Assessing alpine shrub response to climate change

Abstract

Serra da Estrela is an exceptional place to study the effect of global warming on ecosystems since it is in the transition zone between the Mediterranean and temperate climates. Serra da Estrela is also the highest mountain range and only alpine region in continental Portugal, thus, having a huge interest for conservation. However, thus far, there is little research on the response of Estrela alpine ecosystems to global warming. We used dendrochronological and quantitative wood anatomy techniques to analyze the response to climate of the two main alpine shrub species of Serra de Estrela, Juniperus communis subsp. alpina and Cytisus oromediterraneus. Our main hypotheses were 1) Shrub growth has increased for both species in the last 5 years following the current warming trend; 2) SRW will be positively influenced by increases in temperature in spring and autumn, i.e., at the beginning and end of the growing season; and 3) wood anatomy is more affected by precipitation in C. oromediterraneus than in J. communis.Shrub ring width displayed a positive trend from 2015-2019, coinciding with an increasing trend in global temperatures. Generalized Additive Models indicated spring and autumn temperatures influenced J. communis SRW, and spring and autumn precipitation most influenced C. oromediterraneus SRW. Thus, a longer growth period due to warming has a direct effect only for J. communis subsp. alpina. In addition, J. communis hydraulic conductivity was influenced by early spring and autumn precipitation, while spring and summer temperature did so for C. oromediterraneus.These results indicate that warming can promote the growth of the two dominant alpine shrub species in the high plateau of Serra da Estrela Natural Park, but may eventually lead to changes in plant performance and distribution shifts in the longer term due to species-specific differences in the response to climatic variables.

A Serra da Estrela se encontra na zona de transição entre o clima mediterrâneo e temperado, portanto, é um local excepcional para estudar o efeito do aquecimento global nos ecossistemas. A Serra da Estrela é também a cordilheira mais alta e única região alpina de Portugal continental, portanto, merece conservação. Mas até agora, há poucas pesquisas sobre a resposta dos sues ecossistemas alpinos ao aquecimento global.Utilizamos técnicas dendrocronológicas e quantitativas de anatomia da madeira para analisar a resposta ao clima das duas principais espécies de arbustos alpinos da Serra da Estrela, Juniperus communis subsp. alpina e Cytisus oromediterraneus. Nossas principais hipóteses eram 1) O crescimento de arbustos aumentou para ambas as espécies nos últimos 5 anos seguindo a tendência de aquecimento; 2) A largura do anel de arbustos (SRW) será positivamente influenciado por aumentos de temperatura na primavera e outono, ou seja, no início e no final da estação de crescimento; e 3) a anatomia da madeira é mais afetada pela precipitação em C. oromediterraneus do que em J. communis.A SRW apresentou uma tendência positiva de 2015-2019, coincidindo com o aumento das temperaturas globais. Modelos de aditivos generalizados indicaram que as temperaturas da primavera e outono influenciaram J. communis SRW, e a precipitação da primavera e outono mais influenciou C. oromediterraneus SRW. Assim, um período de crescimento mais longo devido ao aquecimento tem efeito direto apenas para J. communis. Além disso, a condutividade hidráulica de J. communis foi influenciada pela precipitação do início da primavera e outono, enquanto a temperatura da primavera e do verão foi influenciada por C. oromediterraneus.Estes resultados indicam que o aquecimento pode promover o crescimento das duas espécies dominantes de arbustos alpinos no planalto da Serra da Estrela, mas pode eventualmente resultar em alterações na distribuição a longo prazo devido a diferenças específicas das espécies em resposta às variáveis climáticas.