Υδραυλική αρχιτεκτονική στα Μεσογειακά οικοσυστήματα: μελέτη μεταξύ διαφορετικών λειτουργικών ομάδων και κατά μήκος μιας κλιματικής διαβάθμισης

Abstract

The aim of this study was to investigate a) the relationships between functional groups and climatic conditions of the Mediterranean ecosystems with the hydraulic architecture of plants and b) the possible existence of a common pattern between efficiency and safety of plants hydraulic system, among different species and functional groups. To that purpose, static (xylem anatomical characteristics and vulnerability curves) and dynamic (Κplant, plant hydraulic conductance, E, maximum daily transpiration, Ψleaf, minimum daily leaf water potential, PLC, percentage loss of conductivity due to embolism and HV, Huber value) parameters of hydraulic architecture were studied seasonally, across a climatic gradient for nine species, belonging to four functional groups, in the region of Epirus, Greece.Static parameters showed a considerable diversity between species and no distinct pattern between functional groups and climatic regions. On the other hand, dynamic parameters followed a common seasonal pattern for all species, with, Κplant, E and Ψleaf showing low values during the unfavorable seasons of the Mediterranean environment (summer and winter) and high values during the favorable seasons of autumn and spring. The inverse pattern was found for PLC and HV. Furthermore, Κplant, E and Ψleaf tend to show extreme values when extreme meteorological conditions prevail.In an attempt to find out how meteorological conditions may affect plants conductivity, two equations for Κplant simulation became available. According to them, during summer, Κplant is negatively affected by mean daily temperature and duration of drought period before measurement and during winter, is positively affected by temperature before and during the day of measurement.Finally, correlations between static parameters did not show any pattern between safety and efficiency. However, correlations between dynamic parameters showed that a strong exponential relationship between Κplant and Ψleaf was evident for all studied species. Furthermore, each species is represented by a different part and/or range of the Κplant - Ψleaf relationship, indicative of its adaptive mechanisms and capacity for survival under water stress conditions.

Στόχος της παρούσας διατριβής ήταν η διερεύνηση της σχέσης των λειτουργικών ομάδων και των κλιματικών συνθηκών που επικρατούν στο Μεσογειακό περιβάλλον με την υδραυλική αρχιτεκτονική των φυτών, καθώς επίσης και του τρόπου με τον οποίο οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των παραμέτρων της υδραυλικής αρχιτεκτονικής μπορούν να συμβάλουν στην ισορροπία μεταξύ ασφάλειας και αποτελεσματικότητας του υδραυλικού συστήματος των φυτών. Για το λόγο αυτό μελετήθηκαν στην περιοχή της Ηπείρου, τόσο εποχιακά, όσο και σε διαφορετικές ως προς το κλίμα περιοχές, στατικές και δυναμικές παράμετροι της υδραυλικής αρχιτεκτονικής, ενώ παράλληλα διερευνήθηκαν όλες οι πιθανές συσχετίσεις μεταξύ των παραμέτρων αυτών. Οι στατικές παράμετροι που μελετήθηκαν ήταν τα ανατομικά χαρακτηριστικά του ξυλώματος και οι καμπύλες ευπάθειας και οι δυναμικές η αγωγιμότητα του φυτού (Κplant), η μέγιστη ημερήσια διαπνοή (E), το ελάχιστο ημερήσιο υδατικό δυναμικό φύλλου (Ψleaf), το ποσοστό μείωσης της αγωγιμότητας λόγω εμβολών του ξυλώματος (PLC) και ο δείκτης Huber (HV). Η μελέτη έγινε σε 9 είδη, που ανήκουν σε 4 διαφορετικές λειτουργικές ομάδες φυτών.Οι στατικές παράμετροι εμφάνισαν ποικιλομορφία μεταξύ των ειδών, αλλά καμία σαφή ομαδοποίηση ως προς τις λειτουργικές ομάδες και τις κλιματικές περιοχές που μελετήθηκαν. Οι δυναμικές παράμετροι ακολούθησαν ένα συγκεκριμένο εποχιακό πρότυπο μεταβολής σε όλα τα είδη, σύμφωνα με το οποίο, κατά τις δυσμενείς εποχές του καλοκαιριού και του χειμώνα, τα Κplant, E και Ψleaf παρουσίασαν πτώση των τιμών τους, ενώ κατά τις ευνοϊκές εποχές του φθινοπώρου και της άνοιξης, άνοδο των τιμών τους. Αντίστροφες τάσεις μεταβολής παρατηρήθηκαν στις τιμές των PLC και HV. Διαπιστώθηκε επίσης, ότι όσο πιο ακραίες τιμές έπαιρναν οι μετεωρολογικές παράμετροι τόσο πιο ακραίες ήταν οι τιμές των Κplant, E και Ψleaf. Κατά τη διερεύνηση του τρόπου και του βαθμού με τον οποίο οι μετεωρολογικές παράμετροι διαμορφώνουν των αγωγιμότητα του φυτού, προέκυψαν δυο εξισώσεις πρόγνωσης του Κplant από μετεωρολογικές παραμέτρους. Σύμφωνα με αυτές, το Κplant κατά την καλοκαιρινή περίοδο επηρεάζεται αρνητικά από το άθροισμα των μέσων ημερήσιων θερμοκρασιών και την περίοδο ανομβρίας που προηγείται μιας μέτρησης, ενώ κατά την χειμερινή περίοδο επηρεάζεται θετικά από παραμέτρους που σχετίζονται με την θερμοκρασία πριν και κατά την ημέρα της μέτρησης.Όσον αφορά την διερεύνηση κάποιου κοινού μηχανισμού για την επίτευξη της ισορροπίας μεταξύ ασφάλειας και αποτελεσματικότητας του υδραυλικού συστήματος των φυτών, οι συσχετίσεις μεταξύ των στατικών παραμέτρων δεν οδήγησαν σε κάποιο συμπέρασμα, σε αντίθεση με τις δυναμικές παραμέτρους από όπου προέκυψε μια ισχυρή εκθετική σχέση μεταξύ των Κplant και Ψleaf. Παρά το γεγονός ότι η σχέση αυτή προέκυψε από το σύνολο των ειδών, των εποχών (πλην του χειμώνα) και των κλιματικών περιοχών που μελετήθηκαν, κάθε είδος εμφάνισε την δικιά του θέση πάνω στην καμπύλη Κplant - Ψleaf. Από την θέση αυτή προέκυψαν χρήσιμα συμπεράσματα για τα όρια που εισάγονται στη σχέση μεταξύ ασφάλειας και αποτελεσματικότητας και για τη στρατηγική που ακολουθείται από ένα είδος ή μια λειτουργική ομάδα για να αντιμετωπίσει την υδατική καταπόνηση.