuidando otras fases de desarrollo de las plantas tales como semillas, plántulas o plantas jóvenes, las cuales son a menudo más susceptibles a estrés por temperatura, sequía o actividades humanas, que las plantas adultas. El desierto Chihuahuense es el desierto cálido más extenso de Norte América; este comprende desde el suroeste de los Estados Unidos de Norteamérica hasta el Altiplano central Mexicano. Las proyecciones de cambio global para esta región indican que la temperatura de verano (Junio-Septiembre) incrementará de 1-2oC para el 2030. No obstante, el mayor incremento de temperatura está proyectado a ocurrir durante los meses de invierno (Enero-Marzo), cuando mensualmente la temperatura promedio podría aumentar hasta más de 6oC durante el mismo periodo de tiempo. Este panorama critico ha creado fuerte incertidumbre en los biólogos conservacionistas debido que la sección sur del desierto Chihuahuense alberga una elevada riqueza de plantas suculentas a nivel mundial, especialmente cactus globosos y la mayoría de estos se encuentras protegidos por las leyes ambientales Mexicanas. Sin embargo, existe poca información todavía acerca de los umbrales de tolerancia térmica para estas especies en esta área. Las cámaras de techo abierto (OTCs por sus siglas en inglés) son la más común y simple herramienta para evaluar las respuestas de las plantas al calentamiento climático. Por consiguiente, el principal objetivo de esta investigación fue evaluar la tasa de supervivencia y los mecanismos de tolerancia de varias especies suculentas de las familias Cactaceae y Asparagaceae en los estados iniciales de sus ciclos de vida (semillas, plántulas y plantas jóvenes) bajo un potencial escenario de calentamiento global en el sur del desierto Chihuahuense, en el estado de San Luis Potosí, México. En el escenario inducido de calentamiento global usando OTCs, la temperatura media del aire así como la humedad relativa siempre fueron mayor y menor, respectivamente, que en las parcelas control. Estos incrementos de temperatura y disminución de la humedad relativa promovieron el aumento de la temperatura superficial media del suelo en las OTCs comparada con los espacios abiertos. Se tiene la hipótesis que este aumento del estrés físico tendrá un efecto dañino severo en las semillas, plántulas y plantas jóvenes de las especies estudiadas. No obstante, fueron observadas respuestas diferenciales, las cuales estuvieron en función del estado de desarrollo y la especie analizada."