Parches de vegetación arvense en una toposecuencia de altos y bajos en cultivos de manzanos : Mendoza (Argentina)

En un cultivo de manzanos en la provincia de Mendoza, Argentina, se observó la presencia de las comunidades dominadas por Cynodon dactylon y Galinsoga parviflora localizadas entre y bajo las copas de los árboles frutales, en coincidencia con una toposecuencia de relieves de altos y bajos, respectivamente. Ante el hecho de estar frente a un interesante ejemplo agronómico de establecimiento de comunidades arvenses se las analizó fisonómica, florística y sociológicamente, relacionándolas con las condiciones ecológicas, físico-químicas de los suelos y bioclimáticas de los sitios que las contienen. Mientras la comunidad de Cynodon dactylon presente en los altos o entre plantas resultó más luminosa, cálida, seca y menos fértil, la de Galinsoga parviflora en los bajos fue más sombría, fría, húmeda y más fértil. En esta última, la alta concentración de materia orgánica, nutrientes minerales y humedad de los suelos parece estar relacionada con la presencia de plantas anuales bajo las copas. Los resultados obtenidos muestran la importancia de las toposecuencias de relieves de altos y bajos en la distribución, estructura y composición florística de las comunidades vegetales arvenses, las cuales pueden resultar potenciadas con las coberturas de las copas de los árboles frutales.

Regulación de la hidratación y la turgencia foliares por mecanismos evitadores del estrés, y resistencia a déficit hídrico en vid

El transporte del agua en las plantas es impulsado por diferencias de energía libre entre el suelo y la atmósfera, y está regulado por mecanismos biológicos evitadores, como el cierre estomático. La hidratación y la turgencia foliares resultan del equilibrio entre ΨL del apoplasto, el potencial osmótico del simplasto y la elasticidad de los tejidos. Sobre esta base se conjeturó que las interacciones de los mecanismos evitadores del estrés hídrico de la planta tienen un rol clave en la definición de su resistencia a déficit hídrico. Para probar esta hipótesis se construyó un modelo mecanístico basado en las leyes del flujo de savia de Van de Honert, de difusión de Fick, de elasticidad de Hooke, la ecuación de Gardner para el flujo del agua en la rizósfera y el modelo de conductancia estomática (gs) de Buckley. Mediante el modelo se demostró teóricamente que la hidratación y la turgencia foliares dependen de la oferta de agua edáfica (representada por el potencial hídrico del suelo) y de la demanda evaporativa de la atmósfera (representada por la radiación absorbida, la temperatura del aire, la velocidad del viento y el déficit de presión de vapor de la atmósfera). También que los mecanismos evitadores del estrés hídrico -i.e., conductancia hidráulica de la planta, conductancia estomática, elasticidad del tejido y potencial osmótico a turgencia máxima- son todos necesarios para determinar la hidratación y la turgencia foliares. El modelo también demostró que la conductancia hidráulica suelo-hoja (kL) depende de la fracción de agua edáfica transpirable (FTSW) con un patrón de decaimiento sigmoide, a medida que el suelo se seca. Esto implica que las variables que dependen en parte de kL (i.e., gs, transpiración, fotosíntesis y superficie foliar) también dependen de FTSW con el mismo patrón. El modelo se probó experimentalmente a distintos niveles de humedad edáfica (desde déficit hídrico nulo, hasta severo) en cinco variedades de vid y mostró un poder predictivo superior al 90%. En todas las variedades las gs se asociaron linealmente con las kL observadas, al considerar todas las situaciones de déficit hídrico en conjunto, si bien la pendiente de estas relaciones fueron distintas en cada variedad. La contrastación experimental mostró que, en una escala de tiempo de varios meses, las variedades más evitadoras -i.e., Grenache y Cereza- mantuvieron mayor kL, ajuste osmótico y rigidez de los tejidos y una menor pendiente de la relación de gs vs. kL, que las variedades menos evitadoras -i.e., Malbec y Syrah-. La menor pendiente de la relación entre gs y kL, en las variedades más evitadoras, estuvo asociada a una mayor cantidad de estomas, en relación con la cantidad de células epidérmicas. Los variedades más evitadoras bajo déficit hídrico moderado -i.e., con una fracción de agua edáfica transpirable entre 0,6 y 0,4- tuvieron mayor superficie foliar y produjeron más biomasa, favoreciendo raíces profundas y densas, y ahorrando agua. Chardonnay mantuvo una alta hidratación y turgencia a expensas de un alto gasto de agua debido a que privilegiaba una alta kL por sobre el ajuste estomático, por lo que no podría considerarse en forma estricta como muy evitadora.

Efecto del régimen de riego en el rendimiento de alfalfa para corte en el Valle Central de Catamarca, Argentina

En la provincia de Catamarca existe una gran superficie cultivada con alfalfa bajo riego. La falta de conocimiento de los requerimientos hídricos del cultivo en esta zona es un grave inconveniente. Con el objeto de subsanar este problema, se realizó en el Valle Central un ensayo de riego con un diseño en bloques completamente al azar, con cuatro tratamientos y cuatro repeticiones. Los tratamientos consistieron en la reposición de humedad al suelo a distintos umbrales: 75, 50, 25 y 0% de la capacidad de almacenamiento total de agua del suelo. Se evaluó la producción de materia seca en cada tratamiento durante siete cortes. Los resultados mostraron que al regar con un umbral del 75 o del 50% se obtienen rendimientos promedio similares de materia seca: 25.674,4 kg.ha-1.año-1 y 24.215,4 kg.ha-1.año-1 respectivamente. El trabajo muestra que hay diferencias significativas (p < 0,0001) entre las medias de estos tratamientos con respecto a los otros dos, que tienen rendimientos inferiores: 16.366,7 kg.ha-1.año-1 para el umbral de riego del 25% y de 9.970,9 kg.ha-1.año-1 para un umbral del 0%. Se concluyó que la producción del cultivo disminuye considerablemente con intervalos de riego muy prolongados.

Characteristics and radiocarbon ages of four retrogressive thaw slumps on Herschel Island and King Point

Four retrogressive thaw slumps (RTS) located on Herschel Island and the Yukon coast (King Point) in the western Canadian Arctic were investigated to compare the environmental, sedimentological and geochemical setting and characteristics of zones in active and stabilised slumps and at undisturbed sites. In general, the slope, sedimentology and biogeochemistry of stabilised and undisturbed zones differ, independent of their age or location. Organic carbon contents were lower in slumps than in the surrounding tundra, and the density and compaction of slump sediments were much greater. Radiocarbon dating showed that RTS were likely to have been active around 300 a BP and are undergoing a similar period of increased activity now. This cycle is thought to be controlled more by local geometry, cryostratigraphy and the rate of coastal erosion than by variation in summer temperatures.

Fluxes and meteorological observations on Spitsbergen

Arctic permafrost may be adversely affected by climate change in a number of ways, so that establishing a world-wide monitoring program seems imperative. This thesis evaluates possibilities for permafrost monitoring at the example of a permafrost site on Svalbard, Norway. An energy balance model for permafrost temperatures is developed that evaluates the different components of the surface energy budget in analogy to climate models. The surface energy budget, consisting of radiation components, sensible and latent heat fluxes as well as the ground heat flux, is measured over the course of one year, which has not been accomplished for arctic land areas so far. A considerable small-scale heterogeneity of the summer surface temperature is observed in long-term measurements with a thermal imaging system, which can be reproduced in the energy balance model. The model can also simulate the impact of different snow depths on the soil temperature, that has been documented in field measurements. Furthermore, time series of terrestrial surface temperature measurements are compared to satellite-borne measurements, for which a significant cold-bias is observed during winter. Finally, different possibilities for a world-wide monitoring scheme are assessed. Energy budget models can incorporate different satellite data sets as training data sets for parameter estimation, so that they may constitute an alternative to purely satellite-based schemes.

Environmental characteristics, and growth traits and leaf chemistry of tundra plants in a warming experiment at Alexandra Fiord

Understanding plant trait responses to elevated temperatures in the Arctic is critical in light of recent and continuing climate change, especially because these traits act as key mechanisms in climate-vegetation feedbacks. Since 1992, we have artificially warmed three plant communities at Alexandra Fiord, Nunavut, Canada (79°N). In each of the communities, we used open-top chambers (OTCs) to passively warm vegetation by 1-2 °C. In the summer of 2008, we investigated the intraspecific trait responses of five key species to 16 years of continuous warming. We examined eight traits that quantify different aspects of plant performance: leaf size, specific leaf area (SLA), leaf dry matter content (LDMC), plant height, leaf carbon concentration, leaf nitrogen concentration, leaf carbon isotope discrimination (LCID), and leaf d15N. Long-term artificial warming affected five traits, including at least one trait in every species studied. The evergreen shrub Cassiope tetragona responded most frequently (increased leaf size and plant height/decreased SLA, leaf carbon concentration, and LCID), followed by the deciduous shrub Salix arctica (increased leaf size and plant height/decreased SLA) and the evergreen shrub Dryas integrifolia (increased leaf size and plant height/decreased LCID), the forb Oxyria digyna (increased leaf size and plant height), and the sedge Eriophorum angustifolium spp. triste (decreased leaf carbon concentration). Warming did not affect d15N, leaf nitrogen concentration, or LDMC. Overall, growth traits were more sensitive to warming than leaf chemistry traits. Notably, we found that responses to warming were sustained, even after many years of treatment. Our work suggests that tundra plants in the High Arctic will show a multifaceted response to warming, often including taller shoots with larger leaves.

Topsoil properties and abundance of Acari and Collembola species in northern Victoria Land, Antarctica

Soil fauna in the extreme conditions of Antarctica consists of a few microinvertebrate species patchily distributed at different spatial scales. Populations of the prostigmatic mite Stereotydeus belli and the collembolan Gressittacantha terranova from northern Victoria Land (Antarctica) were used as models to study the effect of soil properties on microarthropod distributions. In agreement with the general assumption that the development and distribution of life in these ecosystems is mainly controlled by abiotic factors, we found that the probability of occurrence of S. belli depends on soil moisture and texture and on the sampling period (which affects the general availability of water); surprisingly, none of the analysed variables were significantly related to the G. terranova distribution. Based on our results and literature data, we propose a theoretical model that introduces biotic interactions among the major factors driving the local distribution of collembolans in Antarctic terrestrial ecosystems.

Magnetic and mineralogical analyses of Ganzi and Luochuan sections

We present a first combined environmental magnetic and geochemical investigation of a loess-paleosol sequence (<55 ka) from the Chuanxi Plateau on the eastern margin of the Tibetan Plateau. Detailed comparison between the Ganzi section and the Luochuan section from the Chinese Loess Plateau (CLP) allows quantification of the effects of provenance and climate on pedogenic magnetic enhancement in Chinese loess. Rare earth element patterns and clay mineral compositions indicate that the Ganzi loess originates from the interior of the Tibetan Plateau. The different Ganzi and CLP loess provenances add complexity to interpretation of magnetic parameters in terms of the concentration and grain size of eolian magnetic minerals. Enhanced paleosol magnetism via pedogenic formation of ferrimagnetic nanoparticles is observed in both sections, but weaker ferrimagnetic contributions, finer superparamagnetic (SP) particles and stronger chemical weathering are found in the Ganzi loess, which indicates the action of multiple pedogenic processes that are dominated by the combined effects of mean annual precipitation (MAP), potential evapotranspiration (PET), organic matter and aluminium content. Under relatively high MAP and low PET conditions, high soil moisture favours transformation of ferrimagnetic minerals to hematite, which results in a relatively higher concentration of hematite but weaker ferrimagnetism of Ganzi loess. Initial growth of superparamagnetic (SP) particles is also documented in the incipient loess at Ganzi, which directly reflects the dynamic formation of nano-sized pedogenic ferrimagnets. A humid pedogenic environment with more organic matter and higher Al content also helps to form finer SP particles. We therefore propose that soil water balance, rather than solely rainfall, dominates the type, concentration and grain size of secondary ferrimagnetic minerals produced by pedogenesis.