Biomass allocation and gas exchange are affected by light conditions in endangered Cedrela salvadorensis (Meliaceae) seedlings / Asignación de biomasa e intercambio de gases son afectados por las condiciones de luz en plántulas de Cedrela salvadorensis (Meliaceae) en peligro de extinción

Abstract:The determination of favorable light habitat conditions per species and life stage is transcendental, for both ex situ and in situ conservation strategies of endangered forest tree species, and for their utilization as plantation trees. This becomes especially important when planting material is scarce. We studied the multivariate responses in biomass allocation and in gas exchange to light and to CO2 in Cedrela salvadorensis seedlings, grown under similar light conditions as those this species faces in nature. During a period of 135 days, groups of ten seedlings were put under 75, 45, 15 and 3.5 % of full sun exposure obtained with neutral shade cloth, under nursery conditions. A series of biomass allocation variables and detailed gas exchange parameters (photosynthesis response curves to light and to internal carbon concentration) were measured at the end of the growth period in plants of the four treatments. According to the principal component analyses, highest values of gas exchange response were associated with the lower values of biomass allocation traits. These changes can be associated with resource-conservative and resource-acquisitive strategies, where the C. salvadorensis seedlings acclimatize their traits for the exploration and exploitation of light, to high or to dim light environment, respectively. The multivariate analyses also showed that the plants had a high performance at 45 % of light environments. These results suggest that 45 % of light environment was the optimal light habitat of this species at the tested developing stage. Our results have important implications to choose the best natural habitat for a successful establishment of C. salvadorensis. We propose practical considerations for programs of reforestation or reintroduction where this species be involved. Rev. Biol. Trop. 64 (3): 1143-1154. Epub 2016 September 01.

ResumenLa determinación de las condiciones lumínicas favorables por especie y estado de vida es trascendental para las estrategias de conservación ex situ y in situ de especies de árboles en peligro de extinción, y su utilización como plantaciones forestales. Esto se vuelve especialmente importante cuando el material de siembra es escaso. Aquí, nosotros estudiamos las respuestas en asignación de biomasa y en intercambio de gases a luz y CO2 en plántulas de Cedrela salvadorensis crecidas bajo condiciones lumínicas similares a las que esta especie enfrenta en la naturaleza. Durante 135 días, grupos de diez plántulas fueron colocadas bajo condiciones de 75, 45, 15 y 3.5 % de exposición total al sol obtenidas por medio de sarán bajo condiciones de vivero. Una serie de variables de asignación de biomasa y parámetros de intercambio de gases (fotosíntesis según curvas de respuesta a la luz y a la concentración de carbono interno) fueron medidas al final del periodo de crecimiento en las plantas de los cuatro tratamientos. De acuerdo con los análisis de componentes principales, valores altos de respuesta de intercambio de gases están asociados con valores bajos de rasgos de asignación de biomasa. Los cambios observados se encuentran asociados con las estrategias recurso-conservativas y recurso-adquisitivas donde C. salvadorensis aclimata sus rasgos para la exploración y explotación de luz en ambientes con escasa o excesiva radiación lumínica, respectivamente. Los análisis multivariados muestran también que las plantas tienen un alto rendimiento a 45 % de luz ambiental. Estos resultados sugieren que el 45 % de ambiente lumínico es el hábitat lumínico óptimo de esta especie en el estado de desarrollo estudiado. Nuestros resultados tienen importantes implicaciones para escoger el mejor hábitat natural para un exitoso establecimiento de C. salvadorensis. Por esto, proponemos consideraciones prácticas para programas de reforestación y reintroducción donde esta especie estaría involucrada.

Water use in four model tropical plant associations established in the lowlands of Costa Rica

We examined soil water use patterns of four model plant associations established in the North Caribbean lowlands of Costa Rica by comparing the stable hydrogen isotope composition, δD, in xylem sap and in soil water at different depths, under rainy and dry conditions. Four 5-year-old model plant associations composed of 2 tree species (Hyeronima alchorneoides and Cedrela odorata) having different architecture and phenology were studied. Average tree height was 8.9 and 7.6 m, respectively. Each tree species was grown in monoculture and in polyculture with 2 perennial monocotyledons (Euterpe oleracea and Heliconia imbricata). Maximum rooting depth at the time of δD determination was ~ 2 m for almost all species. Most roots of all species were concentrated in the upper soil layers. Stomatal conductance to water vapor (gS) was higher in the deciduous C. odorata than in the evergreen H. alchorneoides; within each species, gS did not differ when the trees were grown in mono or in polyculture. During the rainy season, gradients in soil water δD were not observed. Average rainy season xylem sap δD did not differ among members of the plant combinations tested (-30 ‰), and was more similar to δD values of shallow soil water. Under dry conditions, volumetric soil water content declined from 50 to ~ 35%, and modest gradients in soil water δD were observed. xylem sap δD obtained during dry conditions was significantly lower than rainy season values. xylem sap δD of plants growing in the four associations varied between -9 and -22‰, indicating that shallow water was predominantly absorbed during the dry period too. Differences in xylem sap δD of trees and monocots were also detected, but no significant patterns emerged. The results suggest that: a) the plant associations examined extracted water predominantly from shallow soil layers (<1 m), b) the natural isotopic variation in soil and plant water at the study site was low, and c) the plant mixes obtain water from more than a single soil layer simultaneously. Temporal factors were important in determining the competition and complementary relations observed among the trees and the perennial monocots. Under the prevailing environmental conditions, water use in these plant associations was determined largely by species-specific attributes such as biomass allocation to fine roots, phenology, and canopy architecture, and to a lesser extent by water limitations. Rev. Biol. Trop. 56 (4): 1947-1957. Epub 2008 December 12.

Examinamos los patrones de uso de agua del suelo de cuatro asociaciones vegetales establecidas en el Caribe norte de Costa Rica, comparando la composición isotópica del hidrógeno, δD, en la savia del xilema y en el agua del suelo en condiciones lluviosas y secas. Estudiamos cuatro asociaciones de cinco años de edad compuestas por dos árboles (Hyeronima alchorneoides y Cedrela odorata) con diferente arquitectura y fenología, cultivados en mono y policultivo con dos monocotiledóneas perennes (Euterpe oleracea y Heliconia imbricata). Las excavaciones mostraron que la profundidad máxima de las raíces fue de 2 m para casi todas las especies, y que la mayor densidad de raíces se encontraba en la superficie del suelo. La conductividad estomática (gS) fue mayor en el árbol caducifolio (C. odorata) que en el perennifolio (H. alchorneoides); dentro de cada especie, gS no difirió cuando los árboles fueron cultivados en mono o en policultivo. Los resultados sugieren que: a) las asociaciones examinadas extrajeron agua predominantemente de las capas superficiales del suelo (<1 m), b) la variación natural en el acceso al agua del suelo por parte de las especies, y en las propiedades del suelo, fue baja, y c) las combinaciones de plantas obtuvieron agua de varias capas del perfil del suelo simultáneamente. Los factores relacionados con el tiempo fueron importantes en la determinación de las relaciones de competencia y complementariedad observadas entre los árboles y las monocotiledóneas perennes. En las condiciones ambientales prevalecientes, el uso del agua por parte de estas asociaciones de plantas fue determinado más por atributos, como la asignación de biomasa a las raíces finas, la fenología, y las propiedades del dosel, que por limitaciones en la disponibilidad de agua.