Effects of tree shelters and dew condensers on establishment of young tree seedlings in an arid area in Puerto Rico

Abstract

The first objective of this project was to investigate the growth and survival of seedlings of two tree species at different water levels in a greenhouse environment. The two species were the native Tabebuia heterophylla Britton and the exotic species Swietenia macrophylla King which requires more humid environments. The different water treatments were based on relative evapotranspiration (RET) demand; i.e. 1.0, 0.75, 0.50, 0.25, 0.125 and zero times the evapotranspiration demand (ETo) of the trees. Daily evapotranspiration demand ETo was determined by adding 400 ml of water to one pot in each replication block, measuring the amount percolated, and calculating ETo as the difference between these two values. For both species, 100 percent survival was possible at RET values as low as 0.50. However only 60 percent of S. macrophylla trees survived at RET = 0.25 and no trees survived at RET = 0.125. In contrast, all T. heterophylla trees survived even at RET values as low as 0.125. The second objective was to investigate the effect of tree shelters and dew condensers on the survival and early development of T. heterophylla under field conditions in a semiarid climate. T. heterophylla growth was evaluated in the field under three irrigation treatments (no irrigation, manual irrigation with 2 L of water per week, and with water supplied by a dew condenser). Each irrigation treatment was further evaluated with and without tree shelters. Treatments were imposed in a randomized complete block with 6 replications. All seedlings survived under the different experimental treatments, but growth differed among treatments. Statistically significant differences occurred between trees with and without tree shelters, but no significant effects were associated with the irrigation treatments. Trees with tree shelters exhibited greater height than those without tree shelters, but showed reduced plant diameter, biomass and number of leaves. Tree elongation, determined as the ratio of height to basal stem diameter, was significantly greater in the tree shelter treatments, but began decreasing once tree tops emerged from the tops of the tree shelters at approximately 5 to 6 months after planting. At harvest time 18 months after planting, the stems of sheltered trees were still so weak that the trees could not stand without support. Due to technical difficulties, amounts of dew condensate were not measured at Cabo Rojo. As surrogate estimates, data obtained from a one-year experiment at Rio Piedras were used. Typical volumes of water condensed on a 1 m2 surface ranged from roughly 75-150 ml/night during the summer months to 150-250 ml/night during the winter months. The major cause for seasonal fluctuations appeared to be changing night length, with longer nights allowing greater amounts of dew condensation. Based on these data and minimum water requirements for tree survival determined in the greenhouse study, the conclusion is that water produced by a 1 m2 dew condenser should be sufficient to maintain small tree seedlings alive during drought periods. This indicates the potential of dew condensers for avoiding drought failure of reforestation projects. The amount of water provided can be easily increased if necessary, by simply using larger dew condensers. The research with tree shelters confirmed the need to maintain shelters around the trees for several years, to allow sufficient trunk development for maintaining trees erect.

El primer objetivo de este proyecto fue investigar el crecimiento y sobrevivencia de plántulas de dos especies de árbol a diferentes niveles de agua bajo condiciones de invernadero. Las plántulas correspondieron a la especie nativa Tabebuia heterophylla Britton, con resistencia a sequía, y la especie exótica Swietenia macrophylla King, la cual requiere un ambiente más húmedo. Se aplicaron tratamientos de agua basados en diferentes fracciones de la demanda evapotranspirativa (ETo); a saber 1.0, 0.75, 0.50, 0.125 y cero veces ETo . Estos tratamientos se replicaron 5 veces para Swietenia y 6 veces para Tabebuia, en dos experimentos en bloques aleatorizados al azar. La demanda evapotranspirativa diaria se determinó añadiendo 400 ml de agua cada noche a un árbol en cada bloque, y tomando la diferencia entre dicha cantidad y el volumen de agua percolada la próxima mañana. Ambas especies sobrevivieron en su totalidad a fracciones de ETo tan bajas como 0.50. Sin embargo, sólo 60 por ciento de las plántulas de Swietenia sobrevivieron a una fracción evapotranspirativa de 0.25, y ninguna sobrevivió a una fracción de 0.125. En contraste, todas las plántulas de Tabebuia sobrevieron aun a la fracción evapotranspirativa de 0.125. El segundo objetivo fue investigar el efecto de protectores de árboles y condensadores de rocío sobre la sobrevivencia y desarrollo temprano de Tabebuia heterophylla bajo condiciones de campo en un clima semi-árido. Se evaluaron tres tratamientos de riego (ausencia de riego, riego manual con 2 litros de agua por semana, y provisión de agua mediante condensadores de rocio), con y sin protectores de arboles. Los tratamientos se establecieron en un diseño de bloques completamente aleatorizados con 6 repeticiones. Todas las plántulas sobrevivieron, pero el tipo de crecimiento fue diferente según el tratamiento. Se observaron diferencias significativas entre árboles con y sin protectores, pero no hubo efecto significativo atribuible a los tratamientos de riego. Los árboles con protectores mostraron una mayor altura que los árboles sin protectores, pero el diámetro basal del tronco, la biomasa total y el número de hojas fueron menores. El alargamiento de los árboles, definido como la proporción de altura a diámetro basal del tronco, fue significativamente mayor en los árboles con protectores, pero comenzó a disminuir una vez que las copas de los árboles surgieron sobre el tope de los protectores, aproximadamente 5 a 6 meses después de la siembra. Al momento de cosecha, 18 meses después de sembrar, los troncos de los árboles protegidos aun eran tan débiles que los arboles no se podían sostener sin apoyo externo. A causa de dificultades técnicas, no se midió la condensación de rocío en el experimento de Cabo Rojo. Como aproximación, se utilizaron datos de condensación en una superficie de 1m2, obtenidos en un estudio de 1 año en Rio Piedras, Puerto Rico. Los volúmenes de agua colectados oscilaron entre aproximadamente 75-150 ml/noche durante los meses de verano, a 150-250 ml/noche durante los meses de invierno. La causa principal de las diferencias entre verano e invierno pareció ser la longitud de noche, observándose mayor cantidad de condensación de rocío durante noches largas. En base a estos datos y al requerimiento mínimo de agua determinado en el experimento de invernadero, se concluye que un condensador de 1 m2 debe proveer suficiente agua para lograr la sobrevivencia de arbolitos en épocas de sequía. De requerirse una mayor cantidad de agua, se puede aumentar el área de superficie de los condensadores. Los resultados de la investigación con los protectores de árboles confirmaron la necesidad de mantener los protectores alrededor de los árboles durante varios años, para permitir desarrollo del tronco suficiente para mantener los árboles erguidos.