Foliar water uptake and its link to growth in Avicennia marina (Forskk.) Vierh.
Bomen drinken met handen en voeten
Kunnen bomen drinken met hun bladeren? Het is algemeen geweten dat bomen vocht opnemen met behulp van de wortels. Uit recent onderzoek is echter gebleken dat dit niet de enige manier zou zijn waarop bomen kunnen drinken.
Bossen bestrijken ongeveer een derde van al het beschikbare landoppervlak in de wereld. Deze gebieden produceren zuurstof en bieden een woonplaats voor vele mensen, dieren en planten. Daarnaast bieden deze bossen talrijke voordelen als zuiver water, voedsel en traditionele medicijnen. Bomen, de bouwstenen van deze gebieden, zijn echter onderhevig aan talrijke menselijke en natuurlijke bedreigingen.
Als gevolg van de klimaatsveranderingen zullen verscheidene gebieden een grote droogte ondervinden. Dit heeft nadelige gevolgen voor bomen die hierdoor droogtestress kunnen ondervinden of zelfs sterven. De repercussies hiervan zijn enorm. Het gaat hier om veel meer dan een potentieel verlies aan recreatie voor de plaatselijke natuurliefhebber. Het afsterven van bomen zorgt ervoor dat er minder CO2 kan opgenomen worden en dat er CO2 vrijkomt bij het verteren van deze dode bomen. Dit alles werkt de klimaatsveranderingen nog meer in de hand. Eveneens mag er niet vergeten worden dat bomen fijn stof vangen met hun kroon wat leidt tot een aanzienlijke reductie van de luchtvervuiling en de daaraan gekoppelde gezondheidszorg. Wetende dat de jaarlijkse economische kost door vroegtijdige menselijk sterfgevallen als gevolg van luchtvervuiling in de landen van de WHO (World Health Organization) European Region op US$ 1.4 triljoen geschat wordt, mag deze factor zeker niet verwaarloosd worden. Al deze diensten die geleverd worden voor de mensen worden samen gebundeld onder de term ‘ecosysteemdiensten’ en hebben een effect op ons allemaal.
Uit recent onderzoek blijkt dat sommige bomen ook vocht kunnen opnemen via de bladeren. Momenteel kunnen 85% van de onderzochte plantensoorten deze weg van vochtopname gebruiken. Het gaat hierbij voornamelijk om tropische soorten als bijvoorbeeld de kustmammoetboom (Sequoia sempervirens) en een dennensoort (Pinus ponderosa). Dit kan gunstig zijn wanneer er bijvoorbeeld een mistbank overtrekt of wanneer er lichte motregen valt die de wortels nauwelijks bevochtigen, maar de bladeren wel goed nat maken. Dit alles leidt tot een grotere kans van overleving voor deze boomsoorten bij een toenemende droogte als gevolg van de klimaatsveranderingen. Het onderzoek hier werd uitgevoerd op de grijze mangrove boom (Avicennia marina). Op zich lijkt dit misschien minder relevant voor de gematigde streken, maar dat is het zeker niet. Mangrove bossen bevatten namelijk tot vijf keer meer CO2 dan andere bossen. Hierdoor is het essentieel dat deze bossen overleven, zodat we de CO2-concentraties in onze atmosfeer zo veel mogelijk kunnen drukken. Eveneens worden mangrovebossen door talrijke commerciële vissoorten als ‘kinderkamer’ gebruikt. Wanneer deze ecosystemen verloren gaan, zal de overleving van deze vissoorten in het gedrang komen.
Ook voor plaatselijke gemeenschappen zijn deze ecosystemen essentieel. Ze dienen namelijk als een bron voor brand- en constructiehout, een bron voor voedsel, ze breken de golven waardoor meer landinwaarts gelegen gebieden beschermd worden en ga zo maar door.
Het feit alleen al dat deze bomen in deze barre omgeving kunnen groeien is bewonderenswaardig. Nog verbazender is dat ze dit met zo veel succes doen. Mangroves leven dan wel met hun voeten in het water, maar dit water is uiterst moeilijk beschikbaar voor deze bomen. Dit komt door het zout aanwezig in dit brakwater. Denk maar eens na over hoeveel dorst je krijgt na het eten van die zak zoutchips of waarom mensen in een reddingsvlot geen zeewater mogen drinken.
Als gevolg hebben deze bomen bijna een continu gevoel van droogte. Het potentieel van deze bomen om vocht op te nemen via hun bladeren ligt mogelijk aan de grondslag van hun succes in deze onherbergzame omgeving. Gedurende het onderzoek werd namelijk een diametergroei gemeten die tot drie maal groter was gedurende artificiële beneveling in vergelijking met dagen waarop de bladeren droog bleven. Door middel van vochtopname via de bladeren verbeterde de vochtstatus van de benevelde bomen aanzienlijk wat de gezondheid van de boom en zijn potentieel om aan fotosynthese te doen ten goed kwam.
Tot op heden is niet geweten of boomsoorten uit de gematigde streken zoals beuk (Fagus sylvatica) en anderen ook dit potentieel tot vochtopname via de bladeren bezitten of niet. De resultaten van dit onderzoek lijken alvast veelbelovend en zouden er op kunnen wijzen dat bepaalde boomsoorten resistenter zijn tegen droogte dan voorheen gedacht. Sowieso wijst dit fenomeen nog maar eens op ons gebrek aan kennis over de werking van de natuur.
Bibliografie
Abtew W. and Melesse A. 2013. Evaporation and evapotranspiration, Springer pp.
53-55
Balke T., Swales A., Lovelock C. E., Herman P. M. J. and Bouma T. J. 2015.
Limits to seaward expansion of mangroves: Translating physical disturbance mechanisms into seedling survival gradients, Journal of experimental marine biology and ecology 467: pp. 16-25
Becker P., Asmat A., Mohamad J., Moksin M. and Tyree M. T. 1997. Sap flow rates of mangrove trees are not unusually low, Trees 11: pp. 432-435
Biasutti M. and Yuter S. E. 2013. Observed frequency and intensity of tropical pre- cipitation from instantaneous estimates, Journal of geophysical research: atmospheres 118: p. 9534
Breshears D. D., McDowell N. G., Goddard K. L., Dayem K. E., Martens S. N., Meyer C. W. and Brown K. M. 2008. Foliar absorption of intercepted rainfall improves woody plant water status most during drought, Ecology 89(1): pp. 41-47
Burgess S. S. O. and Dawson T. E. 2004. The contribution of fog to the water relations of Sequoia sempervirens (D. Don): foliar uptake and prevention of dehydration, Plant, Cell and Environment 27: pp. 1023-1034
Burns E., Simonin K. A., Bothman A. G. and Dawson T. E. 2009 Foliar water uptake: a common water acquisition strategy for plants of the redwood forest, Oecologia (161): pp. 449-459
Campbell N. A., Reece J. B., Urry, L. A., Cain M. L., Wasserman S. A., Minorsky P. V. and Jackson R. B. 2008. Biology, Eight Edition, Pearson
Cardona-Olarte P., Krauss K. W. and Twilley R. R. 2013. Leaf gas exchange and nutrient use efficiency help explain the distribution of two Neotropical mangroves under contrasting flooding and salinity, International Journal of Forestry Research, Article ID 524625
Chapin F. S., Matson P. A. and Mooney H. A. 2002. Principles of Terrestrial Ecosystem Ecology, Springer
Clough B. 2013. Continuing the Journey Amongst Mangroves, ISME Mangrove Ed- ucational Book Series No. 1. International Society for Mangrove Ecosystems (ISME), Okinawa, Japan, and International Tropical Timber Organization (ITTO), Yokohama, Japan.
Crumbie M. C. 1987. Avicennia Marina - The Gray Mangrove,
http : //www.enhg.org/bulletin/b32/32 02.htm - Accessed 31 October 2014
De Groote S., Steppe K. and Vandegehuchte M. 2013. Impact of dew and rain on water relations of the mangrove species Avicennia marina (Forssk.) Vierh., Ghent University, Master Thesis
De Swaef T., Hanssens J., Cornelis A. and Steppe K. 2012. Non-destructive estimation of root pressure using sap flow, stem diameter measurements and mechanistic modelling, Annals of Botany 111: pp. 271-282
Eller C. B., Lima A. L. and Oliveira R. S. 2013 Foliar uptake of fog water and transport belowground alleviates drought effects in the cloud forest tree species, Drimys brasiliensis (Winteraceae), New Phytologist 199: pp. 151-162
Eller C. B., Burgess S. S. O. and Oliveira R. A. 2015. Environmental controls in the water use patterns of a tropical cloud forest species, Drimys brasiliensis (Winteraceae), Tree Physiology 35: pp. 387-399
Elssworth P. Z. and Williams D. G. 2007. Hydrogen isotope fractionation during water uptake by woody xerophytes, Plant soil (291): pp. 93-107
Farrant J. M., Pammenter N. W. and Berjak P. 1993a. Seed development in relation to desiccation tolerance: A comparison between desiccation-sensitive (recalcitrant) seeds of Avicennia marina and desiccation-tolerant types, Seed Science Research 3: pp. 1-13
Farrant J. M., Berjak P. and Pammenter N. W. 1993b. Studies on the development of the desiccation-sensitive (recalcitrant) seeds of Avicennia marina (Forssk.) Vierh.: The acquisition of germinability and response to storage and dehydration, Annals of Botany 71: pp. 405-410
Forster M. 2014. Heat Ratio Method & Heat Field Deformation Method,
http : //ictinternational.com/content/uploads/2014/05/hrm − hf d − methods.pdf - Accessed 3 November 2014
Garnier E. and Berger A. 1986. Effect of water stress on stem diameter changes of peach trees growing in the field, Journal of Applied Ecology (23): pp. 193-209
Giri C., Ochieng E., Tieszen L. L., Zhu Z., Singh A., Loveland T., Masek J. and Duke N. 2011. Status and distribution of mangrove forests of the world using earth observation satellite data, Global Ecology and Biogeography 20: pp. 154-159
Goldsmith G. R. 2013. Changing directions: the atmosphere-plant-soil continuum, New Phytologist 199: pp. 4-6
Goldsmith G. R., Matzke N. J. and Dawson T. E. 2013. The incidence and impli- cations of clouds for cloud forest plant water relations, Ecology letters 16: pp. 307-314
Hanssens J., De Swaef T., Nadezhdina N. and Steppe K. 2013. Measurement of sap flow dynamics through the tomato peduncle using a non-invasive sensor based on the heat field deformation method, Acta Horticulturae 991: pp. 409-416
Hogarth P. J. 2007. The biology of mangroves and seagrasses, Oxford University Press
Hubeau M., Vandegehuchte M. W., Guyot A., Lovelock C. E., Lockington D.
A. and Steppe K. 2014. Plant-water relations of the mangrove species Rhizophora stylosa: a unique story, Communications in agricultural and applied biological sciences 79 (1): pp. 57-62
Huguet J. G., Lorendeau J. Y. and Pelloux G. 1992. Specific micromorphometric reactions of fruit trees to water stress and irrigation scheduling automation, Journal of Horticultural Science 67 (5): pp. 631-640
IPCC review editors: Aldunce P., Downing T., Joussaume S., Kundzewicz Z., Palutikof J., Skea J., Tanaka K., Tangang F. Wenying C. and Xiao-Ye Z. 2014. Climate change 2014: Synthesis report, IPCC Fifth Assessment Synthesis Report
Kibwage J. K., Netondo G. W., Odondo A. J., Oindo B. O., Momanyi G.
M. and Jinhe F. 2008 Growth performance of bamboo in tobacco-growing regions in South Nyanza, Kenya, African Journal of Agricultural Research Vol. 3 (10): pp. 716-724
Kupper P., Su˜ber J., Sellin A., L˜ohmus K., Tullus A., R¨aim O., Lubenets K., Tulva I., Uri V. Zobel M., Kull O. and S ober A. 2010 An experimental facility for free air humidity manipulation (FAHM) can alter water flux through deciduous tree canopy, Environmental and experimental botany 72: pp. 432-438
Lambs L. and Saenger A. 2011. Sap flow measurements of Ceriops tagal and Rho- zophora mucronata mangrove trees by deuterium tracing and lysimetry, Rapid Commu- nications in Mass Spectrometry 25: pp. 2741-2748
Lambers H., Chapin III F. S. and Pons T. L. 2008. Plant physiological ecology, Second Edition, Springer
Laongmanee W., Vaiphasa C. and Laongmanee P. 2013. Assessment of spatial resolution in estimating leaf area index from satellite images: a casae study with Avi- cennia marina plantations in Thailand, International journal of geoinformatics Vol. 9 (3): pp.69-77
L´opez-Hoffman L., Anten N. P. R., Mart´ınez-Ramos M. and Ackerly D. D.
2007. Salinity and light interactively affect neotropical mangrove seedlings at the leaf and whole plant levels, Oecologia 150: pp. 545-556
Lu¨ttge U. 2008. Physiological Ecology of Tropical Plants, Springer, pp. 227-246
Mitra A. 2013. Sensitivity of Mangrove Ecosystem to Changing Climate, Springer
Nadezhdina N., Steppe K., De Pauw D. J. W., Bequet R.,
Cˇ ermak J. and
Ceulemans R. 2009. Stem-mediated hydraulic redistribution in large roots on opposing sides of a Douglas-fir tree following localized irrigation, New Phytologist 184: pp. 932-943
Nadezhdina N., David T. S., David J. S., Ferreira M. I., Dohnal M., Tesaˇr M., Gartner K., Leitgeb E., Nadezhdin V., Cermak J., Soledad Jimenez M. and Morales D. 2010. Trees never rest: the multiple facets of hydraulic redistribution, Ecohydrology 3: pp. 431-444
Nadezhdina N., and Vandegehuchte M. W. Steppe K. 2012. Sap flux density measurements based on the heat field deformation method, Trees 26: pp. 14391448
Nazim K., Ahmed M., Shahid Shaukat S., Uzair Khan M. and Muhammed Ali
Q. 2013. Age and growth rate estimations of grey mangrove Avicennia marina (Forsk.) Vierh from Pakistan, Pakistan Journal of Botany 45 (2): pp. 535-542
Niglas A., Kupper P and Sellin A. 2014. Response of sap flow, leaf gas exchange and growth of hybrid aspen to elevated atmospheric humidity under field conditions, Annals of Botany, Oxford Journals: Open access - Research article
Nobel P. S. 2009. Physicochemical and environmental plant physiology, Fourth Edition, Elsevier Academic Press
Oliveira R. S., Dawson T. E. and Burgess S. S. O. 2005. Evidence for direct water absorption by the shoot of the desiccation-tolerant plant Vellozia flavicans in the savannas of central Brazil, Journal of Tropical Ecology 21: pp. 585-588
Oliveira R. S., Eller, C. B., Bittencourt P. R. L. and Mulligan M. 2014. The hydroclimatic and ecophysiological basis of cloud forest distributions under current and projected climates, Annals of Botany 113: pp. 909-920
Ong J.E. and Gong, W.K. 2013. Structure, Function and Management of Mangrove Ecosystems, ISME Mangrove Educational Book Series No. 2. International Society for Mangrove Ecosystems (ISME), Okinawa, Japan, and International Tropical Timber Or- ganization (ITTO), Yokohama, Japan.
Paudel I., Naor A. and Cohen S. 2015. Simulating nectarine tree transpiration and dynamic water storage from responses of leaf conductance to light and sap flow to stem water potential and vapor pressure deficit, Tree Physiology 35(4): pp. 425-438
Pezeshki S. R. and De Laune R. D. 2012. Soil Oxidation-Reduction in Wetlands and its impact on plant functioning, MDPI, Biology 1: pp. 196-221
Philips. 2014. http : //download.p4c.philips.com/l4b/9/928481600096 eu/928481600096− eu pss nldbe.pdf - Assessed 24 February 2015
Polidoro B. A., Carpenter K. E., Collins L., Duke N. C., Ellison A. M., Elli- son J. C., Farnsworth E. J., Fernando E. S., Kathiresan K., Koedam N. E., Livingstone S. R., Miyagi T., Moore G. E., Ngoc Nam V., Eong Ong J., Pri- mavera J. H., Salmo S. G., Sanciangco J. C., Sukardjo S., Wang Y. and Wan Hong Yong J. 2010. The loss of Species: Mangrove extinction Risk and Geographic Areas of Global Concern, PLoS ONE 5(4)
Reef R. and Lovelock C. E. 2014. Regulation of water balance in mangroves, Annals of Botany
Robert E. M. R., Jambia A. H., Schmitz N., De Ryck D. J. R., De Mey J., Kairo J. G., Dahdouh-Guebas F., Beeckman H. and Koedman N. 2014. How to catch the patch? A dendrometer study of the radial increment through successive cambia in the mangrove Avicennia, Annals of Botany 113: pp. 741-752
Santina N. S., Reef R., Lockington D. A. and Lovelock C. E. The use of fresh and saline water sources by the mangrove Avicennia marina, Hydrobiologia 745: pp. 59-68
Schmitz N., Robert E. M. R., Verheyden A., Gitundu Kairo J., Beeckman
H. and Koedam N. 2008. A patchy growth via successive and simultaneous cambia: key to success of the most widespread mangrove species Avicennia marina?, Annals of Botany 101: pp.49-58
Scholander P. F., Hammel H. T., Hemmingsen E. A. and Bradstreet E. D. 1964.
Hydrostatic pressure and osmotic potential in leaves of mangroves and some other plants, Botany Vol. 52: pp. 119-125
Schwendenmann L., Dierick D., K¨ohler M. and H¨olscher D. 2010. Can deuterium tracing be used for reliably estimating water use of tropical trees and bamboo?, Tree Physiology 30: pp. 886-900
Solartron metrology. 2015. Displacement sensors
http : //www.solartronmetrology.com/download.asbx?AttributeF ileId = 324a6bf 7 −
c12f − 43b5 − acbd − f e616ac44d35 - Accessed 24 February 2015
Spalding M.D., Blasco F. and Field C.D. (Eds). 1997. World Mangrove Atlas, The International Society for Mangrove Ecosystems, Okinawa, Japan. 178 pp.
Steppe K. 2004. Diurnal dynamics of water flow through trees design and validation of a mathematical flow and storage model, Ghent University, PhD Thesis
Steppe K., De Pauw D. J. W., Leumeur R. and Vanrolleghem P. A. 2006. A mathematical model linking tree sap flow dynamics to daily stem diameter fluctuations and radial stem growth, Tree Physiology 26: pp. 257-273
Steppe K., Sterck F. and Deslauriers A. 2015a. Diel growth dynamics in tree stems: linking anatomy and ecophysiology, Trends in Plant Science (In Press)
Steppe K., Vandegehuchte M. W., Tognetti R. and Mencuccini M. 2015. Sap flow as a key trait in the understanding of plant hydraulic functioning, Tree Physiology 35: pp. 341-345
Su´arez N., Sobrado M. A. and Medina E. 1998. Salinity effects on the leaf water relations components and ion accumulation patterns in Avicennia germinans (L.) L. seedlings, Oecologia 114: pp. 299-304
Taiz L. and Zeiger E. 2002. Plant physiology, third edition, Sinauer Associates Tomlinson P. B. 1986. The botany of mangroves, Cambridge tropical biology series Uddin S., Steppe K. and Vandegehuchte M. 2014. Canopy water uptake: an im-
portant survival mechanism of mangroves, Interuniversity program in physical land re-
sources: Ghent University and VUB, Master Thesis
Vandegehuchte M. W. and Steppe K. 2012. Interpreting the Heat Field Deformation method: Erroneous use of thermal diffusivity and improved correlation between temper- ature ratio and sap flux density, Agricultural and Forest Meteorology 162 163: pp. 91 97
Vandegehuchte M. W. and Steppe K. 2013. Sap-flux density measurement methods: working principles and applicability, Functional Plant Biology 40(3): pp. 213-223
Vandegehuchte M. W., Guyot A., Hubeau M., De Swaef T., Lockington D. A. and Steppe K. 2014a. Modelling reveals endogenous osmotic adaptation of storage tissue water potential as an important driver determining different stem diameter varia- tion patterns in the mangrove species Avicennia marina and Rhizophora stylosa, Annals of Botany 114(4): pp. 667-676
Vandegehuchte M. W., Guyot A., Hubeau M., De Groote S. R. E., De Baerde- maeker N. J. F., Hayes M., Welti N., Lovelock C. E., Lockington D. A. and Steppe K. 2014b. Long-term versus daily stem diameter variation in co-occuring man- grove species: Environmental versus ecophysiological drivers, Elsevier, Agricultural and Forest Meteorology 192-193: pp. 51-58
Van de Wal B. A. E., Guyot A., Lovelock C. E., Lockington D. A. and Steppe K.
2015. Influence of temporospatial variation in sap flux density on estimates of whole-tree water use in Avicennia marina, Trees 29: pp. 215-222
Wand’ondu V. W., Kairo J. G., Kinyamario J. I., Mwaura F. B. Bosire J. O., Dahdouh-Guebas F. and Koedam N. 2010 Phenology of Avicennia marina (Forsk.) Vierh. in a Disjunctly-zoned Mangrove Stand in Kenya, Western Indian Ocean J. Mar. Sci. Vol. 9 (2): pp. 135-144
West. A. G., Patrickson S. J. and Ehleringer J. R. 2006. Water extraction times for plant and soil materials used in stable isotope analysis, Rapid communications in mass spectrometry (20): pp. 1317-1321
Zimmerman D., Westhoff M., Zimmerman G., Geβner P., Gessner A., Wegner
L. H., Rokitta M., Ache P., Schneider H., V´asquez J. A., Kruck W., Shirley S., Jakob P., Hedrich R., Bentrup F.-W., Bamberg E. and Zimmermann U. 2007. Foliar water supply of tall trees: evidence for mucilage-facilitated moisture uptake from the atmosphere and the impact on pressure bomb measurements, Protoplasma 232: pp. 11-34
