Características morfofisiológicas e estresses abióticos em plantas de telhado verde

Abstract

Green roofs provide several urban benefits which include building user comfort, contribution to flood control, microclimate improvement, and aesthetic scenarios. This architectural concept has been applied in various climates and buildings. Efforts to establish roof gardens have been mostly made in temperate climates. However, limited data is available on species used in green roofs and the required traits for their success under different climate types around the world. Rooftop environments are well known for their harshness, often featuring extreme temperatures, water restriction, flash floods, excess irradiance, shallow substrates, salinization, and limited nutrient availability. In this thesis, a detailed analysis of the composition of plant species in green roofs of the world separated by the main climate types, as well the corresponding features of successful species in each of these conditions, was done. Dry and tropical climate roof plant archetypes were closely related, just like those of mild and continental climate appeared to be more alike. Despite several shared characteristics, distinct archetypes emerged with adaptations needed to face the unique conditions found in each climate zone. This afforded guidelines for selecting bona fide green roof species for using in different climates allowing the establishment of archetype plants for each scenario. In addition, the physiological and developmental impacts of key environmental factors known to be at play in rooftops were examined in above and below ground organs of Zoysia japonica, a green roof grass species of choice in several parts of the world. The investigation showed different sensitivities of plant parts to the various stress types. Heat and drought were most damaging to plants and both central and specialized metabolites showed relevance to tolerance responses. Whereas above ground parts appeared to rely mostly on proline accumulation as a protective response to stress, below ground parts seemed to depend more on soluble protein and flavonoids. Besides providing insights on the abiotic stress tolerance mechanisms of a widely used green roof species, these data may also be useful to suggest putative markers of turf resilience for genetic material selection. To sum up, this thesis provides information on the ideal morpho-physiological features of green roof species for use in different climate types, as well as insights on useful selection characteristics for abiotic stress tolerance in a popular rooftop turf species. It is hoped that the contribution of botanical knowledge associated with green roof installations herein presented will further promote adoption of this relevant architectural technology for the well-being of city dwellers.

Telhados verdes propiciam diversos benefícios urbanos, incluindo conforto aos usuários, controle de enchentes, melhoria do microclima e beleza estética. Este conceito arquitetônico tem sido aplicado a vários climas e edificações. Esforços para estabelecer jardins em telhados têm sido feitos principalmente em climas temperados. No entanto, há poucos dados sobre espécies utilizáveis em telhados verdes e características necessárias para seu sucesso em diferentes tipos climáticos do globo. O ambiente de telhados é conhecido por seu caráter inóspito, frequentemente apresentando temperaturas extremas, restrição hídrica, enchentes-relâmpago, excesso de irradiância, substratos rasos, salinização e limitação de nutrientes. Nesta tese, uma análise detalhada da composição de espécies vegetais em telhados verdes espalhados pelo mundo separados por tipos climáticos principais, bem como as características correspondentes para o sucesso de espécies em cada condição, foi conduzida. Arquétipos de plantas de telhado em climas secos e tropicais foram similares, da mesma forma que aqueles de climas moderados e continentais também se assemelharam mais. A despeito de diversas características compartilhadas, arquétipos distintos emergiram com adaptações necessárias para enfrentar as condições únicas encontradas em cada zona climática. Este fato possibilitou a obtenção de linhas gerais para seleção de espécies bona fide de telhado verde para uso em diferentes climas, permitindo o estabelecimento de plantas arquétipo para cada cenário. Além disso, foram investigados impactos de fatores ambientais abióticos chave típicos de telhados verdes na fisiologia e no desenvolvimento de estruturas aéreas e subterrâneas de Zoysia japonica, uma gramínea de telhado verde amplamente usada em várias partes do mundo. A investigação mostrou sensibilidades diferentes das partes da planta frente aos vários estresses avaliados. Calor e seca foram os fatores que mais negativamente impactaram as plantas e tanto metabólitos centrais como especializados se mostraram relevantes nas respostas de tolerância. Enquanto partes aéreas parecerem depender principalmente de acúmulo de prolina como resposta protetiva ao estresse, partes subterrâneas aparentaram depender mais de proteínas solúveis e flavonoides. Além de fornecer informações sobre os mecanismos de tolerância a estresses abióticos de uma espécie de telhado verde amplamente utilizada, esses dados poderão também ser úteis para indicar possíveis marcadores de resiliência de gramados de telhado para seleção de material genético. Em suma, esta tese fornece informações sobre características morfofisiológicas ideais em espécies de telhado verde para uso em diferentes tipos de clima, bem como indicações de caracteres de seleção de tolerância a estresses abióticos em uma espécie de grama popular de telhados verdes. Espera-se que o conhecimento botânico associado a instalações com telhados verdes apresentado neste trabalho possa promover ainda mais a adoção desta tecnologia arquitetônica tão relevante para o bem- estar dos habitantes urbanos.