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Assistir Jornal Hoje - Estudo avalia os impactos das mudanças climáticas na caatinga nos próximos 30 anos online | Globoplay

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Matéria massa veiculada no dia da Caatinga de 2022

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Assistir Jornal Hoje - Estudo avalia os impactos das mudanças climáticas na caatinga nos próximos 30 anos online | Globoplay

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A Embrapa, Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária, divulgou um estudo que avalia os impactos das mudanças climáticas na caatinga nos próximos 30 anos. Num pior cenário, em 2055 o semiárido brasileiro estará 3,5 graus mais quente, com redução de 30% no volume de chuvas.

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Será a chuva, não a temperatura, que influenciará a germinação de sementes da Caatinga em clima futuro.

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Será a chuva, não a temperatura, que influenciará a germinação de sementes da Caatinga em clima futuro.

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Dantas et al., 2020

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Authors and Affiliations

1. Embrapa Semiárido, Caixa Postal 23, Rodovia BR-428, Km 152, Zona Rural, Petrolina, 56302-970, PE, Brazil

Barbara F. Dantas, Magna S. B. Moura, Francislene Angelotti & Tatiana A. Taura

2. Universidade Estadual de Feira de Santana- UEFS, Feira de Santana, BA, Brazil

Claudinéia R. Pelacani, Gilmara M. Oliveira & Fabricio F. S. Silva

3. Universidade do Estado da Bahia- UNEB, Juazeiro, BA, Brazil

Jaciara S. Bispo

4. Universidade Federal Rural do Semiárido- UFERSA, Mossoró, RN, Brazil

Janete R. Matias

5. Department of Comparative Plant and Fungal Biology, Royal Botanic Gardens, Kew, Wakehurst Place, Ardingly, UK

Hugh W. Pritchard & Charlotte E. Seal

Contributions

BFD, CRP, FA and CES conceived and designed the experiments. GMO, JBS, JRM performed the experiments. MSBM provided climate data and interpretation. TAT and FFSS geo-referenced and mapped mother plants. BFD, FA, CES, MSBM and HWP interpreted the data, wrote and reviewed the paper. BFD and CES share equal authorship in this work.

Corresponding author

Correspondence to Barbara F. Dantas.

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Rainfall, not soil temperature, will limit the seed germination of dry forest species with climate change - Oecologia

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Drylands are predicted to become more arid and saline due to increasing global temperature and drought. Although species from the Caatinga, a Brazilian tropical dry forest, are tolerant to these conditions, the capacity for germination to withstand extreme soil temperature and water deficit associated with climate change remains to be quantified.

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Produção e qualidade de sementes da Caatinga em um mundo em transformação

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Fonte: RC Ribeiro

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Marengo 2014

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Autores

José A. Marengo Centro Nacional de Monitoramento e Alertas de Desastres Naturais (Cemaden)

DOI:
https://doi.org/10.11606/issn.2316-9036.v0i103p25-32

Palavras-chave:
mudanças climáticas, impactos, vulnerabilidade, Brasil, modelagem.

Resumo Eventos climáticos extremos recentes, como as enchentes na Bacia do Rio Madeira em 2014 e as secas atuais no Nordeste e no Sudeste do Brasil, e os seus impactos na segurança energética, hídrica e alimentar mostram que o Brasil é vulnerável aos extremos da variabilidade de clima. Como esses extremos são associados à variabilidade natural do clima, existem evidências de que eles seriam mais intensos e frequentes num futuro clima mais quente, e de que as atividades antrópicas podem também ter uma participação significativa no processo de aquecimento global.

Como Citar

Marengo, J. A. (2014). O futuro clima do Brasil. Revista USP, (103), 25-32. https://doi.org/10.11606/issn.2316-9036.v0i103p25-32

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José A. Marengo Centro Nacional de Monitoramento e Alertas de Desastres Naturais (Cemaden) https://doi.org/10.11606/issn.2316-9036.v0i103p25-32 mudanças climáticas, impactos, vulnerabilidade, Brasil, modelagem. Resumo Eventos climáticos extremos recentes, como as enchentes na Bacia do Rio Madeira em 2014 e as secas atuais no Nordeste e no Sudeste do Brasil, e os seus impactos na segurança energética, hídrica e alimentar mostram que o Brasil é vulnerável aos extremos da variabilidade de clima.

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Vídeo premiado no Congresso da Sociedade Brasileira de Restauração Ecológica 2018

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Vídeo premiado no Congresso da Sociedade Brasileira de Restauração Ecológica 2018

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Impacto do aumento da temperatura no banco de sementes do solo de Caatinga

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Wakehurt Place, setembro 2015

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setembro 2015

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Perfil de CO2 e água após eventos de chuva

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Perfil de CO2 e água após eventos de chuva

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Moura et al., 2015

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O clima está mudando mais rapidamente do que conseguimos imaginar

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Combater o aquecimento global é um desafio sem precedentes. O movimento ambientalista tem cada vez mais usado a retórica de que precisamos "salvar o planeta", salientando que se trata de um problema global. Contudo, equilibrar as necessidades de países desenvolvidos e em desenvolvimento não tem sido uma tarefa fácil. Infelizmente, um acordo global para agir não é a mesma coisa que uma ação coordenada global. Diante das mudanças climáticas, a vontade individual de abandonar estilos de vida com alta pegada de carbono não é suficiente. Pessoas e países que não compartilham dessas motivações também devem agir. Para isso, é fundamental ressignificar a confiança na ciência, em oposição a movimentos que buscam enfraquecer o apoio público à ação climática.

Estamos em 2020, em meio à maior pandemia dos últimos 100 anos e, consequente, à maior recessão econômica da história recente. A grande maioria da população achava impossível isso acontecer, mas o mundo parou. Uma pandemia pode mudar muita coisa. Uma pandemia pode mudar tudo. Pode mudar o mundo. Pode mudar as pessoas, mas nem tanto: ela revela aquilo que o ser humano é. Será que vamos voltar deste pesadelo com uma visão mais humanitária sobre o mundo em que vivemos? Ou seguiremos com a " epidemia de cegueira " capaz de interromper a nossa capacidade de enxergar a realidade com lucidez? Extinção de espécies, desigualdade social, racismo, emergência climática. Se você pudesse voltar no tempo, o que faria para impedir tudo isso?

Hoje a temperatura média da superfície da Terra já aqueceu por volta de 1,0°C desde o início da revolução industrial1, que teve início 170 anos atrás. Mas o que isso significa? Por que exatamente isso está acontecendo? Este artigo detalha as principais respostas da ciência sobre as mudanças climáticas globais: qual é o papel dos GEE (gases de efeito estufa), e o que eles nos dizem sobre o impacto das atividades humanas sobre o clima do planeta? Como cientistas reconhecem que fenômenos naturais não explicam as alterações climáticas que estamos vivendo? O que nós, seres humanos, estamos fazendo de tão errado para que a concentração de gases de efeito estufa alcance níveis mais altos do que em qualquer outro ponto dos últimos milhões de anos? Quando e como agir?

Sabemos que as temperaturas globais estão subindo porque há milhares de dados meteorológicos independentes, da Nasa e de outras agências, oriundos de medições diretas da temperatura da superfície da Terra, que revelam que as temperaturas médias globais aqueceram cerca de 1,0°C desde 1850. Os modelos computacionais, centrais para a pesquisa climática de hoje, reúnem a curiosidade de Arrhenius e as técnicas de Bjerknes.

Svante Arrhenius foi um químico sueco que se perguntou, em 1896, se um efeito estufa enfraquecido poderia ser o culpado das eras glaciais. Para testar essa hipótese, apoiou-se na descoberta de Eunice Foote, uma cientista americana que comprovou que a taxa na qual um pote selado com ar se aquecia à luz do sol dependia do nível de dióxido de carbono (CO ₂) naquele ar. Nos seus cálculos dos efeitos de reduzir pela metade o nível de CO ₂ da atmosfera, descobriu que o vapor d'água, assim como o CO ₂, é um gás de efeito estufa. Como a água evapora mais lentamente em climas mais frios, a quantidade de vapor d'água na atmosfera cai com a temperatura, resfriando-a ainda mais. Arrhenius, então, concluiu que reduzir pela metade o nível de CO ₂ esfriaria o planeta em 5°C. Mais do que isso, observou que a mesma relação seria inversa: se dobrássemos o nível de CO ₂, teríamos 5ºC de aquecimento.

Na mesma época, um cientista norueguês chamado Vilhelm Bjerknes estava trabalhando na ideia de como o calor conduz um fluxo de fluidos. Seus alunos aplicaram essas ideias a fluxos em larga escala na atmosfera e nos oceanos, de modo que, anos mais tarde, em 1950, programaram o primeiro computador para resolver essas equações, lançando as bases da previsão do tempo. De lá pra cá, as ferramentas científicas de medições da temperatura tornaram-se cada vez mais refinadas, e os cientistas realizam regularmente cuidadosas verificações de qualidade para garantir que suas observações sejam confiáveis e comparáveis com séries históricas. Para tal, é comum realizar correções nas séries temporais de registros de temperatura para contabilizar variações locais de uma determinada estação de observação. Ou até mesmo alterar metodologias de medição dos registros históricos como parte do progresso da ciência.

O fenômeno natural do efeito estufa na atmosfera garante a existência de vida no nosso planeta ao permitir uma temperatura média de 15°C na superfície terrestre. A queima de combustíveis fósseis poderia, assim, aquecer o mundo, Arrhenius diria - mas imaginava, de fato, que isso aconteceria muito lentamente. Ele nunca imaginou que a concentração de CO ₂ aumentaria tanto em apenas um século. Nos últimos 150 anos, o acúmulo de gases de efeito estufa tem apresentado um crescimento exponencial (lembra as curvas de contágio da covid-19?). Em 1500, ano de chegada dos navegadores portugueses ao Brasil, a concentração de CO ₂ na atmosfera do planeta era estável em níveis inferiores a 300 ppm (partes por milhão)2. A partir do início da revolução industrial, em 1850, até os dias de hoje, ela aumentou mais de 30%. Hoje chegamos a 411 ppm e, a cada ano que passa, batemos recordes de níveis mais elevados da história.

O uso de energia proporciona alimento, abrigo, mobilidade, conforto, segurança e lazer para a sociedade. Assim, parte relevante da energia usada no mundo serve para manutenção e reprodução da sociedade humana, outra parte se destina ao seu bem-estar. Os combustíveis fósseis são a base da nossa energia. Embora as energias renováveis tenham se tornado cada vez mais plausíveis, um abandono das energias fósseis ainda significa uma mudança decisiva e sem precedentes. A ciência nos assegura que o aumento da temperatura global se deve a atividades humanas que, desde a revolução industrial, queimam combustíveis fósseis e, consequentemente, injetam grandes quantidades de gases de efeito estufa na atmosfera.

O calor gerado a partir da queima de combustíveis fósseis opera máquinas, alimenta indústrias e movimenta diferentes meios de transporte. Por outro lado, os gases de efeito estufa que são liberados nesse processo ainda não recebem a merecida atenção por grande parte da sociedade. Por meio de seus efeitos nas plantas, animais e microrganismos que compõem a biosfera, esse fluxo de emissões liga o passado geológico distante da Terra ao seu futuro nos próximos milênios.

É tudo questão de físico-química, explicada pelo ciclo do carbono. É nos oceanos que ocorre a maior parte do equilíbrio dinâmico dos fluxos de carbono liberados na atmosfera. O CO ₂ é dissolvido na água do mar, que funciona como um grande sumidouro de carbono. Outra parte ocorre na fotossíntese, em que plantas, algas e algumas bactérias usam a luz solar para transformar o CO ₂, liberado pela respiração de quase todos os microrganismos e todos os animais, de volta em moléculas orgânicas, matéria-prima da qual se constituem quase todos os seres vivos da Terra. Contudo, nem toda matéria orgânica produzida pela fotossíntese é usada por seres vivos que respiram. Uma parte acaba enterrada em sedimentos, criando um estoque significativo do que chamamos de combustíveis fósseis.

O uso da energia desses combustíveis por atividades humanas nos últimos 170 anos retornou ao ciclo do carbono uma significativa parcela do que foi armazenado por centenas de milhões de anos. Atualmente, de toda a energia consumida no mundo, cerca de 85% advêm da queima de combustíveis fósseis (34%, da queima de petróleo bruto, 27%, do carvão e 24%, do gás natural). As demais fontes renováveis combinadas representam apenas 15%. Outra importante fonte de emissões advém de mudanças do uso do solo, fruto da expansão não sustentável da fronteira agropecuária, da grilagem de terra, desmatamento e limpeza primitiva do terreno (queimadas), muitas vezes ilegais. Além do CO ₂, a crescente concentração dos gases metano (CH ₄) e óxido nitroso (N ₂O) é uma importante causa do aquecimento global. Os principais gases não-CO ₂ 3 são emitidos por atividades humanas relacionadas, especialmente, à produção agropecuária.

Os mares e as plantas tentam ao máximo manter as coisas em equilíbrio, capturando cerca de metade de todo o carbono extra que atividades humanas injetam na atmosfera, porém isso é o máximo da capacidade de regulação da natureza. Os humanos agora têm um poder sobre a Terra tão grande quanto as forças da natureza, e esse poder abriu uma nova época geológica que alguns cientistas chamam de Antropoceno.

Ao emitir, aproximadamente, 52 bilhões de toneladas de gases de efeito estufa por ano, já aumentamos a temperatura média do planeta em cerca de 1°C comparada aos níveis pré-industriais, o que tem ameaçado a resiliência do planeta e a vida de muitas espécies, inclusive nós, seres humanos, com o aumento da frequência e intensidade de eventos extremos. Como esses impactos serão prejudiciais para o bem-estar econômico e físico da humanidade vai depender do grau a que chegaremos de aquecimento e de quão bem a sociedade vai saber se adaptar.

É possível obter uma noção qualitativa do que eventos extremos significam a partir do intervalo de tempo em que ocorrem. Os exemplos de eventos de curta duração, geralmente, são aqueles que representam o pior dia que o clima do mundo pode nos oferecer. Um ciclone tropical4 pode causar milhares de mortes e custar bilhões em danos. Maior calor nos oceanos significa que ciclones, embora menos frequentes em virtude de previsões de condições incomuns de ventos, podem se tornar mais intensos. Assim, eventos extremos de chuvas e inundações podem ser mais comuns em um mundo mais quente.

Os humanos se resfriam suando, um processo que se torna menos eficaz quanto mais úmida a atmosfera. Com o aquecimento global alcançando 2,5°C acima dos níveis pré-industriais, o que é bastante possível na segunda metade deste século, o índice de calor5 de regiões, principalmente as subtropicais, pode alcançar níveis críticos, o que deve afetar negativamente a saúde, sobretudo da franja da população mais vulnerável, bem como a produtividade do trabalho humano. Ondas de calor que já têm causado graves danos na Europa e nos EUA também atingiram o Círculo Polar Ártico, em junho de 2020, com temperaturas alcançando 38°C, a mais alta desde o início das medições. O derretimento do permafrost6 pode liberar bilhões de toneladas de metano na atmosfera, amplificando o aquecimento global e, inclusive, paralisando condições climáticas: no verão, uma semana quente ou um mês letal e, no inverno, um frio repentino ou um congelamento profundo.

Verões quentes já têm prejudicado lavouras, tanto pelas altas temperaturas quanto pela falta de chuva. Invernos mais brandos também têm causado danos, permitindo surtos de pragas, como a de gafanhotos na África, Ásia e América do Sul este ano, que prejudicam a produção de alimentos e ligam o alerta para a segurança alimentar. Aliás, as mudanças climáticas estão afetando todos quatro pilares da segurança alimentar: disponibilidade (rendimento e produção), acesso (preços e capacidade de obter comida), utilização (nutrição e preparo dos alimentos) e estabilidade (rupturas na disponibilidade). Além disso, veremos efeitos diferentes em países diferentes, mas haverá impactos mais drásticos em países de baixa renda, que podem colocar até 183 milhões de pessoas a mais no mundo passando fome.

No que se refere a eventos de mais longo prazo, o maior exemplo é o nível do mar, cuja elevação se dá por, basicamente, três fenômenos: maiores temperaturas causam expansão térmica dos oceanos, derretimento de geleiras e instabilidade física das calotas polares. Estima-se que, se as emissões não diminuírem e o aquecimento global atingir uma elevação de 4°C em 2100, o nível do mar atingirá patamares críticos. A expansão térmica dos oceanos e o derretimento de geleiras já estão provocando um aumento de cerca de 1 cm a cada três anos. Quer você queira ou não, a elevação do nível do mar é um problema global e não necessariamente será possível observá-lo num dia de praia qualquer. Uma boa regra de bolso na comunidade científica é relacionar cada centímetro do aumento do nível do mar à perda de cerca de 2,5m de área de praia. Assim, a elevação do nível do mar, literalmente, tem comido a costa, tornando-a, inclusive, mais vulnerável a inundações. Num futuro não tão distante, algumas cidades do mundo terão que enfrentar a escolha entre gastar enormes montantes de dinheiro para combater inundações ou, literalmente, abandonar o barco e se afastar.

Até hoje, mais de 40% da população mundial já foi de alguma forma afetada pelos impactos físicos da mudança do clima. Esses impactos não são distribuídos uniformemente. Algumas regiões do planeta sentem os efeitos das mudanças climáticas mais severamente do que outras, dependendo de sua localização e capacidade de adaptação. No Brasil, as mudanças climáticas estão tornando alguns eventos climáticos extremos mais frequentes e mais severos. O Brasil é um país vulnerável no que se refere a impactos negativos no setor agropecuário, principal setor da economia nacional, bem como no setor energético. Desvios de precipitação e anomalias na atmosfera já causam graves problemas de produtividade nas lavouras, bem como afetam a segurança energética, tendo em vista que a nossa geração elétrica depende fortemente de recursos hídricos e de biomassa. Nas últimas décadas, o Brasil tem sido um dos países mais afetados por secas e enchentes, o que resultou em custos na casa de bilhões. Estima-se que, já nos próximos 30 anos, a elevação do nível do mar, em determinadas regiões da costa brasileira, pode colocar milhões de pessoas em risco.

Os impactos das mudanças climáticas já perturbam os sistemas naturais, econômicos e sociais do nosso planeta, dos quais a humanidade depende para garantir sua sustentabilidade como espécie. Interrupções nesses sistemas causadas por eventos climáticos, como secas, enchentes e furacões, afetam, direta e indiretamente, a segurança alimentar global, danificam infraestruturas urbanas, a fluidez de mercados financeiros, comprometem a estabilidade de empregos e prejudicam a saúde humana. As incertezas conhecidas dessas previsões aumentam a ansiedade. Já as incógnitas ainda desconhecidas e possivelmente letais podem nos surpreender a qualquer momento.

Em 2015, na COP-21 (Conferência das Nações Unidas sobre Mudanças Climáticas), todas as nações do mundo assinaram o Acordo de Paris. O objetivo desse emblemático acordo é manter o aquecimento global "bem abaixo de 2°C" e canalizar esforços para limitá-lo a 1,5°C até o final do século. Contudo, um acordo global necessita ser acompanhado com políticas nacionais setoriais ambiciosas que apoiam uma ação global conjunta. Se não agirmos logo, é provável que o aquecimento global exceda 1,5°C e o risco de efeitos irreversíveis aumente nos próximos anos. O planeta está cansado, e precisamos recuperar o tempo perdido, que dessa forma será perdido do mesmo jeito pelas próximas gerações.

Interromper o aquecimento global exige que se limite a quantidade total de CO ₂ que as atividades humanas podem emitir, o chamado " orçamento de carbono". Atividades humanas já emitiram cerca de 2.200 bilhões de toneladas de CO ₂ desde os tempos pré-industriais. Desde 2018, temos um pequeno orçamento de carbono de cerca de 420 bilhões de toneladas de CO ₂ para emitir globalmente, se quisermos ter chance de limitar o aquecimento a 1,5°C. Para tal, as emissões globais precisam atingir seu pico imediatamente e cair vertiginosamente nos próximos 10 anos, de forma a que as emissões líquidas7 zerem até o meio do século - um desafio que só pode ser enfrentado se as reduções de emissões começarem agora. Isso significa que precisamos reduzir as nossas emissões globais em uma taxa de 6-7% a cada ano. Caso contrário, teremos cada vez maiores esforços no futuro e dependência a tecnologias de remoção de dióxido de carbono, que nada mais são que o uso de tecnologias que removem diretamente o CO ₂ da atmosfera. Contudo, estas tecnologias estão muito longe de serem implementadas à escala necessária e isso poderá aumentar o risco de não parar o aquecimento médio do planeta no nível necessário.

Outro motivo para agir imediatamente para mitigar os impactos das mudanças climáticas é o tempo necessário para superar os desafios de implantar novas tecnologias e novas políticas. Já temos as ferramentas para implementar a maioria das soluções, mas, para conseguirmos atingir estas metas ambiciosas, é preciso transformar nossa economia e repensar nossos estilos de vida. Podemos implementar potenciais políticas públicas para reduzir as emissões de gases de efeito estufa: promover a substituição de energias renováveis no lugar dos combustíveis fósseis, reduzindo seus subsídios; descarbonizar processos industriais; colocar um preço nas emissões de gases de efeito estufa; além de introduzir medidas que aumentem a eficiência energética para eliminar o desperdício de energia, promovam a criação e desenvolvimento de sistemas de transporte de emissão zero e incentivem modernas práticas agrícolas e de uso da terra, o que passa, inclusive, por melhorias nas nossas escolhas alimentares.

O fato de nós, seres humanos, sermos parte integrante dos processos físico-químicos do planeta (Antropoceno) não significa que podemos mudá-los sem grande esforço - e muito menos apenas por pensamento positivo. Todas as ações necessárias para limitar o nosso impacto no planeta têm um custo, mas os benefícios sociais, econômicos e ambientais são muito maiores. Em meio da maior pandemia dos últimos 100 anos, todos estamos corretamente focados em proteger vidas e meios de subsistência. Porém, é preciso, talvez mais do que nunca, reconhecer que o nosso planeta também está doente. O que torna este momento da nossa história também crucial. Simultaneamente, devemos nos esforçar para evitar a crise climática, concentrando-nos nas oportunidades socioeconômicas associadas a investimentos em infraestrutura resiliente ao clima na transição para um futuro de baixo carbono.

IPCC, 2013: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Stocker, T.F., D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex and P.M. Midgley (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 1535 pp. Disponível em: https://www.ipcc.ch/report/ar5/wg1/

IPCC, 2014: Climate Change 2014: Impacts, Adaptation, and Vulnerability. Contribution of Working Group II to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Disponível em: https://www.ipcc.ch/report/ar5/wg2/

IPCC, 2014: Climate Change 2014: Mitigation of Climate Change. Contribution of Working Group III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Disponível em: https://www.ipcc.ch/report/ar5/wg3/

IPCC, 2018: Global Warming of 1.5°C. An IPCC Special Report on the impacts of global warming of 1.5°C above pre-industrial levels and related global greenhouse gas emission pathways, in the context of strengthening the global response to the threat of climate change, sustainable development, and efforts to eradicate poverty [Masson-Delmotte, V., P. Zhai, H.-O. Pörtner, D. Roberts, J. Skea,

P.R. Shukla, A. Pirani, W. Moufouma-Okia, C. Péan, R. Pidcock, S. Connors, J.B.R. Matthews, Y. Chen, X. Zhou, M.I. Gomis, E. Lonnoy,

T. Maycock, M. Tignor, and T. Waterfield (eds.)]. In Press. Disponível em: https://www.ipcc.ch/sr15/ e Sumário para Formuladores de Políticas (em português)

IPCC, 2019: Summary for Policymakers. In: Climate Change and Land: an IPCC special report on climate change, desertification, land degradation, sustainable land management, food security, and greenhouse gas fluxes in terrestrial ecosystems [P.R. Shukla, J. Skea, E. Calvo Buendia, V. Masson-Delmotte, H.- O. Pörtner, D. C. Roberts, P. Zhai, R. Slade, S. Connors, R. van Diemen, M. Ferrat, E. Haughey, S. Luz, S. Neogi, M. Pathak, J. Petzold, J. Portugal Pereira, P. Vyas, E. Huntley, K. Kissick, M. Belkacemi, J. Malley, (eds.)]. In press. Disponível em: https://www.ipcc.ch/srccl/

IPCC, 2019: Summary for Policymakers. In: IPCC Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate [H.-O. Pörtner, D.C. Roberts, V. Masson-Delmotte, P. Zhai, M. Tignor, E. Poloczanska, K. Mintenbeck, A. Alegría, M. Nicolai, A. Okem, J. Petzold, B. Rama, N.M. Weyer (eds.)]. In press. Disponível em: https://www.ipcc.ch/srocc/

Höhne N, den Elzen M, Rogelj J, et al., 2020. Emissions: world has four times the work or one-third of the time. Nature. 579(7797):25-28. https://doi:10.1038/d41586-020-00571-x

Rochedo, P.R.R., Soares-Filho, B., Schaeffer, R. et al., 2018. The threat of political bargaining to climate mitigation in Brazil. Nature Climate Change. 8, 695-698. https://doi.org/10.1038/s41558-018-0213-y

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O clima está mudando mais rapidamente do que conseguimos imaginar

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Combater o aquecimento global é um desafio sem precedentes. O movimento ambientalista tem cada vez mais usado a retórica de que precisamos "salvar o planeta", salientando que se trata de um problema global. Contudo, equilibrar as necessidades de países desenvolvidos e em desenvolvimento não tem sido uma tarefa fácil.

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Vídeo premiado no Congresso da Sociedade Brasileira de Restauração Ecológica 2018

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Vídeo premiado no Congresso da Sociedade Brasileira de Restauração Ecológica 2018

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Prevendo a germinação de sementes de angico em clima futuro da Caatinga

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Sementes de angico-de-caroço (A), catingueira-verdadeira(B), mulungu (C) e pereiro (D) colhidas em área de Caatinga em Jutaí, Pernambuco.

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Sementes de angico-de-caroço (A), catingueira-verdadeira(B), mulungu (C) e pereiro (D) colhidas em área de Caatinga em Jutaí, Pernambuco.

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Fonte: Acervo LASESA

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Eventos de chuva, concentração de CO2 e germinação de sementes da Caatinga em bancos de sementes.

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Eventos de chuva, concentração de CO2 e germinação de sementes da Caatinga em bancos de sementes.

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Silva et al., 2017

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Richmond, outubro 2018

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Influência do clima atual e futuro na germinação de catingueira-rasteira

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Influência do clima atual e futuro na germinação de catingueira-rasteira

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Gomes et al 2020

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Influence of current and future climate on the seed germination of Cenostigma microphyllum (Mart. ex G. Don) E. Gagnon & G. P. Lewis

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Fonte: SSS Lima

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Oliveira et al. 2020

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Curso Online de Produção e Tecnologia de Sementes e Mudas

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Curso Online de Produção e Tecnologia de Sementes e Mudas

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O Curso de sementes mais legal que eu conheço

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O público-alvo desta capacitação é bastante vasto. Com aulas básicas sobre sementes e mudas, o público mais leigo no assunto consegue entender e acompanhar o conteúdo do curso. Já o público mais especializado tem como principal atrativo as discussões mais específicas, novidades e inovações sobre o tema.

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Oliveira et al., 2019

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Gomes et al., 2019

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Limites térmicos sementes de Vitis vinifera silvestres

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Limites térmicos sementes de Vitis vinifera silvestres

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Orru et al 2012

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Abstract

The importance of thermal thresholds for predicting seed dormancy release and germination timing under the present climate conditions and simulated climate change scenarios was investigated. In particular, Vitis vinifera subsp. sylvestris was investigated in four Sardinian populations over the full altitudinal range of the species (from approx. 100 to 800 m a.s.l).

Dried and fresh seeds from each population were incubated in the light at a range of temperatures (10-25 and 25/10 °C), without any pre-treatment and after a warm (3 months at 25 °C) or a cold (3 months at 5 °C) stratification. A thermal time approach was then applied to the germination results for dried seeds and the seed responses were modelled according to the present climate conditions and two simulated scenarios of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC): B1 (+1·8 °C) and A2 (+3·4 °C).

Cold stratification released physiological dormancy, while very few seeds germinated without treatments or after warm stratification. Fresh, cold-stratified seeds germinated significantly better (>80 %) at temperatures ≥20 °C than at lower temperatures. A base temperature for germination ( T b) of 9·0-11·3 °C and a thermal time requirement for 50 % of germination (θ ₅₀) ranging from 33·6 °Cd to 68·6 °Cd were identified for non-dormant cold-stratified seeds, depending on the populations. This complex combination of thermal requirements for dormancy release and germination allowed prediction of field emergence from March to May under the present climatic conditions for the investigated populations.

The thermal thresholds for seed germination identified in this study ( T b and θ ₅₀) explained the differences in seed germination detected among populations. Under the two simulated IPCC scenarios, an altitude-related risk from climate warming is identified, with lowland populations being more threatened due to a compromised seed dormancy release and a narrowed seed germination window.

INTRODUCTION

The Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) has predicted temperature increases of approx. 2-4 °C by 2090-2099 according to different emission scenarios. Predictions have been grouped into four families of scenarios (A1, A2, B1 and B2) that explore alternative development pathways, covering a wide range of demographic, economic and technological driving forces and resulting greenhouse gas emissions ( IPCC, 2007). In particular, large increases in temperature have been predicted and reported for the Mediterranean mountain ranges ( Peñuelas and Boada, 2003; Nogués-Bravo et al., 2008).

Temperature is the main environmental factor governing seed germination in moist soil, determining both the fraction of seeds in a population that germinate and the rate at which they emerge ( Heydecker, 1977). In non-dormant seeds, the germination response to accumulated temperature has been modelled by a thermal time (θ) approach (e.g. Garcìa-Huidobro et al., 1982; Covell et al., 1986; Ellis et al., 1986, 1987; Pritchard and Manger, 1990; Pritchard et al., 1996; Hardegree, 2006). In this model, seeds accumulate units of thermal time (°Cd) to germinate for a percentile g of the population. When seeds are subjected to temperatures ( T) above a base temperature for germination ( T b), at which the germination rate is zero, and below an optimum temperature ( T o), above which germination rate starts to decrease (i.e. the sub-optimal temperature range), germination rate increases linearly with temperature ( Garcìa-Huidobro et al., 1982). Thus, in this temperature range, germination occurs in the time t g when the thermal time accumulated has reached the critical value (θ g) for a percentile g of the population. This response can be described as θ g = ( T - T b) t g. Intraspecific variation in T b among populations of the same species may be due to different environmental conditions during seed development ( Daws et al., 2004).

Recently, Walck et al. (2011), in their review of climate change and plant reproduction by seed (i.e. release from dormancy and germination), highlighted that the ecophysiology of seed germination phenology is similar to that of budburst in some species, in which buds require chilling to release winter dormancy and a critical thermal time in spring for budburst. This germination behaviour, according to the seed dormancy classification system of Baskin and Baskin (2004), falls in the physiological dormancy class. Walck et al. (2011) argued that in species with this kind of dormancy, seedling emergence will be delayed with global warming, if the current length of the stratification period approximates its minimum requirement, as shortened winters will not adequately overcome dormancy. On the other hand, emergence will be earlier if the current length of stratification greatly exceeds the minimum required, as premature spring warm-up accelerates germination ( Walck et al., 2011). However, despite the importance of the characterization of thermal time requirements for seed conservation purposes ( Mira et al., 2011) and of the seed germination niche for identifying plants at risk from global warming (see Cochrane et al., 2011), very little attention has been given to how thermal thresholds [i.e. base temperature ( T b) and critical thermal time for germination (θ g)] can be used to estimate the impact of predicted climate change scenarios on seed germination phenology.

Freshly extracted seeds of Vitis ssp. are usually physiologically dormant and may require considerable periods of cold stratification before they will germinate (e.g. Singh, 1961; Ellis et al., 1983, 1985; Conner, 2008; Wang et al., 2011). Subsequent efficient seed germination occurs at 20-30 °C and suggests that emergence will occur naturally in the spring after winter chilling ( Baskin and Baskin, 1998). Wang et al. (2009) modelled the effect of stratification on dormancy release in seeds of Beichun grape (a cross-breed of V. vinifera × V. amurensis) and found that dormancy was consistently released with prolonged stratification time at temperatures <15 °C (with an optimum at approx. 10 °C), while stratification at 25 °C induced secondary dormancy. Alternatively, warm and dry after-ripening can break dormancy in grape seeds ( Ellis et al., 1985). For example, in V. amurensis seeds, dormancy was released by 90 d at low seed moisture and 25 °C ( Wang et al., 2011). However, to our knowledge, no information is available on seed dormancy release and germination for the wild grapevine ( Vitis vinifera subsp. sylvestris; hereafter Vitis sylvestris) across an altitudinal range.

Therefore, the aims of this work were to (1) characterize the thermal thresholds for seed dormancy and germination of the rare crop wild relative Vitis sylvestris, (2) model its phenology of seed germination and (3) predict the impact of different IPCC scenarios of increasing temperatures on its seed germination phenology.

MATERIALS AND METHODS

Study species

The genus Vitis consists of approx. 65 inter-fertile species growing almost exclusively in the northern hemisphere ( This et al., 2006). Vitis sylvestris is one of the most important taxa of this genus due to its contribution of genetic variability to modern cultivars of the domesticated grapevine V. vinifera subsp. vinifera ( Levadoux, 1956; Cunha et al., 2007). V. sylvestris reached the Mediterranean probably from the Caucasian area ( Grassi et al., 2006) and is now distributed from North Africa to Central Europe ( Arnold et al., 1998). It grows from 0 to 1000 m a.s.l., along riverbanks, on screes (colluvial sites) of hilly humid slopes and occasionally on coastal sheers and beaches ( Ocete et al., 2008), in separate micro- or meta-populations often comprising only a few individuals ( Terral et al., 2010).

Study area and seed lot details

Sardinia is the second largest island in the Mediterranean Sea. Its isolation and high geological diversity have created a wide range of habitats, especially on its mountain massifs, where there are conditions of ecological insularity ( Médail and Quézel, 1997). During the Quaternary glaciations, the island constituted a climatic refuge area for V. sylvestris ( Grassi et al., 2008), which is still present in numerous, well-preserved, large populations ( Lovicu et al., 2009). Sardinian populations range from 60 to 800 m a.s.l. on different substrates (mainly Palaeozoic), except for limestones. The isolation of these populations in natural areas, located far both from urban areas and from vineyards, indicates the low probability that intraspecific hybridization with V. vinifera cultivars has occurred ( Zecca et al., 2010) and highlights the possibility that subtle variations in ecological niche requirements might make some populations more at risk from climate change.

Berries of V. sylvestris were collected in two consecutive seasons (2009-2010) from six different localities belonging to four regions at the time of natural dispersal (Tables 1 and 2). Immediately after collection, seeds were separated from the fleshy fruits by squashing through sieves with a tepid water wash, then spread in a thin layer to dry. Seeds collected in 2009 were stored in a dry room at 15 % relative humidity and 15 °C for 15 months. At the end of the drying period the moisture content was calculated gravimetrically after 17 h at 103 °C ( ISTA, 2006), based on three replicates of 50 seeds each (Table 2). Seeds collected in 2010 were not dried and the mass and moisture content were calculated immediately after cleaning (Table 2).

Germination tests

Three replicates of 20 seeds each, from both 2009 (i.e. dried) and 2010 (i.e. fresh) seedlots, were sown on the surface of 1 % agar water (with the ventral face of the seeds turned towards the substrate) in 90-mm-diameter plastic Petri dishes and incubated in the light (12 h light/12 h dark) at a range of germination temperatures (10, 15, 20, 25 and 25/10 °C). Further replicates were given a warm (3 months at 25 °C) or a cold (3 months at 5 °C) stratification, before these temperature treatments. In the alternating temperature regime, the 12-h light period coincided with the warm period. Germination was defined as visible radicle emergence to ≥1 mm and germinated seeds were scored three times a week. At the end of the germination tests, when no additional germination had occurred for 2 weeks, a cut-test was carried out to determine the viability of the remaining seeds. Soft, mouldy seeds were considered to be non-viable.

Data analysis

Thermal time analysis was carried out for cold-stratified seeds collected in 2009 (see Table 2) as this treatment yielded the highest proportion of non-dormant seeds and reflected the alternating dry/warm and cold/wet season under a Mediterranean climate. Estimates of time ( t g, days) taken for cumulative germination to reach different percentiles ( g) for successive increments of 10 % germination were interpolated from the germination progress curves ( Covell et al., 1986). Germination rate (1/ t g) was plotted as a function of temperature (constant 10-25 °C) and regressed using a linear model, to estimate the base temperature ( T b) for each g percentile, according to Garcìa-Huidobro et al. (1982):

An average (± 1 s.d.) of the x-intercept among percentiles was calculated for the suboptimal temperature range to establish the T b for each population ( Ellis et al., 1986; Pritchard and Manger, 1990). Linear regression equations were then recalculated for each percentile, but constrained to pass through T b ( Hardegree, 2006). A comparison of regressions was then made between this model and one in which the base temperatures were allowed to vary for all the percentiles and the best estimate was considered to be that which resulted in the smallest residual variance ( Covell et al., 1986). Thermal time (θ, °Cd) estimates for each population were then calculated separately as the inverse of the sub-optimal regression equations ( Covell et al., 1986; see eqn 1). Germination percentages were transformed to probits using tabular data from Finney (1971).

Linear regression was used to express probit( g) as a function of both θ and logθ for the sub-optimal temperature range for each seed lot and the best model evaluated on the basis of the r ² values ( Hardegree, 2006). Linear distributed θ showed the highest r ² values, and thus the following equation was used to describe the form of cumulative germination response of seeds ( Covell et al., 1986):

where K is an intercept constant when thermal time (θ g) is zero and σ is the standard deviation of the response to θ g (i.e. the reciprocal of the slope), and represents the sensitivity of the population to θ g ( Covell et al., 1986). Thus, the flatter the slope of the fitted line, the greater the variation in response to thermal time between individual seeds ( Daws et al., 2004). On a plot of probit( g) against θ g, the median thermal time required for seed germination of the population ( g = 50 %; θ ₅₀) corresponds to the thermal time when probit( g) = 5 ( Finney, 1971).

Environmental heat sum was calculated starting from March (i.e. after the winter cold stratification period), for each population (see Table 1) as follows:

where T b is the base temperature for germination, EnvT m is the average monthly temperature of the month (m) and t m is the number of days of the month (m), until reaching the median thermal time value (θ ₅₀).

Climatic data (historical series of monthly averages of temperatures and rainfall from nearby climatic stations) were obtained for each population site (weather stations of Desulo, Fluminimaggiore, Laconi and Capoterra, for Barbagia, Iglesiente, Sarcidano and Sulcis, respectively), from Regione Autonoma della Sardegna ( http://www.regione.sardegna.it/j/v/25?s=131338&v=2&c=5650&t=1). IPCC scenarios of temperature increase by 2090-2099 relative to the period 1980-1999 were then simulated adjusting the mean monthly temperatures according to the best estimate temperature change (+1·8 and +3·4 °C for B1 and A2 scenarios, respectively; IPCC, 2007). The threshold of a mean winter temperature of 15 °C, above which cold stratification does not occur with a significant rate, was applied, according to the findings of Wang et al. (2009).

Linear regressions were fitted using SigmaPlot 2002 for Windows version 8·0 (SPSS, Chicago, IL, USA). One-way ANOVA, followed by a post-hoc Fisher least significant difference test (LSD), was carried out to test for differences in seed traits (mass and moisture content) among populations, final germination percentages and base temperature values. For these analyses R v. 2·12·0 ( R Development Core Team, 2010) was used.

RESULTS

Freshly collected seeds of V. sylvestris germinated to high percentages only after a cold stratification period (C), while just a few seeds germinated in the control (0) or after warm stratification (W) for all the investigated seed lots (Fig. 1). After 3 months of cold stratification, seeds from all lots germinated significantly better ( P < 0·05) at constant temperatures ≥20 °C (>80 %), than at 10 and 15 °C (<40 %) except for IG2, seeds of which germinated with percentages ranging from approx. 40 % (15 °C) to 60 % (25 °C), without significant differences among temperatures (Fig. 1). Fresh, cold-stratified seeds reached their maximum germination when incubated in the alternating temperature regime (25/10 °C), with final percentages of 98 ± 3 % for BA2 and SU2 seed lots and 95 ± 5 % for IG2 and SA2 seed lots. This condition was the only temperature regime that allowed some seed germination (approx. 25 %) for the SA2 seed lot without any pre-treatment (Fig. 1).

Dried seeds showed a similar trend, with seeds germinating at high percentages only after cold pre-treatment, particularly when moved to constant temperatures ≥20 °C and at 25/10 °C in all seed lots (Fig. 2). However, dried seeds germinated >40 % also at temperatures lower than 20 °C (i.e. at 10 and 15 °C), except for BA1 with approx. 20 % germination at 10 °C (Fig. 2). Few dried seeds germinated also without any pre-treatment and after warm stratification. In particular, seeds from IG1 germinated to approx. 40 % at 25/10 °C without any pre-treatment, while SU1 seeds reached approx. 10 % germination at almost all temperatures in the control and after warm stratification pre-treatment (Fig. 1). The great majority (approx. 90 %) of non-germinated seeds from the tests on both freshly used and pre-dried seeds appeared viable at the end of the experiments when checked by the cut-test.

Freshly collected seeds varied significantly ( P < 0·001) among seed lots in their fresh (from 32·3 to 36·9 mg, P < 0·001) and dry (from 18·9 to 28·7 mg, P < 0·001) mass and in their moisture content (from 17·5 to 28·8 %, P < 0·001; Table 2). Moisture content of dried seeds ranged from 5·4 to 5·7 % ( P < 0·01) and dry mass from 24·5 to 26·0 mg ( P < 0·001; Table 2). The post-hoc test highlighted that seeds from the two low-altitude populations (SU1 and IG1) showed significant differences ( P < 0·05) in their fresh mass and moisture content compared with those from high altitude (SA1 and BA1), low-altitude seeds being smaller and with lower moisture contents (Table 2). At constant temperatures ≥20 °C and at 25/10 °C, final germination percentages of cold-stratified fresh seeds were indifferent to their initial seed moisture content (linear regression P > 0·05; data not shown). However, at low temperatures (10 and 15 °C) these values were negatively related to the seed moisture content of each seed lot ( P < 0·001; r ² = 0·41; data not shown).

It was possible to estimate the T b of each percentile ( g) within all the four populations from the linear regressions of the relationship between constant temperatures and germination rate of cold-stratified seeds collected in 2009 (1/ t g; Fig. 3). The T b of each population, calculated as the average value of the x-intercepts of the percentiles for which regression lines had a P < 0·05, were 10·4 ± 0·9, 9·0 ± 1·1, 10·5 ± 0·6 and 11·3 ± 0·7 °C for SU1, IG1, SA1 and BA1 populations, respectively. These values were statistically different ( P < 0·0001) by one-way ANOVA and the post-hoc Fisher's LSD test highlighted that this difference was determined by the T b value of IG1, as it was the only value which differed at P < 0·05 from the others (Fig. 3). For the different populations, linear regressions were re-calculated for each percentile, constraining them to pass through the mean T b (Fig. 3). This model led to no differences in residual sum of squares compared with when T b was allowed to vary for each percentile and showed highest values of r ² for all of the linear regression equations ( r ² > 0·89 for BA1, r ² > 0·85 for IG1, r ² > 0·92 for SA1 and r ² > 0·77 for SU1).

Figure 4 shows the estimate of the relationship between thermal time (θ), on a linear scale, and germination, expressed in probits, for the four investigated V. sylvestris populations, calculated according to eqn (2) (Fig. 4). All the regression lines accounted for approx. 99 % of the variation of the responses of germination to θ. Probit germination of seeds showed similar thermal time requirements for BA1, IG1 and SA1 populations. In these populations, thermal units needed to reach 50 % germination (θ ₅₀) were 33·6, 38·6 and 43·1 °Cd, respectively, whereas population SU1 needed approx. 76 °Cd (Fig. 4). In addition, seeds of SU1 had a greater σ value (42·5 °Cd) than the other seed lots (ranging from 22·5 to 28·8 °Cd; Fig. 4). The differences detected among populations in the θ ₅₀ values were negatively related to altitude, by an exponential non-linear regression, with a rapid decrease up to approx. 300 m a.s.l. (Fig. 5).

Available climatic data allowed calculation of the heat sum (Σ°Cd) that non-dormant seeds accumulate in each investigated population after winter, when mean temperatures ( T m) rise above the base temperatures for germination ( T b, Fig. 6). Although all four populations showed a bi-seasonal Mediterranean trend, there were relevant differences in their mean monthly temperatures ( T m), according to their altitude (see Table 1). These varied from minimum values of 5·9, 10·2, 8·7 and 10·1 °C for BA1, IG1, SA1 and SU1, respectively (January; Fig. 6), to maximum values of 22·9-27·4 °C (August; Fig. 6). Due to these differences, seeds from BA1 should start to accumulate thermal units (°Cd) in April, when environmental temperatures ( EnvT m) exceed the base temperatures for germination ( T b). In contrast, the higher mean temperatures (and for IG1 also a lower T b) should allow seeds to accumulate thermal units as early as February for IG1, SU1 and SA1 (Fig. 6). Thus, the differences in mean monthly temperatures together with those in T b and θ ₅₀ values lead to potentially large differences across populations on their timing for germination. Non-dormant seeds belonging to BA1 needed 33·6 °Cd to reach 50 % germination (see Fig. 4). According to the climatic data, seeds would reach this value in May (Fig. 6), when EnvT m is 14·9 °C. Similarly, seeds from SA1 are expected to reach 38·6 °Cd in April, when EnvT m is 13·2 °C (Fig. 6). Seeds from IG1 are predicted to reach 50 % germination (θ ₅₀ of 43·1 °Cd) in March when EnvT m is 10·5 °C, whereas seeds from SU1 would achieve this level of germination in April ( EnvT m = 12·6 °C), with a θ ₅₀ value of 68·6 °Cd (Fig. 6).

The increase in temperature of 1·8 °C predicted by the B1 scenario should lead to mean winter temperatures ranging from approx. 8 °C (BA1) to 12 °C (IG1) and therefore lower than the maximum temperature for dormancy release (15 °C; Fig. 6). In addition, an increased heat sum would accelerate germination of non-dormant seeds, starting in March for SU1, IG1 and SA1, with EnvT m of 10·8, 10·9 and 12·5 °C, respectively, and in April for BA1 ( EnvT m = 8·3 °C; Fig. 6).

An increase in mean temperature of 3·4 °C (A2 scenario) would compromise seed dormancy release for IG1 where during the winter the mean temperature would be 14·1 °C and therefore close to the maximum stratification temperature for dormancy release ( T Smax) of 15 °C (reported in Wang et al., 2009; Fig. 6). In all the other populations mean temperature during winter stratification will range from 9·9 °C (BA1) to 12·5 °C (SA1) allowing seed dormancy to be released (Fig. 6). Germination of seeds for all these populations would be in March ( EnvT m of 12·1, 15·0 and 14·6 °C for BA1, SA1 and SU1, respectively; Fig. 6) as in the B1 scenario for SU1 and SA1 and 1 month earlier for BA1 (Fig. 6).

DISCUSSION

Freshly harvested seeds of V. sylvestris from all the investigated populations did not germinate, or reached very low germination percentages, when incubated without any pre-treatment. Thus, they are dormant, as already described for other species of this genus (e.g. Singh, 1961; Ellis et al., 1983, 1985; Conner, 2008; Wang et al., 2011). Warm stratification prior to the germination test did not enhance germination, whereas cold stratification completely released dormancy. Drying had a positive effect on germination of V. sylvestris, widening the temperature range at which seeds reached high germination percentages after cold stratification. Seeds of V. vinifera are reported to be orthodox ( Royal Botanic Gardens Kew, 2008) and V. sylvestris seeds are clearly highly desiccation-tolerant, considering the high germination percentages achieved at low moisture content (<6 %). Drying before or after stratification markedly promoted the effect of 5 °C stratification on seed dormancy release of different varieties of V. amurensis ( Wang et al., 2011), suggesting that a combination of dry after-ripening and moist cold stratification may be a common pattern of dormancy breaking for species of this genus, probably mimicking the natural conditions of moist and cold seasons (i.e. winter) followed by warm and dry ones (i.e. summer).

The base temperature for germination ( T b) in non-dormant (i.e. cold-stratified) seeds of V. sylvestris ranged from approx. 9 to 11 °C, depending on the provenance. To our knowledge this is the first report of T b for a member of the Vitaceae. The analysis carried out in this study confirmed that T b is a constant within a population ( Covell et al., 1986; Ellis et al., 1987; Pritchard and Manger, 1990), while this value may slightly or significantly change among populations of the same species (i.e. Ellis et al., 1987; Daws et al., 2004). In addition, treatments for dormancy release can modify the T b for seeds belonging to the same population ( Pritchard et al., 1999). Considering that no seeds of V. sylvestris germinated without treatment at the tested constant temperatures, a T b ≥ 25 °C may be supposed for dormant seeds of the investigated populations. However, this remains to be confirmed by incubating seeds without stratification at higher temperatures (i.e. up to 40 °C). The detected T b values are consistent with the current circum-Mediterranean distribution ( Arnold et al., 1998) and the altitudinal range (0-1000 m a.s.l.; Ocete et al., 2008) of this species. Such an environment and thermal characteristics of the seed populations would probably prevent seedling establishment in northern and higher-elevation regions, where spring temperatures are too low to facilitate seed development and germination. All the conditions tested in this study were in the sub-optimal range and, therefore, the optimal temperature for germination of non-dormant seeds of V. sylvestris may be assumed to be ≥25 °C.

Seed lot provenance clearly influences the sensitivity of the seed germination response to thermal time ( Daws et al., 2004). Populations of V. sylvestris varied in their thermal time estimates (θ ₅₀). Sensitivity to the accumulated thermal units (°Cd) increased with altitude, leading to reduced θ ₅₀ values in the highest populations, i.e. faster germination in a potentially shorter growing season. Daws et al. (2004) correlated differences in thermal time requirements to the environmental parameters (heat sum) of the sites where seeds developed. These authors detected a latitudinal gradient (from Greece to England) for seeds of A. hippocastanum, with T b and σ values increasing and decreasing, respectively, as latitude increased ( Daws et al., 2004). Consistent with these findings, at the small geographical scale of the present study, where all the populations are located at 39 °N, altitude acted as a driver for thermal requirement sensitivity.

Typically under Mediterranean climate, germination is limited to winter, which maximizes the length of the growing season before the onset of summer drought ( Thanos et al., 1991; Doussi and Thanos, 2002). In contrast, in temperate and alpine regions spring germination prevails mainly due to a requirement of cold stratification over winter ( Baskin and Baskin, 1998). The dormancy breaking and thermal time requirements identified in this study together with the available climatic data allowed a spring germination to be predicted for seeds of V. sylvestris. In the laboratory experiments, winter conditions were simulated by 90 d of cold stratification at 5 °C. Climatic data available for the investigated populations showed a mean temperature from December to February (winter) of 9·0, 10·7, 9·1 and 6·5 °C for SU1, IG1, SA1 and BA1, respectively. Although these values were higher than the tested stratification temperature (except for BA1), they were close to 10 °C (the optimum temperature for dormancy release of Beichun grape seeds; Wang et al., 2009) and lower than 15 °C, the threshold temperature below which stratification consistently released dormancy of Beichun grape seeds ( Wang et al., 2009). Therefore, seeds from IG1, SA1 and BA1 may germinate from March, April and May, respectively, and the seedling growth period, i.e. from seed germination to the onset of the summer drought, increases as the altitude decreases (1 month for BA1, 2 months for SA1 and IG1). This is due to θ ₅₀ values decreasing with altitude and, for seeds from IG1, also to their lower T b. An early spring germination for seeds of the IG1 population was confirmed by the positive effect detected for the alternating temperature, which promotes field emergence prior to canopy closure ( Daws et al., 2002). In contrast, seeds from the lowest population (SU1), due to their high T b and θ ₅₀, cannot start germinating before April, i.e. only 1 month before the start of the summer drought. In this population, growing in a region characterized by more than 4 months of droughts, plants were found exclusively within the riparian Alnus glutinosa woods, where watercourses do not dry in summer.

The different environmental conditions detected for the investigated populations, also during seed maturation, resulted in significantly different moisture levels in freshly collected seeds among populations and may lead to phenological shifts (see Reader, 1984; Blionis et al., 2001). Changes in phenological phases of V. vinifera have been correlated with warming-induced earlier maturity of grapevines ( Webb et al., 2011). According to the findings of our study, higher temperatures would not be detrimental per se for seed germination in wild grapevine. Moreover, it appears that the requirement of cold stratification for dormancy release detected for seeds of this species will ensure germination occurs in the spring. However, in the Mediterranean region, a declining trend of precipitation was observed from 1900 to 2005, increasing the area affected by drought ( IPCC, 2007) and projections for Mediterranean mountains predict lower levels of precipitation mainly during spring ( Nogués-Bravo et al., 2008). Therefore, the seedling growing season could be shortened by a reduction in soil moisture and water availability. Rising temperatures may reduce the rate of dormancy loss in seeds of species that need cold stratification before germination occurs ( Steadman and Pritchard, 2004). However, an increase in temperatures of 1·8 °C (B1 scenario; IPCC, 2007) would still adequately overcome dormancy for all the investigated populations (winter temperatures <15 °C; Wang et al., 2009), whereas with +3·4 °C (A2 scenario; IPCC, 2007) the higher winter temperature would not allow seed dormancy to be overcome in the IG1 population. The different responses detected along the altitudinal gradient highlighted that low-altitude populations are, potentially, at greater risk from climate change, due to both temperatures too high for seed dormancy release at efficient rates and a narrowed favourable phenological window for germination. A common opinion is that the species most vulnerable to a warming climate are those already restricted by physical limits of their range such as higher altitudes and upper mountain locations (e.g. Walther et al., 2002; Parolo and Rossi, 2008). However, the present distribution and altitudinal range of V. sylvestris should allow populations to shift both to northern regions and to higher altitudes, where conditions, based on our findings, will still be favourable for seed dormancy release and germination.

In conclusion, the thermal thresholds for seed germination identified in this study ( T b and θ ₅₀) explain the differences in seed germination detected among populations of this rare crop wild relative and are consistent with its present geographical and altitudinal ranges ( Arnold et al., 1998; Ocete et al., 2008). In addition, this study allowed the impact of climate warming on seed germination of the modelled species to be assessed according to two different IPCC scenarios (B1 and A2; IPCC, 2007) and highlighted the importance of thermal time requirements for predicting, in a quantitative way, plant ecological responses to climate change and the potential for natural regeneration.

ACKNOWLEDGEMENTS

We thank the 'Agenzia per l'Agricoltura Sperimentale della Sardegna (AGRIS)' for technical support. In particular, M. Farci, G. Lovicu, F. Piras and R. Zurru helped with seed collecting and A. Aru, G. Piano and M. Sedda with seed cleaning. The CCB is supported by the 'Provincia di Cagliari - Assessorato Tutela Ambiente'. The Royal Botanic Gardens, Kew, receives grant in-aid from Defra, UK.

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# data[].attributes.attachment_link.title
Thermal thresholds as predictors of seed dormancy release and germination timing: altitude-related risks from climate warming for the wild grapevine Vitis vinifera subsp. sylvestris

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The importance of thermal thresholds for predicting seed dormancy release and germination timing under the present climate conditions and simulated climate change scenarios was investigated. In particular, Vitis vinifera subsp. sylvestris was investigated in four Sardinian populations over the full altitudinal range of the species (from approx. 100 to 800 m a.s.l).