Summer drought exposure, stand structure, and soil properties jointly control the growth of European beech along a steep precipitation gradient in northern Germany. Issue 3 (25th November 2022)

• Record Type: Journal Article
• Authors: Weigel, Robert; Bat‐Enerel, Banzragch; Dulamsuren, Choimaa; Muffler, Lena; Weithmann, Greta; Leuschner, Christoph
• Is Part Of: Global change biology. Volume 29:Issue 3(2023)
• Page Start: 763
• Page End: 779
• Publication Date: 2022-11-25
• Subjects: climate sensitivity -- competition intensity -- dendrochronology -- global warming -- growth synchrony -- growth trend -- heat -- non‐stationarity -- sand content; Climatic changes -- Environmental aspects -- Periodicals; Troposphere -- Environmental aspects -- Periodicals; Biodiversity conservation -- Periodicals; Eutrophication -- Periodicals; 551.5
• DOI: 10.1111/gcb.16506
• Languages: English
• ISSNs: 1354-1013

Abstract

Abstract: Increasing exposure to climate warming‐related drought and heat threatens forest vitality in many regions on earth, with the trees' vulnerability likely depending on local climatic aridity, recent climate trends, edaphic conditions, and the drought acclimatization and adaptation of populations. Studies exploring tree species' vulnerability to climate change often have a local focus or model the species' entire distribution range, which hampers the separation of climatic and edaphic drivers of drought and heat vulnerability. We compared recent radial growth trends and the sensitivity of growth to drought and heat in central populations of a widespread and naturally dominant tree species in Europe, European beech ( Fagus sylvatica ), at 30 forest sites across a steep precipitation gradient (500–850 mm year −1 ) of short length to assess the species' adaptive potential. Size‐standardized basal area increment remained more constant during the period of accelerated warming since the early 1980s in populations with >360 mm growing season precipitation (April–September), while growth trends were negative at sites with <360 mm. Climatic drought in June appeared as the most influential climatic factor affecting radial growth, with a stronger effect at drier sites. A decadal decrease in the climatic water balance of the summer was identified as the most important factor leading to growth decline, which is amplified by higher stem densities. Inter‐annual growth variability has increased since the early 1980s, and variability is generally higher at drier and sandier sites. Similarly, within‐population growth synchrony is higher at sandier sites and has increased with a decrease in the June climatic water balance. Our results caution against predicting the drought vulnerability of trees solely from climate projections, as soil properties emerged as an important modulating factor. We conclude that beech is facing recent growth decline at drier sites in the centre of its distribution range, driven by climate change‐related climate aridification. Abstract : Global change threatens forest vitality and productivity. We compared recent radial growth trends and the sensitivity of growth to drought and heat in central populations of a widespread and naturally dominant tree species in Europe, European beech ( Fagus sylvatica ), at 30 forest sites across a steep precipitation gradient. A decadal increase in evaporative demand was identified as the most important factor leading to growth decline, more so toward drier sites, which is amplified by higher stem densities. Our results caution against predicting the drought vulnerability of trees solely from climate projections, as local habitat factors emerged as important modulating factors. Zusammenfassung: Die zunehmende Gefährdung durch Trockenheit und Hitze im Zusammenhang mit der Klimaerwärmung bedroht die Vitalität der Wälder in vielen Regionen der Erde, wobei die Anfälligkeit der Bäume wahrscheinlich von der lokalen Aridität, den jüngsten Klimatrends, den edaphischen Bedingungen und der Trockenheitsakklimatisierung und ‐anpassung der Populationen abhängt. Studien, die sich mit der Anfälligkeit von Baumarten für den Klimawandel befassen, sind häufig lokal ausgerichtet oder modellieren das gesamte Verbreitungsgebiet der Art, was die Trennung der Bedeutung von klimatischen und edaphischen Faktoren für die Anfälligkeit für Trockenheit und Hitze erschwert. Wir haben die aktuellen radialen Wachstumstrends und die Trockenheits‐ und Hitzesensitivität in zentralen Populationen einer in Europa weit verbreiteten und von Natur aus dominanten Baumart, der Rotbuche ( Fagus sylvatica ), an 30 Waldstandorten über einen steilen Niederschlagsgradienten (500–850 mm pro Jahr) von kurzer geographischer Länge verglichen, um das Anpassungspotenzial der Art zu bewerten. Der größenstandardisierte Grundflächenzuwachs war während des Zeitraums der rasanten Klimaerwärmung seit den frühen 1980er Jahren in Populationen mit mehr als 360 mm Niederschlag in der Vegetationsperiode (April–September) konstanter, während die Trends an Standorten mit weniger als 360 mm Niederschlag deutlich negativer waren. Klimatische Trockenheit im Juni erwies sich als der einflussreichste Klimafaktor, der das radiale Wachstum beeinflusste, wobei die Auswirkungen an trockeneren Standorten stärker waren. Eine jahrzehntelange Verschlechterung der klimatischen Wasserbilanz des Sommers wurde als wichtigster Faktor identifiziert, der zu einem Wachstumsrückgang führt, der durch höhere Stammdichten noch verstärkt wird. Die interannuelle Wachstumsvariabilität hat seit Anfang der 1980er Jahre zugenommen, und die Variabilität ist an trockeneren und sandigeren Standorten generell höher. Auch die Synchronität des Wachstums innerhalb der Populationen ist an sandigeren Standorten höher und hat mit einer Abnahme der klimatischen Wasserbilanz im Juni zugenommen. Wir kommen zu dem Schluss, dass die Buche in letzter Zeit an trockeneren Standorten im Zentrum ihres Verbreitungsgebiets mit einem Wachstumsrückgang konfrontiert ist, der auf die mit dem Klimawandel verbundene Aridifizierung zurückzuführen ist. Unsere Ergebnisse warnen davor, die Trockenheitsanfälligkeit von Bäumen allein anhand von Klimaprojektionen vorherzusagen, da sich die Bodeneigenschaften als wichtiger Einflussfaktor erwiesen haben.