Área de estudio

La investigación se realizó en la localidad La Hunde (39° 7’ LN y 1° 13’ LO; Ayora, Valencia, España) en clima mesomediterráneo seco, a una altitud de 600 m y en relieve relativamente llano. La precipitación media anual es de 480 mm, temperatura media anual de 14 °C, evapotranspiración de referencia (E_to) de 749 mm y evapotranspiración real (E_ta) de 453 mm (^{Pérez-Cueva, 1994}). Los suelos derivan de un sustrato margo-calizo, son poco profundos, ricos en carbonatos y con pH ligeramente básico. La vegetación dominante corresponde a repoblaciones antiguas de pino carrasco (P. halepensis) plantadas hace 50 a 60 años. En el área de estudio, el Servicio Forestal del Gobierno Regional (Generalitat Valenciana) realizó labores de aclareo del pinar con varias intensidades entre los años 2003 y 2005, lo que permitió el establecimiento de otras especies herbáceas y arbustivas en las áreas donde el aclareo fue más intenso.

Diseño experimental en campo

Se definieron tres tratamientos experimentales en función de la densidad de masa forestal: alta (DA, 800 a 1 100 árboles·ha^-1), media (DM, 300 a 600 árboles·ha^-1) y baja densidad (DB, 100 a 250 árboles·ha^-1). En cada tratamiento se establecieron tres parcelas experimentales de 900 m² (30 x 30 m) localizadas en tres sitios: El Aljibe (39° 09’ LN; 1° 18’ LO), El Lobo (39° 12’ LN; 1° 23’ LO) y El Mojón (39° 12’ LN; 1° 22’ LO). En cada parcela se plantaron 15 individuos de un año correspondientes a seis especies nativas rebrotadoras: Arbutus unedo L., Rhamnus alaternus L., Quercus ilex L. subsp. ballota (Desf.) Samp, Quercus faginea Lam. subsp. faginea, Fraxinus ornus L. y Acer granatense Boiss. Estas especies presentan características morfofuncionales contrastadas y diferente grado de tolerancia a la sombra y a la sequía (Cuadro 1). La plantación se hizo en febrero del 2011 en hoyos de 40 x 40 x 40 cm, hechos con retroexcavadora. La capacidad de campo se determinó (FC) mediante el método descrito por ^{Walker (1989)}. En cada parcela experimental, el contenido de agua en el suelo (SWC) se monitoreó durante el periodo marzo del 2011 a octubre del 2013, utilizando una sonda TDR 100 (Campbell Scientific, Inc., Logan, Utah, USA) a una profundidad de 0 a 20 cm en siete hoyos de plantación elegidos al azar. Simultáneamente, el SWC se monitoreó en tres hoyos de plantación, elegidos al azar, a una profundidad de 30 a 40 cm con una sonda HS10 (ProCheck Decagon Devices Inc., Pullman, USA). La disponibilidad hídrica se determinó mediante el cociente SWC/FC. Una descripción más detallada de las parcelas, así como de las condiciones edafoclimáticas de los tratamientos (precipitación, dinámica temporal del contenido de agua en el suelo, temperatura ambiental, evapotranspiración y densidad del flujo de fotones fotosintéticos), se puede obtener en ^{Gavinet et al. (2015)} y ^{Granados et al. (2016)}. Un resumen de dichas condiciones se presenta en el Cuadro 2.

Diseño experimental en condiciones de vivero

Para comparar cualitativamente la respuesta de las especies y entender los procesos que operan en el intercambio de gases en condiciones lumínicas e hídricas diferentes, se determinaron las mismas variables fisiológicas de las plantas (A, Gs e IWUE) en condiciones óptimas de humedad del sustrato, simulando niveles similares de radiación solar que en campo. En condiciones controladas se realizó un experimento en el vivero de la Unidad Experimental Vegetal de la Universidad de Alicante (San Vicente del Raspeig, España). Para simular las condiciones de luz solar en campo, se establecieron tres tratamientos de luz: 1) tratamiento control (TC), plantas en condiciones de máxima disponibilidad de luz (100 % de luz solar); 2) media disponibilidad de luz (MDL), plantas bajo una malla de sombreo de color negro (transmisión: 50 % de la luz solar); y 3) escasa disponibilidad de luz (EDL), plantas bajo una doble malla de sombreo (transmisión: 20 % de luz solar). La transmisión se calculó como el cociente entre los valores de PPFD bajo la malla de sombreo y en un sitio abierto con máxima disponibilidad de luz solar. La PPFD se midió un día desde las 6:00 horas hasta las 16:00 horas (hora solar) en cada tratamiento, con un ceptómetro (Sunfleck ceptometer, Decagon Devices, USA). Se trasplantaron ocho individuos de cada especie por tratamiento a contenedores de 1.5 L de capacidad, utilizando una mezcla de turba rubia y fibra de coco al 50 % (v/v) como sustrato. Cada tratamiento y especie se replicó dos veces. Las plantas se cultivaron en condiciones de humedad óptima durante dos meses para favorecer su aclimatación. La humedad del sustrato en el contenedor se midió mediante la sonda EC-5 Pro-Check (Decagon Devices, Pullman, USA). Las plantas se regaron con 25 L·m^-2 cada cuatro días en el TC y cada seis días dentro del sombreado para mantener humedad completa del sustrato.

Análisis estadístico

El análisis se hizo bajo un diseño factorial con dos factores fijos: el factor tratamiento experimental (tres densidades) y el factor especie (seis especies), con el modelo y _ijk = μ + T _i + E _j + ε _ijk , donde y _ij = variable respuesta, μ = media general, T _i = efecto del tratamiento i, E _j = efecto de la especie y ε _ijk = error. En el experimento en campo, las variables A, Gs, IWUE y Fv/Fm se compararon mediante un ANOVA de dos factores fijos. Un análisis similar se realizó para evaluar la respuesta de las especies en las fechas de muestreo (campaña de medición). En vivero, las variables A, Gs y IWUE se compararon mediante un ANOVA de dos factores: nivel de luz y especie. Cuando el análisis mostró interacción entre los factores, se realizó un ANOVA de un factor con nivel de significación P < 0.05. Las medias se compararon con la prueba de Tukey (DHS de Tukey). Los datos se transformaron en aquellos casos en los que no se cumplieron los supuestos del ANOVA; posteriormente, el cumplimiento de estos se verificó. Los análisis se realizaron mediante el paquete estadístico STATISTICA 12 (^{StatSoft Inc., 2012}).

Intercambio de gases y eficiencia del PSII en condiciones de campo

En la zona de estudio, ^{Granados et al. (2016)} observaron que las condiciones edáficas y climáticas en cada parcela estuvieron determinadas por la densidad de pinos (Cuadro 2), afectando la supervivencia y el crecimiento de las especies. En estos ecosistemas, las temperaturas altas, radiación solar alta y precipitación baja durante el periodo estival generan un marcado déficit hídrico que ha incrementado en las últimas décadas a través de sequías recurrentes (^{Sánchez-Salguero, Navarro-Cerrillo, Camarero, & Fernández-Cancio, 2012}).

El Cuadro 3 presenta los resultados de las variables fisiológicas medidas en las seis especies rebrotadoras y en tres densidades de pinar evaluadas. Las condiciones de mayor disponibilidad de luz (PPFD), junto con una mayor disponibilidad hídrica en los tratamientos DB y DM (^{Granados et al., 2016}), favorecieron valores de fotosíntesis (A; P < 0.01) y conductancia estomática (Gs; P < 0.05) más altos en esas densidades de pinar con respecto a AD. Se ha reportado que en climas secos y semiáridos pueden coexistir especies con diferentes estrategias y grados de vulnerabilidad a la sequía; las especies tolerantes pueden mantener los estomas abiertos en tal condición (^{Forner, Aranda, Granier, & Valladares, 2014}; ^{Vilagrosa, Hernández, Luis, Cochard, & Pausas, 2014}). En este trabajo, R. alaternus mostró valores mayores de A (P < 0.01) y Q. ilex tuvo los valores más altos de Gs (P < 0.01). En general, las hojas formadas en ambientes con intensidad lumínica alta tienen capacidad fotosintética superior a la de las plantas sombreadas (^{Larcher, 1980}); sin embargo, en condiciones de sequía más intensa, puede existir una regulación de la conductancia estomática a la baja, con una reducción consecuente de la tasa fotosintética (^{Rodríguez-Calcerrada et al., 2016}). En este estudio, los resultados indican que la disponibilidad lumínica fue el factor que reguló el intercambio de gases, lo que concuerda con ^{Gómez-Aparicio, Valladares, y Zamora (2006)}, quienes encontraron que la intensidad lumínica limitó el establecimiento de las especies.

En cuanto a la eficiencia en el uso del agua (IWUE), de acuerdo con el Cuadro 3, no se encontraron diferencias significativas entre tratamientos (P = 0.0930), pero se observó cierta tendencia a que los plantones bajo cubierta de DB presentaran mayor IWUE respecto a DM y DA. Con respecto a las especies, F. ornus, A. unedo y A. granatense presentaron mayor IWUE (P < 0.05); la especie con menor valor fue Q. ilex. Las diferencias observadas entre especies pueden relacionarse con algunas estrategias para hacer frente al déficit hídrico mediante mecanismos de ahorro de agua. Por ejemplo, Q. ilex es una especie con capacidad para mantener bajos potenciales hídricos mediante ajuste osmótico (^{Vilagrosa et al., 2003}, ²⁰¹⁴), adoptando una estrategia de tolerancia al estrés hídrico en condiciones de sequía extrema.

Por otra parte, en el Cuadro 3 se observa que la eficiencia máxima del fotosistema II (Fv/Fm) fue 0.79, valor moderadamente inferior al óptimo (0.83) que caracteriza a las plantas no estresadas (^{Björkman & Demmig, 1987}). Estos datos podrían indicar procesos de fotoinhibición de larga duración, debido a condiciones estresantes para los plantones (^{Long, Humphries, & Falkowski, 1994}). La Fv/Fm fue mayor en el tratamiento de DA (P < 0.01), lo cual está relacionado con valores de PPFD inferiores y, por lo tanto, menos estresantes para todas las especies (^{Granados et al., 2016}); entre DM y DB no se observaron diferencias. En las especies, la Fv/Fm fue mayor en A. unedo, seguido de Q. ilex y R. alaternus, reflejando una mejor capacidad para adaptarse y vivir en estos ambientes (P < 0.001); Q. faginea presentó valores intermedios, mientras que F. ornus y A. granatense tuvieron los valores menores, manifestando mayor fotoinhibición y menor adaptación al ambiente lumínico en estas parcelas.

El Cuadro 4 muestra las variables fisiológicas analizadas por periodo de medición. La respuesta de las especies, a lo largo del año, indicó diferencias entre tratamientos solo en junio del 2012, donde los plantones en DB presentaron mayores valores en Gs (P < 0.01) y A (P < 0.001) que los plantones en DM y DA. En este mismo mes, los plantones en las parcelas DB y DM no mostraron diferencias en IWUE y fueron estadísticamente mayores que DA (P < 0.05).

Con respecto a las especies, en el mes de mayo de 2011 se encontraron diferencias solo en IWUE; A. granatense tuvo la eficiencia más alta (P < 0.001). En noviembre del 2011, R. alaternus presentó los valores más altos de A y Gs (P < 0.05), mientras que en junio del 2012, solo Gs fue diferente entre las especies, siendo Q. ilex la que obtuvo el valor más alto (P < 0.01). La medición de julio del 2011 no arrojó diferencias significativas de las variables fisiológicas entre especies (P > 0.05). Estos resultados pueden estar asociados a una mayor disponibilidad hídrica en los meses de mayo y noviembre del 2011 y junio del 2012 (^{Granados et al., 2016}). Estudios previos han reportado que las especies caducifolias son las que tienen mayor eficiencia en el uso de agua debido a que son capaces de aprovechar con intensidad los pocos pulsos predecibles y tienen mayores tasas fotosintéticas (^{Hasselquist, Allen, & Santiago, 2010}), sobre todo en primavera (^{Valladares et al., 2004}).

El Cuadro 5 muestra que la dinámica anual de Fv/Fm tuvo periodos específicos (mayo, agosto y noviembre del 2011) donde los plantones marcaron diferencias entre especies. Las especies perennifolias R. alaternus, A. unedo y Q. ilex mostraron mayor Fv/Fm, lo que indicó menor fotoinhibición y, posiblemente, menos daño en el sistema fotosintético (^{Morales, Abadía, & Abadía, 2006}; ^{Vilagrosa et al., 2010}). Con respecto a las densidades de pinar, solo se observaron diferencias en los meses de mayo y agosto del 2011, siendo la DA la que obtuvo el valor más alto de Fv/Fm.

Intercambio de gases en el experimento en condiciones de vivero

El Cuadro 6 indica que, en condiciones de vivero, los valores más altos de Gs se observaron en condiciones de escasa disponibilidad de luz (EDL), mientras que los menores se registraron en condiciones de alta disponibilidad (TC) (P < 0.05). Por el contrario, la tasa fotosintética A mostró valores significativamente mayores en el TC y MDL (P < 0.001). Los valores más altos de Gs se observaron en EDL (P < 0.05), probablemente porque a plena luz (TC) y, a pesar del riego, el déficit de presión de vapor (VPD) pudo provocar regulación estomática de la pérdida de agua; en contraste, los valores más altos en campo se obtuvieron en condiciones de mayor disponibilidad de luz (DB y DM; P < 0.05; Cuadro 3). En A sí se observó un patrón similar al registrado en campo; los plantones en DB (P < 0.001; Cuadro 3) y TC (P < 0.001) alcanzaron los mayores valores.

Con relación al IWUE, los plantones en TC también mostraron valores más altos, encontrando los más bajos en EDL (P < 0.001); en condiciones de campo, la tendencia fue similar, ya que, aunque las diferencias no fueron significativas entre las densidades de árboles (P > 0.05), el valor de IWUE también fue más bajo cuando hubo menor entrada de luz (densidad alta). Las especies mediterráneas han desarrollado mecanismos para afrontar tanto condiciones de estrés hídrico como de alta iluminación (^{Gómez-Aparicio et al., 2006}; ^{McDowell et al., 2013}). En condiciones de campo, debido a la alta radiación, las plantas probablemente ajustaron su rehidratación mediante el agua disponible durante la noche (^{Valladares & Pearcy, 2002}), para mantener el alto intercambio de gases observado y, por consiguiente, un valor alto de IWUE; en vivero, la humedad del suelo no fue el factor limitante. En este caso, los resultados podrían indicar que los factores que definieron la respuesta en el intercambio de gases en campo fueron la cantidad de luz, el VPD asociado a la temperatura y la disponibilidad hídrica (contenido de agua en el suelo:capacidad de campo).

De acuerdo con el Cuadro 6, las especies caducifolias F. ornus y A. granatense y la especie semicaducifolia Q. faginea mostraron tasas de Gs inferiores a la especie perennifolia R. alaternus; A. unedo y Q. ilex mostraron valores intermedios (P < 0.01). Respecto a la fotosíntesis, las tasas más altas se encontraron en Q. ilex, R. alaternus y A. granatense (P < 0.001). Se ha reportado que los individuos adultos de las especies caducifolias, en condiciones naturales, presentan mayores tasas de intercambio de gases (^{Mediavilla & Escudero, 2003}) y son capaces de aprovechar con intensidad los pocos pulsos predecibles de agua, manifestando mayores tasas fotosintéticas (^{Hasselquist et al., 2010}).

La Figura 1 ilustra el análisis de la respuesta de las especies por tratamiento de disponibilidad de luz en vivero. El análisis solo reveló diferencias en Gs en dos especies; A. unedo presentó mayor Gs en EDL, mientras que F. ornus mostró mayores valores de Gs en MDL (P < 0.05). La mayoría de las especies (R. alaternus, Q. ilex, F. ornus y A. granatense) registraron menores valores de A en el tratamiento con menor disponibilidad de luz (EDL; P < 0.05), no observándose diferencias entre MDL y TC. En contraste, los mayores valores en IWUE se reportaron en la mayoría de las especies del tratamiento de máxima disponibilidad de luz (TC) y los menores valores en EDL (P < 0.05). Estos resultados podrían indicar que intensidades lumínicas muy bajas podrían ser perjudiciales para cualquier especie, debido a que la fijación de carbono estaría comprometida.

Figura 1 ANOVA de un factor para las variables de intercambio de gases en condiciones de invernadero. Conductancia de estomas (Gs), fotosíntesis (A) y eficiencia en el uso del agua (IWUE) de seis especies rebrotadoras (Au = Arbutus unedo, Ra = Rhamnus alaternus, Qi = Quercus ilex, Qf = Quercus faginea, Fo= Fraxinus ornus, Ag = Acer granatense) bajo diferentes tratamientos de disponibilidad de luz: control (TC = 100 %), media disponibilidad de luz (MDL = 50 %) y escasa disponibilidad de luz (EDL = 20 %). Letras distintas indican diferencias estadísticas entre tratamientos (DHS de Tukey, P < 0.05; n = 6). Las barras indican el error estándar de la media.