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에코 톤의 툰드라 숲 침엽수 확장을 위한 환경 조건

에코 톤의 툰드라 숲 침엽수 확장을 위한 환경 조건

북극의 숲, 툰드라의 에코 톤에서 최근 온난화로 인해 가문비나무 개체수가 줄었다. 툰드라 에코톤 숲을 형성하는 침엽수의 현대적 범위 확장만으로는 충분하지 않다. 북아메리카의 지배적인 나무줄기 분류군인 고위도 침엽수 개체군은 이전에 기록된 적이 없다. 가문비나무 침엽수의 환경 조건을 알아보겠습니다.

숲 툰드라 에코 톤의 배경

2019년 현장 조사에서, 우리는 노아탁 강 유역의 가장 큰 지류 유역에서 이전에 알려지지 않은 흰 가문비나무 개체군을 발견했습니다. 노아탁 강은 브룩스 산맥 서부와 코체부 강에서 축치 해로 흘러들어 간다. 관심 지역 내 북극 툰드라 103 km 전역에서 고해상도 눈 덮인 판크로마틱 장면과 개별 나무의 생태적 속성을 측정한 400km 이상의 필드 횡단을 사용하여 흰색 가문비나무 6,758그루의 위치를 파악했다. 식민지 인구의 청소년들은 인접한 숲이 우거진 코북 강 유역의 나무줄기에서 최대 42km 떨어져 있었다. 그 분야에서는 거의 모든 사람들이 ‘100세’로 보였고 빠르게 성장하고 있었다. 모든 크기(11m 이하)의 나무들은 직립하고, 건강하고, 대칭적인 왕관과 긴 리더를 보여주었다. 우리는 확립된 나무 라인에서 전형적인 나무 섬, 크룸홀츠, 층화 또는 다른 무성 성장이 거의 없는 것을 관찰했다. 2020년 돛대 행사 기간 동안 일부 나무의 원추 작물은 103개의 원추형 원추형 원추형 원추형 원추형 원추형 원추형 원추형 원추형 원추형 원추형 원추형 원추형 원추형 원추형 원추형 가장 오래된 8개의 식민지 개척자들은 1901년~1933년에 설립되었고, 확립된 나무 라인에서 5.8~7.0km 떨어진 코북-노아탁 경계 근처에서 자랐으며, 여러 개의 LDD 설립 행사를 암시했다.

가문비나무의 확장 패턴

높이 2.5m 이상의 성체 나무는 가장 가까운 확립된 나무 라인보다 훨씬 더 높은 고도 및 북쪽으로 자랐다. 높이가 2.5m 미만인 개체는 성체보다 더 북쪽에 있는 경우가 많았다. 성체는 20세기 중반까지 확립된 나무로부터 최대 거리에 도달한 반면, 어린 개체는 21세기 동안 계속해서 북쪽으로 이동했다. 성체 5,988그루의 경우, 가장 가까운 확립된 수목선으로부터의 최대 북위 변위는 0.16 이였다. 가장 먼 성체의 이동 속도는 여전히 등온선 전진 속도보다 훨씬 느리지만, 서쪽으로 175 km 떨어진 노아탁 분지의 나무들의 이동 속도를 훨씬 능가한다. 범위 확장의 전체 묘사는 분산 커널을 포함하며, 여기서 가장 가까운 성체에 대한 어린 개체와 거리 및 표고의 이변량 분포로 묘사된다. 지도상의 어린 개체들은 대부분 성체와 가까웠다. 하지만, 서로 2km 떨어진 곳에서 14마리의 어린 개체가 발견되었는데, 가장 가까운 성체로부터 북쪽으로 9.3~22.9km, 북쪽으로 26.6~40.2km 떨어져 있었다. 멀리 떨어진 어린 개체들은 각각 35세 미만, 크룸홀츠, 층화 또는 기타 무성생식의 증거 없이 활발하게 성장하였다. 일부는 순록이 이주하면서 기계적으로 뿔이 깨지는 것처럼 보였지만, 대부분은 정직한 지도자를 가지고 있었다. 어느 연구원은 세계 항법 위성 시스템으로 가장 가까운 성체의 고도 392m 위 및 215m 아래까지 수백 그루의 어린 개체를 문서화했습니다. 가장 가까운 성체보다 100m 이상 높은 곳에서 자라는 어린 개체군은 낮은 관목 군락이나 왜소한 관목 군락에서 산등성이의 개체군으로 성장하였다. 가장 가까운 성체 아래에서 자라는 청소년들은 키가 큰 버드나무가 있는 강가나 툰드라에서 자랐다. 전통적인 백색 가문비나무 은은 45~60m를 일반적인 분산 거리로 식별하며, 어린 개체와 가장 가까운 성체 사이의 중앙 거리를 가깝게 제한하고, 300m를 넘는 것은 LDD로 간주한다. 여기서 어린 개체들의 32%는 가장 가까운 성체로부터 300m 이상 떨어져 있었고 13%는 800m 이상 떨어져 있었다. 인근 기상대에서 얻은 이미지와 풍향에서 볼 수 있는 눈 드리프트는 강하고 빈번한 겨울바람을 보여주며, 현대 분산의 경험적 연구와 LGM에 따른 백색 가문비에서의 범위 확장 개념 모델 모두에서 겨울바람이 자주 분다는 가설을 뒷받침한다.

성장하기 위한 환경 조건

급격한 북극 온난화는 강설량 증가와 영양소 섭취량 개선을 포함한 여러 경로를 통해 식민지 주민에게 영향을 미치며, 이는 아마도 어린 개체의 생존과 성체 성장을 개선하는 데 영향을 미칠 것이다. 알래스카 북극 나무의 온도에 대한 방사형 성장 반응의 세로 방향 기울기를 설명하기 위해 설리번 외 연구진은 토양 영양소 가용성과 접근성 또는 개별 나무의 성장과 번식을 제한하는 차가운 토양에 의해 유도된 영양소 제한 가설을 발전시켰다. 이 가설에 따라, 우리는 정착민에서 정착민보다 더 높은 극성 N과 P 농도와 더 높은 비율의 15N 대 N 표본을 발견했다. 영양소에 대한 접근성이 높아지면 개체의 성장이 증가하며, 근경화 탄소 비용을 줄일 수 있다. 급격한 지역 온난화와 해빙 손실의 결과로 지역 겨울 강수량이 증가하고 있다. 1979년부터 2019년까지 축치 해 10월 개방 수량과 코체부에의 겨울 강수량이 모두 증가했다. 모델링 된 경험적 데이터는 가을 동안 북극해의 개방된 물이 증가하면 더 많은 바람과 더 깊은 눈으로 이어진다는 것을 시사한다. 충분히 보호되는 스노 팩의 증가된 바람은 LDD에서 씨앗의 물리적 운송을 용이하게 한다. 이러한 조건은 침입 모델에 의해 예측된 바와 같이 현재 인구 경계를 훨씬 넘는 한대 침엽수에 의한 툰드라의 식민지화를 촉진한다. 북극 겨울 강수량은 눈 깊이에 대한 대용량을 제공하는데, 이는 단열성을 제공하고 토양 미생물에 의한 겨울 활동을 촉진하여 이후 성장기에 토양 영양소의 가용성을 증가시켜 북극 관목에 대해 처음 제안된 효과이다. 겨울과 성장기의 토양 온도 상승은 툰드라의 가문비나무 묘목의 알려진 제한 요소인 영양소의 가용성을 증가시킬 것으로 예상된다. 눈은 어린 개체를 보호하고, 녹는 눈은 성장기 동안 수분 제한을 줄여줍니다. 스노 팩은 성장 형태가 종자 생산을 결정하기 때문에 피해를 주는 겨울바람에 대한 개체수 수준의 반응에 영향을 미친다. 종합하면, 이러한 요소들은 영양소, 기후, 식물성 성장 및 생식 사이의 복잡하고 미묘한 상호 작용을 강조한다. 식민지와 확립된 나무선 기후의 차이를 조사하기 위해, 7월 기온과 11월~3월 강수량의 30년 평균에 대해 격 자화 된 기후 데이터를 사용하여 간단한 이변량 기후 엔벨로프를 비교했다. 7월 온도는 브룩스 범위의 나무 라인에서 백색 가문비나무 존재에 대한 상위 일변량 예측 변수인 성장 계절 일수와 강한 상관관계가 있기 때문에 선택했다. 두 개체 모두 7월 평균 공기 온도가 10℃ 이상인 지역을 차지했지만, 기후 봉투는 정착된 나무줄기에 있는 개인보다 식민지 개체가 더 시원하고 눈이 더 많이 내렸다. 확립된 트리 라인의 모드는 코북 유역에 대한 모드에 가까웠지만, 식민지 개척자들은 노아탁 유역에서 더 눈 덮인 기후 공간의 끝을 차지했다. 확립된 나무줄기와 식민지 개척자 사이의 기후 봉투의 불일치는 격 자화 된 기후 데이터를 기반으로 범위 확장을 예측할 때 주의를 의미한다. 여기서의 결과는 확립된 나무 선이 숲의 진전에 관련된 패턴과 과정의 적절한 예를 제공하지 않을 수 있음을 시사하며, 실험적으로 상승된 온도가 나무 선보다 위의 위치에서 성장을 더 증가시킨 알래스카 중부의 연구를 뒷받침한다. 정착된 나무 라인에서 개인보다 식민지 주민에서 더 빠른 성장을 나타내는 메트릭도 알래스카의 숲 내보다 숲 여백에서 더 큰 생산성을 보여주는 병렬 측정입니다.

과학자들의 연구 결과

과학자들이 묘사한 20세기와 21세기의 가문비나무의 확산은 10년당 4km 이상의 속도로 발생하는 기후 주도 북극 툰드라의 침략을 나타낸다. 이는 빙하 리퓨지에서 나온 백 가문비나무의 LGM 이후의 이동 속도와 일치한다. 이전의 가문비나무 개체군 재구성은 20세기 후반 동안 빠르게 채워지는 것을 발견했지만, 대부분의 연구에서 점진적인 팽창은 5개를 기록했다. 10년당 1km는 여기서보다 더 낮은 등급이다. 숲의 이동과 등온선 이동의 속도 사이의 크기 차이는 식물이 기후와 점점 더 균형을 이루지 못하게 만든다. 기후 변화에 직면하여 현대 숲이 어떻게 반응할지는 아직 잘 알려져 있지 않으며, 급속한 발전의 사례를 식별하는 연구는 LDD를 증가시키고 묘목 모집을 용이하게 하며 번식을 증가시키는 메커니즘을 제안할 수 있다. 높이가 큰 관목의 범위 확장 50에서 수십 년 뒤, 침엽수는 수 세기 동안 정체된 후 기후에 의해 툰드라에 대한 확률적 침입을 눈앞에 두고 있을지도 모른다. 상대적으로 접근하기 어려운 북극에서 묘목은 50년 후 무릎 높이의 가문비나무가 4-5m 높이의 나무가 되고, 무거운 원뿔형 작물이 자라는 원격 감지에 의해 발견되지 않는 개체군을 확립했다. 이 증가하는 북극 나무 덮개는 북극 사람들이 이용할 수 있는 생계 자원을 이동시키고, 철새 종들의 서식지를 감소시키고, 지표면 알베도를 감소시키고, 탄소 재고를 재분배하는 기후 변화의 결과로 가속화되고 있다.