Assessing the response of alpine shrubs to warming in Serra da Estrela

Abstract

Os ecossistemas alpinos, como os da Serra da Estrela, são locais extraordinários onde se podem estudar os efeitos do aquecimento global nos ecossistemas. Com uma zona de transição entre climas mediterrânicos e temperados, a Serra da Estrela oferece um conjunto único de condições climáticas para estudar o crescimento e a resposta da vegetação alpina ao clima.Neste estudo, parâmetros de anatomia quantitativa da madeira (largura do anel de árvore, alocação relativa de diferentes tecidos e tamanho do lúmen) foram usados para identificar a resposta ao aquecimento de dois arbustos que crescem no planalto mais alto da Serra da Estrela, a gimnosperma Juniperus communis subsp. alpina e a angiosperma Calluna vulgaris. Em relação ao J. communis foram amostradas populações de diferentes altitudes, como um proxy de temperatura, e para C. vulgaris foram comparados espécimes a crescer dentro e fora de Câmaras de Topo Aberto (OTCs). As principais hipóteses foram: 1) O aumento da temperatura tem um efeito positivo no crescimento dos arbustos alpinos, refletido numa maior largura do anel de crescimento, uma vez que a estação de crescimento começa mais cedo; 2) O tecido de reserva será mais abundante com o aumento da temperatura, uma vez que a taxa de crescimento das plantas aumenta, permitindo que as plantas aloquem mais recursos para o tecido de reserva; e 3) Um aumento do tecido condutor sob condições de aumento de temperatura, se acompanhado de disponibilidade hídrica. Os arbustos começarão a crescer mais cedo, beneficiando da precipitação do inverno e/ou do degelo precoce.A largura do anel de crescimento apresentou uma tendência positiva de 2015 a 2019 em J. communis coincidindo com o aumento de temperatura, e foi maior no tratamento nas C. vulgaris dentro das OTCs. Enquanto que C. vulgaris não sofreu nenhuma alteração na alocação relativa de diferentes tecidos, J. communis apresentou alterações nos três tecidos: parede celular, tecido condutor e tecido de reserva. A parede celular diferiu entre os anos e o lúmen entre os locais, embora uma série temporal mais longa também tenha mostrado que o ano é significativo para o investimento em lúmen. O efeito do local parece estar relacionado com características específicas do local de maior altitude. O tecido de reserva apresentou mudanças ao longo dos locais e anos, sugerindo ser sensível às mudanças climáticas. Um aumento no tamanho máximo dos traqueídos e vasos foi observado com o aumento de temperatura, sugerindo um início mais precoce da estação de crescimento que permite o acesso a mais água, resultando em lumens maiores.Tendo em conta todos os resultados, aumento da temperatura no planalto do Parque Natural da Serra da Estrela pode promover o crescimento destes dois arbustos apesar de diferirem na anatomia da madeira. Não foi possível detetar um aumento do stress hídrico de verão nem em termos de crescimento do anel, ou outras características da anatomia da madeira. Isso pode levar a mudanças no desempenho da planta ou mesmo na sua distribuição a médio e longo prazo.

Alpine ecosystems, such as those found in Serra da Estrela, are extraordinary places in which the effects of global warming on ecosystems can be studied. Presenting a transition zone between Mediterranean and temperate climates, Serra da Estrela offers a unique set of climatic conditions to study the growth and response of alpine vegetation to climate.In this study, quantitative anatomical traits of wood (e.g. tree-ring width, relative tissue allocation and lumen size) were used to identify the response to warming of two shrubs that grow on the highest plateau of Serra da Estrela, the gymnosperm Juniperus communis subsp. alpina and the angiosperm Calluna vulgaris. For J. communis we have used populations from different altitudes, as a proxy of temperature, and for C. vulgaris we have compared specimens growing inside and outside Open Top Chambers (OTCs). The main hypotheses were: 1) Warming temperatures will have a positive effect on alpine shrub growth, the latter responding with larger ring width as the growing season will start earlier; 2) Reserve tissue will be more abundant with rising temperatures, since the increasing plant growth rate enables plants to allocate more resources to reserve tissue; and 3) Conductive tissue will face an increase in investment, as under warming conditions accompanied with favorable water availability, shrubs will start growing earlier and will thus benefit from winter precipitation and/or earlier snowmelt.Shrub ring width presented a positive trend from 2015 to 2019 in J. communis, in coinjunction with the rising temperatures, and was greater in the warming treatment in C. vulgaris. While C. vulgaris did not face any tissue investment change, J. communis displayed changes for all three tissues: cell wall, conductive and reserve tissue. Cell wall differed between years and lumen varied between sites, although a longer time series also showed the specific year to play a role in lumen investment. The effects of the specific sites seems to be related to specific characteristics of the site with the highes altitude studied. The reserve tissue displayed changes with sites and years, suggesting a sensitivity towards climatic changes. An increase in the maximum size of tracheids and vessels was found with warming, suggesting an earlier start of the growing season, which allows access to more water, and thus, resulting in larger conducts.All results considered, it appears that warming temperatures in the high plateau of Serra da Estrela Natural Park can promote the growth of these two shrubs even though they differ in wood anatomy. We could not detect an increase of summer drought stress neither in terms of ring growth nor in those of wood anatomy characteristics. This can lead to changes in plant performance and it even can affect their distribution in the medium to long term.