Effects of cumulus clouds on microclimate and shoot-level photosynthetic gas exchange in Picea engelmannii and Abies lasiocarpa at treeline, Medicine Bow Mountains, Wyoming, USA Academic Article

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  • Agricultural and Forest Meteorology

abstract

  • © 2014 Elsevier B.V.Here we describe the dynamic effects of cumulus clouds on microclimate and shoot-level photosynthetic gas exchange in saplings of two treeline conifer species-Picea engelmannii and Abies lasiocarpa. Measurements were made during both clear-sky and partly cloudy conditions (~10-70% cumulus cloud cover) throughout the 2012 growing season within an alpine-treeline ecotone. Cumulus clouds generated dynamic fluctuations in photosynthetically active radiation (PAR), higher maximum PAR (>2500μmolm-2s-1), 2-4 fold increases in diffuse PAR, reduced daily mean and cumulative PAR, lower needle temperatures, and reduced leaf-to-air vapor pressure differences relative to clear-sky conditions. Onset of cloud-shade corresponded with declines in photosynthesis, needle temperatures, and evapotranspiration, which were proportional to cloud duration and opacity. Despite increased diffuse light and greater sunlight intensity during cloud-gaps, photosynthesis was never higher on partly cloudy days compared to clear days in either species, during cloud-gaps or cloud-shade. However, reduced transpiration paired with photosynthesis comparable with clear-sky levels during cloud-gaps resulted in greater instantaneous water use efficiency relative to clear-sky measurements. There was no apparent photoinhibition of photosynthesis reflected in gas exchange measurements in response to abrupt and dramatic changes in PAR levels caused by cumulus clouds. We conclude that cumulus clouds reduce instantaneous and daily carbon gain, although lower needle temperatures and associated reductions in transpirational water loss may alleviate daily and seasonal water stress, thereby enhancing carbon gain over the growing season.
  • 2014 Elsevier B.V.Aquí describimos los efectos dinámicos de los cúmulos de nubes sobre el microclima y el intercambio de gases fotosintéticos a nivel de toma en árboles jóvenes de dos especies de coníferas de la línea de árboles: Picea engelmannii y Abies lasiocarpa. Las mediciones se realizaron tanto en condiciones de cielo despejado como en condiciones parcialmente nubosas (~10-70% de cobertura de cúmulos) a lo largo de la temporada de crecimiento 2012 dentro de un ecotono de línea de árboles alpinos. Las nubes de cúmulos generaron fluctuaciones dinámicas en la radiación fotosintéticamente activa (PAR), un PAR máximo más alto (>2500μmolm-2s-1), aumentos de 2-4 veces en la PAR difusa, una PAR media diaria reducida y acumulativa, temperaturas más bajas de las agujas, y una reducción de las diferencias de presión de vapor de hoja a aire en relación con las condiciones de cielo claro. El inicio de la sombra de la nube se correspondió con la disminución de la fotosíntesis, la temperatura de las agujas y la evapotranspiración, que fueron proporcionales a la duración y opacidad de la nube. A pesar del aumento de la luz difusa y de la mayor intensidad de la luz solar durante los días nublados, la fotosíntesis nunca fue mayor en los días parcialmente nublados que en los días despejados en cualquiera de las dos especies, durante los días nublados o con sombra nublada. Sin embargo, la reducción de la transpiración emparejada con la fotosíntesis comparable con los niveles de cielo claro durante los períodos de nubosidad dio como resultado una mayor eficiencia en el uso instantáneo del agua en relación con las mediciones de cielo claro. No hubo fotoinhibición aparente de la fotosíntesis reflejada en las mediciones de intercambio de gases en respuesta a cambios abruptos y dramáticos en los niveles de PAR causados por los cúmulos de nubes. Concluimos que los cúmulos reducen la ganancia de carbono instantánea y diaria, aunque las temperaturas más bajas de las agujas y las reducciones asociadas en la pérdida de agua transpiracional pueden aliviar el estrés hídrico diario y estacional, aumentando así la ganancia de carbono durante la temporada de crecimiento.

publication date

  • 2015/2/5

edition

  • 201

keywords

  • Abies lasiocarpa
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  • treeline
  • vapor pressure
  • water
  • water stress
  • water use efficiency

International Standard Serial Number (ISSN)

  • 0168-1923

number of pages

  • 12

start page

  • 26

end page

  • 37