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Genetic background of response of trees to aridification at the xeric forest limit and consequences for bioclimatic modelling

Quelle: Forstarchiv 81: 4, 130-141 (2010)
Autor(en): Mátyás C, Nagy L, Jármay EU

Abstract: The analysis of quantitative data of common garden tests supports the concept that these tests offer unique possibilities for the realistic simulation of effects of climate change scenarios. Within the distributional range of a species, the response of a population depends on its adaptedness to its local environment. Response at the xeric (lower or rear) limits of distribution is insufficiently studied in spite of its ecological importance. At the xeric limit, selection pressure narrows genetic variation and the increase in frequency of extreme events may result in growth decline and mortality. In the humid part of range, climate selection is less effective. The asymmetry of response in different environments supports the hypothesis that the simultaneous action of plasticity and selection maintains an adaptive non-equilibrium also at the genetic level, similar to the one at the ecosystem level. This bears consequences for response and climate envelope modelling. Adaptedness to the local environment cannot be considered as exclusive basis for response prediction. In the distributional range of low moisture stress, warming will ease plasticity strain, which leads to growth acceleration instead of “decoupling” from adapted climate. The opposite growth trends in western and boreal Europe, versus south-eastern-continental and mediterranean Europe can be explained by the described phenomenon. As expected rapid changes in the next decades will affect first of all the extant (already existing) forest stands, adaptation potential will mainly depend on the level of phenotypic plasticity. The importance of this trait should be recognized not only in breeding and improvement, but also in selection and use of forest reproductive material. The retrospective analysis and international comparison of provenance test data are considered as important for validating modelling results owing to the uniqueness and irreplaceability of these tests. Bioclimatic modelling of forests and trees based on actual distributions has many limitations. The aspects of genetic regulation should be considered among them.


Genetischer Hintergrund der Reaktion von Bäumen auf Trockenheit an der Trockenheitsgrenze und Konsequenzen für die biomklimatologische Modellierung

Kurzfassung: Die Analyse der Beobachtungen an Provenienzversuchen bietet einzigartige Möglichkeiten für realistische Simulationen der Auswirkungen von Klimaveränderungen. Innerhalb des Verbreitungsgebietes einer Art hängt nämlich deren Reaktion von ihrer Angepasstheit an lokal herrschende Umweltbedingungen ab. Die Reaktion in xerischen Grenzbereichen der Verteilung ist entgegen ihrer ökologischen Bedeutung unzureichend untersucht. In diesen Grenzbereichen engt der Selektionsdruck genetische Variation ein, und die steigende Häufigkeit extremer Ereignisse kann zu Wachstumsminderung und Mortalität führen. In Feuchtzonen ist klimabedingte Selektion allerdings weniger effektiv. Asymmetrische Reaktion auf unterschiedlichen Umweltbedingungen unterstützt die Vorstellung, dass das gleichzeitige Wirken von Plastizität und Selektion auch auf genetischer Ebene ein adaptives Ungleichgewicht erhält, ähnlich dem auf der Ökosystemebene. Dies birgt Konsequenzen für die Reaktion und die Modellierung der klimatischen Auswirkungen. Angepasstheit an lokale Umweltbedingungen kann nicht als die ausschließliche Grundlage der Vorhersage der Reaktion angesehen werden. In Verbreitungsgebieten mit geringem Stress durch Nässe wird die Erwärmung die Plastizitätsbelastung lindern, die zu Wachstumsbeschleunigung statt Entkopplung vom Klima führt, an welches Angepasstheit herrscht. Der entgegengesetzte Wachstumstrend im westlichen und borealen Europa kann im Vergleich zum südöstlich-kontinentalen und mediterranen Europa durch das beschriebene Phänomen erklärt werden. Wie erwartet, werden die raschen Veränderungen der nächsten Jahrzehnte zunächst die bereits existierenden Bestände betreffen, und es wird auf das Anpassungspotenzial auf der Ebene der phänotypischen Plastizität ankommen. Dessen Bedeutung sollte nicht nur in der Züchtung, sondern auch bei der Auswahl und Nutzung forstlichen Vermehrungsgutes Berücksichtigung finden. Die retrospektive Analyse und der Abgleich der Daten aus letztlich einzigartigen und unersetzlichen internationalen Provenienzversuchen werden als wichtig für das Validieren von Modellierungsergebnissen betrachtet. Bioklimatologische Modellierung von Wäldern und Bäumen auf der Basis tatsächlicher Verbreitungen unterliegt vielen Beschränkungen. Der Aspekt der genetischen Regulation sollte aber einbezogen sein.

© DLV München

 

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