Adaptability to climate change in forestry species: Drought effects on growth and wood anatomy of ponderosa pines growing at different competition levels

Abstract

More stressful conditions are expected due to climatic change in several regions, including Patagonia, South-America. In this region, there are no studies about the impact of severe drought events on growth and wood characteristics of the most planted forestry species, Pinus ponderosa (Doug. ex-Laws). The objective of this study was to quantify the effect of a severe drought event on annual stem growth and functional wood anatomy of pines growing at different plantation densities aiming to understand how management practices can help to increase their adaptability to climate change. Growth magnitude and period, specific hydraulic conductivity, and anatomical traits (early- and latewood proportion, lumen diameter, cell-wall thickness, tracheid length and bordered pit dimensions) were measured in the ring 2008-2009, which was formed during drought conditions. This drought event decreased annual stem growth by 30-38% and 58-65% respect to previous mean growth, in open vs. closed stand trees, respectively, indicating a higher sensitivity of the latter, which is opposite to reports from the same species growing in managed native forests in USA. Some wood anatomical variables did differ in more water stressed trees (lower cell wall thickness of early wood cells and higher proportion of small-lumen cells in latewood), which in turn did not affect wood function (hydraulic conductivity and resistance to implosion). Other anatomical variables (tracheid length, pit dimensions, early- and latewood proportion, lumen diameter of early wood cells) did not differ between tree sizes and plantation density. The results suggest that severe drought affects differentially the amount but not the function and quality of formed wood in ponderosa pine growing at different competition levels.

del mundo, incluyendo la Patagonia, Sudamérica. En esta región no existen antecedentes acerca del impacto de eventos de sequía severa sobre el crecimiento y la anatomía funcional de la madera de Pinus ponderosa (Doug. ex-Laws), la especie forestal más plantada. El objetivo de este estudio fue cuantificar el efecto de un evento de este tipo sobre el crecimiento anual en diámetro y la anatomía de la madera de pinos creciendo a densidades de plantación bien diferenciadas, con la intención de entender cómo las prácticas de manejo pueden ayudar a incrementar la adaptabilidad al cambio climático. Se midieron las siguientes variables en el anillo de crecimiento 2008-2009: magnitud y período de crecimiento, conductividad hidráulica específica, proporción de madera temprana y tardía, y morfometría de los elementos de conducción: diámetro de lúmen, grosor de pared y longitud de traqueidas, y dimensiones de las punteaduras entre traqueidas. Este evento de sequía redujo la magnitud del crecimiento en un 30-38% y un 58-65% con respecto a los años previos en árboles creciendo en baja y alta competencia intraespecífica, respectivamente. Esto indica una mayor sensibilidad de los segundos, mientras se había encontrado una tendencia opuesta en bosques nativos de esta especie gestionados en EEUU. Se observaron diferencias en algunas variables anatómicas de los árboles más estresados (menor grsor de pared en tracejidas del leño temprano y células con lúmenes más pequeños en el leño tardío), que sin embargo no tuvieron un efecto en la función de la madera (conductividad hidráulica y resistencia a la implosión). Otras variables anatómicas no difirieron entre ambas densidades de plantación ni tamaño de árboles analizados (largo de traqueidas, dimensiones de punteaduras, proporción de madera temprana y tardía, diámetro de lúmenes de madera temprana). Los resultados sugieren que los eventos de sequía extrema afectan diferencialmente la cantidad pero no la función y calidad de la madera formada en pino ponderosa creciendo bajo distintos niveles de competencia.