Washington, DC, USA
January 22, 2013
Plants can adapt to extreme shifts in water availability, such as drought and flooding, but their ability to withstand these extreme patterns will be tested by future climate change, according to a study by U.S. Department of Agriculture (USDA) scientists and their cooperators.
The study was published this week in Nature by a team of Agricultural Research Service (ARS) scientists led by Guillermo Ponce Campos and Susan Moran and an Australian team led by Alfredo Huete from the University of Technology, Sydney (UTS). This research included contributions from nine other ARS scientists, four U.S. Forest Service scientists, and colleagues from the University of Arizona, the University of California-Irvine, and UTS. ARS is USDA's chief intramural scientific research agency, and this research supports the USDA priority of responding to climate change.
"In the United States, much of our agricultural productivity has depended on long-term precipitation regimes. But those patterns are changing and we need information for managing the effects of those shifts," said ARS Administrator Edward B. Knipling. "These findings can help managers respond to the challenges of global climate change with effective strategies for maintaining agricultural productivity."
The researchers conducted their investigation using measurements made during 2000-2009 at 29 sites in the United States, Puerto Rico, and Australia. This provided data about precipitation patterns in environments ranging from grasslands to forests. Globally, the 2000-2009 decade ranked as the 10 warmest years of the 130-year (1880-2009) record. The team compared these data with measurements taken from 1975 to 1998 at 14 sites in North America, Central America, and South America.
To calculate ecosystem water use, the scientists used satellite observations to approximate aboveground net plant productivity at each site. Then they combined these approximations with field data of precipitation and estimates of plant water loss to generate indicators of plant water use efficiency.
The researchers observed that ecosystem water-use efficiency increased in the driest years and decreased in the wettest years. This suggests that plant water demand fluctuated in accordance with water availability and that there is a cross-community capacity for tolerating low precipitation and responding to high precipitation during periods of warm drought.
However, the team observed that the water-use efficiency data exhibited a trend of "diminishing returns." This suggests plant communities will eventually approach a water-use efficiency threshold that will disrupt plant water use and severely limit plant production when drought is prolonged.
The scientists also used the data to develop predictions about future plant response to climate changes. Their results suggest that ecosystem resilience will decline as regions are subjected to continuing warming and drying trends. They project that this downturn will begin in grassland biomes because these plant communities are particularly sensitive to the hot and dry conditions of prolonged warm droughts.
This work can help resource managers develop agricultural production strategies that incorporate changes in water availability linked to changing precipitation patterns.
ARS conducts research to develop and transfer solutions to help answer agricultural questions that impact Americans every day. ARS work helps to ensure high-quality, safe food and other agricultural products; assess the nutritional needs of Americans; sustain a competitive agricultural economy; enhance the natural resource base and the environment, and provide economic opportunities for rural citizens, communities and society as a whole.
Estudios por el USDA confirman la capacidad de plantas de ajustar su demanda de agua con relación a la disponibilidad del agua
Plantas pueden adaptarse a cambios extremos en la disponibilidad de agua, tales como la sequía y las inundaciones, pero su capacidad de tolerar estos patrones extremos pondrá a prueba por los cambios climáticos del futuro, según los resultados de un estudio por científicos del Departamento de Agricultura de EE.UU. (USDA por sus siglas en inglés) y sus colaboradores.
Los resultados fueron publicados esta semana en la revista 'Nature' (Naturaleza) por un grupo de científicos del Servicio de Investigación Agrícola (ARS) dirigido por Guillermo Ponce Campos y Susan Moran y un grupo australiano dirigido por Alfredo Huete de la Universidad de Tecnología (UTS por sus siglas en inglés) en Sydney, Australia. Otros participantes en el estudio incluyeron nueve otros científicos del ARS, cuatro investigadores del Servicio Forestal de EE.UU., y colegas de la Universidad de Arizona, la Universidad de California en Irvine, y UTS.
ARS es la agencia principal de investigaciones científicas del USDA, y esta investigación apoya la prioridad del USDA de responder al cambio climático global.
"En EE.UU., nuestra productividad agrícola depende de los patrones a largo plazo de precipitaciones. Pero estos patrones están cambiando, y necesitamos información para ayudarnos a manejar los efectos de esos cambios", dijo Edward B. Knipling, administrador del ARS. "Estos hallazgos pueden ayudar a los gerentes de recursos a responder a los desafíos del cambio climático global con estrategias eficaces para mantener la productividad agrícola".
Los investigadores realizaron sus estudios utilizando medidas tomadas del 2000 al 2009 en 29 sitios en EE.UU., Puerto Rico y Australia. Estas medidas proveyeron datos sobre los patrones de precipitación en ambientes de los prados a los bosques. Mundialmente, la década de 2000-2009 era la más cálida en el período de 130 años del 1880 al 2009. El grupo comparó estos datos con medidas tomadas del 1975 al 1998 en 14 sitios en Norteamérica, Centroamérica y Sudamérica.
Para evaluar el uso de agua por el ecosistema, los científicos usaron observaciones provistas por satélite para calcular la productividad neta de las plantas en cada sitio. Luego combinaron estas calculaciones con datos de campo sobre las precipitaciones y estimaciones de las pérdidas de agua por las plantas para generar indicadores de la eficacia del uso del agua por las plantas.
Los investigadores observaron que la eficacia del uso de agua por el ecosistema aumentó en los años más secos y disminuyó en los años más húmedos. Esto sugiere que la demanda de agua por las plantas cambió en relación con la disponibilidad de agua y que las plantas tienen la capacidad de tolerar niveles bajos de agua y de responder a niveles altos de precipitaciones durante períodos de la sequía cálida.
Sin embargo, el grupo observó que los datos sobre la eficacia del uso de agua por las plantas sí tuvo una tendencia de rendimientos decrecientes. Esto sugiere que, con el tiempo, las comunidades de plantas se acercarán a un limite de eficacia del uso de agua que afectarán negativamente el uso de agua por las plantas y limitarán gravemente la producción por las plantas cuando hay una sequía prolongada.
Los científicos también usaron los datos para desarrollar predicciones sobre la futura respuesta de plantas al cambio climático. Sus resultados sugieren que la tolerancia del ecosistema disminuirá cuando las regiones sufren de la temperaturas más cálidas y los períodos secos. Los investigadores estiman que este bajón comenzará en los prados porque estas comunidades de plantas son especialmente sensibles a las condiciones cálidas y secas de las sequías prolongadas.
Los resultados de este estudio podrían ayudar a los gerentes de recursos a desarrollar estrategias de producción agrícola que incorporan cambios en la disponibilidad de agua con patrones cambiantes en las precipitaciones.
ARS realiza investigaciones para desarrollar y transferir soluciones para ayudar a resolver los problemas agrícolas que tienen un impacto en la vida diaria de los estadounidenses. Las investigaciones del ARS ayudan a asegurar la disponibilidad de alimento y otros productos agrícolas seguros y de alta calidad; evaluar las necesidades nutricionales de los estadounidenses; sostener una economía agrícola competitiva; aumentar la base de recursos naturales y el medio ambiente, y proveer oportunidades económicas para los ciudadanos y comunidades rurales y la sociedad en su totalidad.
Topics
Species
