나이테에서 기후 변동성을 추출하는 방법

요약

나이테 기후 재구성은 도구적 기록을 넘어 과거의 기후 변동성을 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 프로토콜은 나이테와 기상 기기 기록을 사용하여 과거 기후를 재구성하는 방법을 보여줍니다.

초록

나이테는 전 세계 여러 지역에서 기후 변수를 재구성하는 데 사용되었습니다. 더욱이, 나이테는 지난 몇 세기 동안, 그리고 일부 지역에서는 수천 년 동안의 기후 변동성에 대한 귀중한 통찰력을 제공할 수 있습니다. 최근 수십 년 동안 서로 다른 생태계에 존재하는 수많은 종의 수층 기후 잠재력을 연구하기 위해 수목 연대학이 얻은 중요한 발전에도 불구하고 많은 일과 탐구가 남아 있습니다. 이 외에도 지난 몇 년 동안 전 세계의 더 많은 사람들(학생, 교사 및 연구자)이 기후 정보의 타임라인을 거꾸로 확장하고 수십 년, 수백 년 또는 수천 년의 규모로 기후가 어떻게 변했는지 이해하기 위해 이 과학을 구현하는 데 관심이 있습니다. 따라서 이 작업의 목적은 부지 선택 및 현장 샘플링에서 실험실 방법 및 데이터 분석에 이르기까지 나이테 기후 재구성을 수행하는 데 필요한 일반적인 측면과 기본 단계를 설명하는 것입니다. 이 방법의 비디오와 원고에서는 나이테 기후 복원의 일반적인 기초를 설명하여 신규 이민자와 학생들이 이 연구 분야에 대한 사용 가능한 가이드로 사용할 수 있도록 합니다.

서문

나이테는 나무가 환경에 어떻게 반응하는지 이해하는 데 기본이 됩니다. 또한 기후는 나무의 성장에 영향을 미치기 때문에 나무는 일생 동안의 시간적 변화를 기록하는 환경 게이지 역할을 합니다. 따라서 나이테는 어떤 도구적 기후 기록을 훨씬 뛰어넘어 과거의 기후를 재구성하는 데 가치가 있었다.

뿌리, 줄기, 가지, 잎의 성장 과정과 나무의 번식 전략은 물, 빛, 온도 및 토양 영양분과 같은 환경 요인에 의해 조절됩니다¹. 예를 들어, 줄기는 방사상으로 성장하고 혈관 형성층은 방사상 성장을 조절합니다². 혈관 형성층(vascular cambium)은 줄기의 바깥쪽 경계에 위치한 물관부(xylem)와 나무 껍질과 같은 새로운 기능 세포를 활발하게 생산하는 분열 조직입니다. 또한, 혈관 형성층은 주로 계절 주기 동안 활성화됩니다. 그러나 이러한 성장 활동은 휴면 기간과 연중 특정 계절에 중단될 수 있습니다. 이 휴면 기간은 일반적으로 환경 변수가 최적이 아닐 때 발생합니다(예: 더 짧은 일주일 주기, 연장된 가뭄 기간, 추운 겨울 또는 홍수). 더욱이, 성장과 휴면 주기는 형성층 활동의 변화로 이어지며, 그 결과 나이테(tree night)라고 불리는 줄기에 해부학적으로 뚜렷한 동심원 경계가 형성됩니다³.

나무는 일반적으로 기후 계절성이 매년 발생하기 때문에 매년 하나의 나이테를 생산합니다. 따라서, 나이테는 나무가 자라는 동안 연중 기후 조건에 대한 혈관 형성층의 생태 생리학적 반응의 시각적 표현입니다³. 우기 동안 나이테에 형성된 물관부 세포의 초기 클러스터는 earlywood⁴라고 하는 더 큰 세포를 특징으로 합니다. 이와는 대조적으로, 건기와 물 부족에 대한 대응으로 혈관 형성층은 레이트우드(latewood)라고 하는 더 두꺼운 세포벽을 가진 더 작은 물관부 세포(기관관 또는 혈관)를 생성합니다. 이러한 해부학적 구조의 변화는 침엽수에서 더 두드러지는데, 초기나무는 늦은 나무보다 밝은 색을 나타내며 더 어두운 색을 보입니다⁵. 얼라이언스의 시작과 늦은 우드의 끝 사이의 공간은 하나의 나이테로 정의된다(그림 8F).

우기와 건기가 잘 정의된 지역에서 자라는 나무는 강수량이 더 많거나 더 적은 해를 예상할 수 있습니다. 이러한 변동성으로 인해 나무는 우기에는 더 넓은 나이테를 생산하고 건기에는 더 좁은 나이테를 생산하게 됩니다. 이러한 넓은 고리와 좁은 고리의 시간적 패턴은 바코드로 볼 수 있습니다. 이러한 나이테 너비의 시간적 변화는 나이테 연구에서 가장 중요한 원칙 중 하나인 교차 연대 측정 과정을 적용하기 위한 기초가 됩니다⁶. 교차 연대 측정 과정은 모든 샘플에서 넓은 고리와 좁은 고리의 패턴이 해당 형성 연도를 할당하기 위해 시간에 성공적으로 동기화될 때 만족스럽습니다.

계절적 기후가 발생하는 세계의 많은 지역에서 나이테에 기록된 가장 지배적인 신호는 기후 변동성⁷과 관련이 있을 가능성이 높다. 그러나 나이테에는 나이(어린 나무가 나이 든 나무보다 빨리 자란다), 주변 나무와의 자원 경쟁, 내부 및 외부 교란(예: 폐사율, 해충 발생 또는 화재)과 관련된 추가 정보도 포함되어 있습니다⁸. 따라서 나이테 너비를 사용하여 과거 기후를 재구성하기 전에 이 원고에 설명된 몇 가지 통계적 절차를 통해 비기후 신호를 제거해야 합니다.

이 프로토콜의 주요 목표는 과거의 기후 변동성을 이해하기 위해 나이테 데이터를 기반으로 기후 재구성을 개발하는 방법을 보여주는 것입니다. 따라서 이 원고는 기후 재구성을 개발하는 데 필요한 샘플링, 샘플 준비, 교차 연대 측정 및 나이테 너비 측정과 같은 필수 현장 및 실험실 방법을 보여줄 것입니다. 또한 이 프로토콜은 나이테 너비에서 공통 변동성을 추출하고 기후 데이터와 상관 관계가 있는 나이테 연대기를 구성하는 데 사용되는 기본 통계 분석도 설명합니다. 마지막으로, 프로토콜은 간단한 선형 회귀 모델을 사용하여 나이테 연대기를 예측 변수로 사용하고 기후 데이터를 예측 변수로 사용하여 과거 기후를 재구성하는 방법을 보여줍니다.

프로토콜

견학을 하기 전에 보존 지역의 경우 소유자의 허가를 받거나 해당 당국의 허가를 받아야 합니다. 당국을 대표하는 일부 직원이 문제를 피하기 위해 현장 작업에 참여하는 것이 매우 중요합니다.

1. 샘플링 전략

1. 연구 영역 결정
   1. 기후 정보와 산림 구성을 기반으로 가장 적절한 샘플링 영역을 선택합니다(산림은 매우 이질적일 수 있습니다. 그림 1A,B).
   2. 샘플링 사이트가 연중 건기/우기 또는 춥거나 더운 계절을 포함한 명백한 연간 기후 계절성 및 연간 기후 변화를 보여주는지 확인합니다. 인근 기상 관측소의 기후 기록을 검사하여 연간 기후 계절성과 연간 기후 변화를 확인합니다.
   3. 중간 정도에서 높은 기후 연간 변동성이 존재하여 연구 현장의 나무가 나무 간의 표본을 교차 연대측정하기에 충분한 연간 나이테 너비 변화를 보여주도록 합니다.
   4. 관심 지역에서 현장 학습을 수행하여 관심 종이 있는 잠재적 위치를 식별합니다(그림 1B).
   5. 지도 제작, 드론 및 위성 이미지와 같은 권장 도구 중 일부를 사용하여 더 넓은 삼림 지역을 탐색하고 더 많은 잠재적 샘플링 영역을 탐지합니다. 현장에서 이러한 소스의 정보를 확인합니다.
   6. 산림 서비스 제공자, 산림 생산자, 농촌 공동체 및 소규모 토지 소유자를 포함하는 지역 이해 관계자와 같은 보완적인 출처에서 정보를 수집합니다. 두 출처에서 얻은 정보를 기반으로 목표를 달성하기 위해 최상의 연구 기관과 가장 적합한 개인을 선택하십시오.
   7. 관심 종의 가장 수명이 긴 개체가 관찰되는 영역을 선택합니다(그림 2A, B). 서 있는 죽은 나무, 쓰러진 나무, 그루터기를 관찰하십시오. 오래된 죽은 샘플은 연대기를 과거로 확장할 수 있기 때문에 매우 중요합니다(그림 2A, C, D, E)
   8. GPS를 사용하여 위에서 언급한 특성을 가진 개인의 위치를 등록합니다.
2. 최상의 나무를 선택하기 위한 고려 사항
   1. 최적의 사이트를 찾으면 적절하게 샘플링할 나무를 선택합니다. 얕고 바위가 많은 토양과 가파른 경사면에 위치한 나무는 기후 변동에 더 민감합니다. 이러한 생태 지형학적 특성을 사용하여 나무가 기록할 가능성이 가장 높은 제한 요인을 결정합니다(그림 2A).
      참고: 경쟁이 치열한 장소에서 나무 샘플을 채취하지 마십시오. 이러한 고밀도 위치에서 나무는 강력한 수종경계 역학 신호와 감소된 기후 신호를 갖게 됩니다.
   2. 사이트 정보를 필드 형식으로 기록합니다. 좌표, 고도, 지형의 경사, 위치 이름, 식생 유형, 우점 종 및 현재 토지 이용과 같은 지역에 대한 지리 및 생태 정보를 수집합니다.
   3. 표본 추출된 나무의 직경, 높이, 손상 유무 등 나무가 개울 근처 또는 개울, 가파른 경사면 또는 계곡에 있는지 여부와 같은 정보를 기록합니다.
      참고: 위의 정보는 연구 결과를 확증하고 더 잘 해석하기 위해 샘플을 분석할 때 유용할 것입니다. 나무나 샘플이 손상에 노출될 수 있거나 나무가 자라는 현장의 조건에 따라 연간 성장 변동이 달라질 수 있습니다. 이 메타데이터는 기후 요인과 무관하게 성장의 변화를 설명하는 데 도움이 되며, 노이즈가 있는 샘플을 고려하거나 제거할 수 있는 요소를 제공하고 항상 기후 신호를 강조 표시하는 것을 고려합니다.
   4. 사이트 이름과 샘플 번호(사이트 이름의 처음 세 글자, 트리 번호 및 샘플 번호로 구성됨)를 기반으로 각 샘플에 대한 코드를 제공합니다. 예를 들어, 이 사이트에서 가져온 첫 번째 샘플에는 RMI01A 코드가 있으며, 이는 Río Miravalles(RMI) 사이트, 트리 번호 1(01) 및 첫 번째 샘플(A)에 해당합니다.
      참고: 이 경우 샘플이라는 용어는 증분 코어 또는 한 트리에서 가져온 단면의 일부를 나타냅니다.
   5. 대부분의 dendroclimatic 연구에서와 같이 특정 표현형 특성을 가진 개체를 선택하고 특정 환경 조건에서 성장하여 연구 목적을 해결함으로써 선택적 샘플링을 수행합니다. 목표가 나무 성장에 대한 기후 영향을 예측하고 나무 크기와 스탠드 역학을 통합하는 것인 경우 비선택적 표본추출을 수행합니다.
   6. 수명이 긴 나무를 선택하며, 경우에 따라 마른 꼭대기, 다이백, 뒤틀린 줄기(즉, 나선형 모양) 및 떨어지는 가지가 있는 나무를 선택하십시오(그림 3A-C). 장수한 개체는 환경 기록을 더 오래 전으로 거슬러 올라갈 것입니다.
   7. 가장 최근 몇 년 동안 매우 조밀하고 좁은 나이테를 관찰하여 수명이 긴 나무를 식별하며, 이로 인해 관찰 및 교차 연대 측정이 어렵습니다. 같은 기간 동안 자라는 어린 나무가 더 넓고 눈에 띄는 나이테를 등록하여 오래된 나무의 연대 측정을 용이하게 합니다.
   8. 표본추출 전략 내에서 표본화된 나무 중 젊은 개체의 10%-20%를 표본추출하는 것을 고려하십시오.
   9. 가능한 가장 긴 증분 코어를 얻기 위해 나무에 단단한 줄기가 있는지 확인하십시오. 또한 썩은 부분은 절단된 샘플과 내부 링의 손실을 유발할 수 있으며 증분 보어가 고착될 수 있으므로 피하십시오.
   10. 선택한 나무가 비어 있지 않은지 확인합니다. 플라스틱 망치로 나무를 부드럽게 두드리며 나무의 공명에 귀를 기울여보세요. 공명이 강하거나 깊으면 나무가 비어 있을 수 있음을 의미합니다. 소리가 건조하면 나무가 비어 있을 가능성이 낮습니다.
       참고: 이 단계는 증분 보어가 속이 빈 나무에 끼어 증분 보어를 추출하기 어렵고 잠재적으로 샘플의 품질이 좋지 않을 수 있기 때문에 중요합니다.
   11. 위의 사항을 고려하여 부패가 감지되지 않은 경우에도 다음 사항에 세심한 주의를 기울이십시오. 증분 보어를 도입할 때 나무를 관통하기 위해 어느 정도의 힘을 가하십시오. 이 필요한 힘이 변하면 보어가 더 부드러워지며 이 시점에서 멈추고 샘플을 그립니다.
       주의 : 증가 보어를 계속 밀어 넣는 힘이 계속되면 수지와 혼합된 썩어가는 목재가 증가 보어 배럴에 모여 추출기로 제거하기 어려운 플러그를 형성합니다. 이 경우 칼이나 강철 재료를 사용하여 증분 보어에서 나무 플러그를 분리하지 마십시오(절단 부분이 손상되어 쓸모없게 될 수 있음).
   12. 증분 보어의 가장자리는 금속 녹에 매우 민감하므로 윤활제와 나무 조각을 사용하여 플러그를 누르고 증분 보어 실린더를 해제합니다. 나무는 증분 보어의 가장자리에 손상을 주지 않습니다.
   13. 수지가 많은 나무나 많은 양의 수액으로 작업할 때는 기름으로 천공을 자주 청소하십시오. 금속에 부착된 수지 잔여물을 청소하기 위해 윤활제 또는 에탄올을 사용하십시오.
3. 샘플 수집(증분 코어 수집)
   1. 살아있는 나무에서 큰 손상 없이 작은 코어를 추출하도록 설계된 정밀 도구인 Pressler 증분 천공(그림 4A)으로 샘플을 수집합니다⁶. 다양한 길이(100-1000 mm), 직경(4, 5, 10, 12 mm) 및 나사산(2 및 3; 그림 4B,C). 다른 목재 절단 도구와 마찬가지로 보어를 날카롭고 깨끗하게 유지하십시오. 날카롭지 않은 천공은 코어가 뒤틀리고 부러질 수 있습니다.
   2. 샘플링할 나무 종에 따라 올바른 천공을 선택하십시오. 대부분의 목재의 경우 샘플링을 위해 길이 또는 직경에 관계없이 3나사산 보어를 사용하십시오. 활엽수 종의 경우 침투 속도가 느리고 목재에 가해지는 마찰과 응력이 적으며 샘플링 과정에서 파손될 확률을 낮추기 위해 직경이 작고 길이가 짧은 2나사산 보어를 사용하십시오.
   3. 거짓 고리 또는 연간 밀도 변동(IADF) 및/또는 마이크로 고리의 빈도가 높은 종에서는 5mm 대신 12mm 직경의 천공을 사용합니다. 이를 통해 더 넓은 샘플 표면을 추출하여 어려운 고리를 더 잘 시각화할 수 있으며 이러한 문제를 쉽게 식별할 수 있습니다(그림 4B). 샘플링 과정에서 파손될 위험이 있으므로 활엽수에서 더 긴 보어를 사용하지 마십시오.
   4. 나무를 채취하려면 샘플 증가 보어를 줄기 축에서 90°(수직)인 나무의 중심을 향하게 하여 방향을 지정합니다.
   5. 증분 보어를 트리에 밀어 넣고 핸들을 시계 방향으로 동시에 돌립니다. 이 부분은 보어 비트의 초기 침투 시 압력이 부족하여 코어가 불규칙하거나 파손될 수 있으므로 필수적입니다. 비트가 완전히 침투하면 압력을 풀고 원하는 깊이에 도달할 때까지 핸들을 돌립니다(그림 5A).
   6. 우수한 시료 품질을 보장하기 위해 개인당 최소 두 개의 시료를 확보하십시오. 나무가 경사면에서 자라는 경우^{, 나무7}에 의해 생성되는 반응 목재를 피하기 위해 경사면의 윤곽과 평행하게 샘플을 채취하십시오(그림 4A).
      참고: 침엽수에서 나무는 나무를 똑바로 세우기 위해 경사면을 따라 넓은 고리 형태로 반응 나무를 생산하며 이를 압축 나무라고 합니다. 속씨식물(활엽수)에서는 경사면을 따라 넓은 고리가 생성되며 이를 인장 나무라고 부릅니다. 나무의 중심을 찾고 나이테 너비에 대한 비기후적 영향을 피하기 위해 반응 나무를 고려해야 합니다.
   7. 보어가 나무의 중심까지 충분히 깊게 회전하면(그림 5B) 추출기를 보어에 삽입하고 나무 중앙으로 밉니다(그림 5C).
   8. 추출기를 전체 길이로 삽입하면 보어를 시계 반대 방향으로 약간 돌려 샘플과 나무 사이의 연결을 끊습니다(그림 5C). 그런 다음 코어를 운반하는 추출기를 제거하고(그림 5D, E) 나무에서 보어를 제거하여 시계 반대 방향으로 돌려 추출을 마칩니다(그림 5F).
   9. 샘플을 채취한 후 나무가 수지 또는 수액 삼출물의 밀봉을 형성한 후 2차 성장하는지 세심한 주의를 기울이십시오. 특별한 조건에서 부상은 나무를 손상시킬 수 있는 병원균의 침입 경로가 될 수 있습니다⁶.
   10. 예를 들어 자연 보호 구역 및 국립 공원과 같은 제한된 지역에서 작업할 때는 표본 나무를 보호하기 위해 추가 조치를 취하는 것이 좋습니다. 증가 천공으로 인한 경미한 부상을 Campeche 왁스 또는 밀랍으로 덮으십시오.
   11. 현장 작업 중 나무가 보어 내부에 끼이거나, 팁이 부러지거나, 증가 보어가 나무에 끼는 등의 문제가 발생하는 경우 1.2.9.-1.2.12 단계를 참조하십시오. 또한 하나 이상의 증분 보어를 현장으로 가져 가십시오.
       참고: 코어를 추출하는 데 황금률은 없다는 것을 기억하십시오. 불규칙성을 피하고 필요한 최상의 정보를 얻기 위해 노력하십시오(그림 4). 증분 코어 및 샘플링 관리에 대한 자세한 내용은 온라인에서 무료로 사용할 수 있는 Maeglin⁹ 및 Phipps¹⁰ 논문을 참조하십시오.
   12. 코어는 부서지기 쉬우므로 조심스럽게 다루십시오. 추출 후 즉시 각 샘플을 보관하십시오. 직경이 5mm 이상인 샘플의 경우 통풍이 잘되고 곰팡이 성장을 방지하기 위해 구멍이 뚫린 플라스틱 빨대나 종이 빨대에 넣습니다(그림 6A). 직경이 12mm인 샘플의 경우 신문지나 다른 종류의 종이로 싸십시오(그림 6B).
   13. 현장 조사 및 실험실로 운송하는 동안 샘플을 보호하고 플라스틱 캡이 있는 단단한 플라스틱 튜브에 샘플을 보관하십시오.
   14. 죽은 나무나 그루터기가 발견되는 곳에서는 전기톱을 사용하여 단면을 추출하십시오. 이를 통해 작은 나무와 큰 나무 모두에서 샘플을 추출할 수 있습니다(그림 6C).
       참고: 이 유형의 샘플의 목적은 연대기의 기간을 연장하고 코어에서 발견되지 않는 누락된 고리를 감지하는 데 도움이 되는 것입니다. 잃어버린 나이테는 나무의 전체 둘레가 노출되어 있을 경우 분명하게 드러난다⁶.
   15. 전기톱으로 채취한 샘플과 어느 정도의 목재 분해의 경우 샘플 조각이 손실될 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 샘플을 플라스틱으로 감쌉니다(그림 6D,E).

그림 1: 온대 혼합 침엽수림. (A) Pinus montezumae, Pinus arizonica 및 Pinus ayacahuite의 혼합 침엽수림. (B) Pseudotsuga menziesii, Pinus arizonica 및 Pinus ayacahuite의 혼합 침엽수림. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2: 부지 선택. (A) 장수하는 개체를 찾을 확률이 높은 제한적인 조건(얕고 건조한 토양 및 가파른 경사면)이 있는 산림 지역. (B) 장수하는 개체는 수층 기후 연구에 필수적입니다. (씨, 디, 이자형) 고사목(그루터기, 쓰러진 나무, 어느 정도 열화가 있는 나무)을 찾아 선택하여 연대기를 시간에 따라 확장할 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3: 최고의 나무 표본 선택. (A) 수명이 긴 개체의 특징인 죽은 캐노피 상단과 두꺼운 가지가 있는 나무, (B, C) 줄기와 가지가 꼬인 나무, 즉 장수 개체를 나타내는 나선형 모양의 나무 이미지. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4: 샘플 수집에 사용되는 도구. (A) Increment borer (Pressler), dendrochronological 샘플을 추출하는 도구. (B) 직경 12mm의 보어는 나이테를 정의하기 위해 더 많은 재료가 필요한 경우에 권장되며, 더 큰 표본을 추출할 수 있어 복잡한 나이테의 시각화를 개선하고 성장 문제를 쉽게 식별할 수 있습니다. (C) 대부분의 경우에 사용되는 5mm 직경의 보어. 이 유형의 보어는 코어 샘플링에 사용됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 5: 샘플 채취 과정. (A) 드릴이 줄기 중심을 가리키도록 하고 몸통 축에 수직인 90° 각도로 배치하는 동시에 보어를 나무 쪽으로 밀고 시계 방향으로 돌립니다. (B) 보어가 1인치 깊이로 삽입되었을 때 시계 방향으로 계속 돌려 트렁크 중앙에 도달하면 추출기가 보어의 내부 실린더에 삽입됩니다. (C) 추출기가 전체 길이로 삽입되면 보어를 시계 반대 방향으로 한 바퀴 회전시켜 샘플과 나무 사이의 연결을 끊습니다. (디, 이) 목재 샘플 추출. (F) 보어는 시계 반대 방향으로 돌려 트렁크에서 제거됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 6: 목재 샘플을 보호하는 기술. 샘플은 깨지기 쉬울 수 있기 때문에 각 샘플은 수집 후 적절하게 보관해야 합니다. (A) 직경 5mm의 천공충으로 채취한 샘플은 구멍이 뚫린 플라스틱 빨대 또는 종이 빨대에 넣습니다. 천공은 더 나은 환기를 허용하고 곰팡이 성장을 방지합니다. (B) 직경 12mm의 시편이 더 단단합니다. 이 샘플은 신문지 또는 기타 종이 유형 또는 마닐라 봉투에 포장되어 있습니다. (C) 전기톱(D, E)으로 단면을 수집할 때는 추가 지지를 제공하고 운송 중 파편이 손실되지 않도록 플라스틱으로 포장해야 합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

2. 실험실에서 시료 준비

1. 실험실에서 시료의 준비 및 연대 측정을 위해 Stokes 및 Smiley⁶ 에 표시된 표준 절차를 따르십시오.
2. 목재에서 수분 손실이 점차적으로 목재 변형을 최소화하도록 샘플을 그늘에서 건조시킵니다(그림 7A). 코어가 수분을 충분히 잃은 후 나무 마운트나 레일에 장착하고 접착제로 고정하고(그림 7B) 테이프나 실로 고정합니다(그림 7C, D).
3. 나무 코어를 마운트에 놓을 때 나무 코어의 방향에 주의하십시오. 평면에 수직으로 배향된 나무의 물관부 세포와 같은 코어를 관찰하고 표면화합니다(그림 7E). 이 방향을 사용하면 나이테의 나무 해부학을 명확하게 시각화할 수 있습니다.
4. 120에서 1200 입자 사이의 다양한 모래를 사포로 사용하여 샘플을 사포질하고 연마합니다. 심각한 표면 불규칙성을 보여줄 수 있는 단면에서는 두 가지 가능한 옵션 중 하나를 따르십시오.
   1. 옵션 1: 전기 브러시로 작업하고 나중에 샘플을 샌딩합니다. 옵션 2: 30 범위의 더 거친 사포 입자로 샌딩 과정을 시작하고 점차 입자를 1200으로 늘립니다. 이렇게 하면 성장 고리를 더 쉽게 볼 수 있고 구별할 수 있습니다(그림 7F, G).
5. 샘플의 전체 상부를 연마합니다(그림 7E). 나무 선반에 접착된 섹션 반대편에 있는 샘플 부분의 최소 30%와 최대 50%를 연마합니다. 이것은 연대 측정 과정에서 배치 된 고리, 지우기 점 및 자국의 선명도를 높이기 위해 나중에 연마 할 수있는 충분한 양의 목재를 가질 수 있습니다.

그림 7: 샘플 준비. (A) 그늘에서 샘플을 건조하면 수분 손실이 점진적으로 이루어지므로 목재(꼬인 코어)의 변형을 최소화할 수 있습니다. (B) 접착제로 고정된 나무 선반에 샘플을 장착하는 방법의 예, (C, D)는 테이프 또는 얇은 로프로 트림에 부착하는 방법을 보여줍니다. (E) 성장 고리에 수직으로 배향되어야 하는 목재 섬유의 올바른 위치를 나타냅니다. 이 방향을 통해 성장 고리의 해부학적 구조를 명확하게 시각화할 수 있습니다. (여, 지) 120에서 1200까지의 사포 입자를 사용한 샌딩 및 연마 품질의 예입니다. 이 절차를 통해 성장 고리를 시각화하고 구별할 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

3. 나이테 연대측정

1. 샘플을 연마한 후 입체경 아래에서 10배에서 15배 배율로 각 코어를 분석합니다. 여러 성장 고리를 동시에 관찰하고 비교할 수 있는 입체경을 생각해 보십시오.
2. 연구자가 성장 고리가 무엇인지 잘 알고 나면 사용된 종에 따라 각 샘플의 성장 고리를 세십시오. 이 단계는 트리 나이 근사치를 제공합니다. 또한, 교차 연대 측정 과정에서 발생할 수 있는 변동 유형을 인식합니다(그림 8A). 나이테 계산을 위해서는 내부 고리(나무의 중심)에서 시작하여 바깥쪽 고리(나무껍질)까지 시작합니다.
3. 샘플에 작은 표시를 하여 돌아가서 샘플을 다시 방문하여 제 시간에 위치를 파악합니다. 각 10년에 대해 작은 점을 배치하고, 50년 세그먼트마다 두 개의 점을 배치하고, 100년마다 세 개의 점을 배치합니다(그림 8A).
4. 다른 유형의 표시를 사용하여 특정 특성을 가진 링을 강조 표시합니다. 예를 들어, 성장 띠의 아주 작은 부분만 있는 마이크로 링이 분명한 경우 두 개의 평행 점을 사용하여 표시합니다. 반지의 부재에 대한 의심이나 확신이 있는 경우 두 개의 대체 점 또는 원을 사용하여 표시하고, 가짜 고리가 확인되면 대각선을 사용하여 단일 고리임을 나타냅니다.
   참고: 계수 기술에 대한 자세한 내용은 Stokes 및 Smiley⁶에 표시된 표준 절차를 따르십시오.
5. 나이테를 세면 성장 그래프 또는 골격 플롯을 사용하여 넓은 나이테와 좁은 나이테 사이의 시간적 패턴과 변동성을 비교합니다. 이 그래픽 부분을 통해 여러 샘플을 동시에 비교하고 공통 및 동기화된 성장 패턴을 결정할 수 있습니다(그림 8B). 이 기술을 사용하면 나이테를 셀 때 실수로 표시되었을 수 있는 성장 불일치를 감지할 수 있습니다.
   참고: 스켈레톤 플롯 만들기에 대한 자세한 내용은 참고^{자료 6} 과 아래 링크를 참조하십시오: https://www.ltrr.arizona.edu/skeletonplot/plotting.htm.
6. (나무 껍질 외에) 마지막 바깥쪽 고리의 날짜가 알려진 어린 살아있는 나무의 샘플에서, 샘플에서 직접 연대를 측정하는 예비 나이테 연대를 측정하십시오. 예를 들어, 생장기가 끝나는 2021년 12월에 북반구의 숲에서 샘플을 채취하고 나이테 형성이 완료된 경우 마지막으로 완전히 형성된 나이테의 날짜는 2021년이 됩니다. 이를 사용하여 바깥쪽 부분(나무 껍질)에서 샘플 중앙까지 고리를 세십시오.
7. 더 오래된 나무의 샘플은 일반적으로 코어의 가장 바깥쪽 부분에서 더 좁은 나이테의 기간을 보여줍니다. 이러한 코어에 대한 골격 플롯을 생성하고(그림 8C) 코어의 성장 패턴을 잘 연대가 측정된 알려진 샘플 또는 이전의 지역 고리 너비 마스터 연대기(그림 8D)와 비교합니다.
8. 표본을 비교하기 위해 서로 다른 나무 사이의 얇은 나이테와 넓은 나이테 사이의 동시성을 찾으십시오(그림 8A, B). 표본은 교차 연대 측정 기법을 기반으로 성공적인 일치가 발견되면 연대가 있는 것으로 간주됩니다.
9. 성장 변동성의 차이로 인해 성장 동조 패턴이 명확하지 않은 샘플, 고리 부재 또는 거짓 고리의 경우, 샘플 사이의 고리 하나하나를 검토하여 문제를 감지하고 완벽하게 연대가 측정된 샘플과 비교합니다. 의심스런 고리 누락을 확인하기 위해 인근 관측소의 기후 기록을 사용하는데, 이러한 종류의 고리 이상은 극도로 건조하거나 추운 조건에서 몇 년 동안 발생하기 때문입니다.
10. 잠재적인 문제가 식별된 후 개수를 수정하고 동기화가 달성되었는지 테스트합니다.
11. 살아있는 모든 나무의 연대를 교차한 후, 일반적으로 마스터 연대기(Master Chronology)라고 하는 평균 성장 차트(그림 8D)를 개발하는데, 이 차트는 모든 연대 측정 차트의 평균이며 시간 영역⁶에서 해당 지역의 성장 패턴을 나타냅니다. 사망 날짜를 알 수 없는 죽은 나무와 같이 교차 연대측정이 필요한 더 많은 샘플에 대한 연대 측정 도구로 유용합니다(그림 8C).

4. 나이테 측정하기

1. 샘플의 연대측정이 완료되면 나이테 너비를 측정합니다. 총 고리 너비와 연간 밴드(가능한 경우 earlywood 및 latewood 너비)를 측정합니다. 0.001mm¹¹ 의 정밀도를 가진 측정 시스템을 사용하여 이러한 측정을 수행합니다(그림 8E).
2. 측정 시스템 스테이지를 슬라이드하여 성장 고리와 부분 고리를 하나씩 측정하고 가교 접안렌즈가 있는 입체경을 통해 샘플을 관찰합니다. 측정 시스템에 따라 가장 안쪽 링에서 바깥쪽 링까지 측정을 시작합니다(그림 8F).
3. 기계적 측정 시스템을 사용할 수 없는 경우 스캐너를 사용하여 고해상도 이미지를 촬영하고 CooRecorder 또는 CRAN의 R 측정과 같은 특수 소프트웨어를 사용하여 나이테 측정을 수행합니다.

그림 8: 교차 연대 측정 및 나이테 측정. (A) 두 샘플 간의 나이테 수와 성장 패턴 비교를 보여줍니다. (B) 두 샘플의 성장 변동성이 종이 그래프에 어떻게 반영되는지에 대한 예(골격 플롯). 이러한 유형의 그래프를 사용하면 많은 샘플의 성장을 동시에 비교할 수 있으며(교차 연대측정) 정확한 연대측정을 달성하기 위한 필수 기술입니다. 그래프 0, 50, 60 등의 상단에 있는 표시는 A에 표시된 샘플에서 계산된 고리의 수를 나타냅니다. (C) 마스터 연대기를 사용하여 정확한 연도로 거슬러 올라가는 죽은 나무 샘플의 골격 플롯. (D) 마스터 연대기의 예, 정확하게 날짜가 지정된 살아있는 나무의 평균. (E) 0.001mm의 정밀도를 가진 측정 시스템을 사용하여 각 연간 성장을 측정했습니다. (F) Pinus lumholtzii 의 연간 성장과 연간 나이테의 세 가지 다른 밴드 부분(총 나이테, 얼리우드 및 레이트우드)을 보여주는 개략도. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

5. 교차 데이트 확인

1. 반지 너비를 측정한 후에는 연대 측정의 정확성과 품질을 테스트하십시오. 소프트웨어 COFECHA¹² (https://ltrr.arizona.edu/research/software) 및 dplR¹³ 을 사용하여 교차 데이트의 통계적 검증을 수행할 수 있습니다. COFECHA 분석 소프트웨어에서 동일한 샘플을 사용하여 구축된 마스터 연대기에서 고리 계열의 세그먼트 간에 유의하지 않은 상관관계(< 0.3281; p > 0.01)를 식별합니다.
2. 소프트웨어에서 유의하지 않은 세그먼트 상관 관계 값을 식별하는 플래그를 찾아 전체 마스터 연대기(분석된 각 샘플의 모든 표준화된 값의 평균)를 사용하여 모든 샘플의 세그먼트 간의 잠재적인 불일치를 쉽게 식별할 수 있습니다.
3. 불일치는 선택한 나무에 대한 특정 마이크로사이트 조건에 기인하는 측정 또는 고리 식별로 인한 오류와 관련이 있을 수 있으며, 이는 나머지 샘플 간의 전체 변동성과 동기화되지 않습니다. 현장에서 관찰한 내용과 메모로 이를 확인하고 이 샘플을 보존할지 제거할지 여부를 결정합니다.
4. COFECHA 통계의 해석에 대한 자세한 내용은 Speer⁷을 참조하십시오.

6. 연표 개발

1. 설명된 대로 나이테 측정의 추세를 제거하거나 표준화하여 나이, 나무 기하학, 수종경계 역학 및 교란 효과와 같은 모든 비기후 정보(노이즈)를 제거합니다.
   1. 표본에서 발견된 기준과 시간적 추세에 따라 표본 데이터(그림 9A), 직선(그림 9C) 또는 3차 스플라인)에 수학 방정식을 맞춥니다(그림 9A). 그런 다음 측정된 각 링 너비를 피팅 값 또는 예상 값으로 나눕니다.
   2. 개별 나무의 표준화된 값을 평균값 함수로 구하고 나무의 나이 차이와 전체 성장률의 차이로 인한 성장률 차이를 조정합니다. 이렇게 하면 상대적으로 일정한 분산과 평균이⁸인 표준화된 시계열이 생성됩니다(그림 9B,D)
2. 나이테 너비 시리즈를 표준화하는 완벽한 방법은 없습니다. 모든 고리 너비 측정에 대한 그래픽 검사를 수행하여 추세 제거 방법을 적용하기 전에 샘플에 포함된 추세를 식별합니다.
3. 모든 통계 플랫폼을 사용하여 표준화를 달성합니다. ARSTAN 또는 dplR과 같은 소프트웨어는 특히 이러한 유형의 분석을 위한 것이며^13,18 https://ltrr.arizona.edu/research/software 에서 무료로 사용할 수 있으며 CRAN의 R 패키지로 제공됩니다.
4. 이미 언급한 두 프로그램에 자동으로 적용되는 ARMA 모델링(autoregressive moving average modelling)이라는 통계 절차를 사용하여 자기 상관 제거를 수행합니다. 이것은 나이테에 대한 연간 기후 변동성의 영향을 연구하는 데 필요합니다.
5. 나이테 측정이 표준화되고 자기 상관이 제거되면 사이트 연대기를 개발합니다(그림 10A). 나이테 사이트 연대기는 산술 평균과 달리 비정형 연도(이상치)의 영향을 감쇠하는 강력한 이중 가중 평균을 사용하는 모든 표준화된 계열의 평균입니다.
6. ARSTAN 또는 dplR에 의해 생성된 현장 연대기의 세 가지 주요 통계 지표, 즉 EPS(Expressed Population Signal), MS(Mean Sensitivity) 및 ISC(Intercorrelation Between Series)를 사용하여 품질과 기후 재구성 잠재력을 평가합니다.
7. EPS를 사용하여 연대기에 사용된 서로 다른 샘플과 무한한 수의 샘플이 있는 가상 연대기 간의 유사성 정도를 추정합니다(그림 10B). 0.85보다 큰 값은 허용 가능한 것으로 간주되며, 이는 연대기가 주어진 부위(¹⁹)의 공통 신호를 표현하기에 충분한 수의 샘플을 가지고 있음을 시사한다.
8. MS를 사용하여 고리 너비 간의 상대적 변동성을 측정합니다. 평균 감도의 값은 0에서 2까지이며, 0 값은 인접한 두 링 사이에 차이가 없음을 의미하고 2는^{값이 0보다} 큰 링 옆에 0 값이 있음을 의미합니다 3. 평균 민감도 값이 0.3보다 크면 충분한 연간 변동과 기후 재구성 가능성을 나타냅니다.
   참고: 평균 민감도는 나무 성장과 기후 사이의 잠재적 관계에 대한 지표로 해석될 수 있습니다.
9. ISC를 사용하여 사이트의 다른 모든 시계열에서 생성된 마스터 연대기에 대해 각 샘플의 평균 Pearson 상관 계수를 계산합니다. 이 통계량은 나무들 사이에서 나무가 자라는 공통적인 신호를 나타냅니다.

그림 9: 측정에서 지표에 이르기까지 나이테 너비 측정(RW)의 추세 제거 및 표준화 절차의 예. RWI(Ring Width Index)에 대한 표준화가 계산되므로 평균은 약 1이고 동차 분산을 갖습니다. (A) 고리 너비 계열 RW는 연령 효과로 인한 성장의 기하급수적 감소를 나타내며, 최적 맞춤의 추세 제거 곡선이 적용되며, 이 예에서는 음의 지수 곡선(빨간색)을 사용합니다. (C) 이것은 직선(빨간색)의 두 번째 예입니다. (나, 디) 정규화된 인덱스(RWI)는 곡선 값을 RW 시리즈로 나눈 후 생성됩니다. 이 분할은 곡선에 맞는 추세를 제거하여 기후 신호(회색 시계열)와 20년 평활 스플라인(빨간색)을 최대화하여 가뭄 및 우기와 같은 저주파 이벤트를 관찰합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

7. 월간 상관 관계 분석

1. 상관 관계 분석을 수행하여 연간 나무 성장(현장 연대기)과 월별 기후 변수(강수량, 온도, 증발, 상대 습도 등) 간의 관계를 식별합니다. 이 분석을 사용하여 계절 기후 변수와 사이트 연대기 간의 가장 높은 상관 관계 값을 기반으로 나이테를 재구성하는 기간을 평가합니다.
2. 이전 및 현재 연도의 월별 기후 기록과의 상관 관계 분석을 수행합니다(그림 11A). 이러한 유형의 분석을 실행하는 데 사용할 수 있는 여러 프로그램 중 하나를 사용하십시오(참고 문헌 ^3,20,13 참조).
   참고: 월별로 계절별 해상도로 분석하면 Pearson 상관 계수를 사용하여 기후 변수와 나이테 사이트 연대기 간의 연관성 정도를 나타냅니다.
3. 가장 가까운 기상 관측소의 기후 기록 또는 그리드 데이터셋의 가장 가까운 그리드 포인트를 사용하여 상관 관계 분석을 수행합니다. 또한 기록의 품질을 평가하고 사용 가능한 최상의 옵션을 사용하십시오.
4. 여러 기상 관측소에서 상관 관계 분석을 수행할 때 하나의 지역 기후 기록을 컴파일하기 전에 각 지역 기록을 하나씩 탐색합니다. 나이테 연대기와 가장 높은 상관 관계 값을 표시하는 측점만 사용합니다.
5. 지역 평균을 사용 가능한 최상의 그리드 데이터셋과 비교하여 여러 기상 관측소를 결합할 때 기후 변동성을 평가하고 손실을 방지합니다.

8. 단순 선형 회귀 모델 및 기후 변수의 재구성

1. 가장 강한 기후 성장을 보여주는 계절적 기간이 확인되면(그림 11B 및 그림 12A) 단순 또는 다중 선형 회귀 분석을 수행하여 재구성 모델을 구축합니다(그림 12B).
2. 최상의 재구성 모델(설명력이 가장 높은 모델, 조정된 R² 값)을 얻기 위해 광범위한 월별 조합에 대해 이 절차를 수행합니다. 이 분석에서는 나이테 연대기 지수를 독립 변수로, 계절별 누적 월간 기간의 강수량을 종속 변수로 간주합니다.
3. 회귀 모델이 생성된 후 관찰된 데이터의 공통 기간의 연대기에 적용합니다.
4. 그런 다음, 관찰 및 재구성된 데이터의 공통 기간을 두 개의 기간으로 나누고, 각 기간에는 전체 공통 회귀 모델에 사용된 데이터의 절반이 포함되어 모델을 통계적으로 검증하고 보정 및 검증 테스트를 수행합니다.
5. 회귀 모델의 통계적 예측력과 불확실성을 검증하기 위해 상관 계수(r), 조정된 R², 오차 감소(RE), 부호 검정, 쌍체 표본 t-검정, 추정의 표준 오차(SE), 검증의 제곱 평균 제곱근 오차(RMSEv) 및 Durbin-Watson 검정과 같은 통계 변수를 결정합니다(자세한 설명은 토론 참조).
6. 회귀 모델이 통계적으로 검증되면 이를 사용하여 나이테 연대기를 사용하여 반응의 기후 변수를 재구성합니다.
7. 마지막으로, 모든 기후 재건에 추가적인 신뢰성과 확실성을 제공하기 위해 역사적 문서화 기록 또는 인근 위치의 기타 수층 기후 재구성으로 재건을 검증합니다.

결과

프로토콜의 1.1 및 1.2 단계에 따라 Pinus lumholtzii B.L. Rob. &Fernald는 이 연구를 위해 선택되었다. 고려 된 가장 중요한 측면 중 몇 가지는 다음과 같습니다 : 그것은 넓은 지리적 분포를 가진 Pinus 속의 침엽수이며 dendrochronological 관점에서 연구가 거의 없습니다. 그것은 낮은 물 저장 용량과 함께 암석이 많은 노두가있는 가난한 지역에서 개발되며, 낮은 물과 영양 ?...

토론

프록시 레코드(Proxy Record)는 호수와 해양 퇴적물, 꽃가루, 산호초, 얼음 코어, 팩랫 갯벌, 나이테와 같이 과거에 존재했고 여전히 존재하는 날씨에 의존하는 자연 시스템이므로 이로부터 정보를 얻을 수 있다²⁴. 그러나 대부분의 기후에 민감한 프록시에서 나이테는 가장 높은 정밀도와 연간 해상도를 가진 프록시를 나타내므로 수세기, 때로는 최대 수천 ?...

자료

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