Effects of climate change on flowering times of selected plant species

Abstract

As temperaturas globais estão a aumentar rapidamente, promovendo mudanças importantes em comunidades de plantas e contribuindo para a perda global de biodiversidade. Das respostas biológicas para o aquecimento global, as mudanças no tempo dos eventos fenológicos como floração estão entre as mais sensíveis e importantes, tanto do ponto de vista biológico como económico. As fontes mais confiáveis de dados para monitorizar os eventos de ciclo de vida são os conjuntos de dados compilados sistematicamente por estações fenológicas. Embora estes sejam relativamente abundantes na Europa Central e do Norte, são escassos em Portugal. A falta de observações fenológicas pode, contudo, ser preenchida por coleções biológicas em herbários e museus, contanto que algum método de correção seja aplicado para superar as diferenças em pontos de amostragem. O objetivo principal deste trabalho foi encontrar um modelo que possa ser utilizado para corrigir as diferenças geográficas entre os locais de colheita em grandes áreas, permitindo a utilização de espécimes abundantes depositados nos herbários portugueses para o estudo dos efeitos do aumento da temperatura sobre a fenologia de plantas. Neste estudo, foram examinados espécimes de herbário de quatro espécies, distribuídos por todo o território Português. Duas bulbosas: Narcissus bulbocodium L. e Romulea bulbocodium Sebast (L.). & Mauri, Fl., e duas arbustivas: Erica australis L. e Erica arborea L. Uma relação não-significativa entre a data de floração e o ano foi observada para os modelos HBL e MLR, no entanto, os melhores ajustes foram obtidos ao utilizar o modelo MLR. Considerando a correlação entre JDN corrigido usando MLR e a temperatura, como se todos os espécimes fossem colhidos no CGP, apenas para R. bulbucodium foi obtida uma relação significativa (P = 0,019), observando-se um avanço de 9,6 dias por 1 °C. Esta correlação mostra o comportamento de espécies que enfrentam a mudança climática, o que permite a utilização desta espécie como um indicador para os efeitos das alterações climáticas na fenologia de plantas. Portanto, podemos usar modelo MLR para corrigir as diferenças geográficas entre os locais de colheita em grandes áreas. O uso de espécimes de herbário é recomendado como uma metodologia sólida, se houver cuidado em selecionar uma espécie com um tempo de floração curto e um vasto tamanho de amostra, podem vir a ser elucidados resultados significativos.

Global temperatures are increasing quickly, promoting important shifts on plant communities and contributing to the global loss of biodiversity. Of the biological responses to global warming, changes in the timing of phenological events such as flowering are among the most sensitive and important, both from a biological and economical point of view. The most reliable data sources to monitor life-cycle events are datasets systematically compiled by phenological stations. Although these are relatively abundant in Central and Northern Europe, they are scarce in Portugal. The lack of phenological observations can, however, be filled up by biological collections in herbariums and museums, as long as some correction procedure is applied to overcome differences in sampling locations. The main objective of this work was to find a model that can be used to correct for the geographical differences among the collection sites across large areas, allowing for the use of the abundant specimens held in the Portuguese herbaria for the study of the effect of the rise of temperature on plant phenology. In this study, we examined herbarium specimens of four species, distributed by the whole of the Portuguese territory. Two bulbous: Narcissus bulbocodium L. and Romulea bulbocodium (L.) Sebast. & Mauri, Fl., and two shrubs: Erica australis L. and Erica arborea L. A non-significant relationship between flowering date, adjusted using Hopkins Bioclimatic Law or Multiple Linear Regression (MLR), and year was observed, however, best fits were obtained using MLR. On the other hand, the correlation between JDN (corrected using MLR) and temperature (adjusted as if all specimens were collected in GCP), was found to be significant (P = 0,019) for R. bulbucodium, indicating an advance in flowering date of 9,6 days per 1 °C for this species. This correlation shows the behavior of species facing climate change, which allows the use of this species as an indicator for climate change effects on plant phenology. Therefore, we can use MLR Model to correct for the geographical differences between collection sites across large areas. The use of herbarium specimens is recommended as a robust methodology, if care is taken to select a species with a short flowering time and a large sample size from which significant results can be elucidated.