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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO POSGRADO EN CIENCIAS BIOLÓGICAS CENTRO DE INVESTIGACIONES EN ECOSISTEMAS FENOLOGÍA REPRODUCTIVA Y SÍNDROMES DE DISPERSIÓN DE LA FLORA DE UN BOSQUE TEMPLADO EN MICHOACÁN, MÉXICO. T E S I S QUE PARA OBTENER EL GRADO ACADÉMICO DE MAESTRO EN CIENCIAS BIOLÓGICAS (BIOLOGÍA AMBIENTAL) P R E S E N T A JORGE CORTÉS FLORES DIRECTOR DE TESIS: DR. GUILLERMO IBARRA MANRÍQUEZ MORELIA, MICHOACÁN ABRIL, 2010 UNAM – Dirección General de Bibliotecas Tesis Digitales Restricciones de uso DERECHOS RESERVADOS © PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el respectivo titular de los Derechos de Autor. UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO POSGRADO EN CIENCIAS BIOLÓGICAS CENTRO DE INVESTIGACIONES EN ECOSISTEMAS FENOLOGÍA REPRODUCTIVA Y SÍNDROMES DE DISPERSIÓN DE LA FLORA DE UN BOSQUE TEMPLADO EN MICHOACÁN, MÉXICO. T E S I S QUE PARA OBTENER EL GRADO ACADÉMICO DE MAESTRO EN CIENCIAS BIOLÓGICAS (BIOLOGÍA AMBIENTAL) P R E S E N T A JORGE CORTÉS FLORES DIRECTOR DE TESIS: DR. GUILLERMO IBARRA MANRÍQUEZ MORELIA, MICHOACÁN ABRIL, 2010 i AGRADECIMIENTOS En primera instancia quiero agradecer al Posgrado en Ciencias Biológicas de la Universidad Nacional Autónoma de México, por la oportunidad que se me dio para llevar a cabo mis estudios de Maestría en el área de Biología ambiental. Agradezco al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT), por el apoyo económico otorgado para mi manutención durante la duración de la Maestría. Quiero agradecer muy especialmente al Dr. Guillermo Ibarra Manríquez por dedicar parte de su tiempo a asesorar este trabajo; por sus enseñanzas y brindarme su amistad y apoyo incondicionales. Su conocimiento botánico y ecológico y su grado de compromiso con su trabajo son un modelo a seguir. Agradezco a mi comité tutoral, Dra. Ellen Andresen y Dr. César Augusto Domínguez Pérez-Tejada, por su interés y ayuda a lo largo del desarrollo de este trabajo. Sus comentarios y sugerencias fueron fundamentales para llevar a buen término mi trabajo de tesis. Expreso mi gratitud a los miembros de mi comité de grado, Dr. Jorge Arturo Meave del Castillo y Dr. Mauricio Quesada Avendaño, por su tiempo para la revisión de la tesis, sus valiosas aportaciones enriquecieron y mejoraron este trabajo. A la M. en C. Guadalupe Cornejo Tenorio, por su apoyo en la determinación de los especímenes botánicos y por compartirme parte de su conocimiento fenológico y botánico. ii Quiero agradecer a Luis E. Zacarias y Nahú González, por su apoyo para realizar cada una de las salidas al campo. Además por su valiosa amistad y buenos ratos que hemos compartido en el Laboratorio de Biogeografía y conservación. Especialmente y con mucho cariño a Paz del Carmen, por compartir conmigo esta etapa tan maravillosa de mi vida, gracias Pazcuac. A Marines, Nuria, Hilda, Yonna, Elisa, Nahú, Luis, Toño, Leo, Jonathan y Pavka, por su amistad y los momentos de diversión que pasamos juntos, los cuales hicieron muy agradable mi estancia en el CIEco. Agradezco a Dios, por la oportunidad de concluir este proyecto de mi vida y de manera muy especial a mi amada familia. A mis padres Miguel Ángel Cortés y Eugenia Flores y a mis hermanos, Mari, Dulce, Miguel y Fátima, quienes me han apoyado y brindado su amor durante toda mi vida. Finalmente quiero agradecer a mi tía Sor Gudelia y a las demás monjitas de la comunidad de Agustinas Recoletas de Morelia por su apoyo y amistad durante estos dos años de Maestría. Abril de 2010 iii ÍNDICE Agradecimientos .................................................................................................................. i Resumen .............................................................................................................................. vi Abstract ............................................................................................................................. viii CAPÍTULO I ...................................................................................................................... 1 Introducción general 1.1 Área de estudio ............................................................................................................ 4 1.1.1 Localización ....................................................................................................... 4 1.1.2 Clima .................................................................................................................. 4 1.1.3| Vegetación ........................................................................................................ 4 CAPÍTULO II .................................................................................................................... 8 Fenología reproductiva de la flora de un bosque templado en Michoacán, México Resumen ............................................................................................................................. 8 2.1. Introducción .............................................................................................................. 9 2.2. Métodos ................................................................................................................... 10 2.2.1. Descripción y análisis de datos ....................................................................... 11 2.3. Resultados ................................................................................................................ 13 2.3.1. Estacionalidad .................................................................................................. 13 2.3.2. Duración ............................................................................................................ 14 2.3.3. Fenología y variables climáticas ....................................................................... 16 2.4. Discusión .................................................................................................................. 19 2.4.1. Estacionalidad ................................................................................................... 19 2.4.2. Duración ............................................................................................................ 23 2.4.3. Fenología y variables climáticas ....................................................................... 25 CAPÍTULO III ................................................................................................................. 27 Fenología de la fructificación y síndromes de dispersión de la flora de un bosque templado de Michoacán, México. Resumen ......................................................................................................................... 27 3.1. Introducción ........................................................................................................... 27 iv 3.2. Métodos ...................................................................................................................29 3.2.1. Descripción y análisis de datos ........................................................................ 31 3.3. Resultados .............................................................................................................. 32 3.3.1. Síndromes de dispersión ................................................................................... 32 3.3.2. Estacionalidad ................................................................................................... 32 3.3.3. Relación de la precipitación y la temperatura ................................................... 33 3.4. Discusión ................................................................................................................. 37 3.4.1. Síndromes de dispersión ................................................................................... 37 3.4.2. Estacionalidad ................................................................................................... 39 3.4.3. Relación de la precipitación y la temperatura .................................................. 41 CAPÍTULO IV ................................................................................................................. 43 Fenología reproductiva individual de las especies arbóreas en un bosque templado de Michoacán, México Resumen .......................................................................................................................... 43 4.1. Introducción ............................................................................................................ 43 4.2. Métodos .................................................................................................................... 45 4.2.1. Descripción de los datos ................................................................................... 46 4.3. Resultados ................................................................................................................ 46 4.3.1. Floración ........................................................................................................... 46 4.3.2. Duración y sincronía ......................................................................................... 47 4.3.3. Fructificación .................................................................................................... 47 4.3.4. Duración y sincronía ......................................................................................... 48 4.4. Discusión .................................................................................................................. 52 4.4.1. Floración ........................................................................................................... 52 4.4.2. Duración y sincronía ......................................................................................... 53 4.4.3. Fructificación .................................................................................................... 54 4.4.4. Duración y sincronía ......................................................................................... 55 CAPÍTULO V .................................................................................................................... 57 Discusión y conclusiones generales Referencias ......................................................................................................................... 60 Apéndice ............................................................................................................................ 72 v ÍNDICE DE CUADROS Cuadro 2.1 Valores de la estadística circular para evaluar la estacionalidad de los eventos fenológicos ......................................................................... 16 Cuadro 2.2 Valores promedio de duración de la floración y fructificación ................................................................................................................... 18 Cuadro 2.3 Coeficientes de correlación de Spearman de los eventos fenológicos con variables climáticas .............................................................. 19 Cuadro 3.1 Valores de X² del número de especies de acuerdo con su síndrome de dispersión .......................................................................... 33 Cuadro 3.2 Valores de la estadística circular para evaluar la estacionalidad de los síndromes de dispersión .................................................................. 36 Cuadro 3.3 Coeficientes de correlación de Spearman de los síndromes de dispersión con variables climáticas ......................................................... 37 Cuadro 4.1 Fenología reproductiva de 13 especies arbóreas .............................................. 49 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1.1 Ubicación de la zona de estudio ......................................................................... 7 Figura 2.1 Número de especies en floración y fructificación a lo largo del año ................................................................................................................. 15 Figura 2.2 Estacionalidad de la floración y fructificación ................................................. 17 Figura 3.1 Distribución porcentual de especies por síndrome de dispersión ...................................................................................................................... 34 Figura 3.2 Número de especies autócoras, anemócoras y zoócoras en fructificación a lo largo del año ..................................................................................... 35 Figura 3.3 Estacionalidad de las especies autócoras, anemócoras y zoócoras ........................................................................................................................... 36 Figura 4.1 Floración y fructificación de 13 especies arbóreas .......................................... 50 vi Resumen En México los bosques de clima templado ocupan el 16% de su territorio y contienen el 24% de la flora total estimada para este país. A pesar de su importancia biológica, que destaca especialmente por la riqueza y endemismo de su flora, se conoce muy poco acerca de la fenología y los síndromes de dispersión de estos ecosistemas. Ante este escenario, se decidió estudiar la fenología reproductiva (flores en antesis y frutos maduros) y los síndromes de dispersión de la flora de un bosque templado en Michoacán, México. Durante dos ciclos anuales (2007-2009) se determinó la fenología de la floración y fructificación de 144 especies (19 árboles, 37 arbustos y 88 hierbas). Con base en la morfología de sus diásporas, se asignó un síndrome de dispersión a cada especie (autocoria, anemocoria y zoocoria). El análisis se llevó a cabo a nivel comunitario, por forma de crecimiento y a nivel individual para trece especies arbóreas. Mediante estadística circular se compararon los patrones fenológicos de las distintas formas de crecimiento y de las especies con base en su síndrome de dispersión. Se determinó la estacionalidad y duración de los eventos fenológicos y su correlación con los registros mensuales de precipitación y temperatura. Para los árboles se calculó la sincronía intraespecífica. A nivel comunitario el pico de floración se presentó en la época de lluvias y el de fructificación en la de secas. La mayoría de los árboles y arbustos florecieron y fructificaron en la temporada seca, mientras que las hierbas presentaron flores en la época de lluvias y frutos en la de secas. El número de especies en fructificación se correlacionó negativamente con la precipitación a nivel comunitario y en las tres formas de crecimiento. Este mismo tipo de correlación se observó entre la floración de los arbustos y la fructificación a nivel comunitario y en las hierbas con la temperatura. Con respecto a los síndromes de dispersión, la proporción de plantas autócoras, anemócorasy zoócoras fue similar a nivel comunitario. Las especies zoócoras fueron las vii más abundantes en los árboles, mientras que las autócoras lo fueron en las hierbas. La proporción de los síndromes de dispersión fue similar en los arbustos. En ambos años se observó una correlación negativa del número de plantas autócoras y zoócoras con la temperatura, mientras que los tres síndromes de dispersión se correlacionaron negativamente con la precipitación. En cuanto a la fenología individual, se observó que en la mayoría de las especies el número de individuos en floración y fructificación difirió entre los ciclos anuales. Ambas fenofases se presentaron principalmente en la época seca del año y fueron muy sincrónicas en la mayoría de los taxa monitoreados. Los patrones fenológicos observados en el presente estudio difieren de lo documentado en otros bosques templados ubicados a mayor latitud y son más similares a los que se presentan en bosques tropicales estacionales. La información generada contribuye al conocimiento de la estructura y la composición de la vegetación de la región, lo cual puede representar una base importante para el desarrollo de opciones de manejo y conservación. Palabras clave: bosque templado, fenología reproductiva, síndrome de dispersión, anemocoria, autocoria, zoocoria, formas de crecimiento, sincronía intraespecífica. viii Abstract Temperate forests are one of the most extent ecosystems in Mexico, occupying 16% of the countries territory and sheltering a vast amount endemic vascular plant species. These forests contain remarkable plant richness, which represents approximately 24% of the total estimated species in the country. Nevertheless, research of reproductive biology of the Mexican temperate plants is scarce. This thesis describes plant reproductive phenology (flowers in anthesis and mature fruits) and dispersal syndromes in a temperate forest of Michoacán, Mexico. We recorded the phenology of flowering and fruiting of 144 species (19 trees, 37 shrubs and 88 herbs) in a period of two years (2007-2009), Species were grouped into three dispersal syndromes types: autochory, anemochory and zoochory. Phenologic attributes were analyzed at community level, by growth form and individually for the tree species. Using circular statistics, we analyzed phenological patterns of different growth forms and species based on their dispersal modes. Were determinate the seasonality and duration of the phenological events and we related them with monthly records of rainfall and temperature in the region. Phenological synchrony was calculated for tree species. At community level, flowering peak was registered in the rainy season, whereas the maximum number of fruiting species occurred at the dry season. Most trees and shrubs flowered and fruited during the dry season, while herbs produced flowers in the rainy season and fruits at the beginning of the dry period. Fruiting activity at community level and for all growth forms was negatively correlated with rainfall. Temperature displayed negative correlations with flowering of shrubs, fruiting at community level and herb species. At community level, the number of anemochorous, autochorous and zoochorous species was similar. The proportion of zoochorous trees species was higher, whereas most herbs were autochorous. The proportion of different dispersal syndromes was similar ix amongst all shrubs. In both years there was a negative correlation between the number of autochorous and zoochorous plants with temperature, while the three dispersal syndromes were negatively correlated with rainfall. Considering the results of both years, most tree species differed in the number of reproductive individuals. Flowering and fruiting were observed mainly in the dry season and an important percentage of species showed high synchrony. Phenological patterns observed in this study differ from those recognized in other temperate forests located at higher latitudes and are more similar to those that occur in seasonal tropical forests. The information generated contributes to the understanding of the structure and composition of the vegetation of the region and will have a great contribution to the future management and long term conservation programs. Key words: anemochory, autochory, dispersal syndromes, growth forms, intraspecific synchrony, reproductive phenology, temperate forest, zoochory. 1 CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN GENERAL El estudio de la fenología reproductiva constituye una herramienta importante para conocer los procesos que regulan la función y la estructura de las comunidades (van Schaik et al., 1993; Newstrom et al., 1994). La floración y la fructificación representan dos eventos funcionales que están estrechamente relacionados con las especies de polinizadores y dispersores, respectivamente. Se ha considerado que los patrones temporales de floración y fructificación son el resultado de causas ecológicas y evolutivas (van Schaik et al., 1993; Newstrom et al., 1994; Williams-Linera y Meave, 2002; Hamann, 2004). Entre los posibles factores ecológicos asociados a la fenología de las plantas se han mencionado la variación estacional de la temperatura (Arroyo-Kalin et al., 1981; Borchert et al. 2005), de la precipitación (Opler et al., 1980) y del fotoperiodo (Rathcke y Lacey, 1985; van Schaik et al., 1993). Estos factores inducen en las plantas procesos fisiológicos, donde el estado hídrico es la señal endógena que determina más comúnmente los comportamientos fenológicos (Borchert, 1983, 1994). Por otro lado, para reconocer los posibles factores evolutivos que permitirían explicar los eventos fenológicos, los estudios se han enfocado principalmente en aspectos biológicos, como la depredación de flores y frutos, la competencia por polinizadores y dispersores (Kochmer y Handel, 1986; van Schaik et al., 1993), así como en el análisis del papel que pueden desempeñar las relaciones filogenéticas a diferentes niveles taxonómicos (Hilty, 1980; Johnson, 1993). En términos generales se ha reconocido que la estacionalidad de la precipitación en los bosques tropicales es un factor que determina en gran medida la actividad reproductiva de las plantas. En estos ecosistemas se ha observado que la mayor actividad en la floración se presenta durante la estación seca del año (Croat, 1969; Frankie et al., 1974; Opler et al., 1980; Carabias-Lillo y Guevara, 1985; Ibarra-Manríquez et al., 1991). Asimismo, se ha mencionado que las especies dispersadas por animales fructifican preferencialmente durante la estación lluviosa, en tanto que las dispersadas por viento lo hacen durante la de secas (Croat, 1975; Bullock y Solís-Magallanes, 1990; Ibarra-Manríquez et al., 1991; Griz y Machado, 2001). En el caso de los bosques templados, se ha documentado que la 2 variación de temperatura a lo largo del año es el principal factor que influye en la fenología de las plantas (Mark, 1970; Bliss, 1971; Kudo, 1992; Fitter et al., 1995; Lechowicz, 1995; Kramer et al., 2000). Una de las tendencias más consistentes entre diversos estudios fenológicos, es que las formas de crecimiento difieren en la temporalidad de producción de flores y frutos (Ibarra-Manríquez et al., 1991; Batalha y Mantovani, 2000; Ramírez, 2002; Batalha y Martins, 2004), lo que permite una distribución temporal de los recursos para los polinizadores y dispersores (Sarmiento y Monasterio, 1983; Kochmer y Handel, 1986). En este contexto se han planteado diferentes hipótesis acerca de la sincronía reproductiva intraespecífica, ya que la producción de flores o frutos de manera muy sincrónica podría saciar a los depredadores de estas estructuras (Augspurger, 1981), así como atraer una gran cantidad de polinizadores y dispersores (Rathcke y Lacey, 1985; Bolmgren, 1998; Elzinga et al.,2007). En un sentido opuesto, la asincronía reproductiva entre los individuos de una especie también se ha interpretado como una estrategia que permite minimizar la competencia por polinizadores y dispersores (Rathcke y Lacey, 1985; van Schaik et al., 1993), así como la incidencia de depredadores (Eriksson y Ehrlén, 1991; Poulin et al., 1999). La mayoría de estudios fenológicos se han llevado a cabo en bosques tropicales y templados, en los que se ha registrado principalmente la presencia y ausencia de flores y frutos en las especies leñosas. Para el caso particular de México, se han desarrollado principalmente en bosques tropicales (húmedos y secos) y se ha investigado muy poco en los bosques templados, los cuales ocupan 16% del territorio nacional (Palacio-Prieto et al., 2000) y contienen aproximadamente 24% de la flora total estimada para el país (Rzedowski, 1991). Además, una gran parte de los ecosistemas de clima templado y frío se encuentran dentro de la zona intertropical, lo que permite la confluencia de elementos florísticos con historias biogeográficas distintas, ya que el estrato arbóreo está conformado principalmente por elementos de origen Holártico y el sotobosque por plantas neotropicales (Rzedowski, 1978). En este sentido, resultaría interesante investigar si la fenología de las especies que componen estas comunidades presenta tendencias similares a 3 las que se han documentado en otros bosques tropicales, donde las afinidades fitogeográficas son distintas. En vista de la escasa información sobre la fenología reproductiva generada en los bosques templados de México (Bello-González, 1983,1994; Ramírez y Napomuceno, 1986; Olvera-Vargas et al., 1998; Cornejo-Tenorio e Ibarra-Manríquez, 2007) y la importancia de estos ecosistemas en términos de la biodiversidad que albergan, así como los recursos maderables y no maderables que son extraídos de ellos, el presente estudio aborda diferentes aspectos de la fenología reproductiva de la flora de un bosque templado en el Cerro El Águila, Michoacán, México. La elección de este sitio se fundamentó en que es una de las últimas áreas aledañas a la capital del estado que mantiene una vegetación relativamente conservada y por consiguiente, se desea contribuir con información básica en términos de conservación, aprovechamiento y restauración. En el presente estudio se documentó la fenología reproductiva y los síndromes de dispersión de la flora de un bosque templado, describiendo su variación a nivel comunitario, por formas de crecimiento y a nivel individual (trece especies arbóreas) a lo largo de dos ciclos anuales. En particular, en el capítulo II se presenta una descripción de las observaciones mensuales de la floración y la fructificación en las especies de árboles, arbustos y hierbas más frecuentes en el área de estudio (144 especies). En ese capítulo se analiza la fenología reproductiva a nivel comunitario y por formas de crecimiento, determinando su duración y estacionalidad, así como su relación con la precipitación y la temperatura. En capítulo III, se aborda la fenología desde la perspectiva del potencial de las especies para dispersarse, para lo cual se determinaron síndromes de dispersión (anemocoria, autocoria y zoocoria) de las especies estudiadas a nivel comunitario y entre las formas de crecimiento. Además, en esa sección también se analiza la estacionalidad de los síndromes de dispersión y su relación con la precipitación y la temperatura. El capítulo IV se enfoca a la descripción de la fenología reproductiva individual, para lo cual se determinó la duración y el grado de sincronía de la floración y fructificación para un total 4 de trece especies arbóreas. Finalmente, en el capítulo V se presenta una sección de discusiones generales y conclusiones. 1.1 Área de estudio 1.1.1 Localización El Cerro El Águila se localiza en los municipios de Lagunillas y Morelia, en el estado de Michoacán, México, entre 19º32’-40’ N y 101º16’-º26’ O. Tiene una superficie de 16,320 ha y presenta un gradiente altitudinal de 2,150 a 3,080 m s.n.m. (Durán y Sevilla, 2004; Figura 1.1). Esta área se encuentra dentro de la Faja Volcánica Transversal; geológicamente se formó en la era Cenozoica (período Terciario) y está conformada básicamente de roca ígnea de tipo basalto, con suelos de tipo acrisol órtico, andosol ócrico, andosol húmico, luvisol crómico, leptosol lítico y feozem háplico (Cabrera-González et al., 1999). 1.1.2 Clima Los datos climáticos fueron obtenidos de la estación meteorológica Cointzio perteneciente al municipio de Morelia, la cual se localiza aproximadamente a 8 km del área de estudio. De acuerdo con la clasificación climática de Köppen, modificada por García (2004), el clima de esta zona es templado subhúmedo, con verano fresco largo y régimen de lluvias de verano, con poca oscilación térmica e intertropical (Cb(w1)(w)i’g). La temperatura media anual es de 17.6°C y la precipitación anual total es de 791.6 mm. La temporada de lluvias comprende de junio a octubre, mientras que la temporada de secas se presenta el resto del año (Figura 1.1). 1.1.3 Vegetación Sánchez-García (2009) cuantificó para el cerro El Águila un total de 455 especies de plantas vasculares, que pertenecen a 241 géneros y 81 familias. Para la zona de estudio se 5 han descrito cinco tipos de vegetación: bosque de encino, bosque de encino-pino, pastizal, bosque tropical caducifolio y vegetación secundaria (Zacarias-Eslava et al., en revisión). El bosque de pino-encino se establece de 2,500 a 3,080 m de altitud. Las alturas de los árboles oscilan entre 10 y 15 m y las especies más comunes son Pinus leiophylla Schiede ex Schltdl. & Cham, P. pseudostrobus Lindl., Quercus candicans Née, Q. crassipes Humb. & Bonpl., Q. laurina Bonpl., Q. obtusata Bonpl., Q. rugosa Née, Alnus jorullensis Kunth subsp. lutea Furlow, Arbutus xalapensis Kunth, Clethra mexicana DC. y Crataegus mexicana Moc. El estrato arbustivo está representado principalmente por Ageratina mairetiana (DC.) R.M. King & H. Rob, Ceanothus coeruleus Lag., Lippia mexicana Nesom, Monnina ciliolata Sessé & Moc. ex DC., Montanoa frutescens (Mairet ex DC.) Hemsl., Salvia fulgens Cav., S. iodantha Fernald y Verbesina grayii (Sch. Bip.) Benth ex Hemsl. Las espécies de hierbas más frecuentes son Archibaccharis serratifolia (Kunth) S.F. Blake, Castilleja tenuiflora Benth., Eryngium pectinatum C. Presl ex DC., Geranium deltoideum Rydb., Govenia capitata Lindl., Penstemon campanulatus (Cav.) Willd., Piqueria trinervia Cav., Salvia elegans Vahl, Salvia mexicana L., Stevia monardifolia Kunth y S. salicifolia Cav. En altitudes de 2,150 a 2,500 m s.n.m. se ubica el bosque de encino, constituido principalmente por especies caducifolias durante parte de la época seca. Los árboles tienen alturas promedio de 4 a 7 m y las especies dominantes son Quercus castanea Née y Q. deserticola Trel., las cuales se encuentran asociadas a otras especies como Q. crassipes Humb., Q. obtusata Bonpl., Prunus serotina Ehrh. subsp. capuli (Cav.) McVaugh y Arbutus xalapensis Kunth & Bonpl. También son comunes los arbustos Baccharis heterophylla Kunth, Lantana hirta Graham, Mimosa aculeaticarpa Ortega, Rhus aromatica Aiton var. schmidelioides (Schltdl.) Engl. y Verbesina spp., mientras que las especies de hierbas más frecuentes son Loeselia glandulosa (Cav.) G. Don, L. mexicana (Lam.) Brand, Salvia lavanduloides Kunth, S. reptans Jacq. y Tagetes lucida Cav. 6 El bosque tropical caducifolio se localiza aproximadamente entre 1,900 y 2,150 m de altitud; este tipo de vegetación se encuentra severamente fragmentado y forma pequeños manchones. Los árboles que dominan son pequeños (2 a 4 m) y pertenecen a las especies Acacia pennatula (Schltdl. & Cham.) Benth., Bursera cuneata (Schltdl.) Engl., Condalia velutina I. M. Johnst., Forestiera phillyreoides(Benth.) Torr., Ipomoea murucoides Roem. & Schult., Opuntia atropes Rose y Quercus deserticola Trel. Entre los arbustos, las especies más comunes son Lantana hirta Graham, Mimosa aculeaticarpa Ortega, Rhus aromatica Aiton var. schmidelioides (Schltdl.) Engl. y Tecoma stans (L.) Juss. ex Kunth. En el estrato herbáceo destacan Bouvardia ternifolia (Cav.) Schltdl., Helianthemum glomeratum (Lag.) Lag. ex DC., Loeselia mexicana (Lam.) Brand y Salvia lavanduloides Kunth. En las áreas donde la cobertura arbórea ha sido eliminada, son comunes los pastizales, en los cuales la especie dominante es Muhlenbergia macroura (Kunth) Hitchc. Sin embargo, se pueden encontrar otras especies de hierbas como Agalinis peduncularis (Benth.) Pennell, Buchnera obliqua Benth., Daucus montanus Humb. & Bonpl. ex Spreng., Erigeron delphinifolius Willd., Halenia brevicornis (Kunth) G. Don, Helianthemum glomeratum (Lag.) Lag. ex DC., Lobelia fenestralis Cav., Lupinus exaltatus Zucc., L. bilineatus Benth. y Verbena menthifolia Benth. Finalmente, en las áreas cercanas a los terrenos de cultivo y caminos se presentan hierbas y arbustos que han sido consideradas como elementos de vegetación ruderal y entre las especies más frecuentes pueden citarse a Bacharis heterophylla Kunth, B. pteronioides DC., Barckleyanthus salicifolius Kunth, Bidens odorata Cav., Castilleja arvensis Cham. & Schltdl. y Cosmos bipinnatus Cav. 7 Figura 1.1. Ubicación del cerro El Águila y diagrama ombrotérmico de la estación meteorológica de Cointzio, Morelia, Michoacán. Los datos climáticos representan el promedio de 29 años (1971-2000). 8 CAPÍTULO II FENOLOGÍA REPRODUCTIVA DE LA FLORA DE UN BOSQUE TEMPLADO EN MICHOACÁN, MÉXICO. Resumen Con el fin de caracterizar la fenología reproductiva de las especies más abundantes de un bosque templado en el Cerro El Águila, se documentaron durante dos años (noviembre 2007 a octubre 2009) los periodos de floración y fructificación de 144 especies (19 árboles, 37 arbustos y 88 hierbas). Se determinó la estacionalidad y la duración de los eventos fenológicos y su correlación con los registros mensuales de precipitación y temperatura a nivel comunitario y entre distintas formas de crecimiento. Se compararon los patrones fenológicos de las distintas formas de crecimiento mediante estadística circular. Los resultados mostraron que la floración y la fructificación son eventos estacionales. A nivel comunitario el pico de floración ocurrió al final de la temporada de lluvias, en tanto que el de fructificación se observó durante la temporada seca. Las formas de crecimiento mostraron diferencias en su actividad reproductiva; la mayoría de los árboles y arbustos florecieron y fructificaron en la temporada seca, mientras que las hierbas presentaron flores al final de la época de lluvias y frutos principalmente en la temporada de menor precipitación. A nivel de la comunidad, la duración promedio de ambos eventos fenológicos fue intermedia (2 a 5 meses) y en las especies de arbustos fue donde se presentó la mayor frecuencia de floración y fructificación extendida (mayor que cinco meses). El número de especies en fructificación a nivel comunitario y en las tres formas de crecimiento se correlacionó de manera negativa con la precipitación. Por otro lado, la floración de los arbustos y la fructificación en las hierbas y a nivel comunitario mostraron correlaciones negativas con la temperatura. Los patrones fenológicos observados en el presente estudio difieren de lo documentado en otros bosques templados ubicados a mayor latitud y son más similares a los que se presentan en bosques tropicales estacionales. 9 2.1 Introducción La fenología se define como el estudio de los eventos o fases del ciclo vida de las plantas que ocurren temporalmente (Rathcke y Lacey, 1985; van Schaik et al., 1993). La fenología reproductiva incluye la floración y la fructificación. La primera de éstas comprende la producción y el desarrollo de botones florales, la antesis y la senescencia de las flores, mientras que la segunda incluye la iniciación, el crecimiento y la maduración del fruto, así como su eventual dispersión (Rathcke y Lacey, 1985). Los estudios fenológicos representan fuentes importantes de información, que facilitan la comprensión de procesos biológicos complejos que ocurren en diferentes escalas de tiempo y/o espacio. Conocer los periodos de producción de flores y frutos es fundamental para entender las interacciones entre las plantas y los animales que dependen de ellas, ya sea como polinizadores, dispersores o depredadores (Frankie et al., 1974; Stiles, 1975; Rathcke y Lacey, 1985; Abe y Kamo, 2003; Thies y Kalko, 2004). Además, la evaluación sistemática de los eventos fenológicos a largo plazo puede aportar información relevante para evaluar el complejo fenómeno del cambio climático (Kramer et al., 2000; Alvarado et al., 2002). En los bosques tropicales húmedos y secos, los trabajos acerca de la fenología de las plantas no sólo se han limitado a describir los patrones fenológicos, sino también han buscado las causas de los patrones observados (Rathcke y Lacey, 1985; Newstrom et al., 1994; Williams-Linera y Meave, 2002). En los ecosistemas templados la búsqueda de patrones fenológicos se ha centrado principalmente en el análisis de la relación de la temperatura con los periodos de floración (Clarke, 1968; Mark, 1970; Bliss, 1971; Arroyo- Kalin et al., 1981; Kudo, 1992; Fitter et al., 1995; Lechowicz, 1995; Kramer et al., 2000) y en las estrategias de polinización y la sincronía intraespecífica, tanto de la floración como de la fructificación (Rathcke, 1988; Sork, 1993; Sork et al., 1993; Abe y Kamo, 2003; Osada et al., 2003; Espelta et al., 2008; Díaz-Pontes y Reyes-Jaramillo 2009; Martínez y González-Taboada, 2009). 10 En México son pocos los estudios fenológicos que se han llevado en los bosques templados y la mayoría de éstos se han dirigido exclusivamente hacia los árboles. Para esta forma de crecimiento se ha observado que la floración y fructificación ocurren principalmente durante la temporada seca del año (Bello-González, 1983, 1994; Ramírez- García y Nepamuceno-Martínez, 1986; Olvera-Vargas et al., 1998; Cornejo-Tenorio e Ibarra-Manríquez, 2007). Con base en la literatura especializada revisada, sólo en el estudio de Cornejo-Tenorio e Ibarra-Manríquez (2007) se ha analizado la fenología reproductiva de distintas formas de crecimiento en un bosque de clima templado de México. En ese trabajo se señala que los árboles, los arbustos y las hierbas difieren en su comportamiento fenológico. En la parte más baja del cerro El Águila el tipo de vegetación que predomina es el bosque tropical caducifolio y al incrementarse la altitud se presenta una transición a bosque templado. La presencia de estos dos tipos de vegetación se debe a que está área se localiza dentro de la zona intertropical, por lo cual resulta interesante determinar si los patrones fenológicos de las especies de este bosque templado son similares a los de otros ecosistemas templados de mayores latitudes o a los de los bosques tropicales estacionales. En este sentido, también es de particular interés determinar si la fenología de las especies se relaciona con la precipitación o la temperatura, ya que estas son las variables que frecuentemente se han asociado con fenología de las plantas de los ecosistemas tropicales y templados de mayor latitud, respectivamente. En consecuencia, los objetivos del presente estudio pretenden determinar a nivel comunitario y entre distintas formas de crecimiento, lo siguiente: i) la temporalidad de la floración y la fructificación, ii) la estacionalidad y duración de estos eventos y iii) la posible relación de estas fenofases con la precipitación y temperatura mensuales. 2.2 Métodos Se hicieron observaciones de la fenologíade 144 especies de plantas vasculares (19 árboles, 37 arbustos y 88 hierbas). El registro fenológico se llevó a cabo desde noviembre de 2007 hasta octubre de 2009, en la segunda semana de cada mes. Durante este periodo las observaciones se realizaron a lo largo de dos senderos de aproximadamente 2 km, uno 11 situado en la ladera NE y otro en la SO del Cerro El Águila (Figura 1.1). Para tener un registro puntual del mismo grupo de especies de hierbas, a lo largo de cada ladera se distribuyeron de manera sistemática 20 puntos de observación, con 5 m de radio cada uno. En el caso de las especies arbóreas y arbustivas se marcaron individuos a lo largo de cada sendero. Los datos se basaron en el registro cualitativo (presencia o ausencia) de flores en antesis y frutos maduros, ya sea por observación directa o con binoculares. Para determinar las condiciones de madurez de las flores, se observaron flores abiertas, la dehiscencia de las anteras y la presencia de néctar y/o de alguna fragancia. Los frutos se consideraron maduros cuando presentaron cambios de color (generalmente son verdes cuando están inmaduros y cambian a blanco, amarillo, negro o rojo), consistencia y/o dehiscencia. Se registró floración o fructificación de la especie cuando al menos 10 individuos presentaron alguna de las fenofases evaluadas; en el caso de las hierbas y ante la dificultad de delimitar individuos, una especie se consideró como reproductiva cuando la fenofase fue observada en al menos 10 de los 20 puntos de observación; en ocasiones los registros se complementaron con observaciones realizadas en el trayecto que separa los puntos de observación. Las especies fueron generalmente determinadas en campo y cuando se tuvo incertidumbre al respecto se hicieron colectas de referencia, que se depositaron en el herbario IEB y MEXU. 2.2.1 Descripción y análisis de datos La descripción de los eventos fenológicos fue realizada (i) a nivel comunitario (número total de especies) y (ii) por formas de crecimiento, donde se incluyeron árboles (plantas que ramifican por encima de su base, mayores de 3 m), arbustos (plantas perennes leñosas que ramifican desde la base, menores de 3 m) y hierbas (plantas anuales y perennes, con tallos no lignificados). Para describir los patrones de la fenología reproductiva de las especies se tomaron en cuenta algunos de los criterios propuestos por Newstrom et al. (1994), como son la estacionalidad y la duración de las fenofases. Con respecto a la estacionalidad se consideraron tres posibilidades: (i) que el evento se presentara en la temporada seca del año (noviembre-mayo), (ii) que ocurriera en la temporada de lluvias 12 (junio-septiembre), o (iii) que se presentara en ambas temporadas. Debido a que las observaciones fueron realizadas mensualmente, se consideró que la duración breve comprendería este periodo y no menos de un mes, como originalmente lo propusieron Newstrom et al. (1994). La duración fue catalogada entonces de la siguiente manera: (i) breve (1 mes), (ii) intermedia (de 2 a 5 meses) y (iii) extendida (mayor de 5 meses). Para determinar la duración de ambos eventos fenológicos a nivel comunitario y por formas de crecimiento se calcularon la media, la moda y la desviación estándar del número de meses en los cuales se observaron flores o frutos en las especies. Cuando los datos se distribuyeron normalmente de acuerdo con la prueba de normalidad de Shapiro-Wilk (Zar, 1999), se realizaron análisis de estadística circular para determinar el ángulo medio (a), el cual corresponde al punto del año en el que el mayor número de especies presenta algún evento fenológico. Para calcular los parámetros de la estadística circular los meses fueron convertidos a ángulos, asignando a cada mes un valor de 30° (noviembre, 0°; diciembre, 30°; enero 60° y así sucesivamente). Para determinar la significancia estadística de a se llevó a cabo la prueba de Rayleigh (z), la cual prueba la hipótesis nula de que los datos se distribuyen uniformemente a lo largo del año y por tanto no hay una dirección media preferente. Si la hipótesis nula es rechazada, entonces la concentración de datos alrededor de a denotada por r se puede considerar como el grado de estacionalidad. El vector r no tiene unidades y puede tomar valores entre 0 (cuando la actividad fenológica se distribuye homogéneamente a través del año) y 1 (cuando la floración o la fructificación se concentran en algún periodo). Cuando a fue significativo, se calculó la prueba de Watson-Williams (F) para comparar esta variable entre formas de crecimiento. Finalmente, se calcularon los coeficientes de correlación de los datos mensuales de precipitación y temperatura durante el periodo monitoreado (noviembre de 2007 a octubre de 2009) con la floración y la fructificación, tanto a nivel comunitario como por formas de crecimiento. Como los datos ambientales no se distribuyeron normalmente (prueba de Shapiro-Wilk), se calculó el coeficiente de correlación no paramétrico de Spearman (Zar, 1999). 13 2.3 Resultados 2.3.1 Estacionalidad La floración se observó en todas las especies durante los dos años del registro, mientras que solamente se observaron frutos maduros en 86.1% y 84.7% de las especies, durante el primero y el segundo año, respectivamente. A nivel comunitario y en las especies de hierbas, se presentó un incremento en la actividad de la floración al final de época de lluvias (junio-octubre; Figura 2.1A y D), en tanto que en los árboles y los arbustos la máxima actividad se observó en la época seca (Figura 2.1B, C). En las tres formas de crecimiento, la mayor parte de las especies presentó frutos durante la temporada seca (Figura 2.1A-D). Los periodos de floración y fructificación a nivel comunitario no fueron continuos a lo largo de cada ciclo anual (Cuadro 2.1). El ángulo medio de la floración se presentó en la primera mitad de octubre, en tanto que la producción de frutos tuvo un incremento importante a finales de diciembre e inicios de enero en ambos años (Cuadro 2.1, Figura 2.1A). A pesar de que el pico de floración fue significativo, el grado de estacionalidad fue bajo. En contraste, la estacionalidad de la fructificación fue mayor, ya que la mayor parte de las especies concentraron su actividad durante la época de menor precipitación (Cuadro 2.1, Figura 2.2). En los árboles, los arbustos y las hierbas el número de especies en floración no se distribuyó de manera uniforme. El ángulo medio de la floración en los árboles correspondió al inicio de marzo, en los arbustos se presentó al inicio de diciembre y en las hierbas se presentó a finales de septiembre (Cuadro 2.1, Figura 2.1B-D). Durante los dos años, los ángulos medios de los periodos de floración fueron significativamente diferentes entre árboles y arbustos (F=15.1 y 16.1, respectivamente), entre árboles y hierbas (F=54.7 y 56.8), así como entre arbustos y hierbas (F=32) (g.l.=1, P<0.05 en todos los casos). El grado de estacionalidad fue mayor en las especies de árboles y decreció hacia las hierbas y los arbustos (Cuadro 2.1). Durante los dos años de observaciones, más de 70% de las especies de árboles y más de 50% de los arbustos florecieron en la 14 temporada seca del año. Por el contrario, fue en la temporada de lluvias en la que más de 60% de las especies de hierbas presentaron flores (Figura 2.2). En los arbustos y las hierbas la producción de frutos no fue continua a lo largo de cada año (Cuadro 2.1). En ambos años el a de los arbustos correspondió al inicio de febrero, mientras que en las hierbas se presentó al inicio de diciembre (Cuadro 2.1, Figura 2.1C-D). En los árboles la fructificación no fue uniforme durante el primer año y el ángulo medio correspondió a febrero; sin embargo, en el segundo año se observaron dos periodos de actividad (diciembre y abril), ambos en la temporadaseca (Cuadro 2.1, Figura 2.1B). En ambos años, el a de la fructificación en las hierbas fue significativamente diferente del que presentaron los arbustos (F=40.7 y 35.5) y también difirió con el de los árboles durante el primer año (F=33.88) (g.l.=1 y P<0.05 en ambos casos). Por otro lado, hubo diferencia significativa entre el ángulo medio de la fructificación de los árboles y los arbustos (F=1.3 g.l.=1 y P>0.05). La estacionalidad de este evento fenológico fue mayor en los arbustos y hierbas (Cuadro 2.1). En ambos años, más de 70% de las especies de las tres formas de crecimiento presentaron frutos durante la época seca del año (Figura 2.2). 2.3.2 Duración A nivel comunitario, la actividad fenológica de la floración y la fructificación se concentró en periodos de uno a tres meses en más de 70 y 90% de las especies, respectivamente. En ambas fenofases, la moda de la duración fue de dos meses (Cuadro 2.2). La producción de flores y frutos durante periodos extendidos (mayores de cinco meses) sólo se observó en 8 y 3% de las especies, respectivamente (Apéndice). En las tres formas de crecimiento la duración media de la floración y de la fructificación no presentó variación contrastante entre los años de estudio. La duración de ambos eventos fue ligeramente mayor en los arbustos, debido a la presencia de algunas especies con estructuras reproductivas hasta por 10 meses. Las especies arbóreas presentaron los periodos más cortos en flor y las herbáceas los más cortos en fruto; sin embargo, la moda de la duración en las tres formas de crecimiento no difirió de manera contrastante (Cuadro 2.2). 15 Figura 2.1. Número de especies en floración (gris claro) y fructificación (gris oscuro) a lo largo del año en el cerro El Águila, Michoacán, México. Total (A), árboles (B), arbustos (C) y hierbas (D). Los años de registro se indican con 1 y 2 en cada caso. 0 20 40 60 N D E F M A M J J A S O A1 0 20 40 60 N D E F M A M J J A S O A2 0 5 10 N D E F M A M J J A S O B1 0 5 10 N D E F M A M J J A S O B2 0 10 20 N D E F M A M J J A S O C1 0 10 20 N D E F M A M J J A S O C2 0 15 30 45 N D E F M A M J J A S O D1 0 15 30 45 N D E F M A M J J A S O D2 16 Cuadro 2.1. Resultados de la estadística circular para evaluar la estacionalidad de los eventos fenológicos (*P<0.05). Los datos del primer y segundo año están en cursivas y subrayados, respectivamente. Forma de crecimiento Ángulo medio (a) Estacionalidad (r) Rayleigh (z) Floración Árboles 126.3° (marzo) 0.45 7.6* 120.2° 0.46 6.9* Arbustos 38° (diciembre) 0.23 7.9* 35° 0.3 9.9* Hierbas 327.7° (septiembre) 0.38 34.1* 327.1° 0.37 32.5* Total 346.5° (octubre) 0.25 25* 349.9° 0.26 25.8* Fructificación Árboles 112.7° (febrero) 0.5 8* --- --- --- Arbustos 96.3° (febrero) 0.59 22.4* 94.7° 0.52 18.5* Hierbas 31° (diciembre) 0.5 30.6* 35.4° 0.58 39.9* Total 62.3° (enero) 0.42 39.3* 54.9° (diciembre) 0.46 44.5* 2.3.3 Fenología y variables climáticas Tanto a nivel comunitario como en las especies arbustivas y herbáceas se presentó una correlación negativa del número de especies en fructificación con la precipitación mensual durante los dos años de registro. En las especies arbóreas se observó la misma correlación, pero solamente en el primer año. La producción de frutos a nivel comunitario y en las tres formas de crecimiento ocurrió mayoritariamente en la temporada de menor precipitación (Cuadro 2.3, Figura 2.1). En los arbustos el número de especies en floración se 17 correlacionó de manera negativa con la temperatura. En estas especies la floración ocurrió principalmente durante la parte más fría del año (diciembre a marzo; Cuadro 2.3, Figura 2.1C). Por otro lado, se presentaron correlaciones negativas de la temperatura con el número de especies en fructificación a nivel comunitario y en las hierbas. (Cuadro 2.3). Figura 2.2. Porcentaje de especies en floración y fructificación, en la temporada de lluvias (negro), de secas (blanco) y a través de ambas temporadas (gris), en el Cerro El Águila Michoacán, México. El número debajo de cada barra indica el año de registro. 0 20 40 60 80 100 Total Árboles 0 20 40 60 80 100 Floración Fructificación Arbustos 1 2 1 2 Hierbas Floración Fructificación 1 2 1 2 P o rc en ta je d e es p ec ie s 18 Cuadro 2.2. Duración (en meses) de la floración y la fructificación en el Cerro El Águila, Michoacán, México. Los datos del primer y del segundo año están en cursivas y subrayados, respectivamente. Entre paréntesis se presenta el valor de la desviación estándar. Forma de crecimiento Especies Media (DE) Moda Min-Max Floración Árboles 19 1.7 (0.8) 2 1-4 19 1.8 (0.9) 2 1-4 Arbustos 37 3 (1.7) 3 1-9 36 2.9 (1.8) 2 1-9 Hierbas 88 2.5 (1.1) 2 1-6 88 2.6 (1.3) 2 1-6 Total 144 2.6 (1.3) 2 1-9 143 2.5 (1.4) 2 1-9 Fructificación Árboles 19 2 (0.8) 2 1-3 13 1.6 (0.7) 1 1-3 Arbustos 34 2 (1.1) 2 1-7 34 2 (1.6) 2 1-10 Hierbas 72 1.6 (0.7) 1 1-4 75 1.6 (0.8) 1 1-4 Total 124 1.9 (0.8) 2 1-7 122 1.8 (1) 2 1-10 19 Cuadro 2.3. Coeficientes de correlación de Spearman del número de especies en floración y fructificación con la precipitación y la temperatura, en el Cerro El Águila, Michoacán, México. Los datos del primer y del segundo año están en cursivas y subrayados, respectivamente. (*P≤0.05). Forma de crecimiento Floración Fructificación Floración Fructificación Precipitación Temperatura Árboles -0.42 -0.65* -0.42 -0.1 -0.36 -0.48 -0.36 0.04 Arbustos -0.33 -0.77* -0.81* -0.3 -0.54 -0.83* -0.91* -0.4 Hierbas 0.45 -0.57* -0.35 -0.77* 0.37 -0.7* -0.23 -0.88* Total 0.14 -0.79* -0.5 -0.64* 0.08 -0.87* 0.44 -0.81* 2.4 Discusión 2.4.1 Estacionalidad A nivel comunitario, la floración de las especies del área de estudio se presentó principalmente durante la temporada de lluvias, con un incremento significativo en octubre (Cuadro 2.1, Figura 2.1A). Este resultado coincide con lo documentado por Cornejo- Tenorio e Ibarra-Manríquez (2007), cuyo trabajo fue realizado en un bosque templado, y también fue similar a lo que se observó en el estudio de Meave et al. (1994) llevado a cabo en un matorral xerófilo, así como con los estudios de Batalha y Mantovani (2000) y Batalha y Martins (2004), realizados en un ecosistema tropical seco. La estacionalidad de la floración observada en el presente estudió contrastó con lo documentado para otros ecosistemas templados (Ramírez-García y Nepamuceno-Martínez, 1986; Bello-González, 1994; Olvera-Vargas et al., 1998) y en bosques tropicales húmedos (Carabias-Lillo y Guevara, 1985; Ibarra-Manríquez et al., 1991; Ibarra-Manríquez y Oyama, 1992; Ochoa- Gaona et al., 2008) de México, donde la floración se presentó principalmente durante la 20 temporada seca del año. En estos últimos trabajos solamente se consideraron a las especies leñosas, por lo cual es congruente está discrepancia en los resultados, ya que el patrón general de floración observado en el presente estudio fue determinado en gran parte por la abundancia de hierbas, las cuales se mostraron en antesis durante la temporada húmeda del año. La producción de frutos a nivel comunitario se concentró principalmente en la época seca del año, con un incremento en la actividad durante diciembre (Cuadro 2.1, Figura 2.1A). En México, este resultado también ha sido observado en otros bosques templados (Ramírez-García y Nepamuceno-Martínez, 1986; Bello-González,1994; Olvera-Vargas et al., 1998; Cornejo-Tenorio e Ibarra-Manríquez, 2007), así como en un matorral xerófilo (Meave et al., 1994). La estacionalidad observada en la producción de frutos en las plantas estudiadas en el cerro El Águila puede ser explicada por la abundancia de especies que producen frutos secos (autócoras y anemócoras), las cuales maduran preferentemente en la época con menores valores de precipitación durante el año. Se ha postulado que ésta es una estrategia que maximiza la eficiencia en la dispersión (Batalha y Mantovani, 2000; Justiniano y Fredericksen, 2000; Griz y Machado, 2001; Batalha y Martins, 2004; Selwyn y Parthasarathy, 2007). En contraste, se ha encontrado en algunos bosques tropicales húmedos que la fructificación ocurre mayoritariamente en la temporada más húmeda, un patrón que se asocia con la abundancia de especies que producen frutos carnosos (Frankie et al., 1974; Croat, 1975; Ibarra-Manríquez et al., 1991; Ibarra-Manríquez y Oyama, 1992). Los resultados de este trabajo apoyan la hipótesis de que la fenología reproductiva difiere entre distintas formas de crecimiento (Croat, 1975; Ibarra-Manríquez et al., 1991; Bhat y Murali, 2001; Lemus-Jiménez y Ramírez, 2002; Ramírez, 2002; Batalha y Martins, 2004; Joshi y Janarthanam, 2004; Cornejo-Tenorio e Ibarra-Manríquez, 2007). Los picos de floración de las tres formas de crecimiento se presentaron en distintos meses del año, por lo cual podría proponerse que esta situación se ajusta a la hipótesis propuesta por Levin y Anderson (1970), en la cual se señala que la coexistencia debió promover un 21 desplazamiento en la fenología de las especies, presentándose un escalonamiento a nivel comunitario. Los árboles presentaron flores principalmente durante la temporada seca, lo cual concuerda con lo observado en otros ecosistemas templados (Ramírez-García y Nepamuceno-Martínez, 1986; Olvera-Vargas et al., 1998; Bello-González, 1994; Cornejo- Tenorio e Ibarra-Manríquez, 2007) y con otras especies arbóreas estudiadas en los bosques tropicales húmedos y secos (Frankie et al., 1974; Croat, 1975; Ibarra-Manríquez et al., 1991; Madrigal, 1997; Joshi y Janarthanam, 2004). Al respecto, se ha mencionado que la producción de flores en la temporada de menor precipitación en las especies con esta forma de crecimiento puede asociarse con las condiciones de viento favorables para la transferencia de polen (Frankie et al., 1974; Rathcke y Lacey, 1985) y con la abundancia de polinizadores (Janzen, 1967). Con respecto a la fructificación, ésta se presentó en la mayor parte de especies arbóreas en la temporada seca, aunque únicamente en el primer año se observó un pico significativo (Cuadro 2.1, Figura 2.1B). Este comportamiento también fue observado en otros bosques templados y tropicales (Croat, 1969; Ramírez-García y Nepamuceno- Martínez, 1986; Ibarra-Manríquez et al., 1991; Olvera-Vargas et al., 1998; Bello- González, 1994; Justiniano y Fredericksen, 2000; Ramírez, 2002; Batalha y Martins, 2004; Hamann, 2004; Cornejo-Tenorio e Ibarra-Manríquez, 2007). En los árboles de la zona de estudio se observaron frutos de consistencia seca en 70% de las especies, durante el periodo de menor humedad, que se presenta de febrero a marzo. En el segundo año no se observó un pico significativo de fructificación para esta forma de crecimiento (Figura 2.1B). Este comportamiento está asociado con la ausencia de frutos en seis especies (Clethra mexicana, Ipomoea murucoides, Quercus castanea, Q. crassipes, Q. laurina y Q. rugosa). A diferencia de otros bosques neotropicales (Opler et al., 1980; Ramírez, 2002; Joshi y Janarthanam, 2004; Cornejo-Tenorio e Ibarra-Manríquez, 2007), en los que la floración y la fructificación en los arbustos se observaron durante todo el año, en la zona de estudio ambas fenofases se presentaron en la temporada seca (Cuadro 2.1 y Figura 22 2.1C). Este resultado coincidió con algunos trabajos realizados en bosques tropicales (Croat, 1969; Bhat y Murali, 2001; Spina et al., 2001; Thies y Kalko, 2004), así como con algunas especies de arbustos de un bosque de niebla (Williams-Linera, 2003). La floración durante la temporada seca puede presentarse las especies leñosas debido a que tienen un sistema radicular más profundo que las hierbas, lo que les permite disponer de agua durante los períodos más desfavorables del año (Sarmiento y Monasterio, 1983; Batalha y Mantovani, 2000; Ramírez, 2002; Batalha y Martins, 2004). El patrón estacional de floración de estas especies en el área de estudio podría indicar que durante la temporada de lluvias se lleva a cabo la mayor actividad vegetativa y de almacenaje de nutrientes y agua, para dar lugar a la floración durante la temporada seca. La secuencia fenológica observada en los arbustos probablemente se asocia con la dispersión de sus diásporas, ya que en su mayoría producen frutos secos, cuyo síndrome de dispersión es la anemocoria o autocoria. Por lo tanto, la temporada de menor precipitación y mayor temperatura resulta ser el periodo óptimo para la maduración y dispersión de las diásporas. La floración de las especies herbáceas ocurrió durante la temporada de lluvias, presentándose un pico de floración al final de septiembre y principios de octubre. Este comportamiento coincide con lo documentado en el trabajo de Cornejo-Tenorio e Ibarra- Manríquez (2007) realizado en un bosque templado y con los trabajos llevados a cabo en un matorral xerófilo por Meave et al. (1994) y Figueroa-Castro et al. (1998). Asimismo, concuerda con algunos estudios llevados a cabo en bosques tropicales (Croat, 1975; Batalha y Mantovani, 2000; Bhat y Murali, 2001; Spina et al., 2001; Batalha y Martins, 2004). La estacionalidad observada en las hierbas está relacionada con la alta disponibilidad de agua que requiere esta forma de crecimiento para su desarrollo vegetativo y su reproducción (Janzen, 1967; Rathcke y Lacey, 1985; Cornejo-Tenorio e Ibarra-Manríquez, 2007), así como al hecho de que varias especies son anuales, que germinan con el inicio de la época lluviosa. Al respecto, también se ha señalado que durante la temporada de lluvias las especies herbáceas acumulan carbohidratos, que son utilizados posteriormente para la floración al final de esta época (Batalha y Martins, 2004). 23 La maduración de los frutos en las hierbas ocurrió principalmente al inicio de la estación seca (diciembre), lo que coincide con lo reportado para esta forma de crecimiento en otro bosque templado (Cornejo-Tenorio e Ibarra-Manríquez, 2007) y en un matorral xerófilo (Figueroa-Castro et al., 1998). Asimismo, este comportamiento fue documentado en un bosque tropical seco (Bhat y Murali, 2001; Batalha y Martins, 2004). Cabe mencionar que las hierbas se dispersaron principalmente por autocoria, por lo cual la época seca es un periodo óptimo para su dispersión, ya que las condiciones de baja humedad favorecen la deshidratación de los frutos, permitiendo la liberación de la semilla (Batalha y Mantovani, 2000; Batalha y Martins, 2004). Figueroa-Castro et al. (1998) mencionan que en las especies anemócoras, la dispersión de semillas durante la temporada de lluvias se encuentra limitada por los altos niveles de humedad y baja incidencia de vientos. 2.4.2 Duración La duración de las fenofases vegetales ha sido un aspecto poco considerado en la mayor parte de los estudios fenológicos. En el presente estudio la floración a nivel comunitario presentó valores de duración similares en los dos años de observaciones. De acuerdo con la clasificación de Newstrom et al. (1994), el promedio de duración de la floración es catalogado como duración intermedia (Cuadro 2.2) y coincide con lo observado en otros bosques del neotrópico (Frankie et al., 1974; Opler et al., 1980; Bullock y Solís- Magallanes, 1990; Figueroa-Castro et al., 1998; Morellato et al., 2000;Cornejo-Tenorio e Ibarra-Manríquez, 2007). La escasez de estudios relacionados con la duración de la floración no ha permitido conocer de manera más precisa cuáles son las posibles causas de la variación en esta actividad (Bawa et al., 2003). No obstante, algunos autores mencionan que los periodos de floración cortos observados en los bosques estacionales están asociados con la disponibilidad de recursos en la temporada de floración y la disponibilidad de polinizadores (Janzen, 1967; Gentry, 1974). Asimismo, Bawa et al. (2003) señalan que la duración de la floración no puede ser explicada de manera aislada sin considerar la temporalidad y la frecuencia de este evento, ya que estas tres variables están estrechamente relacionadas. 24 A nivel comunitario, el periodo de fructificación fue de dos meses en la mayor parte de las especies (Cuadro 2.2). Los periodos cortos de fructificación pueden asociarse con una mayor sincronía por parte de las especies, lo cual puede favorecer la atracción de dispersores (Augspurger, 1981; Rathcke y Lacey, 1985). La duración de la fructificación en las especies dispersadas por animales en la zona de estudio apoya esta hipótesis, ya que este evento generalmente no se extendió más allá de dos meses. Sin embargo, en el presente trabajo la mayor parte de las especies se dispersan por anemocoria y autocoria; por lo tanto, la duración de la fructificación probablemente esté más relacionada con el tiempo en el cual las condiciones ambientales son óptimas y no limitan la dispersión de las diásporas. Figueroa-Castro et al. (1998) documentaron en algunas especies anemócoras de Asteraceae que el viento tiene un papel fundamental en la duración de los frutos maduros sobre los capítulos, ya que parece existir una sincronía entre la maduración de los frutos y la temporada de viento. Las duraciones de la floración y la fructificación fueron diferentes en las tres formas de crecimiento y ambos eventos ocurrieron en periodos ligeramente más extendidos en los arbustos. Sin embargo, las duraciones de la floración y la fructificación fueron intermedias en las tres formas de crecimiento (Cuadro 2.2). En el trabajo de Cornejo-Tenorio e Ibarra- Manríquez (2007), realizado en un bosque templado del oriente de Michoacán, los arbustos también presentaron periodos más extendidos de floración y fructificación con respecto a las especies arbóreas y herbáceas. En este sentido, Frankie et al. (1974) señalan que la duración extendida es más frecuente en las especies del sotobosque. En el cerro El Águila ejemplos de estas plantas son Ceanothus coeruleus (Rhamnaceae), Monina ciliolata (Polygalaceae), Salvia fulgens y S. iodantha, Lamiaceae), que florecieron en periodos de más de seis meses. Por otro lado, la producción de frutos en M. ciliolata ocurre prácticamente todo el año, por lo cual podría considerarse como una especie clave, ya que sus frutos sirven de alimento a diferentes grupos de fauna en temporadas de escasez. 25 2.4.3 Fenología y variables climáticas A pesar de que la correlación de la precipitación con el número de especies en floración no fue significativa, se observó una tendencia positiva de la floración con esta variable ambiental a nivel comunitario y en las especies de hierbas. En contraste, la tendencia de la floración en los árboles y arbustos con la precipitación resultó negativa (Cuadro 2.3). Este resultado refleja la estacionalidad observada en la floración en cada una de las formas de crecimiento, donde las hierbas florecen en la época de mayor precipitación, mientras que los árboles y arbustos lo hacen en la temporada seca. En el trabajo de Cornejo-Tenorio e Ibarra-Manríquez (2007) se presentó una correlación positiva de la floración a nivel comunitario con la precipitación. Asimismo, Batalha y Martins (2004), en un bosque tropical seco encontraron que la precipitación se correlacionó de manera positiva con la floración de las hierbas y de forma negativa con la de las especies leñosas. La fructificación de las especies a nivel comunitario y en las tres formas de crecimiento, se correlacionó de forma negativa con la precipitación (Cuadro 2.3). En uno de los sitios de bosque tropical húmedo analizados por Morellato et al. (2000), estos autores encontraron el mismo resultado. La relación de la precipitación con la fenología de las especies de este bosque templado es similar a lo que se ha documentado en algunos bosques tropicales estacionales, por lo cual probablemente la ubicación latitudinal del área de estudio juegue un papel importante en la determinación de las respuestas fenológicas de las plantas. La floración de los arbustos y la producción de frutos a nivel comunitario y en las hierbas, se correlacionaron negativamente con la temperatura. Este factor influye en la fenología de las especies, principalmente en las que habitan en comunidades alpinas y en bosques templados fríos (Mark, 1970; Arroyo-Kalin et al., 1981; Fitter et al., 1995; Lechowicz, 1995; Kramer et al., 2000). Sin embargo, a diferencia de estos trabajos en los que se ha observado que la temperatura se relaciona de manera positiva con la floración y fructificación, en el presente estudio ambos eventos fenológicos se relacionaron negativamente este factor, lo cual es debido a que la mayor parte de las especies 26 concentran su actividad reproductiva durante las dos estaciones más frías del año (otoño e invierno). El presente estudio aporta evidencias de que la floración y la fructificación son eventos estacionales en la mayor parte de las especies y que ambos están relacionados principalmente con la estacionalidad de la precipitación. En este sentido, los patrones fenológicos de este bosque templado coinciden más con los documentados en bosques tropicales estacionales, que con los reportados en los bosques templados de mayores latitudes. Por otra parte, la descripción de la fenología de distintas formas de crecimiento es importante para determinar los patrones fenológicos comunitarios, sin embargo, en estudios posteriores es recomendable considerar también la fase vegetativa (fenología foliar) de las especies, lo cual permitirá comprender de forma más precisa el comportamiento fenológico estacional de las especies. La caracterización cualitativa de la fenología de las plantas es un enfoque de estudio de gran utilidad para describir los periodos de actividad fenológica en un número relativamente grande de especies. No obstante, como ya se ha hecho en otros estudios, un segundo paso sería determinar la intensidad de los eventos fenológicos, lo cual puede ser analizado mediante estudios enfocados al análisis cuantitativo de la fenología de grupos más específicos de plantas. 27 CAPÍTULO III FENOLOGÍA DE LA FRUCTIFICACIÓN Y SÍNDROMES DE DISPERSIÓN DE LA FLORA DE UN BOSQUE TEMPLADO EN MICHOACÁN, MÉXICO. Resumen Este estudio describe la fenología de la fructificación y los síndromes de dispersión de las especies más abundantes de un bosque templado en Michoacán México. Durante dos años (noviembre de 2007 a octubre de 2009) se llevó a cabo el seguimiento mensual de los frutos maduros de 125 especies (19 árboles, 34 arbustos y 72 hierbas). La temporalidad fenológica de las especies anemócoras, autócoras y zoócoras fue comparada mediante estadística circular y se analizó su correlación con la precipitación y la temperatura mensual registrada durante el periodo de estudio. La proporción de especies anemócoras, autócoras y zoócoras fue similar a nivel comunitario. La mayor parte las especies se dispersaron durante la época seca del año y se encontraron diferencias en el mes de mayor actividad en las especies dispersadas por viento con respecto a las otras categorías de dispersión. En los árboles fueron más abundantes las especies zoócoras (sinzoócoras y endozoócoras), miestras que en las hierbas lofueron las autócoras. Los arbustos no mostraron ninguna tendencia al respecto. En ambos años se observó una correlación negativa entre los tres síndromes de dispersión y la precipitación, y la misma tendencia fue obtenida entre el número de especies autócoras y zoócoras con la temperatura. Las proporciones de especies anemócoras, autócoras y zoócoras en este bosque templado son similares a las de algunos bosques tropicales secos, en los que se han considerado los componentes leñosos y herbáceos de la vegetación. 3.1 Introducción La dispersión está considerada como un evento de gran importancia en el ciclo de vida de las plantas, ya que representa el vínculo entre el fin de su ciclo reproductivo y el establecimiento de su progenie (Wang y Smith, 2002). La dispersión se puede definir como el proceso de separación y movimiento de una diáspora de la planta progenitora (Howe y Smallwood, 1982). Como una manera de agrupar a las especies que presentan diásporas 28 con características fisiológicas, morfológicas y fenológicas comunes y que de acuerdo con esto pueden ser asociadas con mayor probabilidad a un agente de dispersión particular, se han reconocido síndromes de dispersión, los cuales se basan en el vector de dispersión biótico o abiótico (van der Pijl, 1972) o en la morfología de las diásporas per se (Dansereau y Lems (1957). Los estudios de los síndromes de dispersión representan una fuente de información importante en la comprensión de la distribución de las plantas, de las interacciones que éstas mantienen con dispersores y depredadores de semillas y en los complejos procesos de regeneración de la vegetación (Dirzo y Domínguez, 1986; Galindo- González, 1998; Castillo-Flores y Calvo-Irabién, 2003; Díaz-Pontes y Reyes-Jaramillo, 2009). Por otro lado, el reconocimiento de los periodos y sitios de producción de frutos y semillas tiene implicaciones en los estudios de procedencias y zonificación de semillas, los cuales son necesarios para la reforestación y la restauración exitosa de sitios perturbados (Sáenz-Romero et al., 2006). Además, la planificación de la recolección de semillas y la detección de las mejores procedencias de germoplasma también son importantes en la conservación de recursos genéticos y el manejo forestal (Vílchez et al., 2004). En términos generales, en los ecosistemas tropicales se ha documentado que la frecuencia relativa de los síndromes de dispersión difiere entre sitios húmedos y secos (Bullock, 1995). En este sentido, se ha observado que las especies dispersadas por animales son proporcionalmente más frecuentes en hábitats húmedos, mientras que en los sitios secos lo son las dispersadas por viento (Gentry, 1982, 1995; Howe y Smallwood, 1982; Ibarra-Manríquez et al., 1991). De la misma forma, los modos de dispersión en un mismo ecosistema también pueden diferir entre la estación lluviosa y la seca (Howe y Smallwood, 1982; Bullock, 1995). En los bosques tropicales húmedos las especies dispersadas por animales producen frutos preferencialmente durante la estación lluviosa, mientras que las anemócoras lo hacen durante la época menos húmeda (Opler et al., 1980; Croat, 1975; Ibarra-Manríquez et al., 1991; Morellato et al., 2000; Griz y Machado, 2001; Joshi y Janarthanam, 2004). Por otro lado, algunos autores señalan que a nivel de formas de crecimiento también hay diferencias en las frecuencias de los síndromes de dispersión 29 (Croat, 1975; Howe y Smallwood, 1982; Ibarra-Manríquez et al., 1991; Griz y Machado, 2001; Chain-Guadarrama, 2005). Por ejemplo, se ha observado que la mayoría de las plantas dispersadas por viento son árboles del dosel y lianas (Howe y Smallwood, 1982; Ibarra-Manríquez et al., 1991; Griz y Machado, 2001). En contraparte con lo anterior, se sabe muy poco acerca de la fenología de la dispersión de las especies de bosques templados, por lo que no es posible determinar su grado de similitud con lo que se conoce para los ubicados en áreas tropicales. En México esta tendencia es similar, ya que la información sobre la dispersión de las plantas también ha sido generada principalmente en bosques tropicales. En estos ecosistemas se ha documentado que las lianas presentan una mayor proporción de especies anemócoras que los árboles y que las especies con diásporas anemócoras se dispersan durante la temporada de menor precipitación (Ibarra-Manríquez et al., 1991; Ibarra-Manríquez, 1992; Solórzano et al., 2001). Por otro lado, se han observado diferencias en los síndromes de dispersión cuando éstos son comparados entre formas de crecimiento o en diferentes tipos de vegetación de un mismo paisaje (Ibarra-Manríquez et al., 1991; Chain-Guadarrama, 2005). Considerando la escasez de trabajos acerca de los síndromes de dispersión en los bosques templados, el presente estudio contempla los siguientes objetivos: (i) cuantificar la proporción de especies anemócoras, autócoras y zoócoras a nivel comunitario y entre distintas formas de crecimiento, (ii) describir la fenología de las especies con estos síndromes de dispersión, y (iii) determinar si la temporalidad de la fructificación de los síndromes de dispersión se relaciona con la precipitación y la temperatura mensuales. 3.2 Métodos Durante dos años (noviembre de 2007 a octubre de 2009) se llevó a cabo el registro fenológico, para lo cual se hicieron observaciones a lo largo de dos senderos de aproximadamente 2 km, uno situado en la ladera NE y otro en la SO del Cerro El Águila (Figura 1.1). A lo largo de cada ladera se distribuyeron 20 puntos de observación, con un radio de 5 m, esto se hizo con el fin de tener un registro puntual del mismo grupo de 30 especies de hierbas. Asimismo, se marcaron individuos de las especies de árboles y arbustos más abundantes a lo largo de cada sendero. Se llevó a cabo un registro cualitativo (presencia o ausencia) de frutos maduros, ya sea por observación directa o con binoculares. Esta condición fue detectada por medio de cambios de color de los frutos (generalmente son verdes cuando están inmaduros y cambian a blancos, amarillos, negros o rojos cuando maduran), consistencia y/o dehiscencia. La fenofase de fructificación de una especie fue considerada cuando al menos 10 individuos presentaron frutos maduros; en el caso de las hierbas y ante la dificultad de delimitar individuos, una especie se consideró reproductiva cuando la fenofase fue observada en 10 de los 20 puntos de observación o en el trayecto que separa cada punto de observación. Las especies fueron generalmente determinadas en campo y cuando se tuvo incertidumbre al respecto se recolectaron ejemplares botánicos, que se depositaron en el herbario IEB y MEXU. Con base en la clasificación de van der Pijl (1972) se consideraron tres síndromes generales de dispersión: anemocoria, autocoria y zoocoria. Las especies anemócoras presentan diásporas con estructuras similares a vilanos o alas, o bien aquellas que son diminutas y ligeras, lo cual les permite dispersarse por viento. Las especies autócoras presentan diásporas que son dispersadas por dehiscencia explosiva de los frutos o que carecen de algún mecanismo especializado para este propósito y que generalmente se localizan cerca de la planta progenitora. Las especies dispersadas por animales fueron divididas en tres categorías: (i) endozoócoras, en la cual las diásporas tienen partes carnosas atractivas para el consumo de animales frugívoros, (ii) epizoócoras, que incluye diásporas que presentan ganchos o tricomas adhesivos y que pueden ser dispersadas externamente al adherirse a las plumas o el pelo de animales y (iii) sinzoócoras, que son diásporas con una morfología similar las autócoras, pero que pueden ser recolectadas por animales granívoros y eventualmente ser dispersadas de manera secundaria. 31 3.2.1 Descripción y análisis de datos Los síndromes de dispersión
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