A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
שחזורי אקלים של טבעות עצים יכולים להיות מועילים להבנה טובה יותר של השתנות האקלים בעבר מעבר לרשומות אינסטרומנטליות. פרוטוקול זה מראה כיצד לשחזר את אקלים העבר באמצעות טבעות עצים ורשומות אינסטרומנטליות מטאורולוגיות.
טבעות עצים שימשו לשחזור משתנים אקלימיים במקומות רבים ברחבי העולם. יתר על כן, טבעות עצים יכולות לספק תובנות חשובות לגבי השונות האקלימית של המאות האחרונות, ובאזורים מסוימים, כמה אלפי שנים. למרות ההתפתחות החשובה, שהייתה לדנדרוכרונולוגיה בעשורים האחרונים לחקור את הפוטנציאל הדנדרוקלימטי של מספר רב של מינים הנמצאים במערכות אקולוגיות שונות, יש עוד הרבה מה לעשות ולחקור. בנוסף לכך, בשנים האחרונות יותר אנשים (סטודנטים, מורים וחוקרים) ברחבי העולם מעוניינים ליישם את המדע הזה כדי להאריך את ציר הזמן של מידע האקלים לאחור ולהבין כיצד האקלים השתנה בקנה מידה של עשורים, מאות או אלפי שנים. לכן, מטרת עבודה זו היא לתאר את ההיבטים הכלליים והצעדים הבסיסיים הדרושים לביצוע שחזור אקלים טבעת עצים, החל מבחירת האתר ודגימת שדה ועד לשיטות מעבדה וניתוח נתונים. בסרטון ובכתב היד של שיטה זו, מוסבר הבסיס הכללי בשחזורי אקלים של טבעות עצים כך שמצטרפים חדשים וסטודנטים יכולים להשתמש בו כמדריך זמין לתחום מחקר זה.
טבעות עצים הן בסיסיות להבנתנו כיצד עצים מגיבים לסביבתם. בנוסף, מכיוון שהאקלים משפיע על צמיחת העצים, עצים משמשים כמדדים סביבתיים המתעדים את השינויים הזמניים במהלך חייהם. לפיכך, טבעות עצים היו בעלות ערך לשחזור אקלים עבר הרבה מעבר לכל תיעוד אקלימי אינסטרומנטלי.
תהליכי צמיחה בשורשים, גבעולים, ענפים, עלים ואסטרטגיות רבייה בעצים מוסדרים על ידי גורמים סביבתיים כגון מים, אור, טמפרטורה וחומרי הזנה בקרקע1. לדוגמה, גבעולים גדלים באופן רדיאלי והקמביום של כלי הדם שולט בצמיחה רדיאלית2. קמביום כלי הדם הוא רקמה מריסטמטית שתייצר באופן פעיל תאים פונקציונליים חדשים כגון קסילם וקליפה הממוקמים בגבול החיצוני של הגבעול. בנוסף, הקמביום של כלי הדם פעיל בעיקר במהלך מחזורים עונתיים. עם זאת, פעילות גידול זו יכולה להיקטע בתקופות תרדמה ובעונות מסוימות של השנה. תקופת תרדמה זו מתרחשת בדרך כלל כאשר משתנים סביבתיים אינם אופטימליים (למשל, מחזורי יום קצרים יותר, תקופות בצורת ממושכות, חורפים קרים או שיטפונות). יתר על כן, מחזורי הצמיחה והתרדמה מתורגמים לשינויים בפעילות הקמביום וכתוצאה מכך גבולות קונצנטריים מובהקים מבחינה אנטומית בגבעול הנקראים טבעות עץ3.
עצים בדרך כלל מייצרים טבעת עץ אחת בכל שנה מכיוון שהעונתיות האקלימית מתרחשת מדי שנה. לפיכך, טבעות עצים הן הביטוי החזותי של התגובה האקופיזיולוגית של קמביום כלי הדם לתנאי האקלים התוך-שנתיים במהלך צמיחת העץ3. האשכול המוקדם של תאי קסילם שנוצר על טבעת עץ במהלך העונה הרטובה יתאפיין בתאים גדולים יותר הנקראים עץמוקדם 4. לעומת זאת, במהלך העונה היבשה ובתגובה למחסור במים, קמביום כלי דם מייצר תאי קסילם קטנים יותר (טרכאידים או כלי דם) עם דפנות תאים עבות יותר הנקראים עץ מאוחר. שונות זו במבנים אנטומיים בולטת יותר בעצי מחט, שבהם העץ המוקדם מראה צבע בהיר יותר מעץ מאוחר, ומראה צבע כהה יותר5. הרווח בין תחילת העץ המוקדם לסוף העץ המאוחר מוגדר כטבעת עץ אחת (איור 8F).
עצים הגדלים במקומות עם עונה גשומה ויבשה מוגדרת היטב יכולים לצפות לשנים עם כמות משקעים גבוהה או נמוכה יותר. שונות זו תוביל עצים לייצר טבעות רחבות יותר בשנים גשומות וטבעות צרות יותר בשנים יבשות. ניתן לראות את הדפוסים הזמניים הללו של טבעות רחבות וצרות כברקוד. וריאציה זמנית זו של רוחב טבעת העץ היא הבסיס ליישום תהליך התיארוך המוצלב, אחד העקרונות הקריטיים ביותר בחקר טבעות עצים6. תהליך ההצלבה משביע רצון כאשר הדפוסים של טבעות רחבות וצרות בכל הדגימות מסונכרנים בהצלחה בזמן כדי להקצות את שנת היווצרות המתאימה.
באזורים רבים בעולם שבהם מתרחש אקלים עונתי, האות הדומיננטי ביותר שנרשם בטבעות עצים קשור ככל הנראה לשונות האקלים7. עם זאת, טבעות עצים מכילות גם מידע נוסף הקשור לגיל (עצים צעירים גדלים מהר יותר מעצים מבוגרים), תחרות על משאבים עם עצים סמוכים, והפרעות פנימיות וחיצוניות (למשל, אירועי תמותה, התפרצויות מזיקים או שריפה)8. לפיכך, לפני שמנסים לשחזר אקלים בעבר באמצעות רוחב טבעות עצים, יש להסיר אותות לא אקלימיים באמצעות מספר הליכים סטטיסטיים המוסברים בכתב יד זה.
המטרה העיקרית של פרוטוקול זה היא להראות כיצד לפתח שחזור אקלימי המבוסס על נתוני טבעות עצים כדי להבין את השונות האקלימית בעבר. לפיכך, כתב יד זה יציג את שיטות השדה והמעבדה החיוניות כגון דגימה, הכנת דגימות, תיארוך צולב ומדידת רוחב טבעות עצים הנדרשות לפיתוח שחזור אקלימי. בנוסף, פרוטוקול זה יסביר גם את הניתוחים הסטטיסטיים הבסיסיים המשמשים לחילוץ השונות הנפוצה מרוחב טבעות עצים ובניית כרונולוגיה של טבעות עצים שתהיה מתואמת עם נתוני האקלים. לבסוף, באמצעות מודל רגרסיה ליניארי פשוט, הפרוטוקול יראה כיצד לשחזר את אקלים העבר באמצעות כרונולוגיה של טבעת העצים כמשתנה המנבא ונתוני האקלים כמנבא.
לפני טיולי השטח יש לקבל אישור מהבעלים, במקרה של אזור שימור, או הרשויות המתאימות. חשוב מאוד שחלק מאנשי הצוות המייצגים את הרשות ישתתפו בעבודת השטח כדי למנוע כל בעיה.
1. אסטרטגיית דגימה
איור 1: יער מחטני מעורב ממוזג. (A) יער מחטני מעורב של Pinus montezumae, Pinus arizonica ו-Pinus ayacahuite. (B) יער מחטני מעורב של Pseudotsuga menziesii, Pinus arizonica ו-Pinus ayacahuite. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 2: בחירת אתרים. (A) אזורים מיוערים עם תנאים מגבילים (אדמה רדודה ויבשה ומדרון תלול) עם סבירות גבוהה למצוא פרטים מאריכי חיים. (B) פרטים מאריכי חיים חיוניים למחקרים דנדרוקלימטיים. (ג, ד, ה) איתור ובחירה של עצים מתים (גדמים, עצים שנפלו ועצים עם דרגת שחיקה מסוימת) המאפשרים להאריך את הכרונולוגיה בזמן. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 3: בחירת דגימות העצים הטובות ביותר. (A) עץ עם צמרת חופה מתה וענפים עבים, האופייניים לפרטים מאריכי חיים, ו-(B, C) תמונות של עצים עם גבעולים וענפים מפותלים, כלומר, בצורה ספירלית, המעידים על פרטים מאריכי חיים. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 4: כלים המשמשים לאיסוף דגימות. (A) מקדח אינקרמנט (Pressler), הכלי לחילוץ דגימות דנדרוכרונולוגיות. (B) מקדח בקוטר 12 מ"מ, מומלץ למקרים שבהם יש צורך בחומר נוסף להגדרת טבעות העץ, מה שמאפשר מיצוי של נפח דגימה גדול יותר, מה שמשפר את ההדמיה של טבעות מורכבות, ומקל על זיהוי בעיות גדילה. (ג) מקדח בקוטר 5 מ"מ המשמש ברוב המקרים. סוג זה של מקדח משמש לדגימת ליבה. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 5: תהליך איסוף דגימות. (A) כוונו את המקדחה המצביעה למרכז הגזע, ממוקמת בזווית של 90°, בניצב לציר הגזע, דחפו בו-זמנית את המקדח לכיוון העץ וסובבו עם כיוון השעון. (ב) כאשר הקדח הוכנס לעומק של 1 אינץ', המשיכו להסתובב עם כיוון השעון כדי להגיע למרכז הגזע, המחלץ מוכנס לתוך הגליל הפנימי של המקדח. (ג) כאשר המחלץ מוכנס לאורכו המלא, סובב את המקדח סיבוב אחד נגד כיוון השעון כדי לנתק את החיבור בין הדגימה לעץ. (ד, ה) מיצוי דגימות עץ. (F) המקדח מוסר מהגזע על ידי סיבוב נגד כיוון השעון. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 6: טכניקות להגנה על דגימות עץ. מכיוון שהדגימות יכולות להיות שבירות, יש לאחסן כל דגימה כראוי לאחר איסוףה. (A) הדגימות שנלקחו עם המקדח בקוטר 5 מ"מ מונחות בקשיות פלסטיק עם נקבים או קשיות נייר. הנקבים מאפשרים אוורור טוב יותר ומונעים צמיחת פטריות. (B) הדגימות בקוטר 12 מ"מ מוצקות יותר. דוגמאות אלו עטופות בעיתון או בסוג נייר אחר או במעטפות מנילה. (C) בעת איסוף חתכים עם מסור חשמלי (D, E), הם צריכים להיות עטופים בניילון כדי לספק תמיכה נוספת ולמנוע אובדן שברים במהלך ההובלה. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
2. הכנת דגימה במעבדה
איור 7: הכנת דגימה. (A) ייבוש דגימות בצל מבטיח שאובדן הלחות הוא הדרגתי כדי למזער את העיוות של העץ (ליבות מפותלות). (B) דוגמה לאופן שבו ניתן להרכיב דגימות על מתלה עץ, מקובע עם דבק, ו-(C, D) להראות כיצד הן מחוברות לעיטור באמצעות סרט דבק או חבל דק. (ה) מציין את המיקום הנכון של סיבי העץ, שחייבים להיות מכוונים בניצב לטבעות הצמיחה. כיוון זה יאפשר הדמיה ברורה של האנטומיה של טבעות הגדילה. (ו, ז) זוהי דוגמה לאיכות השיוף והליטוש באמצעות גריסי נייר זכוכית מ-120 עד 1200. הליך זה מאפשר לדמיין ולהבדיל בין טבעות הצמיחה. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
3. תיארוך טבעת עצים
4. מדידת טבעת העץ
איור 8: תיארוך צולב ומדידת טבעות עצים. (A) מציג השוואה של ספירת טבעות ודפוסי גדילה בין שתי דגימות. (B) דוגמה לאופן שבו שונות הגדילה של שתי הדגימות משתקפת בגרפים של נייר (תרשים שלד). סוג זה של גרף מאפשר השוואה בין גידולים של דגימות רבות בו זמנית (הצלבה) ומהווה טכניקה חיונית להשגת התיארוך הנכון. הסימנים בראש הגרף 0, 50, 60 וכו' מציינים את מספר הטבעות שנספרו בדגימה המוצגת בתרשים A. (C) שלד של דגימת עץ מת המתוארכת לשנה המדויקת באמצעות הכרונולוגיה הראשית. (D) דוגמה לכרונולוגיה ראשית, ממוצע של עצים חיים המתוארכים כהלכה. (E) מערכת מדידה ברמת דיוק של 0.001 מ"מ שימשה למדידת כל אחד מהגידולים השנתיים. (F) סכמטי המראה את הגידול השנתי ב-Pinus lumholtzii ואת שלושת חלקי הרצועה השונים של טבעת שנתית (טבעת כוללת, עץ מוקדם ועץ מאוחר). אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
5. אימות הצלבה
6. התפתחות כרונולוגיה
איור 9: דוגמאות להליכי דה-טרנדציה וסטנדרטיזציה של מדידות רוחב טבעת-עץ (RW), ממדידות ועד מדדים. הסטנדרטיזציה לאינדקס רוחב טבעת (RWI) מחושבת, כך שהממוצע הוא סביב אחד ויש לו שונות הומוגנית. (A) סדרת רוחב הטבעת RW מציינת את הירידה האקספוננציאלית בצמיחה עקב אפקט הגיל, מיושמת עקומת ההתאמה הטובה ביותר, ובדוגמה זו, אנו משתמשים בעקומה מעריכית שלילית (צבע אדום). (C) זוהי דוגמה שנייה לקו ישר (צבע אדום). (ב, ד) מדדים מנורמלים (RWI) נוצרים לאחר חלוקת ערך העקומה בסדרת RW. חלוקה זו מבטלת את המגמות המותאמות לעקומה, וממקסמת את האות האקלימי (סדרות זמן בצבע אפור) וקו החלקה של 20 שנה (צבע אדום) כדי לצפות באירועים בתדירות נמוכה כגון בצורות ותקופות רטובות. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
7. ניתוח מתאם חודשי
8. מודל רגרסיה ליניארית פשוטה ושחזור המשתנה האקלימי
בעקבות שלבים 1.1 ו-1.2 של הפרוטוקול, Pinus lumholtzii B.L. Rob. & פרנלד נבחר למחקר זה. בין ההיבטים החשובים ביותר שנבחנו, כמה מהם הם כדלקמן: זהו מחט מהסוג Pinus עם תפוצה גיאוגרפית רחבה ומעט מאוד מחקרים מנקודת מבט דנדרוכרונולוגית; הוא מתפתח באתרים עניים עם מחשופי סלעים, עם יכולת אגי?...
רשומות פרוקסי הן מערכות טבעיות התלויות במזג האוויר, שהיו קיימות בעבר ועדיין קיימות, כגון משקעי אגמים וים, אבקה, שוניות אלמוגים, ליבות קרח, אמצעיות פקרטיות וטבעות עצים, כך שניתן להפיק מהן מידע24. עם זאת, מרוב הפרוקסי הרגישים לאקלים, טבעות עצים מייצגות את הפרוקס?...
למחברים אין מה לחשוף.
פרויקט המחקר בוצע הודות למימון באמצעות הפרויקטים CONAFOR-2014, C01-234547 ו-UNAM-PAPIIT IA201621.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
ARSTAN Software | https://www.ldeo.columbia.edu/tree-ring-laboratory/resources/software | ||
Belt Sander | Dewalt Dwp352vs-b3 3x21 PuLG | For sanding samples | |
Chain Saw Chaps | Forestry Suppliers | PGI 5-Ply Para-Aramid | https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Chain%20Saw%20Chaps |
Chainsaw | Stihl or Husqvarna for example | MS 660 | Essential equipment for taking cross sections samples (Example: 18-24 inch bar) |
Clinometer | Forestry Suppliers | Suunto PM5/360PC with Percent and Degree Scales | https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Clinometer |
COFECHA Software | https://www.ldeo.columbia.edu/tree-ring-laboratory/resources/software | ||
Compass | Forestry Suppliers | Suunto MC2 Navigator Mirror Sighting | https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=compass |
Dendroecological fieldwork programs | Programs where dating skills can be acquired or honed | http://dendrolab.indstate.edu/NADEF.htm | |
Diameter tape | Forestry Suppliers | Model 283D/10M Fabric or Steel. | https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Diameter%20tape |
Digital camera | CANON | EOS 90D DSLR | To take pictures of the site and the samples collected (https://www.canon.com.mx/productos/fotografia/camaras-eos-reflex) |
Digital camera for microscope | OLYMPUS | DP27 | https://www.olympus-ims.com/es/microscope/dp27/ |
Electrical tape or Plastic wrap to protect samples | uline.com | https://www.uline.com/Product/Detail/S-6140/Mini-Stretch-Wrap-Rolls/ | |
Field format | There is no any specific characteristic | To collect information from each of the samples | |
Field notebook | To take notes on study site information | ||
Gloves | For field protection | ||
Haglöf Increment Borer Bit Starter | Forestry Suppliers | https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Increment%20borer | |
Hearing protection | Forestry Suppliers | There is no any specific characteristic | https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Hearing%20protection |
Helmet | Forestry Suppliers | There is no any specific characteristic | https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Wildland%20Fire%20Helmet |
Increment borer | Forestry Suppliers | Haglof | https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Increment%20borer |
Large backpacks | There is no any specific characteristic | Strong backpack for transporting cross-sections in the field | |
Safety Glasses | Forestry Suppliers | There is no any specific characteristic | https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Safety%20Glasses |
Sandpaper | From 40 to 1200 grit | ||
Software Measure J2X | Version 4.2 | http://www.voortech.dreamhosters.com/projectj2x/tringSubscribeV2.html | |
STATISTICA | Kernel Release 5.5 program (Stat Soft Inc. 2000) | Statistical analysis program | |
Stereomicroscope | OLYMPUS | SZX10 | https://www.olympus-ims.com/en/microscope/szx10/ |
Topographic map, land cover map | Obtained from a public institution or generated in a first phase of research | ||
Tube for drawings | There is no any specific characteristic | Strong tube for transporting samples in the field | |
Velmex equipment | Velmex, Inc. | 0.001 mm precision | www.velmex.com |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved