Contrasting climate- and land-use-driven tree encroachment patterns of subarctic tundra in northern Norway and the Kola Peninsula

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Abstract:

High-latitude regions are experiencing substantial climate change, and the forest–tundra transition is assumed to sensitively track these changes through advancing treeline and increased tundra encroachment. However, herbivores may influence these responses. The present study addresses, through analyses of age structures, growth characteristics, and climate correspondence, how mountain birch (Betula pubescens Ehrh. ssp. czerepanovii (Orlova) Hämet-Ahti) treelines and sapling cohorts beyond the treeline have responded to the last decade’s warming in six North European subarctic areas with different climate and grazing characters. The results show different response patterns among areas representing advancing, stationary, and possibly retreating treelines. Recruitment was abundant over the last decades in all areas except one, with predominantly arctic conditions, where both tree and sapling cohorts were old. Areas with high annual precipitation show advancing birch populations characterized by young individuals and partly overlapping tree and sapling age distributions. Areas in reindeer herding districts show stationary or retreating birch populations characterized by nonoverlapping age distributions and low sapling survival. Recruitment patterns beyond the treeline generally corresponded with non-growing-season climate variables, mainly precipitation, indicating the importance of a protecting snow cover. The results highlight the important interplay between abiotic and biotic control over tundra encroachment and treeline dynamics and the importance of multisite studies when addressing responses to warming.

Les régions situées à des latitudes élevées subissent d’importants changements climatiques. On assume que la zone de transition entre la forêt et la toundra réagit de façon perceptible à ces changements et que cette réaction se traduit par la progression de la limite des arbres et l’augmentation de l’empiètement sur la toundra. Cependant, les herbivores pourraient influencer ces réponses. À partir de l’analyse des structures d’âge, des caractéristiques de la croissance et de la concordance avec le climat, cette étude examine la façon dont le bouleau pubescent (Betula pubescens Ehrh. ssp. czerepanovii (Orlova) Hämet-Ahti) présent à la limite des arbres et les cohortes de gaules situées au-delà de la limite des arbres ont réagi au réchauffement de la dernière décennie dans six régions subarctiques du nord de l’Europe dont les caractéristiques diffèrent du point de vue du climat et de la paissance. Les résultats révèlent différents patrons de réponse qui correspondent à des situations où la limite des arbres progresse, demeure stationnaire ou possiblement régresse selon la région. Le recrutement a été abondant au cours des dernières décennies dans toutes les régions, à l’exception d’une région caractérisée par des conditions essentiellement arctiques où les cohortes d’arbres et de gaules étaient vieilles. Dans les régions où la précipitation annuelle est élevée, les populations de bouleau progressent; elles sont caractérisées par de jeunes individus et des distributions d’âge des arbres et des gaules qui se chevauchent partiellement. Dans les régions où il y a des districts d’élevage de rennes, les populations de bouleau sont stationnaires ou en régression et sont caractérisées par des distributions d’âge qui ne se chevauchent pas et une faible survie des gaules. Les patrons de recrutement au-delà de la limite des arbres correspondaient généralement aux variables climatiques de la saison dormante, principalement la précipitation; ce qui illustre l’importance d’un couvert nival protecteur. Les résultats font ressortir d’importantes interactions entre les facteurs abiotiques et biotiques qui contrôlent l’empiètement sur la toundra et la dynamique de la limite des arbres ainsi que l’importance d’étudier plusieurs régions lorsqu’on s’intéresse aux réponses qu’engendre le réchauffement climatique.

Document Type: Research Article

Publication date: March 1, 2011

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