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Climate response of five oak species in the eastern deciduous forest of the southern Appalachian Mountains, USA

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Abstract:

The climatic response of trees that occupy closed canopy forests in the eastern United States (US) is important to understanding the possible trajectory these forests may take in response to a warming climate. Our study examined tree rings of 664 trees from five oak species (white (Quercus alba L.), black (Quercus velutina Lam.), chestnut (Quercus prinus L.), northern red (Quercus rubra L.), scarlet (Quercus coccinea Münchh.)) from 17 stands in eastern Tennessee, western North Carolina, and northern Georgia to determine their climatic response. We dated the samples using skeleton plots, measured the cores, and compared the site- and regional-level tree-ring chronologies of each separate species with divisional climate data. The oldest trees in each chronology dated back to 203years for black oak, 299years for chestnut oak, 171years for northern red oak, 135years for scarlet oak, and 291years for white oak. We successfully developed climate models via multiple regression analyses with statistically significant (P< 0.05) variables representing the Palmer Drought Severity Index and average monthly temperature for most of the site-species chronologies (average R2 = 0.15). All regional climate response models included the Palmer Drought Severity Index from either June or July as the most significant variable in the climate response, suggesting that growing-season drought is the most important factor limiting oak growth in the southeastern US. An increase in temperature and reduction in moisture is likely to reduce their competitiveness in their current locations and force these species to migrate to cooler climates, thereby greatly changing ecosystem health and stability in the southern Appalachians.

La réponse climatique des arbres présents dans les forêts à couvert fermé dans l’est des États-Unis est importante pour comprendre l’évolution potentielle de ces forêts en réaction au réchauffement climatique. Nous avons étudié les cernes annuels de 664 arbres appartenant à cinq espèces de chênes (chênes des blanc (Quercus alba L.), de noir (Quercus velutina Lam.), châtaignier (Quercus prinus L.), rouge (Quercus rubra L.), écarlate (Quercus coccinea Münchh.)) provenant de 17 peuplements dans l’est du Tennessee, l’ouest de la Caroline du Nord et le nord de la Georgie dans le but de déterminer leur réponse climatique. Nous avons daté les échantillons à l’aide de relevés des caractéristiques des cernes, mesuré les carottes et comparé les séries dendrochronologiques de chaque espèce séparément aux données climatiques divisionnaires, à l’échelle de la station et de la région. Les plus vieux arbres dans chaque chronologie avaient 203 ans pour le chêne des teinturiers, 299 ans pour le chêne de montagne, 171 ans pour le chêne rouge, 135 ans pour le chêne écarlate et 291 ans pour le chêne blanc. À l’aide d’analyses de régression multiple, nous avons réussi à développer des modèles climatiques qui comportaient des variables statistiquement significatives (P < 0,05) pour la plupart des chronologies des différentes combinaisons d’espèces et de stations (R2 moyen = 0,15). Ces variables représentaient l’indice de sévérité de sécheresse de Palmer et la température mensuelle moyenne. Dans tous les modèles de réponse climatique régionale, l’indice de sévérité de sécheresse de Palmer des mois de juin ou juillet était la variable la plus significative dans la réponse climatique, indiquant que la sécheresse durant la saison de croissance est le facteur limitant le plus important pour la croissance du chêne dans le sud-est des États-Unis. Une augmentation de la température et une diminution de l’humidité réduira probablement leur compétitivité et leur occupation actuelle du territoire et forcera ces espèces à migrer vers des climats plus frais, ce qui par conséquent affectera sérieusement la santé et la stabilité des écosystèmes dans le sud des Appalaches.

Document Type: Research Article

Publication date: March 1, 2009

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