Long-term growth and functioning of high-elevation Pinus uncinata forests and trees inferred through dendroecology = Creixement i funcionament a llarg termini de boscos i individus de Pinus uncinata inferits mitjançant dendroecologia

Abstract

Iberian Pinus uncinata tree-growth variability and its responses to climate are analyzed by means of dendrochonological methods from an individual- to a population-level scale across its distribution area in the Iberian Peninsula. This multiple approach provides new knowledge about the site-tree-climate interactions at an individual scale, and about the species performance at a population scale.

Age-related changes in sapwood area were the main drivers of BAI in mountain P. uncinata forests. Thus, any potential climate-induced effect on BAI will be mainly driven by sapwood production, which is mediated by tree age and altitude. Because slow-growing high-elevation trees get older than fast-growing low-elevation trees, we expect differential age-mediated BAI responses along the altitudinal gradient.

Climate plays a secondary role in controlling TRWi variability among coexisting trees even in these high-elevation environments. Actually, altitude plays a major role affecting P. uncinata TRWi responses to climate at the site and tree scales. This suggests that the altitude-mediated decrease in air temperatures is the major driver of TRWi at both the site and tree levels determining the maximum elevation of the tree growth form.

These results also stress that both (a) a tree-scale approach to quantify growth-index responses to climate and (b) a detailed characterization of the potential drivers of those individual tree responses are requisites for applying an individual-based framework in dendroecology.

Following a population-based approach, a weakness of the theoretically temperature-sensitive TRW proxy to capture recent warming trends is observed. Instead, summer drought is increasingly influencing TRW along the 20th century, which agrees with observations from Iberian mountain forests.

Rising temperatures might have led to an increase in drought stress of Pyrenean and Iberian high-elevation forests as has been observed in other Mediterranean similar ecosystems. We may be attending how a physiological threshold in terms of optimal temperature for growth is surpassed, reinforcing the role of drought as a plausible growth-limiting factor of Iberian high-elevation forests during the last decades.

The intricate topography and diverse climate of the Mediterranean Basin produce varied and often opposite trend signs in dendrochronological proxies like TRW or BAI even between neighbouring sites, during the last decades. In spite of this local complexity, our findings reveal a pattern acting at synoptic scales where tree growth across the Mediterranean Basin is limited by drought or low water availability during the growing season.

La variabilitat del creixement de Pinus uncinata (pi negre) a la Península Ibèrica i les seues respostes al clima són analitzats a aquesta tesi mitjançant mètodes dendrocronològics, des d’una escala individual a una escala poblacional. Aquesta aproximació múltiple proveeix nous coneixements sobre les interaccions lloc-arbre-clima a escala individual, i sobre el comportament de la espècie a escala poblacional.

Canvis a l’àrea d’albeca relacionats amb la edat van ser els principals factors de control de l’increment d’àrea basal (BAI) a aquests boscos de muntanya durant el segle XX. Per tant, els efectes potencials del clima sobre el BAI seran controlats principalment per la producció d’albeca, la qual al seu torn està influïda per la edat de l’arbre i la altitud. A més, arbres de creixement lent solen trobar-se en major proporció a altituds més elevades que arbres de creixement ràpid; com els primers solen ser més longeus, esperem unes respostes del BAI influïdes per la edat.

El clima juga un paper secundari en el control de la variabilitat dels índexs d’amplària d’anell (TRWi) entre arbres coexistents, inclòs tractant-se d’aquests ecosistemes d’alta muntanya. Al contrari, l’altitud juga un paper prominent pel que fa a les respostes dels TRWi de P. uncinata al clima a escales de lloc i d’arbre. Açò suggereix que el decreixement en altitud de la temperatura de l’aire és el principal factor de control dels TRWi a ambdues escales. Aquests resultats també manifesten que (a) una aproximació dendrocronològica a nivell d’arbre per a quantificar les respostes dels TRWi al clima i (b) una caracterització detallada dels factors de control potencials d’aquestes respostes individuals són requisits per a fer servir una estratègia individual en dendroecologia.

Seguint una aproximació poblacional, s’observa un debilitament de l’amplària d’anell (TRW) a l’hora de reflectir les tendències recents d’increment de temperatura. Per contra, la sequera estival està influint al TRW cada vegada més al llarg del segle XX, lo qual concorda amb observacions a altres boscos ibèrics de muntanya. L’increment recent de temperatura pot haver produït un augment de l’estrès per sequera als boscos pirenaics i ibèrics d’alta muntanya, com s’ha observat en altres ecosistemes mediterranis similars. D’aquesta manera, és possible que s’estiga depassant un llindar fisiològic des del punt de vista de la temperatura optima de creixement, reforçant el paper de la sequera com a plausible factor limitant del creixement a boscos ibèrics d’alta muntanya durant les darreres dècades.

La topografia intricada i el clima divers de la Conca Mediterrània produeixen tendències variades recents als proxies dendrocronològics com ara TRW o BAI, sovint de signe oposat fins i tot entre llocs propers. Malgrat aquesta complexitat local, els nostres resultats posen de relleu un patró a escala sinòptica on el creixement arbori al llarg de la Conca Mediterrània està limitat per sequera o per baixa disponibilitat hídrica durant el període de creixement.