Ontogenetic variation in light interception, self-shading and biomass distribution of seedlings of the conifer Araucaria araucana (Molina) K. Koch Variación ontogenética en la intercepción lumínica, autosombramiento y distribución de biomasa en plántulas de la conífera Araucaria araucana (Molina) K. Koch

• Main Authors: CHRISTOPHER H LUSK, DANIEL S FALSTER, MANUEL PÉREZ-MILLAQUEO, ALFREDO SALDAÑA
• Format: Article
• Language: English
• Published: BMC 2006-09-01
• Series: Revista Chilena de Historia Natural
• Subjects: alometría; asignación; área foliar; FLORADIG; plantas virtuales; YPLANT; allocation; allometry; leaf area ratio; virtual plants
• Online Access: http://www.scielo.cl/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0716-078X2006000300004

One of the factors thought to contribute to ontogenetic declines in plant growth rates is diminishing light interception efficiency, as a result of the difficulties of avoiding self-shading among a growing number of leaves, and by stems. The effects of plant size on self-shading and light interception have rarely been quantified, however. We used a three-dimensional digitising system to construct virtual models of the architecture of Araucaria araucana seedlings 71 to 358 mm tall, and modelled their light interception in the forest understorey using the program YPLANT. We also analyzed seedling allometry, to determine the combined effects of biomass distribution and self-shading on total light interception. Average light interception efficiencies calculated for A. araucana (29 %) were the lowest reported for rainforest tree seedlings, reflecting the limitations imposed by short leaves, lack of petioles and an inability to develop planar foliage geometry on branches. Total light interception was related to seedling leaf area by an exponent of 0.735, reflecting increasing self-shading as seedlings grew bigger. However, because leaf area was related to seedling mass by an exponent of 1.24, light interception scaled nearly isometrically (0.91 power) with seedling mass. This resulted from taller plants having proportionally thinner stems, and a smaller fraction of their biomass in roots. Thus, an ontogenetic increase in self-shading in A. araucana is largely offset by allocation changes which increase leaf area ratio as seedlings grow bigger. These mechanisms conserving the relationship of light interception with plant mass seem likely to be restricted to species with long-lived leaves, growing in humid situations protected from wind stress. In open habitats, where wind and drought stress likely make such allocation patterns less feasible, the role of self-shading in ontogenetic declines in relative growth rate may be more evident<br>La caída en la eficiencia de intercepción de la luz es considerada como uno de los factores responsables del declive ontogenético en las tasas de crecimiento relativo de las plantas, debido a la dificultad de evitar el autosombramiento entre un creciente número de hojas. Sin embargo, rara vez se ha cuantificado el efecto de tamaño de las plantas sobre el autosombramiento y la eficiencia en intercepción de la luz. Utilizamos un sistema de digitalización para construir modelos virtuales tridimensionales de la arquitectura de plántulas 71-358 mm de alto de la conífera Araucaria araucana, y modelamos su intercepción de la luz en el sotobosque mediante el programa YPLANT. Analizamos además la alometría de las plántulas para determinar los efectos combinados de la distribución de biomasa y el autosombramiento sobre la intercepción total de luz a nivel de la planta entera. La eficiencia promedio de intercepción de la luz de A. araucana (29 %) fue la más baja documentada para plántulas de especies de bosques húmedos, reflejando las limitaciones impuestas por hojas cortas, carencia de pecíolos, y la incapacidad de desarrollar follaje plagiotrópico. La intercepción total de luz por las plántulas fue proporcional al área foliar0,735, producto de un aumento en el autosombramiento en función del tamaño. Sin embargo, debido a la relación del área foliar con la potencia 1,24 de la masa de las plántulas, la intercepción de luz se acercó a la proporcionalidad directa (exponente 0,91) con la masa. Este patrón fue producto de la relativa delgadez de los tallos de las plántulas grandes, y su baja proporción de biomasa radicular. Por tanto, el declive ontogenético en la eficiencia de intercepción de la luz fue en gran medida compensada por cambios de asignación que aumentaron la superficie foliar de las plántulas grandes. Estos mecanismos que conservaron la relación de la ganancia potencial de carbono con la masa de las plántulas probablemente serán vistos solamente en especies con hojas muy longevas, en hábitats húmedos con poco viento. En ambientes abiertos, donde los estrés por sequía y viento podrían seleccionar en contra tales patrones de asignación, es probable que se evidencie más claramente el rol del autosombramiento en los declives ontogenéticos en la tasa de crecimiento relativo