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Establecimiento de herbáceas de pastizal

mediterráneo: papel del tamaño de semilla bajo

diferentes condiciones de humedad otoñal

Autor: Gabriel Arellano1 - Tutor: Begoña Peco

Departamento de Ecología. Facultad de Biología. Universidad Autónoma de Madrid, Cantoblanco, 28049 Madrid, España.

Resumen Los pastizales mediterráneos presentan una alta biodiversidad y una alta fluctuación

interanual en la composición de especies. La precipitación otoñal, irregular y muy diferente entre año y año, es uno de los factores que determinan esta fluctuación. El presente trabajo estudia el tamaño de semilla como uno de los caracteres funcionales a través de los cuales las especies hacen frente a estas variaciones en la precipitación otoñal. Para ello se llevó a cabo un experimento con seis especies de leguminosas de pastizal, sometiéndolas a seis niveles de riego diferentes (imitando otoños más o menos húmedos o secos) y haciendo un seguimiento a lo largo de 40 días de la supervivencia y de variables morfológicas indicadoras de crecimiento aéreo y radicular. Se ha demostrado que una semilla grande resulta una ventaja a la hora de sobrevivir pero solo en condiciones de relativa humedad. En condiciones de fuerte sequía desaparece la desventaja de las plantas de semilla pequeña. La razón de esta disminución de la supervivencia en condiciones de sequía de las plantas de semilla grande parece ser un tamaño excesivo, que conlleva una mayor evapotranspiración insostenible en estas condiciones de sequía. Las plantas de semilla pequeña, en cambio, son más pequeñas y no incurren en este gasto en evapotranspiración que aumenta significativamente la mortalidad.

Palabras clave: terófitos mediterráneos, peso de semilla, sequía otoñal, leguminosas de

pastizal, supervivencia de plántulas.

Introducción

Antecedentes y justificación La composición florística de los pastizales mediterráneos sufre grandes fluctuaciones

interanuales. Hay diversos factores que determinan la composición y distribución de estos pastizales, así como el mantenimiento, típicamente, de una alta biodiversidad. Algunos de estos factores son la topografía y el efecto de los árboles (Peco et al. 1983), el efecto del ganado en la defoliación (Noy-Meyr et al. 1989), el efecto del ganado como consumidor y/o dispersor de semillas (Malo & Suárez 1995, Ortega et al. 1997) o el laboreo tradicional para evitar la invasión por parte de vegetación leñosa y mantener los pastos (Pineda et al. 1981, Peco et al. 1983). En los ambientes mediterráneos la precipitación otoñal es fluctuante e impredecible (Noy-Meyr 1973). Este es uno de los factores claves de la fluctuación florística anual en estos ecosistemas, y muchos estudios relacionan las fluctuaciones florísticas con

1 E-mail: [email protected]

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fluctuaciones en la precipitación anual total y su distribución a lo largo del año (Drury & Nisbet 1973; Austin et al. 1981; Peco et al. 1983, 1988; Pineda et al. 1987; Peco 1989; Figueroa & Davy 1991; Hobbs & Mooney 1991, Peco et al. 2009). Las condiciones durante la etapa de germinación de los individuos resultan especialmente críticas (Pitt & Heady 1978; Marañón y Bartolome 1989) y la composición florística definitiva de los pastizales anuales está determinada antes del tercer mes tras el comienzo de la germinación (Heady 1958). Las especies anuales del pastizal mediterráneo mueren en primavera o verano; la germinación y establecimiento de plántulas se da durante el otoño, cuando regresan las lluvias tras varios meses de relativa sequía característica del clima mediterráneo. Por tanto, el estudio del efecto de la precipitación otoñal sobre la germinación de semillas y el establecimiento de plántulas constituye una de las claves a la hora de entender la composición florística y su fluctuación interanual (Heady 1958, Murphy 1970, Austin et al. 1981, van der Maarel 1981).

El tamaño de la semilla es uno de los caracteres funcionales que se ha propuesto como determinante de la respuesta diferencial de las especies frente a la humedad fluctuante durante su establecimiento. En climas semiáridos la mortalidad de plántulas es muy alta, debido principalmente al estrés hídrico y/o a la competencia por agua con otros individuos (Solbrig et al. 1977, Chabol & Bunce 1979, Fowler 1986, Wulff 1986, Reichenberg & Pike 1990). Algunos estudios comparativos sugieren que las plantas en ambientes xéricos tienen semillas más grandes, y que por tanto una semilla grande puede suponer una ventaja a la hora de germinar y/o establecerse en condiciones de sequía (Baker 1972, Sorenson & Miles 1978, Stronberg & Patten 1990, Leishman & Westoby 1994).

Sin embargo esto no es generalizable a todos los ambientes o formas de vida de las especies. Baker (1972) encontró una correlación negativa significativa entre el tamaño de la semilla de 2500 taxones en California y la humedad del suelo de su hábitat típico. Sin embargo la correlación era solo marginalmente significativa para árboles y en arbustos no había significación. Algunos críticos objetan que esta correlación está determinada por la tendencia hacia semillas muy pequeñas en ambientes susceptibles de inundación, más que debido a una ventaja de semillas grandes en ambientes secos (Westoby et al. 1992). Varios estudios enfocados a la varianza intraespecífica del tamaño de semilla han encontrado una relación significativa entre los tamaños grandes de semilla y la sequía del ambiente (Schimpf 1977, Sorenson & Miles 1978, Stromberg & Patten 1990), mientras que otros llegan a conclusiones opuestas: Hendrix & Trapp (1989, 1992) demostraron para Pastinaca sativa

que las plantas proveniente de semillas pequeñas resisten mejor la sequía, aunque las semillas grandes tienen mayores porcentajes de germinación. Algunos autores han encontrado asociación positiva entre el tiempo de supervivencia de la plántula bajo condiciones de sequía y el tamaño de la semilla (Leishman & Westoby 1994). Otros estudios relacionando el tamaño de semilla con la humedad disponible de sus ambientes no han encontrado relaciones significativas (Mazer 1989 con 648 especies, Telenius & Torstensson 1991 con 48 especies del género Spergularia). Para especies de pastizales mediterráneos todavía no se ha comprobado el efecto del tamaño de la semilla sobre la fase de establecimiento bajo diferentes condiciones de humedad, aunque sí se ha comprobado que las plantas de semilla grande son más abundantes en otoños secos (Peco et al. 2009).

Hay varios argumentos de por qué las semillas más grandes podrían resultar ventajosas a la hora de establecer la plántula en condiciones de sequía. Un gran peso de semilla permitiría a la plántula invertir proporcionalmente más recursos a crear un sistema radicular extenso más rápidamente (Salisbury 1942, Stebbins 1971, Baker 1972). Sin embargo Fenner (1983) encontró que las plantas provenientes de semillas grandes tenían raíces relativamente más pequeñas, y otros estudios no han encontrado ninguna relación entre el tamaño de semilla y el tamaño proporcional de raíz (Jurado & Westoby 1992, Wulf 1986).

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El tamaño absoluto de la raíz podría ser también una ventaja a la hora de sobrevivir por más tiempo en condiciones de sequía, y estar relacionado positivamente con el tamaño de semilla (Dolan 1984, Marshall 1986, Wulf 1986, Zhang & Maun 1991, Seiwa & Kikuzawa 1991, Jurado & Westoby 1992, Westoby et al. 1992, Osunkoya et al. 1993, Peco et al.

2009). Sin embargo, el tamaño absoluto de raíz está relacionado también con el tamaño de la parte aérea y por tanto puede no ser siempre una ventaja bajo condiciones de estrés hídrico, debido a la mayor evapotranspiración y posible menor eficiencia hídrica que las plántulas pequeñas (Leishman & Westoby 1994). Por ejemplo Hendrix & Trapp (1992) demostraron que las plántulas de semillas pequeñas de Pastinaca sativa tenían una mayor supervivencia que las de semillas grandes bajo condiciones de sequía.

Por otra parte, una mayor reserva en la semilla podría permitir a la plántula desarrollar estructuras y mecanismos morfológicos y fisiológicos encaminados a enfrentarse a la sequía, generalmente caros energéticamente (Solbrig et al. 1977). Estos mecanismos caros (y que reducen la tasa fotosintética) incluyen células pequeñas, de paredes gruesas y/o mayor concentración osmótica en las células (Pate & McComb 1981, Solbrig et al. 1977, Chabot & Bunce 1979).

Otro de los argumentos, menos fisiológico y más ecológico, es el de que las semillas grandes permitirían emerger desde mayor profundidad en el suelo, donde las condiciones de humedad son más propicias para la germinación y crecimiento (Schimpf 1977, Buckley 1982, Wulf 1986). Sin embargo, las semillas grandes pueden encontrar más dificultades para ser enterradas en el suelo y tienden a ser componentes transitorios del banco de semillas, mientras que las semillas pequeñas son componentes persistentes del banco y tienen más probabilidades de sobrevivir, debido posiblemente al enterrarse más fácilmente (esto ha sido demostrado para los pastizales mediterráneos por Peco et al. 2003).

Objetivos generales y específicos, hipótesis Este trabajo experimental pretende estudiar el efecto del tamaño de la semilla sobre el

establecimiento de plántulas bajo diferentes condiciones de sequía otoñal. La hipótesis de partida es que durante el establecimiento las plántulas de especies con semillas grandes resisten mejor la sequía que las de las especies con semillas pequeñas.

Para ello se explorarán algunas variables morfológicas que pueden estar correlacionadas con la supervivencia (medidas del tamaño absoluto y relativo de la raíz y/o la parte aérea) y se hará un seguimiento de su evolución a lo largo del tiempo (hasta 40 días) y su relación con el tamaño de semilla y diferentes niveles de humedad en suelo.

Algunas de las preguntas a las cuales se quiere dar respuesta son: • ¿La supervivencia es mayor para especies con semillas grandes o no? ¿Hay

interacción con el nivel de humedad? ¿Hay interacción con el tiempo? • ¿Cuáles son las variables morfológicas correlacionadas con la supervivencia? • ¿Cómo influyen el tiempo y el riego en estas variables? ¿Tiene alguna influencia el

tamaño de semilla sobre estas variables? ¿Existe alguna interacción entre el tiempo y/o riego y el tamaño de semilla?

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Metodología

Área de estudio Aunque éste se trata de un trabajo experimental, intenta explicar las dinámicas reales de

los pastizales mediterráneos del norte de Madrid. Las semillas fueron recogidas en la dehesa de Moncalvillo, a unos 20 km del norte de Madrid y a una altitud de ~800 m en la Sierra de Guadarrama (40º 41’ N; 3º36’ O). El clima es continental mediterráneo con una media de 550 mm de precipitación anual y fuertes fluctuaciones interanuales. El área está cubierto por dehesas de Quercus ilex subsp. ballota con un pastizal dominado por anuales. Estos pastizales soportan y han soportado históricamente una carga ganadera significativa, aunque actualmente haya algunas zonas en desuso. El relieve es de suaves pendientes con suelos ácidos poco profundos sobre un substrato de gneis.

Metodología básica y distribución de tratamientos Se estudian plantas con diferentes tamaños de semilla, sometidas a diferentes

condiciones de humedad, y se quiere ver cómo sobreviven y crecen a lo largo del tiempo. Para ello se llevó a cabo el experimento en un fitotrón que imita las condiciones de fotoperiodo y temperatura del otoño mediterráneo de Madrid, mientras que la humedad se controló con diferentes niveles de riego.

Se plantaron diez semillas por alveolo, cada alveolo con semillas de una sola especie. Los alveolos, de ~125 cm3 de volumen (Figura 1), se distribuyeron en bandejas de seis alveolos, cada bandeja con las seis especies (Figura 2). Todos los alveolos de una misma bandeja recibían el mismo riego cada dos días, y hubo seis niveles de riego diferentes. De ese modo se tienen todas las combinaciones posibles de especie x riego. Cada cuatro días se recogía una muestra consistente en una bandeja para cada riego. El experimento se llevó a cabo durante 40 días, por lo que se tomaron diez muestras consistentes cada muestra en seis bandejas: una para cada nivel de riego.

Figura 1. Alveolo. En cada alveolo, de unos 5 x 5 x 5 cm, se sembraron diez plántulas de la misma especie.

Figura 2. Bandeja. Cada bandeja consistió en seis alveolos, cada uno con una especie diferente. Todos los alveolos de una misma bandeja se regaron con el mismo nivel de riego.

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Dado que no se contó con suficientes semillas de todas las especies, no se obtuvieron datos para algunas de las combinaciones de riego, tiempo y especie, tal y como se indica en la tabla del Anexo I.

La toma de datos consistió en contar el número de plantas vivas en cada alveolo y en obtener un promedio para cada alveolo de las medidas de las plántulas supervivientes para cada variable morfológica estudiada (longitud máxima de raíces, peso seco de raíces, longitud de la parte aérea, peso seco de la parte aérea, proporción en peso seco entre raíces y parte aérea y peso seco total).

De este modo, para cada variable respuesta, hay un dato para cada tiempo de cada combinación de especie x riego, pues en cada tiempo se recogieron seis bandejas, cada una con un riego diferente y presentando todas las especies.

Especies escogidas Se contó con un conjunto de semillas en el Laboratorio de Ecología Terrestre (UAM),

recogidas por diferentes personas y diferentes años. Las especies escogidas para realizar el experimento, todas propias de pastizales mediterráneos, fueron seleccionadas en función de los siguientes criterios:

• Que presentaran diferentes tamaños de semilla, ya que es éste el carácter funcional

que se quería investigar. • Recolectadas en la misma temporada. El objetivo fue minimizar el efecto de la

temporada sobre la viabilidad o capacidad de crecimiento de las semillas y plántulas. • Proximidad filogenética. El objetivo fue eliminar en la medida de lo posible los

efectos debidos a la filogenia de las especies. • Disponibilidad de un número suficientemente alto de semillas. Para el conjunto de semillas disponibles, hubo dos grupos que cumplían los criterios

anteriormente expuestos: gramíneas y leguminosas. Se escogieron especies de leguminosas porque presentaban la ventaja adicional de que el peso de su semilla es un reflejo muy ajustado de la cantidad de reservas acumuladas. Las semillas de leguminosas no tienen estructuras accesorias, mientras que las semillas de gramíneas se encuentran pegadas a partes de la flor e inflorescencia, que no se pueden separar con la seguridad de que no vaya a afectar a las características funcionales de la semilla. Por tanto, el peso de estos propágulos de gramíneas no refleja tan ajustadamente la cantidad de reservas disponibles como lo hace el peso de las semillas de leguminosas. De este modo se seleccionaron seis especies de leguminosas que presentaban cierta variabilidad en el tamaño de semilla, y se utilizaron semillas procedentes de la recolección etiquetada como “Nines, 2004”, hecha en junio y julio de 2004. Las condiciones de recolección y almacenamiento fueron las mismas para todas las semillas empleadas; se almacenaron en el Laboratorio de Ecología Terrestre (UAM) en bolsas de papel, en condiciones de oscuridad y a temperatura ambiente (~20ºC).

No se utilizaron semillas excepcionalmente grandes (por ejemplo, Lupinus hispanicus Boiss. & Reut.) ni semillas excepcionalmente pequeñas (Trifolium arvense L., T. campestre Schreb.), éstas últimas porque podrían sufrir mucho durante el proceso de escarificación y que además son de muy difícil manipulación a la hora de sembrar (lo cual podría incrementar la mortalidad de plántulas). Las especies escogidas fueron Trifolium cherleri, T.

striatum, T. angustifolium, Biserrula pelecinus, Anthyllis lotoides y T. glomeratum (Tabla 1).

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Especie Peso Categoría de peso

Trifolium cherleri L. 2,263296 mg Trifolium striatum L. 1,927 mg

Trifolium angustifolium L. 1,906319 mg “Semilla grande”

Biserrula pelecinus L. 1,0706 mg Anthyllis lotoides L. 0,8676 mg

Trifolium glomeratum L. 0,3774 mg “Semilla pequeña”

Tabla 1: Especies escogidas para el experimento con sus correspondientes pesos y su categorización en dos niveles como semilla “grande” o “pequeña”.

Sustrato y riegos escogidos Se empleó arena y abono NPK de liberación lenta, para obtener un sustrato homogéneo y

libre de propágulos en el que sembrar las semillas. La arena utilizada estaba totalmente seca (0% de humedad medido con un sensor ThetaProbe ML2 y lector Theta Meter HH1 de Delta T Inc., en función mineral soil), suelta (no en grumos) y libre de piedras grandes (considerando “piedras grandes” a las de diámetro>1,5 cm, aproximadamente). La dosis de abono NPK utilizado se escogió siguiendo las recomendaciones de Iker Dobarro (2008, comunicación personal), quien ha trabajado ya previamente con siembras similares a las del experimento presente (con el mismo método de siembra, mismo sustrato y mismas especies y/o parecidas). La dosis de abono fue de ~275 mg/alveolo (2,2 g/litro de suelo).

Dado que las especies de pastizal germinan en otoño, y se quería ver el efecto de la sequía otoñal sobre la supervivencia y crecimiento de las plántulas, se intentaron utilizar unos riegos que imitaran de algún modo a las condiciones de humedad del otoño, en principio en tres niveles (otoño seco, otoño medio, otoño húmedo), aunque posteriormente se amplió el abanico a seis niveles de riego diferentes. Dado que el sustrato experimental tiene diferentes condiciones que el suelo natural, se utilizaron datos tomados en campo de humedad de suelo, y no datos de precipitación otoñal (dado que las plantas no responden a la precipitación, sino a la humedad disponible en suelo). Los datos de humedad de los que dispone el Laboratorio de Ecología Terrestre (UAM) fueron tomados a lo largo de varios años en la dehesa de Moncalvillo y en ellos se refleja que, aproximadamente, durante los otoños secos el suelo presenta una humedad media del 10 %, los otoños húmedos un 30%, y los otoños “normales” o medios (durante el periodo estudiado) un 20%, aunque la variabilidad interanual es bastante grande.

Antes de comenzar con el presente experimento se hizo una serie de ensayos previos con alveolos llenos de arena para ver con qué velocidad se secaban en las condiciones de estudio, con qué cantidades de agua habría que regarlos y cuál sería la frecuencia de riego adecuada para obtener esos valores medios de humedad edáfica del 10, 20 y 30 %. Los resultados de estos ensayos previos se resumen en la Figura 3.

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Tiempo vs porcentaje de humedad

0,00%

5,00%

10,00%

15,00%

20,00%

25,00%

30,00%

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

horas transcurridas desde el riego

% de humedad

6 ml

10 ml

14 ml

18 ml

22 ml

26 ml

30 ml

34 ml

38 ml

42 ml

46 ml

50 ml

Figura 3: Resumen de los ensayos previos de riego y secado de alveolos. Se midió el porcentaje de humedad a lo largo del tiempo mientras los alveolos se secaban tras un riego inicial de entre 6 y 50 ml. Para ello se usó un sensor ThetaProbe ML2 con lector Theta Meter HH1 de Delta T Inc.

El sustrato se secaba con bastante rapidez así que se optó por regar una vez cada dos

días, en vez de una vez cada tres, como se había planteado en un principio. En principio se habían planteado solamente tres niveles de riego, así que se escogieron los siguientes riegos: 30 ml/2 días, 25 ml/2 días y 20 ml/2 días. Una vez comenzado el experimento se vio que estos niveles de riego eran excesivos pues el sustrato, al regarlo, llegaba casi siempre a su punto de saturación tras el riego2, así que se mantuvieron y se pusieron en marcha otras siembras sometidas a riegos más bajos: 15 ml/2 días, 10 ml/2 días y 5 ml/2 días. De este modo se utilizaron seis niveles de riego diferentes, abarcando un abanico de humedad edáfica que fue desde arena casi encharcada en el momento del riego hasta arena casi totalmente seca.

Para regar los alveolos se utilizó una jeringa normal de plástico de 50 ml.

Condiciones de temperatura y fotoperiodo Excepto los diferentes riegos, el resto de parámetros ambientales que puede imitar un

fitotrón se mantuvieron constantes a lo largo del experimento y durante las germinaciones de las semillas. El fotoperiodo utilizado fue de 12 horas de luz y 12 horas de oscuridad; 20ºC de temperatura diurna y 15ºC de temperatura nocturna, equivalente a las condiciones promedio de septiembre-octubre en la zona de estudio (Espigares & Peco 1995). Para evitar el efecto de la proximidad a las bombillas, posición dentro del estante o el efecto del estante concreto dentro del fitotrón (ver Figura 4), las bandejas con los alveolos se cambiaron de posición (estante y posición dentro del estante) aleatoriamente cada vez que se regaba o medían las plantas; es decir, cada dos días. Del mismo modo las especies se distribuyeron aleatoriamente dentro de cada bandeja, por si hubiera un efecto de la posición del alveolo dentro de la bandeja o de la vecindad de determinadas especies con otras.

2 Quizá esto fuera debido a que el sustrato empleado sufrió cierta compactación en los primeros días de experimento, tras los primeros riegos, de modo que el alveolo retuviera más humedad que la que se preveía según los ensayos previos de riego y secado.

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Figura 4: Fitotrón utilizado en el experimento. La figura muestra uno de los varios estantes del fitotrón, cada estante con capacidad para 12 bandejas. Como se puede apreciar en la imagen, las bombillas están dispuestas de modo tal que existen condiciones no del todo homogéneas dentro del estante. Por ello las bandejas fueron cambiadas de estante y de posición dentro del estante aleatoriamente cada dos días a lo largo del experimento.

Germinación y siembra Se realizaron una serie de pruebas con las especies escogidas para ver con qué facilidad y

plazo eran capaces de germinar. Se comprobó que las semillas en dormancia física de leguminosas no germinan con facilidad cuando se las coloca en condiciones de germinación, alcanzándose porcentajes de germinación muy bajos o nulos en los primeros diez días. Dada la cantidad de semillas en preemergencia necesarias y las (relativamente) pocas semillas disponibles, se optó por someter a las semillas a un proceso de ruptura de la dormancia física, mediante el lijado de su cubierta tegumentaria (escarificación). Para la escarificación se utilizó papel de lija para madera de grano fino, lijando tandas de 20-30 semillas cada vez, durante 5 minutos a presión constante y movimientos circulares. Tras la escarificación cerca del 90% de las semillas de las especies seleccionadas germinaron en los primeros tres días.

Tras la escarificación la germinación se llevó a cabo en placas de Petri cerradas con un papel de filtro empapado pero no encharcado sobre una base de vermiculita exfoliada empapada en agua. Las semillas se dispusieron sobre el papel de filtro, en una densidad de 70-100 semillas por placa.

La presencia de radículas en las semillas se dio en un gran porcentaje de semillas tras 48 horas. Tras la aparición de la radícula las semillas-plántulas se sembraron en los alveolos. Los alveolos (con arena totalmente seca, suelta, y libre de piedras) se humedecieron antes de la siembra regándolos con 20 ml de agua. En ese sustrato húmedo se hicieron diez agujeros estrechos y poco profundos por alveolo (con las puntas de una pinza de laboratorio) distribuidos homogéneamente y más o menos equidistantes, en los que se colocaron las semillas con la radícula orientada hacia abajo (utilizando para ello unas pinzas). La radícula y la semilla se cubrieron de sustrato pero dejando la semilla siempre entre 1 y 2 mm de profundidad, aproximadamente. Tras la siembra de cada alveolo éste se regó con 10 ml de agua. Dado que el momento más delicado para la plántula en todo el experimento es su siembra (su paso de la placa de Petri al alveolo) se mantuvo este riego inicial de 30 ml/alveolo en el momento de la siembra para todos los alveolos, independientemente de cuál fuera a ser su tratamiento de riego posterior, con el fin de no tener porcentajes de mortalidad iniciales muy altos (siguiendo el ejemplo de Leishman & Westoby 1994). El tratamiento de riego se inició al día siguiente de la siembra, con el riego correspondiente.

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Todo el proceso se fue llevando a cabo escalonadamente, con el fin de que no se acumulara una cantidad de semillas preemergidas imposible de sembrar simultáneamente. Se dedicaron un total de 14 días a las siembras, espaciados a lo largo de mes y medio (desde finales de marzo a comienzos de mayo de 2008).

Variables medidas Factores (tamaño de semilla, tiempo, riego)

• Peso de la semilla. Es el peso en limpio, con la semilla libre de restos de la vaina de

la legumbre u otras estructuras. Se estimó a partir de tandas de semillas pesadas con una balanza de precisión hasta la diezmilésima de gramo, asignando un solo valor de peso de semilla para todos los individuos de esa especie. Las tandas de semillas pesadas nunca fueron menores de 500 semillas, siendo las tandas más numerosas de 1500 semillas.

• Tiempo. El tiempo transcurrido (en días) desde la siembra hasta la toma de datos, calculado como la resta entre la fecha de siembra y la fecha de recogida de datos. La toma de datos se realizó siempre a la tarde-noche, por ser el momento con mayor disponibilidad de tiempo. La consideración de la “fecha” no se corresponde exactamente con el tratamiento que le dan los calendarios al uso. Es decir, las tomas de datos realizadas después de medianoche se consideraron hechas en el que, estrictamente, es el día anterior.

• Riego. Los mililitros que se suministraban al alveolo cada dos días. Supervivencia

• Porcentaje de plantas vivas el día de recogida de datos. Este día es el día nº 4 para

unas bandejas, el nº 8 para otras diferentes, el nº 12 para otras, etc.

Variables morfológicas y/o de crecimiento

• Longitud de las partes aéreas (media de las plántulas supervivientes del alveolo).

Longitud desde la unión del tallo y la raíz hasta el ápice de crecimiento terminal del tallo.

• Longitud máxima de las raíces (media de las plántulas supervivientes del alveolo). Desde la base de la raíz hasta la punta de la raíz más larga de la planta.

• Peso seco de partes aéreas (media de las plántulas supervivientes del alveolo). Incluye el peso del tallo y las hojas, tras 48 horas en una estufa a 80ºC.

• Peso seco de raíces (media de las plántulas supervivientes del alveolo). Tras 48 horas en una estufa a 80ºC.

• Peso seco de plántulas (media de las plántulas supervivientes del alveolo). La suma del peso seco de partes aéreas y el peso seco de raíces.

• Cociente entre peso seco de raíces y peso seco de parte aérea (PSraíces/PSaéreo).

Análisis de datos Para todos los análisis se usó SPSS 14.0. La influencia de los factores (tiempo, riego,

tamaño de semilla) sobre la supervivencia y las variables morfológicas se analizó con modelos lineales generales univariantes. En estos modelos la variable “tamaño de semilla” se categorizó en dos niveles: “semilla grande” si mayor de 1,9 mg (T. cherleri, T. striatum y

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T. angustifolium) y “semilla pequeña” si menor de 1,1 mg (Biserrula pelecinus, Anthyllis

lotoides y T. angustifolium). Para evitar el efecto de la pseudorréplica se eliminaron del análisis aquellos casos en los que la categoría “semilla grande” estaba compuesta solamente por semillas de una sola especie (T. angustifolium). Esta variable categórica del tamaño de semilla se usó como factor fijo, y el tiempo y el riego como covariables. Este análisis “es robusto a las desviaciones de la normalidad, aunque los datos deberán ser simétricos” (Manual SPSS 14.0). Dado que ninguna de las variables respuesta cumplían la condición de simetría, se transformaron tal y como indica la Tabla 2, obteniendo variables simétricas (|g1|<1,96 EEg1).

Variable (x) Transformación (f(x)) g1 EEg1

Supervivencia arcocoseno(x) 0,176 0,141 Peso seco de raíces/ Peso seco aéreo (1/x)1/4 -0,044 0,141

Longitud de raíz ln(2-ln(ln(x)+1)) 0,065 0,141 Longitud aérea raiz(1-log(log(x)+1)) 0,161 0,141

Peso seco de raíces log(1/x + 10) -0,058 0,141 Peso seco aéreo raiz(1-(ln(x))3) 0,103 0,141 Peso seco total log(x) 0,038 0,141

Tabla 2: Transformaciones para obtener la simetría en la distribución de las variables estudiadas. Para entender cuáles pueden ser los mecanismos subyacentes que explican la

supervivencia, se hizo una serie de correlaciones bivariadas no paramétricas (Rho de Spearman) entre la supervivencia y las distintas variables morfológicas, además de explorar también las correlaciones con los factores. Para ello se emplearon variables originales y también residuos con el fin de evitar el efecto distorsionador del tiempo y el riego. Estos residuos se calcularon restando al valor de la observación la media de su grupo, estando los grupos hechos por niveles de riego para controlar el efecto del riego, por niveles de tiempo para controlar el efecto del tiempo y por cada combinación de tiempo y riego para controlar el efecto de los dos factores a la vez. Se hicieron correlaciones para el conjunto de los datos y para cada riego por separado, con el fin de detectar diferencias entre un riego y otro a la hora de la correlación existente entre supervivencia y las variables morfológicas.

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Resultados

Modelo lineal general univariante: supervivencia vs factores El modelo explicativo de la supervivencia (R2

corregida del 20,8%) se resume en la Tabla 3. Mostró una influencia significativa del tiempo, e interacciones significativas entre el riego y el tiempo (Figura 5) y entre el tamaño de semilla y el riego.

Tiempo Riego Tamaño de semilla Tiempo*riego Riego* tamaño de

semilla F Sig. F Sig. F Sig. F Sig. F Sig. 29,011 0,000 2,420 0,121 1,177 0,279 7,345 0,007 5,553 0,019

Tabla 3: Resumen del modelo lineal general univariante que explica la supervivencia. El tiempo resulta significativo, aunque el efecto del tiempo depende del riego y el del riego del tamaño de semilla.

TIEMPO

403020100

% de supervivencia

100

80

60

40

20

0

30

25

20

15

10

5

30

25

20

15

10

5

RIEGO

Sq r lineal = 0,474�Sq r lineal = 0,363�Sq r lineal = 0,131�Sq r lineal = 0,115�Sq r lineal = 0,026�Sq r lineal = 0,064

Figura 5: Efecto del tiempo sobre la supervivencia en

función del riego (interacción significativa, p=0,007) para plantas de semillas grandes y plantas de semillas pequeñas en conjunto (por separado esta interacción pasa a ser solo marginalmente significativa). En riegos altos (20-30 ml/2días) no hay grandes diferencias entre sí.

La interacción entre semilla y riego se debe a que las especies de semilla pequeña mantienen los mismos niveles de supervivencia en todos los riegos, mientras que las especies de semillas grandes muestran un aumento de la supervivencia conforme aumentan los riegos. Cuando se usaron modelos separados para semillas grandes y pequeñas la interacción entre tiempo y riego dejó de ser significativa para ser marginalmente significativa (p=0,059 en semillas grandes y p=0,056 en semillas pequeñas). Se sacó esta interacción de los modelos y el riego resultó significativo solo en semillas grandes (p=0,015), mientras que en semillas pequeñas no hubo influencia significativa del riego en la supervivencia (p=0,503). En ambos casos el tiempo mostró alta significación (p=0,000).

Modelos lineales generales univariantes: factores vs variables

morfológicas Para este modelo se utilizaron las mismas transformaciones que se emplearon en el

primer análisis de varianza univariante y los mismos factores y covariables (agrupadas las semillas en “grande” o “pequeña”). En la Tabla 4 se indican las significaciones de los modelos resultantes para cada variable morfológica, y en la Figura 6 se muestran las diferencias para cada variable entre semillas grandes y pequeñas y entre riegos altos y bajos (agrupando, para facilitar la interpretación de las gráficas, los tres riegos más bajos como “riego bajo” y los tres riegos más altos como “riego alto”).

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Riego Tiempo Tamaño de

semilla Riego* tiempo

Riego* tamaño de semilla

Tiempo* tamaño de semilla

F Sig. F Sig. F Sig. F Sig. F Sig. F Sig. PST 11,557 0,001 1422,046 0,000 92,969 0,000 - - - - 22,877 0,000 PSA 0,460 0,498 136,478 0,000 159,308 0,000 11,883 0,001 - - 44,377 0,000 LA 0,072 0,789 19,612 0,000 44,596 0,000 4,420 0,036 - - 4,557 0,034

PSR 1,249 0,265 131,933 0,000 5,131 0,024 4,869 0,028 4,784 0,030 9,393 0,002

LR 9,677 0,002 198,366 0,000 17,155 0,000 6,042 0,015 - - - - R/A 1,752 0,187 24,038 0,000 9,128 0,003 37,176 0,000 6,253 0,013 - -

Tabla 4: Resumen de los modelos lineales generales univariantes resultantes para las diferentes variables morfológicas (PST: peso seco total; PSA: peso seco aéreo; LA: longitud de la parte aérea; PSR: peso seco de raíces; LR: longitud máxima de raíces; R/A: cociente entre peso seco de raíces y peso seco aéreo).

El riego influye significativamente en el peso seco total de la planta: las plantas que

reciben más riego tienen un mayor peso. También tienen mayor peso las plantas más viejas y las especies con las semillas grandes. Sin embargo el efecto del tiempo sobre el peso seco total tiene un efecto distinto dependiendo de si son plantas de semillas grandes o de semillas pequeñas: las plantas de semilla grande crecen más rápido. A lo largo de los 40 días de estudio las plantas de especies de semilla grande fueron siempre mayores, y además las diferencias se hacen más grandes conforme avanza el tiempo. No se aprecian diferencias significativas entre plantas de semilla grande y de semilla pequeña en la evolución temporal del peso seco total en función del riego, ya que no se encuentra ninguna triple interacción en el modelo.

También la parte aérea es mayor en las plantas más viejas y en aquellas especies de semilla grande. El efecto del tiempo sobre el crecimiento aéreo de las plantas depende del riego y del tamaño de semilla: la parte aérea crece más rápido en las plantas de semillas grandes y en las plantas con riegos altos. Si el crecimiento se mide como longitud de la parte aérea los resultados son los mismos aunque con significaciones algo menores.

El peso seco de raíces aumenta con el tiempo aunque el efecto del tiempo sobre su crecimiento cambia en función del tamaño de semilla y del riego: con el tiempo crecen más (en peso) en plantas de semilla grande y en riegos bajos. Además, las diferencias entre plantas de semilla grande y plantas de semilla pequeña aumentan con el riego: las raíces de las plantas de semilla grande crecen más que las de semilla pequeña conforme aumentan los riegos.

En cuanto a elongación de raíces, se alargan conforme pasa el tiempo y son más largas en riegos bajos y en las plantas de semillas grandes. El efecto del tiempo sobre el crecimiento está afectado por el riego, siendo las raíces de las plantas sometidas a riegos bajos las que más rápidamente se alargan. Los efectos del riego y el tiempo son similares para los dos tamaños de semilla.

La proporción de recursos que se dedica a las raíces va aumentando conforme pasa el tiempo, y el efecto del tiempo es el mismo para plantas de los dos tamaños de semilla. Sin embargo, el efecto del tiempo es significativamente más acusado en aquellos riegos que son más bajos. El riego a su vez tiene un efecto diferente dependiendo del tamaño de semilla: siempre riegos más bajos implican una mayor proporción de recursos dedicados a la raíz, pero este efecto es significativamente mayor en las plantas de semilla pequeña.

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Semilla grande Semilla pequeña Semilla grande Semilla pequeña

4 8 12 16 20 24 28 32 36 40

0,00500

0,01000

0,01500

0,02000

PSTOT_M

A A AA

A

A

A

A

A

A

AA

AA

A

AA

AA

A

4 8 12 16 20 24 28 32 36 40

A AA A

A

A

A

A

A

A

A A A A

A

A

A

A

A

A

4 8 12 16 20 24 28 32 36 40

0,00000

0,00500

0,01000

0,01500

PSA_M

A A A

A

A

A

A

A

A

A

A A AA

A

A

A

A A

A

4 8 12 16 20 24 28 32 36 40

A AA

AA

A

A

A

A

A

A A A A

AA

AA

A A

4 8 12 16 20 24 28 32 36 40

5,0

10,0

15,0

20,0

LAEREA_M

A

A

A

AA

A

A

A

A

A

A

A A

AA

A

A

AA

A

semilla_grande semilla_pequeña

4 8 12 16 20 24 28 32 36 40

A

AA

AA A

A A

A

A

AA

AA

A

A

A

AA A

4 8 12 16 20 24 28 32 36 40

0,00100

0,00200

0,00300

0,00400

0,00500

0,00600

PSR_M

AA A A

A

AA

A

A A

A

AA

A A

A A

A

A

A

4 8 12 16 20 24 28 32 36 40

AA A A A

A

A

A

AA

A A A A

A

A

A

A

A

A

4 8 12 16 20 24 28 32 36 40

TIEMPO

25,00

50,00

75,00

100,00

LRAIZ_M

A

AA

A

A

A A

A

A

A

A

A

AA

A

A

A

A A

A

4 8 12 16 20 24 28 32 36 40

TIEMPO

A

AA

A

A

AA

A

A

A

A

A AA

A

A

A

A

A

A

4 8 12 16 20 24 28 32 36 40

TIEMPO

0,400

0,600

0,800

1,000

1,200

PSR_PSA

A

A

A

A AA A A

A

A

A

A

AA

A

A

A

A

AA

4 8 12 16 20 24 28 32 36 40

TIEMPO

A

A

A

AA

A

A

A

A

A

A

AA

A

A

A

A

A

A

A

Figura 6: Influencia del tiempo (días) sobre las variables morfológicas, en función del tamaño de semilla (grande o pequeña) y el riego (alto: 20-30 ml/2días, línea roja; bajo: 5-15 ml/2días, línea azul). Los puntos representan medias de los casos. PSTOT_M: peso seco total; PSA_M: peso seco aéreo; LAEREA_M: longitud aérea; PSR_M: peso seco de raíces; LRAIZ_M: longitud máxima de raíces; PSR_PSA: cociente entre peso seco de raíces y peso seco aéreo. Las diferencias entre plantas de semilla grande y plantas de semilla pequeña aparecen sobre todo en riegos altos (PSTOT_M y sobre todo en PSA_M y LAEREA_M). En el caso de LAEREA_M las diferencias son muy grandes entre plantas de distintos tamaños de semilla, y las diferencias entre riegos se dan principalmente en plantas de semilla grande. En riegos bajos siempre hay un mayor PSR_PSA, y las diferencias son mucho más notables en plantas de semilla pequeña, mostrando una respuesta hormonal mediada por ABA que se incrementa significativamente con el tiempo.

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Correlaciones: supervivencia vs variables de morfología y factores vs variables de morfología

En una primera tanda de correlaciones bivariadas no paramétricas (Rho de Spearman)

encontramos que la supervivencia está correlacionada negativamente con la longitud aérea (p=0,015), la longitud de raíz (p=0,000), el peso seco de raíz (p=0,002), el peso seco aéreo (p=0,000) y el peso seco total (p=0,000); además está correlacionada positivamente con PSraíces/PSaéreo (p=0,022). Este análisis distorsiona nuestras conclusiones debido al fuerte efecto del tiempo correlacionado positiva y muy significativamente con la mortalidad (p=0,000), a la vez que se correlaciona positiva y muy significativamente con todas las variables de crecimiento excepto PSraíces/PSaéreo, con la que está correlacionado negativamente (p=0,000 en todos los casos).

A diferencia del tiempo, el riego no muestra una correlación significativa con la supervivencia cuando se analizan los datos en su conjunto (p=0,749). Puede que esta correlación esté enmascarada por una interacción con el tiempo, dado que en el modelo lineal general anterior encontramos que esta interacción era significativa (p=0,007). Para evitar el efecto del tiempo se usaron residuos (restando al valor de la observación la media de todas las observaciones para ese tiempo).

Correlaciones usando residuos que controlan el efecto del tiempo

Utilizando estos residuos encontramos que hay una correlación positiva y marginalmente

significativa entre el riego y la supervivencia (p=0,097), probablemente debido a que en riegos altos (20, 25, 30 ml/2días) la supervivencia no muestra diferencias entre sí, al ser máxima en muchos casos. Agrupamos estos tres niveles de riego, volviendo a analizar todos los casos como si solamente hubiera 4 niveles de riego (5 ml/2días, 10 ml/2días, 15 ml/2días y 20-30ml/2días)3, resultando entonces una correlación significativa y positiva entre riego y supervivencia (p=0,006).

La longitud de raíz mostró una correlación solo marginalmente significativa con el riego cuando se expresó el riego en seis niveles distintos (p=0,088), mientras que cuando se expresó en cuatro niveles diferentes la significación aumentó a 0,008. En el resto de variables de crecimiento hubo correlación significativa con el riego sin necesidad de hacer este reagrupamiento de niveles de riego: negativa y muy significativa en PSraíces/PSaéreo (p=0,000), negativa y significativa en el peso seco de raíces (p=0,018), y positiva y muy significativa en la longitud aérea, peso seco aéreo y en el peso seco total (p=0,000).

Al existir estas correlaciones también entre el riego y las variables morfológicas a la vez que entre el riego y la supervivencia, necesitamos correlaciones no distorsionadas por el efecto del tiempo ni del riego, para explorar la relación entre variables morfológicas y supervivencia. Para ello hacemos residuos restando al valor de la observación la media de las observaciones con el mismo tiempo y el mismo riego.

3 Esta agrupación no carece de significado biológico. De hecho, el experimento inicial se planteó solamente con 3 niveles de riego: 20, 25 y 30 ml/2días, los riegos altos. Al iniciarse el experimento se comprobó que en muchos casos el sustrato se saturaba de agua durante los riegos, por lo que dejaba de haber diferencias entre un riego y otro (el agua simplemente drenaba por debajo del alveolo mientras se regaba). De ahí que se decidiera usar también niveles de riego más bajos (15, 10 y 5 ml/2días) que tuvieran diferencias reales entre sí. Las diferencias de los riegos altos entre sí son mucho menores que las diferencias entre 5 y 10, 10 y 15 ó 15 y 20 ml/2días. Por tanto solo en algunos casos se detecta un efecto diferencial entre los riegos altos, funcionando la mayoría de las veces como un mismo nivel de riego (disponibilidad hídrica máxima).

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Correlaciones usando residuos que controlan el efecto del tiempo y del riego

Cuando se utilizan estos residuos ni el tiempo (p=0,587) ni el riego (p=0,952) tienen ya

un efecto significativo sobre la supervivencia (ni sobre el resto de variables, siempre p>0,050). Esto nos permite hacer correlaciones de variables morfológicas vs supervivencia más fácilmente interpretables.

Encontramos que no hay una correlación significativa entre PSraíces/PSaéreo y supervivencia (p=0,123). En cambio, sí hay correlaciones positivas y significativas de la supervivencia con las variables de crecimiento: longitud aérea (p=0,033), longitud de raíz (p=0,000), peso seco de raíces (p=0,000), peso seco aéreo (p=0,001) y peso seco total (p=0,000).

Se analizó la correlación entre estas variables morfológicas y el tamaño de semilla, encontrando que todas las variables de crecimiento se correlacionan positiva y significativamente con el tamaño de semilla (p=0,000 siempre), con la única excepción de PSraíces/PSaéreo, correlacionado negativa y significativamente con el tamaño de semilla (p=0,001). También encontramos que las plantas con semillas grandes sobreviven más, con una correlación positiva y significativa entre tamaño de semilla y supervivencia (p=0,004).

Al analizar los riegos por separado se obtuvieron las significaciones indicadas en la Tabla 5. Los resultados fueron muy diferentes para riegos altos y para riegos bajos. Mientras que en riegos altos el tamaño está claramente correlacionado positivamente con la supervivencia, en riegos bajos la tendencia se invierte y las plantas más grandes (peso seco total, peso seco aéreo y peso seco de raíz) muestran correlaciones significativas y negativas con la supervivencia.

Riego

(ml/2días) Peso de semilla

PSraíces/ PSaéreo

Longitud aérea

Longitud de raíz

Peso seco de raíz

Peso seco aéreo

Peso seco total

5 (N=20) 0,215 0,301 0,962 0,269 0,016 (neg.) 0,032 (neg.) 0,034 (neg.)

10 (N=50) 0,583 0,907 0,407 0,152 0,437 0,321 0,227

15 (N=50) 0,500 0,010 (pos.) 0,615 0,009 (pos.) 0,017 (pos.) 0,804 0,175

20 (N=60) 0,030 (pos.) 0,300 0,229 0,003 (pos.) 0,041 (pos.) 0,067 (pos.) 0,055 (pos.)

25 (N=59) 0,010 (pos.) 0,616 0,062 (pos.) 0,000 (pos.) 0,000 (pos.) 0,000 (pos.) 0,000 (pos.)

30 (N=60) 0,005 (pos.) 0,224 0,047 (pos.) 0,000 (pos.) 0,003 (pos.) 0,002 (pos.) 0,002 (pos.)

Tabla 5: Significaciones de las correlaciones entre supervivencia y diferentes variables, analizando los diferentes riegos por separado. Los datos usados son residuos que controlan el efecto del tiempo y del riego. Las correlaciones significativas se marcan en negrita y entre paréntesis va el sentido de esta correlación: “neg.”: correlación negativa; “pos.”: correlación positiva.

Discusión Del análisis que relaciona la supervivencia con los factores (riego, tiempo, tamaño de

semilla) encontramos como resultado más relevante que aunque las especies con semillas pequeñas en general sobreviven menos que las de semillas grandes, esto no es más acusado en riegos bajos, sino en riegos altos. Esta tendencia no es muy marcada aunque sí significativa (p=0,019) y no está afectada por el tiempo. Estos resultados no apoyan la hipótesis de que tener una semilla grande puede suponer una ventaja a la hora de establecer una plántula en condiciones de sequía (Baker 1972, Sorenson & Miles 1978, Stronberg & Patten 1990, Leishman & Westoby 1994, Peco et al. 2009). En cambio llegamos a conclusiones similares a las de Fenner (1983) y Hendrix & Trapp (1989, 1992), que mostraron que en condiciones de sequía eran las plántulas de semillas pequeñas las que mayores probabilidades de sobrevivir tenían. Nosotros no encontramos exactamente esto, sino que en condiciones de sequía las plántulas de semillas pequeñas tienen las mismas probabilidades de sobrevivir que las de semillas grandes (cosa que no ocurre en condiciones

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de humedad abundante, donde las plántulas de semillas grandes tienen mayores niveles de supervivencia).

En lo que respecta a factores vs variables morfológicas, los resultados muestran una serie de hechos poco relevantes o bastante obvios, como que las plantas crecen conforme pasa el tiempo y que crecen más cuando tienen un riego mayor. Encontramos también, como es usual, que las plantas sometidas a condiciones de sequía responden desarrollando un sistema radicular más grande (absoluta y relativamente). Esto está posiblemente mediado por una respuesta hormonal dirigida por el ácido abscísico (ABA). En condiciones de deshidratación aumentan los niveles de ABA y esto en última instancia lleva a que haya un fuerte efecto positivo sobre el crecimiento radical y un efecto ligeramente negativo sobre el crecimiento del tallo (Taiz & Zeiger 2006). El hecho de que el ABA funcione así y no de otro modo es de relativa importancia a la hora de interpretar nuestros resultados. Dado que las diferencias en PSraíces/PSaéreo como respuesta al estrés hídrico están mediadas por el ABA, estas diferencias y los altos PSraíces/PSaéreo típicos de plantas bajo estrés hídrico surgen a lo largo del tiempo y son mayores conforme pasa el tiempo (de ahí que PSraíces/PSaéreo esté positivamente correlacionado por el tiempo sobre todo en riegos bajos). Por otra parte, el ABA no es capaz de frenar el crecimiento de la parte aérea, pues su respuesta está principalmente dirigida a las raíces (a aumentar fuertemente su crecimiento), mientras que su efecto sobre la parte aérea no es más que una ligera inhibición del crecimiento. Por tanto la parte aérea seguirá creciendo conforme la planta sometida a estrés hídrico vaya aumentando su PSraíces/PSaéreo. El hecho de que esta parte aérea siga creciendo inevitablemente puede resultar determinante a la hora de que la planta sobreviva en riegos bajos, como veremos más adelante.

Nosotros, al igual que otros autores (por ejemplo Fenner 1983), encontramos evidencia de que las plantas de semillas grandes tienen plántulas con raíces relativamente más pequeñas. Esto parece apoyar la hipótesis de que dedicar una mayor proporción de recursos a las raíces (tamaño relativo de raíces) sea el mecanismo subyacente a la relativa habilidad de las plantas de semilla pequeña a sobrevivir mejor en riegos bajos. Sin embargo no encontramos una correlación significativa entre PSraíces/PSaéreo y supervivencia. Hay que tener en cuenta que el que haya un bajo PSraíces/PSaéreo en las especies que sobreviven poco en riegos bajos (especies de semilla grande) puede ser exactamente lo mismo que tener una parte aérea excesivamente desarrollada en proporción a las raíces. No dejan de ser distintas formas que el investigador tiene de aproximarse o expresar un mismo hecho.

Teniendo en cuenta el funcionamiento del ABA, las plantas que logran obtener un PSraíces/PSaéreo alto solo lo pueden hacer a través de una respuesta hormonal en el tiempo, tiempo durante el cual el crecimiento de la parte aérea continúa apenas alterado. En este aspecto, el comportamiento de las plantas de semilla pequeña y las plantas de semilla grande es muy diferente en situaciones de estrés hídrico, tal y como vemos en la Figura 7.

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PSA_M

2,50000E-32,00000E-31,50000E-31,00000E-35,00000E-40,00000E0

PSR_PSA

2,000

1,500

1,000

0,500

0,000

peque

grande

peque

grande

SEMILLA4

Sq r lineal = 0,306�Sq r lineal = 0,122

PSA_M

0,030000,025000,020000,015000,010000,005000,00000

PSR_PSA

1,200

1,000

0,800

0,600

0,400

0,200

0,000

peque

grande

peque

grande

SEMILLA4

Sq r lineal = 0,095�Sq r lineal = 0,024

Figura 7: Peso seco aéreo (eje X) vs PSraíces/PSaéreo (eje Y). En condiciones de estrés hídrico (gráfico de la izquierda, 5 ml/2días) las plantas que obtienen un alto PSraíces/PSaéreo lo hacen a través de una respuesta en el tiempo que necesariamente implica un crecimiento de la parte aérea. Las plantas de semilla pequeña dan una respuesta de gran magnitud, y obtienen altos PSraíces/PSaéreo sin que sus partes aéreas se incrementen demasiado. La magnitud de respuesta de las plantas de semilla grande es mucho menor, y el crecimiento de la parte aérea es relativamente mayor. En condiciones de riegos altos (gráfico de la derecha, 20-30 ml/2días) parece no existir esta fuerte respuesta hormonal mediada por ABA, por lo que el peso seco aéreo no se encuentra positivamente correlacionado con PSraíces/PSaéreo, además de no existir apenas diferencias entre plantas de semilla grande y plantas de semilla pequeña.

Podemos concluir que tener un alto PSraíces/PSaéreo es una característica más propia de

plantas con semillas pequeñas, y que en general esta estrategia no es suficiente para sobrevivir más que plantas que, en valores absolutos, tienen las raíces más grandes. Sin embargo son las semillas pequeñas las que tienen una mayor capacidad de respuesta ante riegos bajos, desarrollando un mayor PSraíces/PSaéreo y dando una respuesta de mayor magnitud que las plantas de semilla grande bajo las mismas circunstancias (lo cual permite igualar sus niveles de supervivencia en riegos bajos).

Encontramos también que tener la semilla grande se correlaciona con ser más grande; y que ser más grande se correlaciona con sobrevivir más. Las plántulas provenientes de semillas pequeñas sobreviven menos y dedican proporcionalmente una parte mayor de los recursos a la raíz. A pesar de ello no logran, en términos absolutos, igualar en tamaño a las raíces de las plantas que vienen de semillas grandes y por tanto tienen, en general, menores niveles de supervivencia. Nos podemos preguntar: ¿entonces en qué casos es rentable o suficiente tener las semillas pequeñas, y ser más pequeño?

¿Por qué coexisten en un mismo ecosistema plantas con semillas grandes y plantas con

semillas pequeñas si las plantas de semillas pequeñas tienen en promedio menor

probabilidad de supervivencia?

Esta pregunta se puede responder desde dos puntos de vista: que los individuos

“busquen” maximizar su eficacia biológica a través de la supervivencia o a través de otros balances que impliquen sobrevivir menos pero obteniendo a su vez otra serie de ventajas.

Si la eficacia biológica está totalmente mediada por la supervivencia, hemos de dar respuesta a la pregunta en el contexto de los diferentes niveles de riego, ya que hemos encontrado que existe interacción entre el tamaño de semilla y el riego. Con los resultados de este trabajo no podemos deducir que las plantas de semilla pequeña tengan una ventaja competitiva en riegos bajos, pues en riegos bajos el tamaño de semilla no se correlaciona con la supervivencia (sobreviven igual de bien o mal plantas de semillas de cualquier tamaño). Adquieren por tanto una igualdad competitiva (en lo que respecta a supervivencia) que no

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existe en riegos altos, donde las plantas de semillas grandes tienen un mayor grado de supervivencia. Esta igualdad competitiva en lo que respecta a supervivencia puede reflejar una cierta diferencia en cuanto a eficacia biológica, pues las plantas que dan semillas pequeñas producen mayor número de semillas que las plantas de semillas grandes (para este ecosistema en la misma zona de estudio ver Peco et al. 2009).

En el presente experimento todas las semillas fueron sometidas a una ruptura de dormancia física, sus germinaciones se adelantaron artificialmente y todas las plántulas fueron plantadas con la misma edad y condiciones. Sin embargo, dado que el tiempo influye en el tamaño y el tamaño en la supervivencia, es muy posible que las plantas que germinen antes tengan más probabilidades de sobrevivir en el caso de que surjan condiciones adversas (sequía otoñal). Esto está demostrado por Espigares & Peco (1995) para pastizales mediterráneos anuales, quienes encontraron que existe una relación positiva y significativa entre el tiempo de emergencia y la supervivencia individual. En ese sentido las semillas pequeñas pueden presentar una ventaja (a nivel de supervivencia) que no ha explorado el presente experimento, pues las semillas pequeñas tienden a germinar antes que las semillas grandes. Esto está demostrado para leguminosas de pastizales mediterráneos anuales (en Australia) por Squella (1992), que muestra que las semillas pequeñas tienen mayores tasas iniciales de germinación porque son capaces de romper su dormancia física más fácilmente4 y absorber agua más rápidamente que las semillas grandes5. En el mismo trabajo este autor muestra también el efecto negativo en la supervivencia de una germinación tardía.

Si en cambio la eficacia biológica se obtiene por otros cauces que no son la mera supervivencia, las especies con semillas pequeñas pueden presentar ciertas ventajas, como pueden ser el tener mayor número de semillas o mantener un banco de semillas permanente y no transitorio (Peco et al. 2009, Peco et al. 2003). Squella (1992) también indica que las plantas con semillas pequeñas, además de presentar ventajas en la facilidad y velocidad de germinación, presentan ventajas en la supervivencia bajo condiciones de pastoreo. Esta afirmación la hace en el contexto de las leguminosas y el pastoreo de ovejas, por lo que puede no ser aplicable a otras especies de semilla pequeña no-leguminosas (ya que el proceso está determinado por la dureza de la testa), o al ecosistema que nos ocupa. Entre las semillas de testa dura, son las semillas grandes las que sufren más durante el proceso de mascado de las ovejas, mientras que las semillas pequeñas evaden gran parte de este daño.

En resumidas cuentas: si las semillas pequeñas tienen una serie de ventajas, probablemente las podrán explotar más hábilmente en los años de sequía otoñal, en los que sobreviven con la misma facilidad/dificultad que las plantas de semillas grandes. Estas condiciones de igualdad competitiva en cuanto a supervivencia no se dan en años de otoños húmedos, donde la composición de los pastizales podría estar más dominada por plantas de semillas grandes. Las plantas de semillas grandes, que pueden carecer de ciertas ventajas (menor número de semillas, lentitud en la germinación, transitoriedad en el banco de semillas) pueden explotar su mayor capacidad de supervivencia en los años de otoños húmedos, compensando así sus otras posibles carencias.

4 Esto es aplicable sobre todo en semillas de testa dura y dormancia física, que en los pastizales mediterráneos son principalmente leguminosas, el grupo con el que hemos trabajado también en el presente experimento. Este aspecto puede ser menos influyente en semillas que no tienen dormancia física, o no estar relacionado con el tamaño de semilla. 5 Es muy posible que las semillas pequeñas de no-leguminosas también tengan mayores tasas de absorción de agua que las semillas grandes, pues el agua se absorbe por la superficie de la semilla y a igualdad de forma el cociente superficie/volumen es mayor en semillas pequeñas.

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¿Cuáles son las variables morfológicas o de crecimiento que subyacen a la

supervivencia?

Nuestros resultados muestran que en riegos altos (20, 25 y 30 ml/2días) se reproduce

muy aproximadamente la tendencia general que se da para el conjunto de los datos: una semilla grande se corresponde a unas raíces grandes y una parte aérea grande, y esto se traduce en una supervivencia mayor. En el riego de 15 ml/2días el tamaño total y el de la parte aérea no presentan ninguna significación, y en cambio la longitud de raíz, el peso seco de raíz, y PSraíces/PSaéreo están correlacionados positivamente con la supervivencia. De ahí podemos concluir que bajo estas condiciones de riego algo menor hacer crecer la parte aérea ya no es tan beneficioso (es un coste, al fin y al cabo), mientras que el desarrollar un sistema radicular grande sigue siendo una ventaja. En el riego de 10 ml/2días no hay ningún tipo de correlación de ninguna de las variables con la supervivencia, y parece ser un riego intermedio en el que se da un cambio de tendencia, pues en el riego de 5 ml/2 días encontramos una tendencia opuesta a todo lo anterior: el tamaño está correlacionado significativa y negativamente con la supervivencia (peso seco total, p=0,034; peso seco aéreo, p=0,032; peso seco de raíces, p=0,016). Esto nos está indicando que son las plantas más grandes las que presentan ahora menor supervivencia, aunque… ¿en qué consiste exactamente esta desventaja de las plantas grandes bajo riegos bajos? Es probable que se deba a un desarrollo excesivo y desproporcionado de la parte aérea, que provoca una evapotranspiración que la planta no puede soportar. Los hechos que apuntan en esta dirección son varios, que se comentan a continuación.

El peso seco aéreo y la longitud de la parte aérea están correlacionados negativamente con el tamaño de semilla, y es precisamente en riegos bajos donde el tamaño de semilla deja de correlacionarse negativamente con la supervivencia, indicando una igualdad de condiciones entre plantas de semillas de distinto tamaño. Esta igualdad de condiciones puede deberse a esta habilidad de las semillas pequeñas de mantenerse con partes aéreas más pequeñas y por tanto sobrevivir.

x-pr_PSR_M

0,0010000000000,0005000000000,000000000000-0,000500000000-0,001000000000

x-pr_MEDIDAS%

40

20

0

-20

-40

Sq r lineal = 0,356

Figura 8: Correlación negativa entre el peso seco de raíces (eje X) y la supervivencia (eje Y) en el riego mínimo, 5 ml/2días. La R2 de esta correlación es del 35,6%, y es estadísticamente significativa (p=0,016). Los datos utilizados son residuos que controlan el efecto del tiempo y del riego. El hecho de que estén correlacionadas negativamente puede indicar: (1) que las raíces detectan el estrés y este estrés es capaz de aumentar la mortalidad; (2) que las raíces largas corresponden a las plantas más grandes, a su vez correlacionado con grandes partes aéreas que pueden suponer un exceso de evapotranspiración y por ende mayor mortalidad.

El hecho de que el peso seco de raíces esté correlacionado negativamente con la supervivencia en riego bajo (5 ml/2días, Figura 8) es difícil de interpretar si no es un error tipo I debido al pequeño tamaño muestral (N=20). Por una parte, es seguro que aunque todos los alveolos se regaron con la misma cantidad de agua, la disponibilidad hídrica real en cada alveolo difiere algo entre unos y otros. Estas diferencias en la disponibilidad de agua pueden ser suficientes como para que las raíces crezcan más en aquellos alveolos que estén más secos. Y además que sea en estos alveolos donde el estrés hídrico sea tal que afecte significativamente a la supervivencia, dándose por tanto una correlación negativa entre tamaño de raíces y supervivencia. De ser así, el tamaño de raíz no sería más que un “detector” de un estrés tal que es capaz de aumentar significativamente la mortalidad.

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Otra de las causas, quizá más plausible, puede ser que las plantas con raíces grandes son

generalmente las plantas más grandes, y por tanto tenderán a tener también un mayor tamaño absoluto de su parte aérea. Y al hacer crecer la parte aérea, también aumenta la evapotranspiración, lo que en condiciones de sequía puede limitar la supervivencia. Es decir: en nuestro estudio se podría reflejar muy claramente una de las hipótesis que citan Leishman & Westoby (1994):

[…] if the advantage of large seeds is greater absolute allocation to roots, the seedlings

from large seeds will also have a larger shoot area to support. Thus larger seedling size

under conditions of water stress may not always be an advantage.

Por otra parte… ¿conclusiones opuestas a las de Peco et al. (2009)?

El presente estudio no puede obviar el trabajo de Peco et al. (2009) que lleva a

conclusiones aparentemente opuestas a las aquí presentadas, para el mismo ecosistema y zona de estudio, explorando la relación entre abundancia y precipitación otoñal mediada por el tamaño de semilla. Peco et al. (2009) utilizan datos de campo de abundancia y precipitación a lo largo de 16 años en parcelas permanentes, entre 1979 y 1995. Sostienen en su trabajo que las plantas con semillas grandes sobreviven mejor y son más abundantes en los otoños secos, ofreciendo como posible causa que esas plantas tienen mayor tamaño absoluto de raíces y por tanto obtienen agua con más facilidad. Esto es exactamente lo mismo que nosotros hemos visto para la mayoría de nuestros riegos, con el añadido de que encontramos que con los riegos mínimos la supervivencia de plántulas grandes disminuye (a pesar de sus grandes raíces) debido a una evapotranspiración excesiva de la parte aérea.

La clave posiblemente está en la denominación que se hace de “seco” y “húmedo”. Como Leishman et al. (2000) indican, hay una gran dificultad en comparar niveles de humedad entre diferentes regiones porque no dependen de un solo parámetro fácil de medir. Podríamos extender esta aseveración al trabajo experimental que nos ocupa: lo que nosotros hemos considerado “riegos altos”… ¿se corresponden realmente a un suelo real húmedo, en un otoño con altas precipitaciones? Es probable que no, por dos razones: (1) la capacidad de la arena –nuestro sustrato– de retener agua es muy limitada, y ya en los ensayos previos se vio que los alveolos se secaban con mucha rapidez (ver el apartado de metodología); (2) al regar, llega un punto en el que no se puede regar más, pues el agua satura por completo el sustrato y percola por la parte de abajo del alveolo. Éste es el límite máximo de riego que se puede obtener con nuestro método, y dado que el alveolo tiene poca capacidad de retener el agua o de obtenerla por capilaridad desde zonas adyacentes, es posible que estas condiciones que nosotros hemos considerado de “humedad máxima” no se correspondan siquiera a las condiciones de “humedad alta” de un suelo natural.

Por otra parte, lo que Peco et al. (2009) consideran “otoños húmedo” u “otoños secos” se hace también en un determinado contexto: otoños húmedos o secos dentro de su serie

temporal. Es posible que sus otoños secos no hayan llegado a los niveles de estrés hídrico que nosotros logramos con los riegos más bajos, que es donde se evidencia la desventaja de las plántulas grandes (asociadas a semillas grandes).

Es decir: las diferencias en lo que respecta al comportamiento del agua en sustratos muy diferentes apunta a que no se pueden superponer las conclusiones de estos dos trabajos, debido a que las denominaciones sequía/humedad vienen en ambos casos de medidas indirectas (riego, precipitación), sin medir directamente cuál es la cantidad real de agua disponible para las plantas. Es muy probable que los dos trabajos examinen diferentes segmentos de una dinámica no lineal, en dos rangos de humedad diferentes en los que las tendencias no son las mismas. Como Peco et al. (2009) apuntan, la relación entre tamaño de semilla y supervivencia bajo diferentes condiciones de humedad no tiene por qué responder a una relación lineal. En el contexto ecológico que nos ocupa, este es el modelo unimodal

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que ellos proponen: las plantas de semillas grandes tendrían ventaja en condiciones de alta humedad (por comportarse mejor en condiciones sombrías, ya que la sombra se convierte entonces en la fuente de estrés); en condiciones de baja humedad las plantas de semilla grande también tendrían ventaja (obtienen agua con más facilidad); mientras que en las condiciones intermedias entre estos dos extremos se seleccionarían plantas con semillas pequeñas.

Al parecer nosotros hemos recreado las condiciones que Peco et al. (2009) consideran de baja humedad, imitándolas con nuestros riegos altos e intermedios y concluyendo al igual que ellos que las plantas de semillas grandes se desenvuelven mejor. Y además hemos explorado la posibilidad de una humedad todavía más baja, llegando a la conclusión de que en este caso las plantas grandes (de semilla grande) dejan de tener esta relativa ventaja (en cuanto a supervivencia) por un exceso de evapotranspiración debido a un exceso de parte aérea.

Conclusión La cita de Leishman & Westoby (1994) que hemos mencionado más arriba podría

servirnos perfectamente como conclusión del presente experimento. Si la ventaja de las

semillas grandes es un mayor tamaño absoluto de raíces, las plántulas de semillas grandes

tendrán que mantener también una superficie de parte aérea mayor. Por tanto un tamaño de

plántula mayor, bajo condiciones de estrés hídrico, puede no ser siempre una ventaja. Esta desventaja o falta de ventaja se debería a la evapotranspiración excesiva, un lujo que las plantas grandes (de semilla grande) no se pueden permitir y en el que las plantas pequeñas (de semilla pequeña) no incurren.

Las semillas pequeñas pueden suponer algunas ventajas (rapidez de germinación, facilidad de dispersión, permanencia en el banco de semillas) y las plantas de semilla pequeña pueden explotar esto especialmente en los otoños más secos, en los que sobreviven igual de bien que las plantas de semilla grande, sobre todo si las plantas de semillas pequeñas producen un mayor número de semillas. Por otra parte las plantas de semilla grande, en condiciones otoñales más húmedas6, crecen más y presentan unos niveles de supervivencia significativamente mayores.

En un contexto ecológico en el que la precipitación otoñal es muy fluctuante e irregular, cada tamaño de semilla tiene la oportunidad de encontrar ventajas competitivas un año u otro. El tamaño de semilla puede ser, por tanto, una interfase entre una fuente de heterogeneidad ambiental (precipitación otoñal) y el mantenimiento de la alta biodiversidad taxonómica y funcional típica de los pastizales mediterráneos. Esta diversidad en la composición de los pastizales se expresa no solo en el espacio sino también en el tiempo, a través de las fluctuaciones interanuales en la composición de los pastizales. Parte de estas fluctuaciones, que podríamos considerar una diversidad temporal beta, puede explicarse por la interacción entre el tamaño de semilla de las especies y el grado de humedad otoñal en suelo debido a la precipitación.

Agradecimientos Quiero agradecer especialmente a Iker Dobarro su ayuda con el material de laboratorio y

fitotrón y valiosos comentarios sobre la fisiología de las plantas involucradas. Y a Begoña Peco, mi tutora en este trabajo, por las muy valiosas directrices en cuanto a diseño experimental y análisis estadístico, sus comentarios y revisiones a lo largo de las distintas fases del trabajo y sus consejos de todo tipo basados en su experiencia con especies similares y experimentos parecidos.

6 Condiciones que otros autores pueden llegar a considerar “secas” en el contexto de sus estudios.

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Anexo I: Tabla de tratamientos. CHE=T. cherleri, STR=T. striatum, ANG=T. angustifolium, BIS=Biserrula pelecinus, ANT=Anthyllis lotoides, GLO=T. glomeratum. Cada bandeja 6 alveolos, cada alveolo 10 individuos.

Riego: 5 ml / 2 días Riego: 10 ml / 2 días Riego: 15 ml / 2 días Riego: 20 ml / 2 días Riego: 25 ml / 2 días Riego: 30 ml / 2 días

Tiempo: 4 días

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Tiempo: 8 días

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Tiempo: 40 días

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