umu.sePublications
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Predicting lichen hydration using biophysical models.
Umeå University, Faculty of Science and Technology, Ecology and Environmental Science.
Umeå University, Faculty of Science and Technology, Ecology and Environmental Science.
Umeå University, Faculty of Science and Technology, Ecology and Environmental Science.
2008 (English)In: Oecologia, ISSN 0029-8549, E-ISSN 1432-1939, Vol. 156, no 2, 259-73 p.Article in journal (Refereed) Published
Abstract [en]

Two models for predicting the hydration status of lichens were developed as a first step towards a mechanistic lichen productivity model. A biophysical model included the water potential of the air, derived from measurements of air temperature, relative humidity and species-specific rate constants for desiccation and rehydration. A reduced physical model, included only the environmental parameters, assuming instantaneous equilibration between the lichen and the air. These models were developed using field and laboratory data for three green algal lichens; the foliose epiphytic Platismatia glauca (L.) W. Culb., the fruticose epiphytic Alectoria sarmentosa (Ach.) Ach., and the fruticose, terricolous and mat-forming Cladina rangiferina (L.) Weber ex Wigg. The models were compared and validated for the same three species using data from a habitat with a different microclimate. Both models predicted length and timing of lichen hydration periods with high accuracy for A. sarmentosa and P. glauca where near 100 percent of the total wet time was predicted by the biophysical and the physical model. Moreover, the models predicted an accurate timing of the total realized wet time for A. sarmentosa and P. glauca when the lichens were wet. The model accuracy was lower for C. rangiferina compared to the epiphytes, both for the total realized wet time and timing accuracy. The results demonstrate that the stochastic and continually varying hydration status of lichens can be simulated from biophysical data. Further development of these models to include also water related activity, light, and temperature conditions during the hydration events, will then be a potent tool to assess potential lichen productivity in landscapes and habitats of various microclimatic conditions.

Place, publisher, year, edition, pages
Springer , 2008. Vol. 156, no 2, 259-73 p.
Keyword [en]
Biophysical Phenomena, Biophysics, Climate, Computer Simulation, Lichens/chemistry/*physiology, Models; Biological, Species Specificity, Sweden, Water/*analysis, Water Loss; Insensible/physiology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:umu:diva-11450DOI: doi:10.1007/s00442-008-0990-5PubMedID: 18305964OAI: oai:DiVA.org:umu-11450DiVA: diva2:151121
Available from: 2009-01-08 Created: 2009-01-08 Last updated: 2017-12-14Bibliographically approved
In thesis
1. Modeling lichen performance in relation to climate: scaling from thalli to landscapes
Open this publication in new window or tab >>Modeling lichen performance in relation to climate: scaling from thalli to landscapes
2009 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Alternative title[sv]
Modellering av lavars responser i förhållande till klimat : i skalan från bål till landskap
Abstract [en]

Lichens can colonize nearly all terrestrial habitats on earth and are functionally important in many ecosystems. Being poikilohydric, their active growth periods are restricted to periods when the thallus is hydrated from atmospheric water sources, such as rain, fog and high relative humidity. Since lichen hydration varies greatly over time lichen growth is therefore more difficult to model compared with, for example vascular plants with more even water supply.

I developed two models to predict lichen hydration under field conditions that incorporates the atmospheric water potential (Ψair), derived from air temperature and humidity, only or in combination with species-specific rehydration and desiccation rates. Using Ψair allows the prediction of hydration induced by several water sources. These models were very accurate for epiphytic lichens with a close coupling to atmospheric conditions, but they were less accurate for mat-forming lichens with substantial aerodynamic boundary layers. The hydration model was further developed to include photosynthetic activation for different species, in order to compare their performance under different micro-climatic scenarios. Water balance and activation rate had large effects on lichen activity and were positively related to habitats providing long hydration periods, for example close to streams. To study effects of climate change, a complete model for net carbon gain (photosynthesis minus respiratory losses) was developed for an epiphytic lichen with intricate responses to light, hydration and temperature. Simulation responses in different climate scenarios revealed that projected climate change on a regional scale resulted in varied local scale responses. At the lighter, exposed sites of a forest, the growth responses were positive, but were potentially negative at darker sites with closed canopy.

At the local scale, fluctuating hydration, summed irradiance when wet and Chlorophyll a are variables that predict lichen growth. However, at a landscape scale, these variables may be too detailed. We tested this for two terrestrial, mat-forming lichens and developed statistical models for lichen growth in the widest possible climatic gradient in northern Scandinavia, varying in light, temperature and precipitation. Light was the most important factor for high growth at the landscape scale, reaching saturation at a site openness of 40 %, equivalent to a basal tree area of 15 m2 ha -1 in this study. Thereafter, hydration was the next limiting factor, which could be well described by precipitation for one of the species. The simplest predictor was the normal temperature in July, which was negatively correlated with growth.

It was apparent that the predictive variables and their power varied at different scales. However, light and hydration are limiting at all scales, particularly by light conditions when lichens are wet. This implies that ensuring that there is sufficient light below the forest canopy is crucial for lichen growth, especially for mat-forming lichens. Hydrophilic lichens may be better preserved in open habitats with long hydration periods. It was shown that models can be powerful and “easy to use” tools to predict lichen responses in various habitats and under different climate scenarios. Models can therefore help to identify suitable habitats with optimal growth conditions, which is very important for the conservation and management of lichens and their habitats.

Abstract [sv]

 Lavar kan kolonisera nästan alla terrestriska habitat i världen och är funktionellt viktiga i många ekosystem. Eftersom lavar är poikilohydriska (växelblöta), är deras aktiva tillväxtperioder begränsade till den tid då bålen är blöt från atmosfäriska vattenkällor, såsom regn, dimma och hög relativ fuktighet. Eftersom lavars vatteninnehåll varierar stort över tid är lavars tillväxt svårare att modellera jämfört med till exempel kärlväxter, med en mer jämn vattentillgång.

Jag har utvecklat två fuktmodeller som förutsäger lavars vatteninnehåll i fält. Modellerna använder den atmosfäriska vattenpotentialen (Ψair), som erhålls från lufttemperatur och -fuktighet, antingen enbart eller i kombination med de artspecifika uppblötnings - och uttorkningshastigheterna. Genom att använda (Ψair) kan man förutsäga lavars vatteninnehåll från flera vattenkällor. Dessa modeller var mycket precisa för epifytiska lavar med en nära koppling till de atmosfäriska förhållandena, men fungerade mindre väl för mattlevande lavar med ett betydande gränsskikt. Fuktmodellen utvecklades ytterligare för att inkludera även fotosyntetisk aktivering av olika lavar, för att kunna jämföra deras aktivitet i olika mikroklimatiska scenarior. Vattenbalans och aktiveringshastighet hade stor effekt på på lavars aktivitet och var positivt relaterad till habitat med tillräckligt långa fuktperioder, till exempel habitat nära strömmande vatten. För att studera klimateffekter på lavar, utvecklade jag en total modell för nettoförvärv av kol (fotosyntes minus respiration) för en epifytisk lav med dess intrikata förhållande mellan ljus, fukt och temperatur. Simuleringar av modellen visade att lavens responser i förhållande till regionala klimatförändringar var kontrasterande på lokal nivå. Vid ljusa, öppna lokaler i skogen ökade tillväxten medan de potentiellt minskade vid mörka lokaler med ett mer slutet krontäcke.

På den lokala skalan kan fluktuerande vatteninnehåll, summerat ljus när laven är blöt, och klorofyll a- innehåll förutsäga lavars tillväxt. Men, på en landskapsskala kan dessa variabler vara för detaljerade. Vi testade detta för två terrestriska, mattlevande lavar och utvecklade en statistisk modell för lavars tillväxt i en så stor klimatgradient som möjligt i norra Skandinavien genom att variera ljus, temperatur och nederbörd. Ljus var den viktigaste faktorn för att nå hög tillväxt på landskapsnivå där en mättnad nåddes vid 40 % öppenhet i skogen, som motsvarade en grundyta på 15 m2 ha -1 i den här studien. Fuktigheten var den näst viktigaste begränsande faktorn och kunde beskrivas väl med nederbörd för en av arterna. Den mest lättanvända faktorn var normaltemperaturen för juli månad, som i sin tur var negativt korrelerad till tillväxt.

Det var tydligt att de prediktiva variablerna och deras förutsägande förmåga varierade med olika skalor. Ljus och fukt var begränsande på alla nivåer, speciellt av ljusförhållandena då lavarna är blöta. Detta innebär att tillräckligt höga ljusnivåer under krontäcket är avgörande för lavars tillväxt, speciellt mattlevande lavar. Hydrofila lavar torde bevaras bättre i öppna habitat med tillräckligt långa fuktperioder. Det var tydligt att modeller kan vara betydelsefulla och lättanvända verktyg för att förutsäga lavars responser i en bredd av habitat med olika mikroklimat. Modeller kan därför vara en hjälp för att identifiera lämpliga habitat med optimala tillväxtförhållanden och detta är viktigt för att bevara och sköta lavar och deras habitat.

Place, publisher, year, edition, pages
Umeå: Umeå universitet, 2009. 38 p.
Keyword
Lichen, growth, model, micro-climate, hydration, activation, photosynthesis, respiration
National Category
Ecology
Research subject
Ecological Botany
Identifiers
urn:nbn:se:umu:diva-22526 (URN)978-91-7264-744-2 (ISBN)
Distributor:
Institutionen för ekologi, miljö och geovetenskap, 901 87, Umeå
Public defence
2009-06-04, Stora Hörsalen, KB3B1, KBC, Umeå universitet, Umeå, 10:00 (English)
Opponent
Supervisors
Available from: 2009-05-14 Created: 2009-05-12 Last updated: 2012-02-02Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text

Other links

Publisher's full textPubMed

Search in DiVA

By author/editor
Jonsson, AnnaMoen, JonPalmqvist, Kristin
By organisation
Ecology and Environmental Science
In the same journal
Oecologia

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

doi
pubmed
urn-nbn

Altmetric score

doi
pubmed
urn-nbn
Total: 256 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf