Utilizzo degli anelli degli alberi per ricostruire le informazioni sulla cronologia degli incendi dalle aree boschive

Riepilogo

Questo lavoro spiega le tecniche e i metodi più appropriati per condurre uno studio della storia degli incendi, dalla selezione iniziale del sito all'analisi finale della relazione fuoco-clima.

Abstract

I modelli annuali degli anelli degli alberi sono una fonte di informazioni ecologiche e ambientali, compresa la storia degli incendi nelle aree boschive. Le storie degli incendi basate sugli anelli degli alberi comprendono tre fasi fondamentali: raccolta sul campo, metodi di laboratorio (preparazione e datazione) e analisi dei dati. Qui forniamo istruzioni dettagliate e questioni da considerare, incluso il processo di selezione dell'area di studio, i siti di campionamento e come e quali alberi sfregiati dal fuoco campionare. Inoltre, descriviamo la preparazione e la datazione dei campioni di cicatrici da fuoco che vengono eseguite in laboratorio. Infine, descriviamo l'analisi di base e i risultati pertinenti, inclusi esempi di studi che hanno ricostruito i modelli di storia degli incendi. Questi studi ci permettono di comprendere la frequenza storica degli incendi, i cambiamenti in tali frequenze legati a fattori antropogenici e le analisi di come il clima influenza l'insorgenza degli incendi nel tempo. La descrizione di questi metodi e tecniche dovrebbe fornire una maggiore comprensione degli studi sulla storia degli incendi a beneficio di ricercatori, educatori, tecnici e studenti interessati a questo campo. Questi metodi dettagliati consentiranno ai nuovi ricercatori di entrare in questo campo, una risorsa per iniziare il proprio lavoro e ottenere un maggiore successo. Questa risorsa fornirà una maggiore integrazione degli aspetti degli anelli di accrescimento degli alberi all'interno di altri studi e porterà a una migliore comprensione dei processi naturali con gli ecosistemi forestali.

Introduzione

Gli incendi boschivi, innescati da cause naturali o antropiche, sono considerati uno dei più comuni fattori di disturbo ecologico che influenzano gli ecosistemi terrestri¹. Ad esempio, il fuoco, e più specificamente i regimi di incendio, influenzano la composizione e la struttura delle specie vegetali². Il fuoco è anche un processo fondamentale che collega i cicli biogeochimici e la variabilità climatica ^3,4. In alcune aree, il fuoco contribuisce al degrado e alla deforestazione, mentre in altre aree il fuoco è fondamentale per la rigenerazione e il sostentamento delle strutture forestali aperte ^5,6. Di conseguenza, comprendere il ruolo ecologico degli incendi boschivi è essenziale per i programmi di gestione e conservazione.

I regimi di incendio sono definiti come il modello degli eventi di incendio nel tempo caratterizzati dalla frequenza e dalla sua variabilità in tipologia, estensione, intensità, stagionalità e gravità ^7,8. I regimi di incendio boschivo possono essere studiati attraverso l'osservazione diretta, i rapporti, le immagini satellitari, la storia orale, la struttura per età e la composizione delle specie, e attraverso l'uso di metodi dendrocronologici⁹. La dendrocronologia utilizza gli anelli degli alberi, datati con precisione annuale, per studiare gli eventi climatici ed ecologici¹⁰. Una delle branche della dendrocronologia è la ricostruzione della storia degli incendi o dendropirocronologia, che utilizza gli anelli degli alberi per determinare i modelli spaziali e temporali degli incendi passati e contemporanei, ricostruendo così il regime degli incendi all'interno di un'area di studio^11,12. I metodi dendrocronologici, forniscono vantaggi di precisione e risoluzione rispetto ad altri metodi di datazione, perché consentono la datazione di eventi ecologici, con precisione da annuale a intra-annuale (cioè stagionale), su lunghe scale temporali, a volte fino a diverse migliaia di anni^13,14.

Le ricostruzioni della storia degli incendi sono fondamentali anche per capire come i modelli generali di circolazione climatica su scala regionale abbiano influenzato la propagazione degli incendi. Queste analisi della relazione clima-incendio sono nuove perché forniscono informazioni su come il clima influenzi le frequenze degli incendi per lunghi periodi di tempo, cosa che non è possibile con le moderne registrazioni climatiche strumentali⁴. Al fine di facilitare la ricostruzione delle storie degli incendi, forniamo un protocollo sul campo e in laboratorio che descrive metodi e tecniche dendrocronologiche che consentiranno a ricercatori, insegnanti, tecnici e studenti interessati a questo campo di studio di avviare i propri progetti e studi.

In questo protocollo, forniamo gli strumenti per sviluppare una maggiore comprensione e risposte a diverse domande ecologiche nel campo dell'ecologia forestale come: 1) Cos'è il regime degli incendi? 2) I regimi degli incendi sono cambiati negli ultimi decenni o le frequenze degli incendi sono continuate senza cambiamenti significativi? o 3) Ci sono stati cambiamenti attribuiti all'influenza antropica? 4) In che modo i modelli di frequenza degli incendi sono correlati alla variabilità climatica?

Protocollo

1. Strategia di campionamento

1. Determinazione dell'area di studio
   1. Generalmente, le aree forestali sono estese (centinaia o migliaia di ettari), quindi seleziona un'area di studio che soddisfi gli obiettivi, che in questo caso è quello di determinare la storia degli incendi e la sua variabilità nel tempo (Figura 1). Limitare l'area di studio solo alle aree che contengono alberi sfregiati dal fuoco che saranno l'unità di campionamento. La ricognizione dell'area di studio può spesso essere facilitata utilizzando droni e tecnologie video, che forniscono viste del paesaggio più ampio, risparmiando tempo e denaro.
   2. All'interno di un'area di studio, identificare potenziali siti di campionamento che siano idealmente di dimensioni simili, al fine di facilitare i confronti. I siti di campionamento possono variare in dimensioni che vanno da grandi aree (>50 ettari), a siti più piccoli (5-50 ettari) o appezzamenti (<5 ettari) a seconda dell'area di studio, della disponibilità di alberi cicatrizzati dal fuoco e degli obiettivi dello studio. Il numero di siti dipenderà ovviamente dalla variabilità, ma in generale si suggerisce più di un sito. La topografia e il tipo di foresta all'interno di ciascun sito dovrebbero essere rappresentativi di un ecosistema più ampio per consentire l'estrapolazione dei risultati⁹.

Figura 1: Foreste di Pinus hartwegii . (A) Variabilità topografica del sito in termini di pendenza, copertura forestale, barriere orografiche, combustibile, tra gli altri. (B) Prospettiva paesaggistica più ampia sulle condizioni del terreno e della foresta, sulle variabili che influenzano il comportamento del fuoco e sulla selezione dei siti di studio. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

2. Strategia di campionamento (selezione del sito all'interno di un'area di studio)
   1. All'interno dell'area di studio, selezionare un sito di campionamento del metodo, casuale, sistematico o selettivo¹⁵. Ciò dipenderà dagli obiettivi dello studio, dalla disponibilità di personale e dalle risorse finanziarie.
   2. In genere, per ricostruire la storia degli incendi, utilizzare il campionamento selettivo. Cioè, all'interno dell'area di studio, selezionare i siti che sono noti per contenere alberi sfregiati dal fuoco.
   3. Utilizzando questa strategia di campionamento, selezionare i siti in cui vi sono prove che gli incendi si sono verificati e sono stati registrati come cicatrici da fuoco. Le aree che mostrano segni di incendi recenti, come alberi bruciati o uccisi di recente, ma che non hanno evidenza di precedenti cicatrici da incendio, non sono adatte per la ricostruzione dei regimi di incendio, ma sono spesso confuse con siti adatti (Figura 2A).
      NOTA: Se l'obiettivo fosse quello di misurare i danni arrecati dal fuoco alla rigenerazione, il suo effetto sui tassi di crescita, o di valutare il recupero di queste foreste dopo l'incendio, questi tipi di aree sarebbero senza dubbio l'ideale. Tuttavia, poiché l'obiettivo è determinare la storia degli incendi e la sua variabilità nel tempo, sono necessari siti in cui gli alberi mostrano segni (cicatrici) di precedenti danni da incendio ma hanno iniziato a guarire (Figura 2B).
   4. Esplorate l'area di studio e individuate un sito con numerosi (>10) alberi longevi e prove di cicatrici da fuoco (Figura 2C). Registrare la posizione (coordinate GPS) di tutti gli alberi sfregiati dal fuoco utilizzando quelle dei punti per delineare il limite del sito di studio.
   5. Mappare la superficie spaziale del sito in un sistema informativo geografico o in un altro software di mappatura per garantire che i siti siano di dimensioni simili.
   6. In particolare, all'interno di ogni sito, individuare gli alberi più longevi segnati dal fuoco per consentire di ricostruire la storia degli incendi del sito il più indietro possibile nel tempo (uno o più secoli nel passato) e una maggiore comprensione della variabilità della frequenza degli incendi in quel periodo di tempo.

Figura 2: Siti di studio con e senza potenziale per la ricostruzione della storia degli incendi. (A) Pineta che è stata colpita (bruciata) da un recente incendio, ma gli alberi non mostrano segni di cicatrici; Tali siti non sono utili per questo tipo di studio perché mancano di alberi sfregiati dal fuoco. (B) Pineta con prove di incendi passati, gli alberi hanno una sezione carbonizzata visibile alla base del tronco a forma di triangolo, noto come "faccia di gatto", formata quando l'albero guarisce dopo ripetuti eventi di incendio. Si ritiene che tali siti abbiano un potenziale per la ricostruzione della storia degli incendi. (C) Vista ravvicinata della base di un albero sfregiato dal fuoco che sembra aver registrato numerosi incendi. Ciascuno dei diversi strati rappresenta una cicatrice di fuoco. In questo caso, sono visibili 11 cicatrici da fuoco. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

3. Considerazioni generali per il campionamento (selezione di campioni di alberi all'interno dei siti)
   NOTA: La raccolta degli alberi sfregiati dal fuoco è una delle fasi più importanti in questo tipo di studio.
   1. Una volta determinata l'area di studio e i confini del sito, inizia a esplorare il sito selezionato da un punto noto, procedi gradualmente fino a coprire l'intero sito. L'obiettivo dell'esplorazione è quello di fare un inventario il più completo possibile di tutti gli alberi segnati dal fuoco, annotando la loro condizione (albero vivo, intoppo o tronco), il numero di cicatrici da fuoco, le posizioni e l'accessibilità (difficoltà nell'estrarre il campione di cicatrice da fuoco dall'albero). (Figura 3A,B).
   2. Sulla base di queste informazioni, determinare quali alberi contribuirebbero meglio a ricostruire la storia degli incendi più lunga e completa per quel sito. Raccogli almeno 10 alberi sfregiati dal fuoco da ogni sito, dando la massima priorità agli alberi con il maggior numero e le cicatrici da fuoco meglio conservate⁹ (Figura 3B, D). Si noti che non tutti gli alberi sfregiati dal fuoco all'interno di un sito devono essere campionati. Nella maggior parte dei casi, il numero di incendi registrati aumenta con l'aumentare della dimensione del campione (numero di alberi); Tuttavia, questa relazione tipicamente asintotica oltre 10-15 alberi¹⁶.
   3. Per avere la massima profondità di campionamento possibile nel tempo, sforzarsi di raccogliere tronchi e strappi sfregiati dal fuoco, che hanno maggiori probabilità di contenere le cicatrici da fuoco più vecchie, così come gli alberi vivi che avranno cicatrici da incendi più recenti.
   4. Evitare di raccogliere campioni di cicatrici da fuoco sciolti o molto deteriorati che, una volta tagliati, potrebbero andare persi e quasi impossibile da riassemblare.
   5. Quando gli alberi selezionati hanno lo stesso numero di cicatrici e robustezza, prendi in considerazione il campionamento delle specie con gli anelli di crescita più chiari, che faciliteranno la datazione delle cicatrici⁹.
   6. Prima di raccogliere qualsiasi campione, sviluppare una scheda tecnica sul campo che consenta di raccogliere le informazioni più rilevanti da ciascun campione e sito, comprese le seguenti informazioni¹⁷.
      1. Utilizzare schede tecniche sul campo che includano informazioni generali come: nome e codice dell'area di studio (preferibilmente tre lettere, ad esempio, Cuenca Río Nazas, CRN), numero del sito, numero del campione, condizione del campione (solido, sezionato, marcio), data di raccolta e collettore.
      2. Determinare la descrizione del microsito (secco, umido, intermedio), la pendenza e l'esposizione.
      3. Determina gli attributi dell'albero: specie, diametro, altezza, condizione (vivo, intoppo, tronco, ceppo).
      4. Determina la posizione geografica: coordinate (UTM e in gradi), altitudine.
      5. Determinare la descrizione del campione: altezza e lato del campione sul tronco, numero di campioni prelevati, numero di pezzi/campione, numero di cicatrici/campione visibili, esposizione delle cicatrici.
      6. Scatta foto e/o disegni del campione del campione del campione di cicatrice da fuoco e il numero di sezioni nel caso in cui parti del campione vengano spostate e debbano essere riassemblate in seguito. Questo aiuterà nel suo restauro (incollato e preparato) in laboratorio. Disegnare all'interno del foglio dati è spesso utile perché consente di inserire annotazioni.
4. Raccolta a campione (raccolta di alberi sfregiati dal fuoco)
   1. Dopo aver determinato quali alberi verranno campionati, ma prima di iniziare l'estrazione del campione di cicatrice da fuoco, esaminare l'area circostante l'albero. Questo esame può rivelare rami, rocce sciolte o altri problemi di sicurezza che potrebbero dover essere affrontati prima dell'accensione della motosega, al fine di fornire un ambiente di lavoro sicuro.
   2. Per estrarre le cicatrici da fuoco da ceppi o tronchi, prendere sezioni trasversali complete (Figura 3C). Tuttavia, per estrarre campioni da tronchi in piedi e alberi vivi, può essere necessario tagliare sezioni trasversali parziali (Figura 3A,D). Quando possibile, enfatizzare il campionamento degli alberi morti per ridurre al minimo i danni agli alberi vivi¹⁸. Lo strumento principale per il campionamento è una motosega, con una barra da almeno 20 pollici (ad esempio: barra da 18 a 24 pollici) per consentire l'estrazione di campioni sia da piccoli alberi che da grandi alberi. Si consiglia inoltre di disporre di parti extra dell'attrezzatura durante i campionamenti in modo che il campionamento sul campo non venga ritardato in caso di guasto meccanico.
   3. Quando si sceglie il lato e l'altezza del campione di cicatrice da estrarre, considerare il lato e/o l'altezza con il maggior numero e le cicatrici di fuoco visibili meglio conservate. Spesso, il numero di cicatrici da fuoco è maggiore vicino al suolo¹² (Figura 3A, B). Le cicatrici da fuoco possono spesso raggiungere diversi metri di altezza e le cicatrici che si osservano nella parte superiore possono non verificarsi alla base del tronco (Figura 3B). In tali casi, sarà necessario raccogliere più campioni da un singolo albero, compresi i campioni sia dalla base che da quelli più in alto, al fine di acquisire una registrazione della cronologia degli incendi il più completa possibile, da quell'albero. Tuttavia, raccogliere le cicatrici da fuoco alla base è spesso più difficile e pericoloso, in particolare quando si taglia la sezione trasversale utilizzando una motosega pesante. Inoltre, il taglio più in basso sull'albero può richiedere l'inginocchiamento, il che può ostacolare una rapida evacuazione del sito, se necessario.
   4. Prima di iniziare a tagliare l'albero, assicurati di prendere tutte le precauzioni di sicurezza necessarie, inclusi dispositivi di protezione adeguati come guanti, casco, protezioni per l'udito, ghette e scarpe adeguate.
   5. Una volta selezionato l'albero sfregiato dal fuoco insieme all'altezza e al lato da cui verrà estratto il campione, avere un'altra persona nelle vicinanze che tiene d'occhio l'albero, pronto ad avvisare il segantino nel caso in cui l'albero inizi a cadere. Assicurati che questa persona in più e il segantino abbiano un modo non verbale/non visivo per comunicare, come un colpetto sulla spalla, in caso di tale emergenza. Inoltre, assicurarsi che entrambe le persone abbiano una strategia di evacuazione predeterminata e una zona di sicurezza prima di iniziare qualsiasi taglio.
   6. Dopo aver selezionato l'albero e il lato con il miglior record e le necessarie precauzioni di sicurezza, estrarre il campione di cicatrice da fuoco da un albero vivo o morto in piedi.
      1. Innanzitutto, taglia una sezione trasversale parziale dall'albero ^9,19. Per fare ciò, eseguire un taglio orizzontale lungo la sezione trasversale su un lato del tronco sfregiato dal fuoco (Catface) che si estende dalla corteccia al centro dell'albero e taglia tutte le cicatrici che devono essere estratte (Figura 3D).
      2. Dopo aver eseguito il primo taglio orizzontale, eseguire un secondo taglio parallelo orizzontale da 2 a 3 cm sopra o sotto il primo taglio (Figura 3D). Più sottile è il taglio, meno danni farà all'albero; Tuttavia, lo spessore dipenderà da quanto è solido l'albero. Se l'albero è molto deteriorato, il campione dovrebbe essere più spesso (>3 cm) per fornire una maggiore stabilità.
      3. Dopo aver eseguito i due tagli orizzontali sul tronco, eseguire due tagli a tuffo, uno dalla parte posteriore e l'altro dalla parte anteriore dell'albero verso il centro dell'albero per rimuovere la sezione trasversale dall'albero. Eseguire il taglio a tuffo utilizzando la punta della lama della sega per entrare nell'albero nel punto in cui terminano i due tagli orizzontali paralleli. I tagli a tuffo dovrebbero tagliare tutto il legno che tiene la sezione trasversale all'albero, consentendo così l'estrazione della sezione trasversale (Figura 3E, F).
         NOTA: Iniziare il taglio a tuffo posizionando la barra della motosega a un angolo di 45° dal tronco dell'albero (Figura 3E), alla fine dei due tagli orizzontali paralleli. Inizia il taglio con la punta più alta della barra, tagliando lentamente l'albero con un movimento verso l'alto per evitare che la sega si contragga. Una volta iniziato il taglio e penetrata la lama nell'albero, la barra può essere portata in posizione orizzontale (Figura 3F) per penetrare più in profondità nell'albero. Iniziare con un angolo di 45 gradi consente un inizio più sicuro del taglio. Se si tenta di iniziare il taglio da una posizione orizzontale rispetto al tronco, la lama della motosega rimbalzerà lontano dall'albero con grande forza e potrebbe causare lesioni.
      4. Estrarre il campione (Figura 3G).
      5. Etichettare il campione utilizzando il codice del sito, il numero dell'albero e il numero del campione (ad esempio, il primo campione dal CRN del sito sarebbe etichettato CRN-01-a. Numero dell'albero (1, 2, 3, ...) e numero del campione, quest'ultimo è indicato da lettere, a, b, c, ecc.) (Figura 3H).
      6. Scatta una foto del campione sul campo; Ciò consente di acquisire lo stato fisico del campione al momento dell'estrazione, inclusa la forma, il numero di pezzi (se si è diviso in più pezzi), le condizioni del campione, l'etichetta del campione nel caso in cui venga cancellato, ecc. Se il campione si divide in più pezzi quando viene estratto, ricostruire il campione nel miglior modo possibile, includendo tutti i pezzi, e contrassegnare ogni pezzo con un pennarello.
      7. Per facilitare la ricostruzione del campione, segnare il punto in cui i pezzi si uniscono tracciando linee perpendicolari attraverso i pezzi adiacenti. Ognuno di questi pezzi deve essere etichettato individualmente con l'ID del sito e dell'albero, oltre a un numero univoco per ogni singolo pezzo. Pertanto, se i pezzi del campione vengono mescolati, queste informazioni completeranno la foto e faciliteranno la determinazione di come ogni pezzo all'interno del campione è disposto¹⁷. Anche un disegno sul campo al momento dell'estrazione può facilitare questa ricostruzione. Il vantaggio di un disegno è che consente l'annotazione e quindi l'etichettatura dei singoli pezzi all'interno del disegno.
      8. Infine, utilizzare del nastro isolante o della pellicola trasparente per fissare il campione di cicatrice da fuoco e tutti i singoli pezzi il più vicino possibile alla disposizione originale. Ciò è particolarmente importante per i campioni di cicatrici da fuoco con un certo grado di deterioramento o marciume. L'avvolgimento saldato del campione proteggerà anche il campione durante il trasporto in laboratorio¹⁷ (Figura 3I).
      9. Sebbene la maggior parte degli studi di ricostruzione degli incendi utilizzi sezioni trasversali parziali o complete, è importante ricordare che un'altra alternativa, anche se non ampiamente utilizzata, è quella di utilizzare nuclei incrementali. Questo tipo di campionamento è possibile solo su alberi morti vivi o solidi e tenendo conto delle considerazioni di estrazione indicate nella Figura 4.

Figura 3: Processo di campionamento delle cicatrici da incendio. (A) Viene selezionato un albero con cicatrici da fuoco e (B) una vista ravvicinata del muso del gatto (aree con cicatrici da fuoco esposte alla base dell'albero) mostra numerose cicatrici da fuoco e sarebbe un esempio di un albero che potrebbe essere selezionato per il campionamento. (C) Estrazione di un campione cicatrizzato dal fuoco da un registro. Nel caso dei tronchi, l'estrazione di una sezione parziale o completa è più facile perché il taglio può essere effettuato in verticale. Nel caso di alberi vivi e intoppi, il processo è più difficile e comprende i seguenti passaggi: (D) per estrarre le cicatrici da fuoco dagli alberi vivi, il primo passo è selezionare la faccia con le registrazioni più chiare e fare due tagli orizzontali alla base del tronco dell'albero. (E,F) Per estrarre il campione, eseguire un taglio a tuffo, in cui la punta della motosega viene spinta verticalmente lungo l'estremità posteriore dei due tagli orizzontali, dalla corteccia verso il centro dell'albero per rompere il campione, (G) il campione viene quindi estratto e (H) etichettato (area di studio, sito e numero dell'albero, numero del campione, coordinate), e infine (I) il campione viene avvolto nella plastica per evitare danni durante il trasporto in laboratorio. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 4: Campionamento di alberi cicatrizzati dal fuoco mediante estrazione di carote di crescita (carote di incremento) con un trapano Pressler. Per eseguire con successo questa tecnica di campionamento, è importante considerare l'angolo di estrazione rispetto alla cicatrice. 1) Il nucleo campione che attraversa la cicatrice di fuoco sarà incompleto perché mancheranno tutti gli anelli dopo la cicatrice, 2) nel secondo nucleo potrebbero mancare anche i primi anelli dopo la cicatrice, ma 3) idealmente un terzo nucleo avrà tutti gli anelli di crescita e permetterà l'identificazione e la datazione della cicatrice di fuoco all'anno esatto e 4) un quarto nucleo lontano dalla cicatrice di fuoco, Pertanto, con tutti gli anelli di crescita si otterrà, ma non servirà per identificare e datare l'incendio. Tuttavia, quest'ultimo può servire come cronologia di riferimento per l'albero. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

2. Preparazione del campione in laboratorio

1. Una volta che i campioni di cicatrici da fuoco arrivano in laboratorio, disimballarli con cura, separando le sezioni trasversali di un pezzo da quelle che consistono di più pezzi.
2. Ripristina i campioni con più pezzi. Questa procedura consiste nell'identificare tutti i pezzi che fanno parte del campione e nell'incollare i diversi pezzi tra loro (utilizzando la colla bianca per il legno). Se necessario, utilizzare le fotografie scattate sul campo per determinare la disposizione di ogni singolo pezzo.
3. Nei campioni altamente deteriorati a causa del marciume, l'applicazione della colla potrebbe non essere sufficiente per creare la robustezza richiesta che sarà necessaria nei processi di levigatura/lucidatura e datazione. Per creare la stabilità necessaria, montare questi campioni. Cioè, dopo aver assemblato tutte le parti di questi campioni, montare tutti i singoli pezzi del campione su una superficie di legno (ad esempio, compensato), far aderire tutti i pezzi del campione utilizzando una cucitrice meccanica durante il processo di incollaggio, se necessario¹⁷.
4. Al termine del processo di preparazione, asciugare i campioni all'aperto all'ombra per 3-5 giorni. Non asciugare i campioni direttamente al sole, poiché l'improvvisa perdita di umidità può causare la rottura e la rottura del campione.
5. Una volta che i campioni si sono asciugati, tagliare i campioni più spessi (>3 cm) a uno spessore di 2 o 3 cm per facilitare la manipolazione al microscopio e al sistema di misurazione.
6. Carteggiare/lucidare tutti i campioni utilizzando diverse grane di carta vetrata, da 40 a 1.200 grani. Iniziare con il numero più piccolo (più grossolano) di grana per rimuovere le parti tagliate più ruvide e continuare a levigare con un numero progressivamente più alto di grane (più fine) fino a ottenere una superficie uniforme e le strutture cellulari degli anelli degli alberi sono chiaramente visibili al microscopio. Ciò consentirà di identificare la posizione della cicatrice da fuoco all'interno dell'anello annuale (Figura 5).

Figura 5: Campione di Pinus hartwegii cicatrizzato dal fuoco dopo la preparazione o la levigatura. Il conteggio iniziale degli anelli di accrescimento contrassegnato da punti blu indica l'età del campione (121 anni). Gli anelli annuali datati sono mostrati in nero (1891-2011). La datazione diretta è possibile in campioni raccolti da alberi vivi dove è noto l'anno dell'anello più esterno (2011 in questo caso), gli anelli sono chiari e non ci sono problemi di crescita (anelli mancanti e falsi) o tali problemi possono essere facilmente distinti. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

3. Datazione degli anelli degli alberi

1. Conta gli anelli di crescita su ogni campione per determinare l'età, partendo dal centro verso la corteccia. Segna ogni periodo di 10 anni con un punto, 50 anni con due punti e tre punti per indicare ogni 100 anni²⁰.
2. Determinare l'anno esatto di formazione di ciascuno degli anelli annuali confrontando i modelli di crescita²⁰.
3. Nei campioni di giovani alberi vivi, la data dell'anello più esterno (adiacente alla corteccia) è nota perché è l'anno in cui il campione è stato raccolto. In questo caso, datare direttamente sul campione contando gli anelli dall'esterno (corteccia) verso il centro del campione. Ad esempio, se il campione è stato raccolto negli ultimi mesi del 2011, la crescita di quell'anno sarà già quasi completamente completa, quindi la data di quest'ultimo anello esterno sarà il 2011. Inizia il conto alla rovescia da questo anello e segna la data degli anelli successivi fino all'anello più interno (Figura 5). Come accennato in precedenza, segna l'inizio di ogni decennio utilizzando un punto, due punti per il cinquantesimo anno e tre punti per ogni secolo.
4. Per gli alberi vivi più longevi, sviluppa un grafico di crescita o Scheletro per ogni campione e confronta i modelli di crescita tra gli alberi. Per maggiori dettagli su come creare un grafico scheletro, vedere Stokes e Smiley²⁰. La sincronia (di anelli sottili e larghi) tra alberi diversi è un'indicazione che non ci sono problemi di crescita (anelli falsi o mancanti). Pertanto, è possibile assegnare date (anni solari) agli anelli nello stesso modo in cui si faceva con gli alberi vivi.
5. Alcuni campioni di cicatrici da incendio potrebbero non mostrare modelli di crescita sincroni con altri alberi, ciò è dovuto a soppressioni della crescita (anelli molto piccoli) che possono portare a anelli mancanti (cioè anni solari in cui l'albero non ha aggiunto legno a quella parte dell'albero) in anni specifici e che non sono stati considerati nel conteggio. Al contrario, è possibile avere "falsi anelli". Un falso anello è un anello di un albero che appare come due anelli ma è in realtà associato a un singolo anno solare. Ciò è causato quando l'albero è stressato a causa della siccità stagionale e inizia a deporre il legno tardivo in preparazione per l'arresto della crescita solo per ricominciare la crescita regolare dopo aver ricevuto sufficiente umidità. Determinare quale di questi due problemi impedisce la mancanza di sincronia confrontando ogni singolo anello tra il campione non sincronizzato e un campione che non ha registrato problemi di crescita.
6. Una volta identificato il problema, correggere il conteggio degli anelli degli alberi nel campione non sincronizzato e il suo grafico di crescita. Ripetere questa procedura per tutti i campioni non sincronizzati.
7. Per datare tutti gli alberi vivi, sviluppare un grafico medio comunemente chiamato "Cronologia principale", che è la media di tutti i singoli grafici di scheletro e indica il modello di crescita del sito. Per maggiori dettagli su come creare una cronologia Master, consulta Stokes e Smiley²⁰.
8. Dopo che gli alberi vivi con un anello più esterno noto sono stati datati, inizia a datare gli alberi morti, dove l'anello più esterno è sconosciuto. Per fare ciò, inizia creando un grafico dello scheletro per ogni campione di albero morto, confronta il grafico dello scheletro di ogni albero morto con la cronologia principale derivata dagli alberi vivi (datata incrociata)²⁰. La chiave per abbinare i modelli di crescita degli anelli degli alberi tra gli alberi morti e la cronologia principale è abbinare il modello degli anni con la crescita soppressa (piccoli anelli degli alberi). Per definizione, i piccoli anelli degli alberi sono dovuti a un modello climatico che provoca una mancanza di umidità. Poiché la siccità è vissuta e registrata da tutti gli alberi, questo modello comune si rifletterà nei modelli degli anelli degli alberi di tutti gli alberi nell'area di studio.
9. Quando il modello di crescita dell'albero morto corrisponde perfettamente al grafico della cronologia principale, determina l'anno solare in cui l'albero è morto. Cioè, l'anello più esterno del campione corrisponderà agli anni in cui l'albero è morto ma solo se la corteccia è ancora presente. Senza la corteccia, è impossibile conoscere l'anno in cui l'albero è morto, anche se è ancora possibile datare il resto degli anelli degli alberi nel campione.
10. Nei casi in cui gli alberi morti non siano perfettamente sincronizzati con la cronologia principale, identificare il problema (identificare gli anelli mancanti e/o falsi) e apportare le opportune modifiche, seguendo la stessa procedura utilizzata per gli alberi vivi.
11. Una volta che ogni campione di cicatrice di fuoco è stato predatato (datato preliminare), misurare la larghezza di ogni singolo anello di albero lungo una linea perpendicolare attraverso la sezione trasversale utilizzando un sistema di misurazione (ad esempio, Velmex con una precisione di 0,001 mm)²¹. Chi non possiede un Velmex, può utilizzare uno scanner ad alta risoluzione. Cioè, le misurazioni e la datazione degli anelli degli alberi possono essere effettuate anche utilizzando immagini scansionate delle sezioni trasversali e un software come CDendro/CooRecorder. Le misurazioni delle larghezze degli anelli degli alberi saranno utilizzate per verificare statisticamente la qualità della datazione con il programma COFECHA²². Questo è raccomandato per convalidare la qualità della datazione.
12. Se esiste una cronologia precedente sviluppata nella regione di studio basata sugli anelli annuali degli alberi che è stata verificata statisticamente, allora usa quella cronologia o serie principale per supportare la datazione dei campioni di cicatrici da fuoco.

4. Incontri con cicatrici di fuoco

1. Dopo che la datazione degli anelli degli alberi è stata completata all'interno di ciascun campione, identificare tutte le cicatrici da fuoco all'interno del campione e determinare l'anno in cui si è verificato l'incendio (Figura 6A).

Figura 6: Posizione della cicatrice da incendio e stagionalità all'interno dell'anello di accrescimento e anno solare corrispondente. Il pannello A è un esempio di sezione trasversale segnata dal fuoco con singole cicatrici da fuoco indicate dalla freccia rossa e precedute dall'anno in cui ogni incendio si è verificato tra il 1902 e il 2003. I pannelli B, C e D mostrano esempi ingranditi di cicatrici da fuoco rispettivamente nel dormiente (D), nel legno precoce precoce (EE) e nel legno medio-precoce (ME) all'interno dell'anello annuale degli alberi. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

5. Determinare la stagionalità delle cicatrici da incendio

1. Utilizzare la posizione della cicatrice del fuoco all'interno dell'anello annuale degli alberi per determinare la stagione in cui si è verificato l'incendio. In generale, assegnare la posizione di ciascuna cicatrice di fuoco in una delle seguenti categorie (Figura 6B) all'interno dell'anello dell'albero: EE (parte iniziale del legno precoce), ME (parte centrale del legno precoce), LM (parte finale del legno precoce), L (legno tardivo) e D (dormienza o confine dell'anello)^23,18.
2. Assegnare le cicatrici da fuoco che si verificano durante il periodo di dormienza (tra i confini dell'anello), all'inizio del bosco precoce dell'anno successivo (incendi primaverili) a meno che altri campioni non abbiano cicatrici da fuoco nella sezione di legno tardivo dell'anello degli alberi 24,25,26. Le categorie di stagionalità possono anche essere raggruppate in stagioni primaverili (D + EE) ed estive (ME + LE + L)¹¹.
   NOTA: Il raggruppamento di queste categorie può variare a seconda della regione geografica e del tipo di foresta.

6. Analisi dei dati

1. Per analizzare i dati sulle cicatrici da incendio, è necessario creare un database della cronologia degli incendi utilizzando un foglio di calcolo, in cui ogni campione è una riga e ogni colonna è una variabile associata a quel campione. Prendi in considerazione l'inclusione dei seguenti campi per ogni campione.
   1. Includi il nome scientifico dell'albero: genere e specie.
   2. Includi il numero del campione: il numero designato al campione durante la raccolta sul campo, ad esempio CRN01a (Cuenca Río Nazas, albero 01, campione a).
   3. Includi l'anno: questa sezione include due date, l'anno dell'anello più interno (o centrale) e l'anello più esterno (più vicino alla corteccia). È importante indicare quando il primo anello corrisponde al midollo e se l'anello più esterno è adiacente alla corteccia, il che indica la data in cui il campione è morto o ha smesso di registrare. Queste informazioni sono richieste dalla maggior parte dei programmi utilizzati per l'analisi della cronologia degli incendi.
   4. Includi la data dell'anello più interno.
   5. Includi la data dell'anello più esterno.
   6. Includi il midollo (Sì o No).
   7. Elenco di tutti gli anni e le stagioni delle cicatrici da fuoco. Ad esempio: 1902EE, indicherebbe che un incendio è stato registrato nella prima parte del bosco precoce entro l'anno 1902 (Figura 6C).
2. Caricare il file della cronologia degli incendi nel sistema di analisi ed esplorazione della cronologia degli incendi (FHAES) versione 2.0.0-SNAPSHOT²⁷. Se il programma non è disponibile, scaricalo utilizzando questo link: https://www.frames.gov/partner-sites/fhaes/fhaes-home/.
   1. Apri il programma. Ci saranno tre opzioni: Crea un nuovo file FHX, Carica file FHX esistenti ed Esegui analisi dell'epoca sovrapposta.
   2. Seleziona la prima opzione: Crea un nuovo file FHX. Si aprirà una nuova finestra chiamata Registratore cronologia incendi e fornirà le seguenti opzioni: Dati, Metadati, Riepilogo e Grafici.
   3. Selezionare Dati, per selezionare i campioni attualmente caricati, e fare clic sul segno della croce verde per aggiungere un nuovo campione a questo set di dati.
   4. Si aprirà una nuova finestra che chiede: Nome del campione, Primo anno (l'anello più interno corrisponde al midollo o no?), Ultimo anno (l'anno corrisponde alla corteccia o no?). Una volta fornite queste informazioni generali, fare clic su OK per continuare.
   5. La finestra con le informazioni generali che sono state aggiunte è ora attivata e include tre campi: Tipo di evento, Stagione evento e Anno evento. Inizia ad aggiungere le informazioni specifiche, incluso ogni evento di incendio, al primo campione. Fare clic su Aggiungi evento per aggiungere informazioni per ciascuno dei tre campi.
   6. Le informazioni richieste per ciascuno dei campi sono: in Tipo di evento selezionare Cicatrice di fuoco, in Stagione evento selezionare la posizione della cicatrice di fuoco all'interno dell'anello dell'albero e in Anno evento includere l'anno solare in cui si è verificato l'incendio. Inizia dal record più vecchio a quello più recente.
   7. In Aggiungi evento aggiungere l'evento di incendio successivo fino a quando non viene aggiunto l'ultimo incendio all'interno dell'esempio.
   8. Dopo aver terminato l'esempio, salvare il file in base al nome del sito e all'estensione FHX (ad esempio: CRN. FHX), preferibilmente nella stessa cartella del programma FHAES, quando viene data l'opzione di salvare. Riceverai quindi una notifica che il file è stato salvato con successo, a meno che non si sia verificato un problema con il file, nel qual caso il messaggio non verrà visualizzato. In tal caso, il problema dovrà essere corretto prima di continuare.
   9. Per aggiungere le informazioni per il nuovo campione, fare clic su Aggiungi un nuovo campione a questo set di dati e fornire le informazioni per il nuovo campione.
   10. Fare clic su Ok per continuare.
   11. In questo modo si attiva una nuova finestra per aggiungere informazioni relative a ciascun incendio all'interno del campione. Seguire la stessa procedura per aggiungere tutti i campioni di cicatrici da fuoco al file. Salvare le informazioni ogni volta che viene aggiunto un nuovo campione e verificare che sia stato salvato correttamente annotando il messaggio che il file FHX è stato salvato correttamente.
   12. Se non è possibile aggiungere tutte le informazioni in una sessione, continuare a lavorare sul database in un secondo momento. Per fare ciò, apri il programma FHAES e fai clic su Carica file FHX esistenti. Seleziona il file su cui continuare a lavorare. Fare clic su Apri per aprire una nuova finestra con i dati dell'esempio. Seleziona Modifica file che si trova nel menu in alto, che dovrebbe aprire una nuova finestra Fire History Recorder-CRN.FHX con il file; Da qui, continua a inserire le informazioni ancora necessarie.
   13. Per finalizzare il file, aggiungere le informazioni che potrebbero essere importanti come parte dei metadati. Queste informazioni possono includere Riepilogo e Grafici, che sono stati generati con quel file. Un'altra opzione per l'analisi e la grafica della cronologia degli incendi è il nuovo software "burnr in R"²⁸.
3. Generazione di un grafico della cronologia degli incendi. Aprire il programma FHAES e aprire il file creato utilizzando il database sopra descritto (CRN. FHX). Seleziona l'opzione Grafico e la storia dell'incendio può essere vista graficamente.
4. Genera statistiche descrittive sulla cronologia degli incendi in base all'anno e alla stagione in cui si sono verificati gli incendi. Analogamente ai processi utilizzati per creare i grafici, aprire il file in FHAES e selezionare Analisi > Esegui analisi > Applica. Sul lato destro della schermata del programma, si aprirà una nuova finestra (risultato dell'analisi FHAES) che mostra sia il riepilogo dell'analisi degli intervalli che il riepilogo della stagionalità. Le statistiche descrittive più importanti sono: intervallo medio di incendio (MFI), intervalli minimo e massimo, intervallo medio di incendio per campione e intervallo di probabilità mediana di Weibull (WMPI) o recidiva di incendio. Quest'ultima è una misura della distribuzione centrale utilizzata per modellare la distribuzione asimmetrica degli intervalli di incendio e per esprimere gli intervalli di ricorrenza in termini probabilistici^29,30.
5. Per ogni statistica, si considerino tre filtri: 1) tutte le cicatrici, 2) filtro 10%, che sono anni di incendio registrati come cicatrici dal 10% o più dei campioni, e 3) filtro 25%, che sono anni di incendio registrati come cicatrici dal 25% o più dei campioni. L'ultimo filtro permette di determinare gli intervalli degli incendi più estesi³⁰.
6. Per quanto riguarda la stagionalità dell'incendio, vengono visualizzati diversi parametri, il più importante dei quali è il numero e la percentuale di cicatrici registrate per ogni categoria intra-anello. Allo stesso modo, il numero e la percentuale di incendi registrati nelle stagioni primaverili ed estive è fornito¹¹.

7. Analisi clima-incendio

1. Aprire il programma FHAES e selezionare Esegui analisi dell'epoca sovrapposta (SEA).
2. Per questa analisi, utilizzare due file: 1) File di serie temporali continue e 2) File di elenco eventi. Il primo file si riferisce ai dati climatici ordinati in colonna (ad esempio: Precipitazioni, Temperatura, PDSI, ENSO, ecc.) e il secondo file elenca gli incendi ricostruiti ordinati all'interno di una colonna, entrambi i file devono essere in formato testo (.txt).
3. Carica ciascuno di questi file nei formati appropriati.
4. Durante l'esecuzione dell'analisi SEA, è possibile modificare il numero di anni precedenti e successivi agli anni dell'incendio nella finestra Simulazione e statistiche. Tuttavia, si consiglia vivamente di mantenere i parametri predefiniti.
5. In basso, fai clic su Esegui per eseguire l'analisi.
6. Questo genera le informazioni di riepilogo; da lì clicca su Grafico per creare i risultati che vengono visualizzati automaticamente come grafici a barre.
7. Interpreta questi grafici: sull'asse X "0" rappresenta l'anno dell'incendio, i valori negativi e positivi indicano gli anni prima e dopo l'incendio. Gli intervalli di confidenza al 95, 99 e 99,9% sono mostrati sotto forma di linee sopra e sotto l'asse medio, che esprimono il significato dell'analisi.
8. Salva l'output in formato PNG o PDF.
9. Sulla base di questa analisi, è possibile valutare l'influenza della variabilità climatica sull'insorgenza degli incendi nel tempo, comprese le condizioni climatiche durante gli anni prima, durante e dopo gli incendi inclusi nell'analisi. Per ulteriore supporto nell'esecuzione e nell'interpretazione dei risultati con FHAES, consultare il manuale utente³¹.

Risultati

Quando un incendio di superficie divampa in una foresta, i tronchi di alcuni alberi vengono spesso danneggiati, causando lesioni che successivamente guariscono (Figura 7A). Queste cicatrici si formano quando il fuoco è abbastanza intenso o ha un tempo di permanenza abbastanza lungo da penetrare nella corteccia e uccidere parte del cambio. Storicamente, tali incendi si sono verificati abbastanza spesso da prevenire l'accumulo di combustibili; Pertanto, la ma...

Discussione

Negli ecosistemi boschivi, il fuoco è un processo ecologico fondamentale; Pertanto, ricostruire i regimi storici degli incendi è importante per comprendere la frequenza, la stagionalità e la variabilità degli incendi nel tempo. Le modifiche al regime storico degli incendi possono potenzialmente portare a conseguenze indesiderate per quanto riguarda la struttura e la salute delle foreste; Pertanto, tali informazioni sono fondamentali nella gestione forestale. Questo approccio metodolo...

Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
Belt Sander		Dewalt Dwp352vs-b3 3x21 PuLG	For sanding samples
Chain Saw Boots	Forestry Suppliers	There is no any specific characteristic	https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Chain%20Saw%20Boots
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 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 program		Program 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/
FHAES Software			https://www.frames.gov/partner-sites/fhaes/fhaes-home/
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
Hearing protection	Forestry Suppliers	There is no any specific characteristic	https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Hearing%20protection
Large backpacks		There is no any specific characteristic	Strong backpack for transporting samples 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 CDendro/ CooRecorder		Tree-ring-measurements and dating can also be done using scanned images of the cross-sections	https://www.cybis.se/forfun/dendro/
Software Measure J2X		Version 4.2	ttp://www.voortech.dreamhosters.com/projectj2x/tringSubscribeV2.html
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
Velmex equipment	Velmex, Inc.	0.001 mm precision	www.velmex.com
Wildland Fire Helmet	Forestry Suppliers	There is no any specific characteristic	https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Wildland%20Fire%20Helmet