Efecto del tamaño de la bellota y del cambio climático sobre la germinación de encinos (Qercus SPP.)

Abstract

"La producción de semillas en ecosistemas forestales está regulada por factores ambientales y genéticos, donde los árboles parentales influyen en los rasgos de las semillas. Así, el tamaño de las semillas puede influir en la germinación y supervivencia de las plántulas a nivel interespecífico e intraespecífico. Por otra parte, los modelos climáticos predicen aumentos de temperatura y disminuciones en la precipitación para la mayor parte de México, por lo que se puede esperar que especies arbóreas con semillas recalcitrantes sean susceptibles a estos cambios y se reduzca su reclutamiento. Los encinos (género Quercus; familia Fagaceae) producen frutos secos, uniseminados, tipo nuez denominados “bellotas”, que son altamente recalcitrantes y presentan gran variabilidad en su tamaño. México es el centro de diversificación más importante de este grupo (tres secciones del subgénero Quercus: Lobatae, Quercus y Protobalanus). Lo anterior proporciona una oportunidad excepcional para evaluar los efectos de los árboles parentales sobre el tamaño de las bellotas y el efecto de este rasgo sobre la germinación y supervivencia de plántulas, tanto a nivel interespecífico como intraespecífico. Además, teniendo en cuenta la alta variabilidad en este rasgo, se puede evaluar su relevancia en escenarios de cambio climático. Para alcanzar estos objetivos, se desarrollaron experimentos en condiciones controladas y en campo. En el primer capítulo de la tesis, se evalúa el efecto a partir de los atributos de árboles parentales sobre el tamaño de las bellotas, su germinación y la supervivencia de plántulas. Esto se realizó midiendo atributos de los árboles parentales y evaluando si estaban asociados a la producción de bellotas y su tamaño. Los resultados indicaron que la cantidad de bellotas producidas y su tamaño están determinadas por los atributos foliares de las ramillas terminales donde se desarrollan los frutos. Además, conforme aumenta el peso de las bellotas, se incrementa su probabilidad de germinación. El segundo capítulo de la tesis aborda los efectos de las diferencias en el tamaño de las bellotas sobre la germinación a nivel interespecífico e intraespecifíco. Para esto se seleccionaron bellotas de encinos rojos (sección Lobatae) y encinos blancos (sección Quercus) de la Sierra de Álvarez (San Luis Potosí) con los que se desarrolló un experimento de jardín común donde se sembraron bellotas viables de estas especies. Los resultados indicaron que los encinos blancos producen bellotas más grandes que los rojos, lo que influye positivamente en las tasas de germinación. A nivel intraespecífico, la germinación de bellotas en encinos rojos depende fuertemente de la biomasa seminal, mientras que estos efectos son menos notorios en encinos blancos. En el tercer y último capítulo de esta tesis se enfoca en la relevancia del tamaño de las bellotas para el reclutamiento de encinos en escenarios de cambio climático y de cambio en el uso del suelo. Para ello, se desarrollaron experimentos de campo donde se sembraron bellotas de diferentes tamaños al interior del bosque y en campos abandonados, simulando en ambos hábitats condiciones de cambio climático que se contrastaron contra controles bajo el clima actual. En estos experimentos se evaluaron los efectos de tamaño de las bellotas sobre el destino de las semillas y la emergencia y supervivencia de plántulas durante un año. Los resultados indican que el cambio climático promoverá la desecación de bellotas, tanto en los bosques como en los campos abandonados, lo que reducirá sus tasas de germinación. No obstante, estos efectos serán dependientes del tamaño de las bellotas. Asimismo, el cambio climático pudiera incrementar la tasa de parasitismo de las bellotas por insectos, mientras que disminuiría la probabilidad de que sean infectadas por hongos patógenos. Por otra parte, la probabilidad de emergencia y supervivencia de plántulas se incrementó con el tamaño de las bellotas, y estos efectos fueron más marcados en escenarios de cambio climático que bajo el clima actual. Los resultados de esta tesis permiten sugerir que el cambio climático constituye una amenaza para los bosques de encinos, al menos en México, ya que pudiera reducir las tasas de reclutamiento de estas especies. Los resultados de los experimentos de campo también permiten proponer que es este fenómeno puede constituir una presión ambiental fuerte sobre la germinación de semillas y establecimiento de plántulas, desplazando las probabilidades de ocurrencia de ambos procesos hacia mayores tamaños de bellotas."

"Seed production in forest ecosystems is regulated by environmental and genetic factors, where parental trees influence on seed traits. In this way, seed size can influence germination and survival of seedlings, both at interspecific and intraspecific levels. On the other hand, climate models predict that temperature will increase and rainfall will reduce across Mexico and, thus, tree species with recalcitrant seeds are likely to be highly susceptible to these changes and their recruitment is expected to be reduced. The oaks (genus Quercus; family Fagaceae) produce single-seed nuts, namely “acorns” that are highly recalcitrant and exhibit great variability in their sizes. Mexico is the most important diversification center of this group (three sections of the Quercus subgenus: Lobatae, Quercus and Protobalanus). This provides an exceptional opportunity to evaluate the effects of parental trees on acorn size of acorns and the manner in which this trait affects germination and survival of seedlings at interspecific and intraspecific levels. Additionally, taking into account this elevated variability in acorn size, the relevance of this trait under climate change scenarios can be also assessed. To achieve these objectives, we conducted experiments under controlled laboratory conditions and in the field. The first chapter of this thesis focuses on the effects of parental trees on acorn size, their germination and seedling survival. For this, we measured attributes of parental trees and assessed whether they were associated with acorn production and their size. Our results indicated that acorn production and their size are determined by the foliar attributes of the terminal branches in which these fruits are developed. Additionally, as the weight of the acorns increases, their germination probability raises. The second chapter of the thesis addresses the effects of differences in acorn size on germination at interspecific and intraspecific levels. For this, we collected acorns of red oaks (Lobatae section) and white oaks (Quercus section) in Sierra de Álvarez (San Luis Potosí) and performed a common garden experiment. The results of this experiment indicated that white oaks produce larger acorns than red oaks, while this positively influences their germination rates. At the intraspecific level, germination of acorns in red oaks strongly depends on seminal biomass, while these effects are less noticeable in white oaks. In the third chapter of this thesis focuses on the relevance of acorn size on seedling recruitment climate change in scenarios and in land use change scenarios. For this, we developed field experiments where acorns of different sizes were sown inside the forest and in abandoned fields, simulating climate change conditions in both habitats that were contrasted against controls under the current climate. In these experiments, we assessed the effects of acorn size on seed fate, as well as on the emergence and survival of seedling for one year. The results indicated that climate change will promote acorn drying in forests and abandoned fields, and this will reduce their germination rates. However, these effects will be dependent on the size of the acorns. Likewise, climate change could increase the rate of parasitism of acorns by insects, while it could decrease the probability of acorn infestation by pathogenic fungi. The probability of emergence and survival of seedlings increased with the size of the acorns and these effects were more marked in climate change scenarios than under the current climate. The results of this thesis suggest that climate change constitutes a threat for oak forests, at least in Mexico, because it could reduce the recruitment rates of these species. The results of the field experiments also allow us to propose that this phenomenon constitute a strong environmental pressure for seed germination and seedling establishment, displacing the probabilities of occurrence of both processes towards larger acorn sizes."