Climate change, one of the most urgent challenges of the 21st century, is accelerating in many regions worldwide, driven by positive feedback mechanisms that further exacerbate global warming. Understanding the relationship between climate change and natural systems, particularly long-lived species such as trees, is essential because they provide historical records of past climate variability but also because their dynamics is not that fast and they can face problems in tracking current changes. By integrating proxy records, researchers can generate more accurate and comprehensive reconstructions of past climates. This study explores the influence of climate on wood traits in Juniperus communis L. through an analysis of its xylem anatomical structure. By combining dendrochronology with Quantitative Wood Anatomy, the study investigates whether this species can serve as a reliable climate proxy. Twenty juniper samples collected from the upper limit of their range, above 2000 m a.s.l. in the Ventina Valley (IT), were analyzed. The samples, spanning the period from 1694 to 2017, were sectioned using a microtome to produce 10 µm thick cross-sections, which were then scanned using a Zeiss Axioscan 7, processed with ZEN version 3.1 (Carl Zeiss Microscopy), and analyzed with ROXAS 3.0.651. Several anatomical variables were correlated with site-specific climatic records of snow, precipitation, and temperature starting from 1834. Despite the relatively small sample size, results demonstrate that juniper is a promising proxy for climate, with significant correlations observed between anatomical variables and climatic factors. Mean Ring Width (MRW) showed a negative correlation with previous autumn, current winter, and spring precipitation, but a positive correlation with May temperatures. Similarly, Cell Wall Thickness (CWTall) showed consistent positive correlations with temperature and negative correlations with summer snow. Moving correlations also highlighted the significant time variability in the hydraulic diameter (Dh) responses, that from positive temperature correlations in the XVIII° century turns even negative in the previous century. Dividing the ring in sectors permitted to confirm previous outcomes but in parallel to improve the detail of the inferences. This study suggests that juniper has significant potential as a tool for reconstructing past climate conditions. However, further research is necessary to refine the methodology, improve the selection of anatomical variables, and better understand how these variables can be used for more accurate climatic reconstructions.

Il cambiamento climatico, una delle sfide più urgenti del XXI secolo, sta accelerando in molte regioni del mondo, guidato da meccanismi di feedback positivi che aggravano ulteriormente il riscaldamento globale. Comprendere la relazione tra cambiamenti climatici e sistemi naturali, in particolare per le specie longeve come gli alberi, è essenziale non solo perché forniscono registrazioni storiche della variabilità climatica passata, ma anche perché la loro risposta ai cambiamenti è più lenta. Integrando i dati proxy, i ricercatori possono generare ricostruzioni più accurate e complete dei climi passati. Questo studio esplora l'influenza del clima sulle caratteristiche del legno di Juniperus communis L. attraverso l'analisi della struttura anatomica dello xilema. Combinando la dendrocronologia con l'anatomia quantitativa del legno, lo studio esamina se questa specie possa servire come proxy climatico affidabile. Sono stati analizzati 20 campioni di ginepro raccolti al limite superiore del loro areale, sopra i 2000 m s.l.m. in Val Ventina (IT). I campioni, che coprono un periodo compreso tra il 1694 e il 2017, sono stati sezionati con un microtomo per produrre sezioni trasversali di 10 µm di spessore, successivamente scansionate con uno Zeiss Axioscan 7, elaborate con ZEN versione 3.1 (Carl Zeiss Microscopy) e analizzate con ROXAS 3.0.651. Diverse variabili anatomiche sono state correlate con i dati climatici specifici del sito, relativi a permanenza del manto nevoso, precipitazioni e temperatura, a partire dal 1834. Nonostante la dimensione relativamente ridotta del campione, i risultati dimostrano che il ginepro è un promettente proxy climatico, evidenziando correlazioni significative tra le variabili anatomiche e i fattori climatici. L’ampiezza media degli anelli (MRW) ha mostrato una correlazione negativa con le precipitazioni dell'autunno precedente, dell'inverno in corso e della primavera, ma una correlazione positiva con le temperature di maggio. Allo stesso modo, lo spessore della parete cellulare (CWTall) ha evidenziato correlazioni positive consistenti con la temperatura e negative con la neve primaverile ed estiva. Le correlazioni temporali hanno inoltre evidenziato una significativa variabilità nelle risposte del diametro idraulico (Dh), che passa da correlazioni positive con la temperatura nel XVIII secolo a negative nel secolo precedente. La suddivisione dell'anello in settori ha confermato questi risultati, offrendo al contempo una maggiore risoluzione nelle inferenze. Questo studio suggerisce che il ginepro ha un potenziale significativo come strumento per ricostruire le condizioni climatiche del passato. Tuttavia, ulteriori ricerche sono necessarie per affinare la metodologia, migliorare la selezione delle variabili anatomiche e comprendere meglio come queste possano essere utilizzate per ricostruzioni climatiche più accurate.

Assessing the climate-growth associations in Juniperus communis L. using wood anatomical traits

GIONGO, NICOLÒ
2023/2024

Abstract

Climate change, one of the most urgent challenges of the 21st century, is accelerating in many regions worldwide, driven by positive feedback mechanisms that further exacerbate global warming. Understanding the relationship between climate change and natural systems, particularly long-lived species such as trees, is essential because they provide historical records of past climate variability but also because their dynamics is not that fast and they can face problems in tracking current changes. By integrating proxy records, researchers can generate more accurate and comprehensive reconstructions of past climates. This study explores the influence of climate on wood traits in Juniperus communis L. through an analysis of its xylem anatomical structure. By combining dendrochronology with Quantitative Wood Anatomy, the study investigates whether this species can serve as a reliable climate proxy. Twenty juniper samples collected from the upper limit of their range, above 2000 m a.s.l. in the Ventina Valley (IT), were analyzed. The samples, spanning the period from 1694 to 2017, were sectioned using a microtome to produce 10 µm thick cross-sections, which were then scanned using a Zeiss Axioscan 7, processed with ZEN version 3.1 (Carl Zeiss Microscopy), and analyzed with ROXAS 3.0.651. Several anatomical variables were correlated with site-specific climatic records of snow, precipitation, and temperature starting from 1834. Despite the relatively small sample size, results demonstrate that juniper is a promising proxy for climate, with significant correlations observed between anatomical variables and climatic factors. Mean Ring Width (MRW) showed a negative correlation with previous autumn, current winter, and spring precipitation, but a positive correlation with May temperatures. Similarly, Cell Wall Thickness (CWTall) showed consistent positive correlations with temperature and negative correlations with summer snow. Moving correlations also highlighted the significant time variability in the hydraulic diameter (Dh) responses, that from positive temperature correlations in the XVIII° century turns even negative in the previous century. Dividing the ring in sectors permitted to confirm previous outcomes but in parallel to improve the detail of the inferences. This study suggests that juniper has significant potential as a tool for reconstructing past climate conditions. However, further research is necessary to refine the methodology, improve the selection of anatomical variables, and better understand how these variables can be used for more accurate climatic reconstructions.
2023
Assessing the climate-growth associations in Juniperus communis L. using wood anatomical traits
Il cambiamento climatico, una delle sfide più urgenti del XXI secolo, sta accelerando in molte regioni del mondo, guidato da meccanismi di feedback positivi che aggravano ulteriormente il riscaldamento globale. Comprendere la relazione tra cambiamenti climatici e sistemi naturali, in particolare per le specie longeve come gli alberi, è essenziale non solo perché forniscono registrazioni storiche della variabilità climatica passata, ma anche perché la loro risposta ai cambiamenti è più lenta. Integrando i dati proxy, i ricercatori possono generare ricostruzioni più accurate e complete dei climi passati. Questo studio esplora l'influenza del clima sulle caratteristiche del legno di Juniperus communis L. attraverso l'analisi della struttura anatomica dello xilema. Combinando la dendrocronologia con l'anatomia quantitativa del legno, lo studio esamina se questa specie possa servire come proxy climatico affidabile. Sono stati analizzati 20 campioni di ginepro raccolti al limite superiore del loro areale, sopra i 2000 m s.l.m. in Val Ventina (IT). I campioni, che coprono un periodo compreso tra il 1694 e il 2017, sono stati sezionati con un microtomo per produrre sezioni trasversali di 10 µm di spessore, successivamente scansionate con uno Zeiss Axioscan 7, elaborate con ZEN versione 3.1 (Carl Zeiss Microscopy) e analizzate con ROXAS 3.0.651. Diverse variabili anatomiche sono state correlate con i dati climatici specifici del sito, relativi a permanenza del manto nevoso, precipitazioni e temperatura, a partire dal 1834. Nonostante la dimensione relativamente ridotta del campione, i risultati dimostrano che il ginepro è un promettente proxy climatico, evidenziando correlazioni significative tra le variabili anatomiche e i fattori climatici. L’ampiezza media degli anelli (MRW) ha mostrato una correlazione negativa con le precipitazioni dell'autunno precedente, dell'inverno in corso e della primavera, ma una correlazione positiva con le temperature di maggio. Allo stesso modo, lo spessore della parete cellulare (CWTall) ha evidenziato correlazioni positive consistenti con la temperatura e negative con la neve primaverile ed estiva. Le correlazioni temporali hanno inoltre evidenziato una significativa variabilità nelle risposte del diametro idraulico (Dh), che passa da correlazioni positive con la temperatura nel XVIII secolo a negative nel secolo precedente. La suddivisione dell'anello in settori ha confermato questi risultati, offrendo al contempo una maggiore risoluzione nelle inferenze. Questo studio suggerisce che il ginepro ha un potenziale significativo come strumento per ricostruire le condizioni climatiche del passato. Tuttavia, ulteriori ricerche sono necessarie per affinare la metodologia, migliorare la selezione delle variabili anatomiche e comprendere meglio come queste possano essere utilizzate per ricostruzioni climatiche più accurate.
Dendrochronology
Wood Anatomy
Juniperus communis L
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/20.500.12608/80358