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Studying global change through investigation of the plastic responses of xylem anatomy in tree rings
(2010)
Variability in xylem anatomy is of interest to plant scientists because of the role water transport plays in plant performance and survival. Insights into plant adjustments to changing environmental conditions have mainly been obtained through structural and functional comparative studies between taxa or within taxa on contrasting sites or along environmental gradients. Yet, a gap exists regarding the study of hydraulic adjustments in response to environmental changes over the lifetimes of plants. In trees, dated tree-ring series are often exploited to reconstruct dynamics in ecological conditions, and recent work in which wood-anatomical variables have been used in dendrochronology has produced promising results. Environmental signals identified in water-conducting cells carry novel information reflecting changes in regional conditions and are mostly related to short, sub-annual intervals. Although the idea of investigating environmental signals through wood anatomical time series goes back to the 1960s, it is only recently that low-cost computerized image-analysis systems have enabled increased scientific output in this field. We believe that the study of tree-ring anatomy is emerging as a promising approach in tree biology and climate change research, particularly if complemented by physiological and ecological studies. This contribution presents the rationale, the potential, and the methodological challenges of this innovative approach.
Climate change is challenging forestry management and practices. Among other things, tree species with the ability to cope with more extreme climate conditions have to be identified. However, while environmental factors may severely limit tree growth or even cause tree death, assessing a tree species' potential for surviving future aggravated environmental conditions is rather demanding. The aim of this study was to find a tree-ring-based method suitable for identifying very drought-tolerant species, particularly potential substitute species for Scots pine (Pinus sylvestris L.) in Valais. In this inner-Alpine valley, Scots pine used to be the dominating species for dry forests, but today it suffers from high drought-induced mortality. We investigate the growth response of two native tree species, Scots pine and European larch (Larix decidua Mill.), and two non-native species, black pine (Pinus nigra Arnold) and Douglas fir (Pseudotsuga menziesii Mirb. var. menziesii), to drought. This involved analysing how the radial increment of these species responded to increasing water shortage (abandonment of irrigation) and to increasingly frequent drought years. Black pine and Douglas fir are able to cope with drought better than Scots pine and larch, as they show relatively high radial growth even after irrigation has been stopped and a plastic growth response to drought years. European larch does not seem to be able to cope with these dry conditions as it lacks the ability to recover from drought years. The analysis of trees' short-term response to extreme climate events seems to be the most promising and suitable method for detecting how tolerant a tree species is towards drought. However, combining all the methods used in this study provides a complete picture of how water shortage could limit species.
Der Temperaturanstieg der vergangenen Jahrzehnte war in Gebirgsregionen besonders ausgeprägt. Sollte sich dieser Temperaturtrend im 21. Jahrhundert fortsetzen, dann dürf-ten sich auch die Häufigkeit und Intensität von Niederschlä-gen und Trockenperioden verändern, was die Waldwirtschaft vor grosse Herausforderungen stellen wird. Trockenheit ist ein entscheidender Faktor für die Waldökosysteme der inner-alpinen Täler, wo seit Jahren trockenheitsbedingtes Baum-sterben festgestellt wird. Der vorliegende Beitrag hat zum Ziel, die Sensitivität der verschiedenen Waldökosysteme ge-genüber Klimawandel und alternative, teilweise extreme Bewirtschaftungsvarianten in der Region Visp zu testen. Me-thodische Ansätze wie Monitoring, Feldexperimente und dy-namische Modellierung wurden kombiniert, und es wurden verschiedene Ökosystemleistungen berücksichtigt, so Holz-produktion, Schutz vor Naturgefahren, Kohlenstoffspeiche-rung und Aspekte der Biodiversität. Die Resultate deuten da-rauf hin, dass auf den Trockenstandorten der Tieflagen die einheimischen Baumarten an ihre physiologischen Grenzen stossen und längerfristig über alternative Baumarten nach-gedacht werden sollte. In den mittleren Lagen dürften Tro-ckenheit und Schadinsekten wie die Borkenkäfer die zukünf-tige Waldentwicklung steuern. In den Hochlagen hingegen werden sich die Wälder ausdehnen und besser wachsen als heute. Alle untersuchten Ökosystemleistungen werden ge-bietsweise starken Veränderungen unterworfen sein. Die dis-kutierten Bewirtschaftungsvarianten scheinen dazu geeignet, die Wasserverfügbarkeit der Bestände, hauptsächlich in tief-eren Lagen, zu erhöhen und dadurch die Widerstandskraft der Bäume gegenüber Trockenperioden vorübergehend zu stärken. Es ist aber davon ausgehen, dass nur verhältnismäs-sig starke Eingriffe wesentliche Effekte erzielen können. Die Verknüpfung von Umweltmonitoring, Feldexperimenten und Modellierung unter Miteinbezug von Ökosystemleistungen ist vielversprechend, da sie eine differenzierte Abschätzung des zukünftigen Landschaftswandels und seiner Effekte auf die Waldleistungen ermöglicht.