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Las plantas y el cambio climático

Desde hace unos cuantos años hemos oído hablar del cambio climático. Hoy en día ya es una evidencia y también una preocupación. No solo nos afecta a nosotros, a los humanos, sino también a toda la vida. Se ha hablado bastante del calentamiento global, pero quizá no se haya hecho tanta transmisión de lo que sucede con la vegetación. Son muchas cosas las que se ven afectadas por el cambio climático y la vegetación también es una de ellas. Además, los cambios producidos en esta también nos afectan a nosotros. Pero, ¿cuáles son estos cambios?, ¿cómo los puede regular la vegetación? Y, ¿cómo podemos ayudar a mitigarlos a través de esta?

CAMBIOS EN LA VEGETACIÓN

Distribución de los biomas

En general, debido al cambio climático se espera un incremento de las precipitaciones en algunas partes del planeta, mientras que en otras se espera un descenso. También se denota un incremento global de la temperatura. Esto conlleva a un desplazamiento en la localización de los biomas, las grandes unidades de vegetación (por ejemplo: selvas, bosques tropicales, tundras, etc.).

biomes
Triangulo de los biomas según altitud, latitud y humedad (Imagen de Peter Halasaz).

Por otro lado, existe una tendencia al aumento de la distribución de especies en los rangos septentrionales (altas latitudes) y un detrimento en regiones meridionales (baja latitud). Esto conlleva graves problemas asociados; el cambio en la distribución de las especies afecta a su conservación y a su diversidad genética. En consecuencia, las poblaciones situadas en los márgenes meridionales, que han estado consideradas muy importantes para la conservación a largo plazo de la diversidad genética y por su potencial evolutivo, se ven en peligro por esta perdida. Y, en cambio, los rangos septentrionales se verían afectados por la llegada de otras especies competidoras que podrían desplazar a las ya presentes, siendo pues invasoras.

Distribución de las especies

Dentro del escenario del cambio climático, las especies tienen una cierta capacidad para reajustar su distribución y para adaptarse a este.

Pero, ¿qué tipo de especies podrían estar respondiendo más rápidamente a este cambio? Se deduce que aquellas con un ciclo de vida más rápido y una capacidad de dispersión mayor serán las que muestren mayor adaptación y respondan mejor. Esto podría conllevar a una pérdida de las plantas con ritmos más lentos.

Galactites tomentosa
La cardota (Galactites tomentosa) una planta de ciclo rápido y con gran dispersión (Imagen de Ghislain118).

Un factor que facilita el reajuste en la distribución es la presencia de corredores naturales: estos son partes del territorio geográfico que permiten la conectividad y desplazamiento de especies de un lado a otro. Son importantes para evitar que estas queden aisladas y puedan desplazarse hacia nuevas regiones.

Otro factor es el gradiente altitudinal, el cual proporciona muchos refugios para las especies, facilita la presencia de corredores y permite la redistribución de las especies en altitud. Por lo tanto, en aquellos territorios dónde haya mayor rango altitudinal se verá favorecida la conservación.

En resumen, la capacidad de las especies para hacer frente al cambio climático depende de las características propias de la especie y de las del territorio. Y, por el contrario, la vulnerabilidad de las especies al cambio climático se produce cuando la velocidad que estas presentan para poder desplazar su distribución o adaptarse es menor a la velocidad del cambio climático.

A nivel interno

El cambio climático también afecta a la planta como organismo, ya que le produce cambios en su metabolismo y en su fenología (ritmos periódicos o estacionales de la planta).

Uno de los efectos que empujan a este cambio climático es el incremento de la concentración de dióxido de carbono (CO2) en la atmosfera. Esto podría producir un fenómeno de fertilización de la vegetación. Con el aumento de CO2 en la atmosfera se incrementa también la captación de este por las plantas, aumentando así la fotosíntesis y permitiendo una mayor asimilación. Esto, pero, no son todo ventajas, porque para ello se produce una pérdida de agua importante, debido a que los estomas (estructuras que permiten el intercambio de gases y la transpiración) permanecen largo tiempo abiertos para incorporar este CO2. Por lo tanto, hay efectos contrapuestos y la fertilización dependerá de la planta en sí, como también del clima de ese lugar. Muchos estudios han demostrado que diversas plantas reaccionan diferente a este incremento del CO2, ya que el compuesto afecta a varios procesos fisiológicos y por lo tanto las respuestas no son únicas. Por lo tanto, nos encontramos con un factor que altera el metabolismo de las plantas y que no se puede predecir cómo serán sus efectos sobre ellas. Además, este efecto fertilizante está limitado por la cantidad de nutrientes presentes y sin ellos la producción se frena.

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Proceso de fotosíntesis (Imagen de At09kg).

Por otro lado, no debemos olvidar que el cambio climático también altera el régimen estacional (las estaciones del año) y que esto afecta al ritmo de la vegetación, a su fenología. Esto puede tener repercusiones incluso a escala global; por ejemplo, podría producir un desajuste en la producción de plantas cultivadas para la alimentación.

PLANTAS COMO REGULADORAS DEL CLIMA

Aunque no se puede hablar de las plantas como reguladoras del clima global, está claro que hay una relación entre el clima y la vegetación. Sin embargo, esta relación es un tanto complicada porque la vegetación tiene tanto efectos de enfriamiento como de calentamiento del clima.

La vegetación disminuye el albedo; los colores oscuros absorben más la radiación solar y por lo tanto se refleja menos luz solar hacía el exterior. Además, al ser organismos de superficie rugosa se aumenta la absorción. En consecuencia, cuanta más vegetación, la temperatura local (calor transferido) aumenta más.

Pero, por otro lado, al aumentar la vegetación hay más evapotranspiración (conjunto de la evaporación de agua de una superficie y la transpiración a través de la plantas). De manera que el calor se gasta en pasar el agua líquida a gaseosa, lo que conlleva a un enfriamiento. Además, la evapotranspiración también ayuda aumentar las precipitaciones locales.

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Efectos biofísicos de diferentes usos del suelo y su acción sobre el clima local. (Imagen de Jackson et al. 2008. Environmental Research Letters.3: article 0440066).

Por lo tanto es un efecto ambiguo y en determinados ambientes pesa más el efecto de enfriamiento, mientras que en otros tiene más relevancia el de calentamiento.

MITIGACIÓN

Hoy en día hay varias propuestas para reducir el cambio climático, pero ¿cómo pueden ayudar las plantas?

Las comunidades vegetales pueden actuar como sumideros, reservas de carbono, ya que a través de la asimilación de COayudan a compensar las emisiones. Un manejo adecuado de los ecosistemas agrarios y los bosques puede ayudar a la captación y almacenamiento del carbono. Por otro lado, si se lograra reducir la deforestación y aumentar la protección de hábitats naturales y bosques, se reducirían las emisiones y se estimularía este efecto sumidero. Aun así, existe el riesgo de que estos sumideros puedan convertirse en fuentes de emisión; por ejemplo, debido a incendios.

Finalmente, presentar los biocombustibles: estos, a diferencia de los combustibles fósiles (como el petróleo), son recursos renovables, ya que se trata de cultivos de plantas destinados al uso como combustibles. Aunque no logran retirar CO2 de la atmosfera ni reducen emisiones de carbono, evitan el incremento de este en la atmosfera. Por este motivo no llegaría a ser una medida del todo mitigadora, pero mantienen el balance de emisión y captación neutro. El problema es que pueden generar efectos colaterales a nivel social y ambiental, como el incremento de precios de otros cultivos o la deforestación para instaurar estos cultivos, cosa que no debería suceder.

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Cultivo de caña de azucar (Saccharum officinarum) en Brasil para producir biocombustible (Imagen de Mariordo).

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REFERENCIAS

 

The plants and the climate change

Since a few years ago, we have heard about the climate change. Nowadays, it is already evident and also a concern. This not only affects to us, the humans, but to all kind of life. It has been talked enough about the global warming, but perhaps, what happens to the vegetation has not been much diffused. There are many things affected by climate change and vegetation is also one of them. In addition, the changes in this also affect us. But, what are these changes? how can the vegetation regulate them? And how we can help to mitigate them through plants?

CHANGES ON PLANTS

Biomes distribution

In general, due to climate change, an increase of precipitations in some parts of the world are expected, while in others a decrease is awaited. A global temperature increment is also denoted. This leads to an alteration in the location of the biomes, large units of vegetation (e.g.: savannas, tropical forests, tundras, etc.).

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Biome triangle classified by latitude, altitude and humidity (Author: Peter Halasaz).

On the other hand, there is an upward trend in the distribution of species in the high latitudes and a detriment in the lower latitudes. This has serious associated problems; the change in the species distribution affects their conservation and genetic diversity. Consequently, the marginal populations in lower latitudes, which have been considered very important for the long-term conservation of genetic diversity and due their evolutionary potential, are threatened by this diversity loss. And conversely, the populations in high latitudes would be affected by the arrival of other competing species that could displace those already present, being as invasive.

Species distribution

Within the scenario of climate change, species have some ability to adjust their distribution and to adapt to this.

But, what type of species may be responding more quickly to this change? It appears that those with a faster life cycle and a higher dispersion capacity will be showing more adaptability and a better response. This could lead to a loss of some plants with slower rates.

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The Purple milk Thistle (Galactites tomentosa) is a plant with a fast life cycle and high distribution capacity  (Author: Ghislain118).

One factor that facilitates adjustment in the distribution is the presence of wildlife corridors: these are parts of the geographical area that enable connectivity and movement of species from one population to another. They are important because they prevent that some species can remain isolated and because they can also allow the movement to new regions.

Another factor is the altitudinal gradient, which provides shelter for many species, facilitates the presence of wildlife corridors and permits redistribution of species along altitude. Therefore, in those territories where there is greater altitudinal range, the conservation is favored.

In short, the ability of species to cope with climate change depends on the plant characteristics and the territory attributes. And, conversely, the species vulnerability to climate change occurs when the speed to displace their distribution or adapt their lives is less than the climate change velocity.

At internal level

Climate change also affects the plant as an organism, as it causes changes in their metabolism and phenology (periodic or seasonal rhythms of the plant).

One of the effects that pushes the climate change is the carbon dioxide (CO2) concentration increase in the atmosphere. This could produce a fertilization phenomenon of vegetation. Due the COincrease in the atmosphere it also increases the uptake by plants, thus increasing the photosynthesis and allowing greater assimilation. But, this is not all advantages, because for this an important water loss occurs due that the stomata (structures that allow gas exchange and transpiration) remain open long time to incorporate CO2. So, there are opposing effects and fertilization will depend on the plant itself, but the local climate will also determine this process. Many studies have shown that various plants react differently to the COincrease, since the compound affects various physiological processes and therefore there are not unique responses. Then, we find a factor that alters the plant metabolism and we cannot predict what will be the effects. Furthermore, this fertilizer effect is limited by the nutrients amount and without them production slows.

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Photosynthesis process (Author: At09kg).

On the other hand, we must not forget that climate change also alters the weather and that this affects the vegetation growth and its phenology. This can have even an impact on a global scale; for example, could produce an imbalance in the production of cultivated plants for food.

PLANTS AS CLIMATE REGULATORS

Although one cannot speak of plants as regulators of global climate, it is clear that there is a relationship between climate and vegetation. However, this relationship is somewhat complicated because the vegetation has both effects of cooling and heating the weather.

The vegetation decreases the albedo; dark colours absorb more solar radiation and, in consequence, less sunlight is reflected outward. And besides, as the plants surface is usually rough, the absorption is increased. Consequently, if there is more vegetation, local temperature (transmitted heat) intensifies.

But, on the other hand, by increasing vegetation there is more evapotranspiration (set of water evaporation from a surface and transpiration through the plant). So, the heat is spent on passing the liquid water to gas, leading to a cooling effect. In addition, evapotranspiration also helps increase local rainfall.

Biophysical effects of landcover
Biophysical effects of different land uses and its consequences on the local climate. (From Jackson et al. 2008. Environmental Research Letters.3: article 0440066).

Therefore, it is an ambiguous process and in certain environments the cooling effect outweighs, while in others the heating effect has more relevance.

MITIGATION

Nowadays, there are several proposals to reduce climate change, but, in which way can the plants cooperate?

Plant communities can act as a sinks, carbon reservoirs, because through CO2 assimilation, they help to offset carbon emissions. Proper management of agricultural and forest ecosystems can stimulate capture and storage of carbon. On the other hand, if deforestation were reduced and protection of natural habitats and forests increased, emissions would be diminished and this would stimulate the sink effect. Still, there is a risk that these carbon sinks may become emission sources; for example, due to fire.

Finally, we must introduce biofuels: these, unlike fossil fuels (e.g. petroleum), are renewable resources, since they are cultivated plants for use as fuels. Although they fail to remove CO2 from the atmosphere or reduce carbon emissions, they get to avoid this increase in the atmosphere. For this reason, they may not become a strict mitigation measure, but they can keep neutral balance of uptake and release. The problem is that they can lead to side effects on social and environmental level, such as increased prices for other crops or stimulate deforestation to establish these biofuel crops, what should not happen.

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Sugarcane crop (Saccharum officinarum) in Brazil to produce biofuel (Author: Mariordo).

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REFERENCES

 

How do the plants survive to cold?

This week I’m going to talk about how plants can survive in cold environments. The two biomes where cold is the main restrictive factor of the plant growth are tundra and alpine. In these places, the temperature can be under 0⁰C. Therefore, how do plants do to survive there?

INTRODUCTION

The cold is a restrictive factor to plant growth. It can be caused for two main reasons: height and high latitudes. When the height raises, the cold also does it; for each 100 meters of height, temperature gets down 1ºC. And in high latitudes, cold is caused by low insolation (only a little amount of sun’s heat is received). Plants can live until certain limits in high mountains, originating the alpine biome, and even become an ecosystem above the polar circle in the northern hemisphere, forming the tundra biome. Therefore, plants can survive in these cold ecosystems somehow. But, what kind of plants are and how do they do it?

tundra&alpineOn the left, tundra zone; and on the right, alpine zone (Image by Terpsichores).

VEGETATION STRUCTURE

First of all, we need to know what kind of plants are living in these places.

The trees’ growth is very restricted in both biomes. Indeed, trees are missing in tundra and only can be found in subalpine zone in the high mountains, between 1.600m and 2.400m; even so, the biggest height where trees can occur depends of different climatic factors and of the topographic relief. Once there are no trees, so there is no forest, we talk about alpine zone in high mountains.

800px-Aletschgletscher_mit_Pinus_cembra1Trees on subalpine zone (Photo taken by Jo Simon on Flickr).

On the other hand, shrubs are uncommon in both biomes, being the most of them smaller and creeping. That way, they can protect themselves against heavy frosts and cold winds, because they get covered of snow during the unfavourable period. Cranberry bush (Vaccinium vitis-idaea) is a good example of this kind of shrubs.

800px-Vaccinium_vitis-idaea_09Cranberry bush (Vaccinium vitis-idaea) (Photo taken by Arnstein Rønning).

The herbs, bryophytes (e.g. mosses) and lichen together, are the most dominant of these two biomes, because they are the most abundant.

ru20010805xnOn the left, tundra in Siberia (Photo taken by Dr. Andreas Hugentobler); on the right, alpine zone in Monte Blanco (Photo taken by Gnomefillier)

PLANT ADAPTATIONS

Due to cold weather and other restrictive factors of these biomes, plants have had to adapt in different ways. In these two biomes, the summer is the favourable season and is when plants can develop themselves. But in winter, unfavourable period, they can only remain dormant in the form of seeds or reducing their activity to a minimum, thus avoiding own energy consumption.

For all these, these plants produce storage organs below ground, where they are protected from cold temperatures. Examples are rhizomes (underground stems, usually elongated and with horizontal growth, root-like) and bulbs (short and thick stem, covered with more or less developed fleshy leaves). These bodies ensure sufficient energy reserves during the unfavourable period. Furthermore, their roots are thick and can also accumulate reserves.

rizoma&bulbOn the left, iris  rhizome (Iris) (Photo taken by David Monniaux); On the right, lily bulb (Lilium) (Photo taken by Denis Barthel).

On the other hand, their capacity to reach new zones to live, new habitats, depends more of the vegetative reproduction or asexual reproduction, that is, the emission of buds, underground organs, etc. And, in particularly, it is favoured by a high number of buds (plant organ that, when is developed, forms a stem, branch or flower).

Betula-albosinensis-septentrionalis-budsBud (Photo taken by Sten Porse).

A very curious adaptation, that can also protects against the wind, is that some plants are cushion-shaped. This morphology allows moisture and temperature to increase within the plant, and therefore stimulates the development and facilitates photosynthesis.

800px-Minuartia_arcticaCushion-shaped plant (Minuartia arcica) (Photo taken by Σ64).

Knowing that the favourable season is brief, plants usually are evergreen, that is, they have leaves during all year; and, that way, they don’t use energy to regenerate new leaves. Also, plant cells don’t freeze because they produce high concentrations of monosaccharides (simple sugars). So, it makes very difficult to freeze the perennial parts (those living all year).

Glory_of_the_Snow_in_the_snowLucile's Glory-of-the-snow (Chionodoxa luciliae) (Photo taken by Ruhrfisch).

Moreover, their life cycle is also affected. The favourable period is so brief that it is often impossible to grow, forming flowers and fruits in the same year. Therefore, the plants usually live longer than a year and tend to perform only one of these three functions during the favourable season. Then remain dormant during unfavourable weather. So, its cycle is affected and it’s very impossible to live there to annual plants

Thanks to all these adaptations, plants have managed to live in such extraordinary places like these biomes, as incredible survivors. Remember, if you liked this article, you should not forget to share it. Thank you very much for your interest.

REFERENCES

  • Notes of Botany, Phanerogamae, Science of the biosphere and Analysis of vegetation, Degree of Environmental Biology, UAB.
  • Enciclopedia Catalana 1993-98. Biosfera. Volums. 9 Tundra i insularitat V. Krvazhimskii; A. N. Danilov. 2000. Reindeer in tundra ecosystems: the challenges of understanding System complexity. Publicat a tundra ecosystems: the challenges of understanding system complexity, V. 19, 107-110 pp.
  • Walter H. 1998 Vegetació i zones climàtiques del món. L’estructuració ecològica de la geobiosfera. 2ªed cat. Promocions i Publ Univ SA, Barcelona
  • http://161.116.68.143/website/geoveg/docs/Carrillo_06.pdf
  • http://www.apicat.com/web/apiflora_1b.htm

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