Boomringen gebruiken om informatie over de brandgeschiedenis van beboste gebieden te reconstrueren

Samenvatting

In dit werk worden de meest geschikte technieken en methoden uitgelegd voor het uitvoeren van een onderzoek naar de brandgeschiedenis, van het begin van de locatieselectie tot de uiteindelijke analyse van de relatie tussen brand en klimaat.

Samenvatting

Jaarlijkse jaarringpatronen zijn een bron van ecologische en ecologische informatie, waaronder de geschiedenis van branden in beboste gebieden. Brandgeschiedenissen op basis van boomringen omvatten drie fundamentele fasen: veldverzameling, laboratoriummethoden (voorbereiding en datering) en gegevensanalyse. Hier geven we stapsgewijze instructies en problemen waarmee rekening moet worden gehouden, waaronder het proces voor het selecteren van het studiegebied, bemonsteringslocaties, plus hoe en welke door vuur getekende bomen moeten worden bemonsterd. Daarnaast beschrijven we de voorbereiding en datering van vuurlittekenmonsters die in het laboratorium worden gedaan. Ten slotte beschrijven we basisanalyses en relevante resultaten, inclusief voorbeelden uit onderzoeken die patronen in de brandgeschiedenis hebben gereconstrueerd. Deze studies stellen ons in staat om de historische brandfrequentie te begrijpen, veranderingen in die frequenties gerelateerd aan antropogene factoren, en analyses van hoe het klimaat het ontstaan van brand in de loop van de tijd beïnvloedt. De beschrijving van deze methoden en technieken zou een beter begrip moeten geven van studies naar brandgeschiedenis die onderzoekers, opvoeders, technici en studenten die geïnteresseerd zijn in dit vakgebied ten goede zullen komen. Deze gedetailleerde methoden zullen nieuwe onderzoekers op dit gebied in staat stellen, een hulpmiddel om hun eigen werk te starten en meer succes te behalen. Deze bron zal zorgen voor een grotere integratie van jaarringaspecten in andere studies en leiden tot een beter begrip van natuurlijke processen met beboste ecosystemen.

Inleiding

Bosbranden, ontstoken door natuurlijke of antropogene oorzaken, worden beschouwd als een van de meest voorkomende ecologische verstoringsfactoren die van invloed zijn op terrestrische ecosystemen¹. Zo beïnvloeden brand, en meer specifiek brandregimes, de samenstelling en structuur van plantensoorten². Vuur is ook een fundamenteel proces dat biogeochemische cycli en klimatologische variabiliteit met elkaar verbindt ^3,4. In sommige gebieden draagt vuur bij aan degradatie en ontbossing, terwijl in andere gebieden vuur van fundamenteel belang is voor regeneratie en instandhouding van open bosstructuren ^5,6. Als gevolg hiervan is het begrijpen van de ecologische rol van bosbranden essentieel voor beheer- en instandhoudingsprogramma's.

Brandregimes worden gedefinieerd als het patroon van brandgebeurtenissen in de loop van de tijd, gekenmerkt door de frequentie en de variabiliteit in type, omvang, intensiteit, seizoensgebondenheid en ernst ^7,8. Bosbrandregimes kunnen worden bestudeerd door middel van directe observatie, rapporten, satellietbeelden, mondelinge geschiedenis, leeftijdsstructuur en soortensamenstelling, en door het gebruik van dendrochronologische methoden⁹. Dendrochronologie maakt gebruik van boomringen, gedateerd met jaarlijkse precisie, om klimatologische en ecologische gebeurtenissen te bestuderen¹⁰. Een van de takken van dendrochronologie is de reconstructie van de brandgeschiedenis of dendropyrochronologie, waarbij boomringen worden gebruikt om de ruimtelijke en temporele patronen van vroegere en hedendaagse branden te bepalen, waardoor het brandregime binnen een studiegebied wordt gereconstrueerd,^11,12. Dendrochronologische methoden bieden precisie- en resolutievoordelen in vergelijking met andere dateringsmethoden, omdat ze datering van ecologische gebeurtenissen mogelijk maken, met jaarlijkse tot intrajaarlijkse (d.w.z. seizoensgebonden) precisie, op lange tijdschalen, soms tot enkele duizenden jaren ^13,14.

Reconstructies van de brandgeschiedenis zijn ook van cruciaal belang om te begrijpen hoe algemene klimaatcirculatiepatronen op regionale schaal de brandverspreiding hebben beïnvloed. Deze analyses van de relatie tussen klimaat en vuur zijn nieuw omdat ze inzicht geven in hoe het klimaat de brandfrequenties over lange perioden beïnvloedt, wat niet mogelijk is met de moderne instrumentele klimaatrecords⁴. Om het reconstrueren van brandgeschiedenissen te vergemakkelijken, bieden we een veld- en laboratoriumprotocol dat dendrochronologische methoden en technieken beschrijft waarmee onderzoekers, docenten, technici en studenten die geïnteresseerd zijn in dit vakgebied hun eigen projecten en studies kunnen starten.

In dit protocol reiken we de tools aan om een beter begrip en antwoorden te ontwikkelen op verschillende ecologische vragen op het gebied van bosecologie, zoals: 1) Wat is het brandregime? 2) Zijn de brandregimes de afgelopen decennia veranderd of zijn de brandfrequenties zonder noemenswaardige veranderingen doorgegaan? of 3) Zijn er veranderingen toegeschreven aan antropogene invloed? 4) Hoe verhouden brandfrequentiepatronen zich tot klimaatvariabiliteit?

Protocol

1. Strategie voor steekproeven

1. Bepalen van het studiegebied
   1. Over het algemeen zijn bosgebieden uitgestrekt (honderden of duizenden hectaren), kies daarom een studiegebied dat aan de doelstellingen voldoet, in dit geval het bepalen van de brandgeschiedenis en de variabiliteit ervan in de tijd (Figuur 1). Beperk het studiegebied alleen tot de gebieden met door vuur getekende bomen, die de bemonsteringseenheid zullen zijn. Verkenning van het studiegebied kan vaak worden gefaciliteerd met behulp van drones en videotechnologieën, die uitzicht bieden op het grotere landschap, wat zowel tijd als geld bespaart.
   2. Identificeer binnen een studiegebied potentiële bemonsteringslocaties die idealiter qua grootte vergelijkbaar zijn, om vergelijkingen te vergemakkelijken. Bemonsteringslocaties kunnen in grootte variëren, variërend van grote gebieden (>50 ha) tot kleinere locaties (5-50 ha) of percelen (<5 ha), afhankelijk van het studiegebied, de beschikbaarheid van door vuur getekende bomen en de studiedoelstellingen. Het aantal locaties is natuurlijk afhankelijk van de variabiliteit, maar over het algemeen wordt meer dan één locatie voorgesteld. De topografie en het bostype binnen elke locatie moeten representatief zijn voor een groter ecosysteem om extrapolatie van de resultaten mogelijk te maken⁹.

Figuur 1: Pinus hartwegii bossen. (A) Topografische variabiliteit van de site in termen van helling, bosbedekking, orografische barrières, brandstof, onder andere. (B) Breder landschappelijk perspectief op het terrein en de bosomstandigheden, variabelen die het brandgedrag beïnvloeden en de selectie van studielocaties. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

2. Bemonsteringsstrategie (locatieselectie binnen een studiegebied)
   1. Selecteer binnen het studiegebied een steekproeflocatie voor de methode, willekeurig, systematisch of selectief¹⁵. Dit is afhankelijk van de doelstellingen van het onderzoek, de beschikbaarheid van personeel en de financiële middelen.
   2. Om de brandgeschiedenis te reconstrueren, wordt doorgaans selectieve bemonstering gebruikt. Dat wil zeggen, selecteer binnen het studiegebied locaties waarvan bekend is dat ze met vuur bedekte bomen bevatten.
   3. Gebruik deze bemonsteringsstrategie om locaties te selecteren waar er bewijs is dat er branden hebben plaatsgevonden en die zijn geregistreerd als brandlittekens. Gebieden die tekenen van recente branden vertonen, zoals verschroeide of recent door brand gedode bomen, maar geen bewijs hebben van eerdere brandlittekens, zijn niet geschikt voor de reconstructie van brandregimes, maar worden vaak verward met geschikte locaties (Figuur 2A).
      OPMERKING: Als het doel was om de schade door brand aan de regeneratie te meten, het effect ervan op de groeisnelheid, of om het herstel van deze bossen na de brand te evalueren, zouden dit soort gebieden ongetwijfeld ideaal zijn. Aangezien het doel echter is om de brandgeschiedenis en de variabiliteit ervan in de loop van de tijd te bepalen, zijn er locaties nodig waar bomen tekenen (littekens) van eerdere brandschade vertonen, maar zijn begonnen met genezen (Figuur 2B).
   4. Verken het studiegebied en zoek een site met talrijke (>10) langlevende bomen en tekenen van brandlittekens (Figuur 2C). Noteer de locatie (GPS-coördinaten) van alle door vuur getekende bomen met behulp van die van punten om de limiet van de onderzoekslocatie af te bakenen.
   5. Breng het ruimtelijke oppervlak van de site in kaart in een geografisch informatiesysteem of andere kaartsoftware om ervoor te zorgen dat sites van vergelijkbare grootte zijn.
   6. Lokaliseer met name binnen elke locatie de langstlevende bomen met brandwonden om de brandgeschiedenis van de locatie zo ver mogelijk terug in de tijd te reconstrueren (een of meerdere eeuwen in het verleden) en een beter begrip te krijgen van de variabiliteit van de brandfrequentie gedurende die periode.

Figuur 2: Studielocaties met en zonder potentieel voor reconstructie van de brandgeschiedenis. (A) Dennenbos dat is aangetast (verschroeid) door een recente brand, maar bomen vertonen geen tekenen van littekens; Dergelijke sites zijn niet bruikbaar voor dit soort onderzoek omdat ze geen door vuur getekende bomen hebben. (B) Dennenbos met bewijs van branden in het verleden, de bomen hebben een zichtbaar verkoold gedeelte aan de basis van de stam in de vorm van een driehoek, bekend als "kattengezicht", gevormd als de boom geneest na herhaalde brandgebeurtenissen. Dergelijke sites worden geacht potentieel te hebben voor reconstructie van de brandgeschiedenis. (C) Close-up van de voet van een door vuur getekende boom die talloze branden lijkt te hebben geregistreerd. Elk van de verschillende lagen vertegenwoordigt een brandlitteken. In dit geval zijn er 11 brandlittekens zichtbaar. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

3. Algemene overwegingen voor bemonstering (het selecteren van boommonsters binnen locaties)
   OPMERKING: Het verzamelen van door vuur getekende bomen is een van de belangrijkste stappen in dit soort onderzoek.
   1. Zodra het studiegebied en de grenzen van het terrein zijn bepaald, begint u met het verkennen van de geselecteerde locatie vanaf een bekend punt, gaat u geleidelijk verder totdat u de hele locatie bestrijkt. Het doel van de verkenning is om een zo volledig mogelijke inventarisatie te maken van alle door vuur getekende bomen, met vermelding van hun toestand (levende boom, hak of hout), het aantal brandlittekens, locaties en toegankelijkheid (moeilijkheid om het monster van het brandlitteken uit de boom te halen). (Figuur 3A,B).
   2. Bepaal op basis van deze informatie welke bomen het beste zouden bijdragen aan het reconstrueren van de langste en meest volledige brandgeschiedenis voor die locatie. Verzamel ten minste 10 door vuur getekende bomen van elke locatie, waarbij je de hoogste prioriteit geeft aan bomen met het meeste aantal en de best bewaarde brandlittekens⁹ (Figuur 3B,D). Merk op dat niet alle door vuur getekende bomen op een locatie hoeven te worden bemonsterd. In de meeste gevallen neemt het aantal geregistreerde branden toe met een toenemende steekproefomvang (aantal bomen); Deze relatie is echter meestal asymptoten voorbij 10-15 bomen¹⁶.
   3. Om in de loop van de tijd de grootst mogelijke monsterdiepte te hebben, moet u zich inspannen om met vuur bedekte boomstammen en haken en ogen te verzamelen, die waarschijnlijk de oudste brandlittekens bevatten, evenals levende bomen die littekens hebben van recentere branden.
   4. Vermijd het verzamelen van losse of sterk verslechterde monsters van brandlittekens die, wanneer ze worden gesneden, verloren kunnen gaan en bijna onmogelijk weer in elkaar kunnen worden gezet.
   5. Wanneer de geselecteerde bomen hetzelfde aantal littekens en stevigheid hebben, overweeg dan om de soorten met de duidelijkste groeiringen te bemonsteren, wat de datering van de littekens zal vergemakkelijken⁹.
   6. Voordat u een monster verzamelt, moet u een veldgegevensblad opstellen waarmee de meest relevante informatie van elk monster en elke locatie kan worden verzameld, inclusief de volgende informatie¹⁷.
      1. Gebruik veldgegevensbladen die algemene informatie bevatten, zoals: naam en code van het studiegebied (bij voorkeur drie letters, bijvoorbeeld Cuenca Río Nazas, CRN), locatienummer, monsternummer, toestand van het monster (massief, doorsneden, verrot), verzameldatum en verzamelaar.
      2. Bepaal de beschrijving van de microsite (droog, nat, gemiddeld), helling en aspect.
      3. Bepaal de kenmerken van de boom: soort, diameter, hoogte, toestand (levend, addertje onder het gras, boomstam, stronk).
      4. Bepaal de geografische locatie: coördinaten (UTM en in graden), hoogte.
      5. Bepaal de monsterbeschrijving: Hoogte en zijkant van het monster op de stam, aantal genomen monsters, aantal stuks/monster, aantal zichtbare littekens/monster, blootstelling van de littekens.
      6. Maak veldvoorbeeldfoto's en/of tekeningen: Deze informatie documenteert de vorm van het brandlittekenmonster en het aantal secties voor het geval delen van het monster losraken en later weer in elkaar moeten worden gezet. Dit zal helpen bij de restauratie (gelijmd en voorbereid) in het laboratorium. Tekenen in het gegevensblad is vaak handig omdat het annotaties mogelijk maakt.
4. Bemonsteringsverzameling (verzamelen van door vuur getekende bomen)
   1. Nadat u hebt bepaald welke bomen zullen worden bemonsterd, maar voordat u begint met de extractie van het brandlittekenmonster, onderzoekt u het gebied rond de boom. Dit onderzoek kan takken, losse stenen of andere veiligheidsproblemen aan het licht brengen die mogelijk moeten worden aangepakt voordat de kettingzaag wordt ontstoken om een veilige werkomgeving te bieden.
   2. Om brandlittekens uit stronken of boomstammen te verwijderen, neemt u volledige doorsneden (Figuur 3C). Om monsters te extraheren uit staande haken en ogen en levende bomen, kan het echter nodig zijn om gedeeltelijke doorsneden weg te snijden (Figuur 3A,D). Benadruk indien mogelijk het bemonsteren van dode bomen om schade aan levende bomen te minimaliseren¹⁸. Het belangrijkste hulpmiddel voor bemonstering is een kettingzaag, met een staaf van ten minste 20 inch (bijvoorbeeld: staaf van 18 tot 24 inch) om monsters van zowel kleine bomen als grote bomen te kunnen extraheren. Het wordt ook aanbevolen om bij de bemonstering extra uitrustingsonderdelen mee te nemen, zodat de bemonstering in het veld niet wordt vertraagd als er een mechanisch defect optreedt.
   3. Houd bij het kiezen van de kant en hoogte van het te nemen brandlittekenmonster rekening met de zijde en/of hoogte met het meeste aantal en best bewaarde zichtbare brandlittekens. Vaak is het aantal brandlittekens groter dichter bij de grond¹² (Figuur 3A,B). Littekens van brand kunnen vaak tot enkele meters hoog zijn en littekens die in het bovenste gedeelte worden waargenomen, komen mogelijk niet voor aan de basis van de romp (Figuur 3B). In dergelijke gevallen zal het nodig zijn om meerdere monsters van een enkele boom te verzamelen, inclusief monsters van zowel de basis als hogerop, om een zo volledig mogelijk brandgeschiedenisrecord van die boom vast te leggen. Het verzamelen van brandlittekens aan de basis is echter vaak moeilijker en gevaarlijker, vooral bij het zagen van dwarsdoorsnede met een zware kettingzaag. Bovendien kan het nodig zijn om lager op de boom te zagen, wat een snelle evacuatie van de locatie kan belemmeren, indien nodig.
   4. Voordat u begint met het kappen van de boom, moet u alle nodige veiligheidsmaatregelen nemen, waaronder de juiste beschermingsmiddelen zoals handschoenen, helm, gehoorbescherming, chaps en de juiste schoenen.
   5. Zodra de door vuur getekende boom is geselecteerd, samen met de hoogte en kant waar het monster zal worden geëxtraheerd, moet er een extra persoon in de buurt zijn die de boom nauwlettend in de gaten houdt, klaar om de zager te waarschuwen voor het geval de boom begint te vallen. Zorg ervoor dat deze extra persoon en de zager een non-verbale/niet-visuele manier hebben om te communiceren, zoals een tik op de schouder, in geval van een dergelijke noodsituatie. Zorg er bovendien voor dat beide personen een vooraf bepaalde evacuatiestrategie en veiligheidszone hebben voordat u begint met snijden.
   6. Na het selecteren van de boom en de kant met het beste record, en de nodige veiligheidsmaatregelen, extraheert u het monster van het vuurlitteken uit een levende of dode boom die overeind staat.
      1. Snijd eerst een gedeeltelijke doorsnede van de boom ^9,19. Om dit te doen, maakt u een horizontale snede langs de dwarsdoorsnede aan één kant van de door vuur getekende stam (Catface) die zich uitstrekt van de schors tot het midden van de boom en alle littekens doorsnijdt die moeten worden verwijderd (Figuur 3D).
      2. Maak na het maken van de eerste horizontale snede een tweede horizontale parallelle snede 2 tot 3 cm boven of onder de eerste snede (Figuur 3D). Hoe dunner de snede, hoe minder schade het aan de boom zal toebrengen; De dikte hangt echter af van hoe stevig de boom is. Als de boom sterk verslechterd is, moet het monster dikker zijn (>3 cm) om meer stabiliteit te bieden.
      3. Nadat u de twee horizontale sneden over de stam hebt gemaakt, maakt u twee invalsneden, een van de achterkant en een andere van de voorkant van de boom naar het midden van de boom om de dwarsdoorsnede van de boom te verwijderen. Maak de invalsnede met de punt van het zaagblad om de boom binnen te gaan op het punt waar de twee parallelle horizontale zaagsneden eindigen. De invalsneden moeten al het hout snijden dat de doorsnede aan de boom vasthoudt, waardoor de doorsnede kan worden geëxtraheerd (Figuur 3E,F).
         OPMERKING: Begin de invalzaagsnede door het kettingzaagblad in een hoek van 45° ten opzichte van de boomstam te plaatsen (Afbeelding 3E), aan het einde van de twee parallelle horizontale zaagsneden. Begin de zaagsnede met de bovenste punt van de zaagblad en zaag langzaam in de boom met een opwaartse beweging om te voorkomen dat de zaag terugslaat. Zodra de snede is gestart en het zaagblad de boom is binnengedrongen, kan de staaf in een horizontale positie worden gebracht (Figuur 3F) om dieper in de boom door te dringen. Beginnen in een hoek van 45 graden zorgt voor een veiligere start van de snede. Als het begin van de zaagsnede wordt geprobeerd vanuit een positie die horizontaal ten opzichte van de stam is, zal het kettingzaagblad met grote kracht van de boom wegstuiteren en letsel kunnen veroorzaken.
      4. Extraheer het monster (Figuur 3G).
      5. Label het voorbeeld met behulp van de sitecode, het boomnummer en het voorbeeldnummer (het eerste voorbeeld van CRN van de site wordt bijvoorbeeld gelabeld als CRN-01-a. Boomnummer (1, 2, 3, ...) en monsternummer, dit laatste wordt aangegeven met letters, a, b, c, enz.) (Figuur 3H).
      6. Maak een foto van het monster in het veld; Dit maakt het mogelijk om de fysieke toestand van het monster op het moment van extractie vast te leggen, inclusief de vorm, het aantal stuks (als het in meerdere stukken is gesplitst), de staat van het monster, het monsterlabel voor het geval het wordt gewist, enz. Als het monster bij het extraheren in verschillende stukken splitst, reconstrueer dan het monster zo goed mogelijk, inclusief alle stukken, en markeer elk stuk met een stift.
      7. Om het reconstrueren van het monster te vergemakkelijken, markeert u waar de stukken samenkomen door loodrechte lijnen door aangrenzende stukken te trekken. Elk van deze stukken moet afzonderlijk worden gelabeld met de site en boom-ID plus een uniek nummer voor elk afzonderlijk stuk. Daarom, als de stukken van het monster worden gemengd, zal deze informatie de foto aanvullen en het gemakkelijker maken om te bepalen hoe elk stuk in het monster is gerangschikt¹⁷. Een tekening in het veld op het moment van extractie kan deze reconstructie ook vergemakkelijken. Het voordeel van een tekening is dat het mogelijk is om te annoteren en dus individuele stukken binnen de tekening te labelen.
      8. Gebruik ten slotte isolatietape of plasticfolie om het brandlittekenmonster en alle afzonderlijke stukken zo dicht mogelijk bij de oorspronkelijke opstelling te bevestigen. Dit is vooral belangrijk voor monsters van brandlittekens met een zekere mate van verslechtering of rot. Door het monster stevig in te pakken, wordt het monster ook beschermd terwijl het naar het laboratorium wordt vervoerd¹⁷ (Figuur 3I).
      9. Hoewel de meeste onderzoeken naar brandreconstructie gedeeltelijke of volledige doorsneden gebruiken, is het belangrijk te vermelden dat een ander alternatief, hoewel niet veel gebruikt, het gebruik van incrementele kernen is. Dit type bemonstering is alleen mogelijk in levende of vaste dode bomen en rekening houdend met de winningsoverwegingen aangegeven in figuur 4.

Figuur 3: Bemonsteringsproces van brandlittekens. (A) Er wordt een boom met brandlittekens geselecteerd en (B) een close-up van het kattengezicht (gebieden met blootgestelde brandlittekens aan de voet van de boom) toont talrijke brandlittekens en zou een voorbeeld zijn van een boom die zou kunnen worden geselecteerd voor bemonstering. (C) Extractie van een door vuur getekend monster uit een boomstam. In het geval van boomstammen is het verwijderen van een gedeeltelijke of volledige doorsnede gemakkelijker omdat het zagen verticaal kan worden gedaan. In het geval van levende bomen en haken en ogen is het proces moeilijker en omvat het de volgende stappen: (D) om brandlittekens uit levende bomen te halen, is de eerste stap het selecteren van het gezicht met de duidelijkste records en het maken van twee horizontale sneden aan de basis van de boomstam. (E,F) Om het monster te extraheren, voert u een invalsnede uit, waarbij de punt van de kettingzaag verticaal langs de achterkant van de twee horizontale sneden wordt geduwd, van de schors naar het midden van de boom om het monster af te breken, (G) het monster wordt vervolgens geëxtraheerd en (H) gelabeld (studiegebied, locatie en boomnummer, monsternummer, coördinaten), en ten slotte (I) het monster wordt in plastic verpakt om schade te voorkomen terwijl het naar het laboratorium wordt vervoerd. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 4: Bemonstering van door vuur bedekte bomen door het extraheren van groeikernen (incrementele kernen) met een Pressler-boor. Om deze bemonsteringstechniek met succes uit te voeren, is het belangrijk om rekening te houden met de hoek van de extractie ten opzichte van het litteken. 1) De monsterkern die het vuurlitteken kruist, zal onvolledig zijn omdat alle ringen na het litteken zullen ontbreken, 2) in de tweede kern kunnen de eerste ringen na het litteken ook ontbreken, maar 3) idealiter zal een derde kern alle groeiringen hebben en de identificatie en datering van het vuurlitteken tot het exacte jaar mogelijk maken en 4) een vierde kern ver van het vuurlitteken, Daarom zullen met alle groeiringen worden verkregen, maar het zal niet dienen om de brand te identificeren en te dateren. Deze laatste kan echter dienen als referentiechronologie voor de stamboom. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

2. Monstervoorbereiding in het laboratorium

1. Zodra de monsters van het brandlitteken in het laboratorium zijn aangekomen, pakt u ze voorzichtig uit en scheidt u de doorsneden uit één stuk van die welke uit meerdere stukken bestaan.
2. Herstel monsters met meerdere stukken. Deze procedure bestaat uit het identificeren van alle stukken die deel uitmaken van het monster en het aan elkaar lijmen van de verschillende stukken (met witte lijm voor hout). Gebruik indien nodig de foto's die in het veld zijn gemaakt om de opstelling van elk afzonderlijk stuk te bepalen.
3. In monsters die sterk zijn aangetast door rot, is het aanbrengen van lijm mogelijk niet voldoende om de vereiste stevigheid te creëren die nodig is bij het schuren/polijsten en dateren. Om de benodigde stabiliteit te creëren, monteert u deze samples. Dat wil zeggen, na het monteren van alle onderdelen van deze monsters, monteert u alle afzonderlijke stukken van het monster op een houten oppervlak (bijvoorbeeld multiplex), plakt u alle monsterstukken vast met behulp van een mechanische nietmachine tijdens het lijmproces, indien nodig¹⁷.
4. Nadat het voorbereidingsproces is voltooid, droogt u de monsters 3-5 dagen buiten in de schaduw. Droog de monsters niet direct in de zon, omdat het plotselinge verlies van vocht ertoe kan leiden dat het monster splijt en breekt.
5. Nadat de monsters zijn opgedroogd, snijdt u dikkere monsters (>3 cm) tot een dikte van 2 tot 3 cm om het hanteren onder de microscoop en het meetsysteem te vergemakkelijken.
6. Schuur/polijst alle monsters met verschillende schuurpapierkorrels, van korrel 40 tot 1.200. Begin met het kleinste aantal (grofste) korrels om de ruwste gesneden delen te verwijderen en ga verder met schuren met steeds hogere korrels (fijner) totdat een uniform oppervlak is bereikt en de boomringcelstructuren duidelijk zichtbaar zijn onder een microscoop. Dit maakt het mogelijk om de positie van het brandlitteken binnen de jaarring te identificeren (Figuur 5).

Figuur 5: Door vuur getekend Pinus hartwegii-monster na voorbereiding of schuren. Het eerste aantal jaarringen, gemarkeerd met blauwe stippen, geeft de leeftijd van de steekproef aan (121 jaar). De gedateerde jaarringen zijn in het zwart afgebeeld (1891-2011). Directe datering is mogelijk in monsters die zijn verzameld van levende bomen waarvan het jaar van de buitenste ring bekend is (2011 in dit geval), de ringen duidelijk zijn en er geen groeiproblemen zijn (ontbrekende en valse ringen) of dergelijke problemen gemakkelijk kunnen worden onderscheiden. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

3. Jaarring datering

1. Tel de jaarringen op elk monster om de leeftijd te bepalen, beginnend vanuit het midden naar de schors. Markeer elke periode van 10 jaar met één punt, 50 jaar met twee stippen en drie stippen om elke 100 jaar²⁰ aan te geven.
2. Bepaal het exacte jaar van vorming van elk van de jaarringen door groeipatronen²⁰ te vergelijken.
3. In monsters van jonge levende bomen is de datum van de buitenste ring (grenzend aan de schors) bekend omdat dit het jaar is waarin het monster is verzameld. Dateer in dit geval direct op het monster door de ringen van buiten (schors) naar het midden van het monster te tellen. Als het monster bijvoorbeeld in de laatste maanden van 2011 is verzameld, zal de groei van dat jaar al bijna volledig voltooid zijn, daarom zal de datum van deze laatste buitenste ring 2011 zijn. Begin af te tellen vanaf deze ring en markeer de datum van de volgende ringen tot aan de binnenste ring (Figuur 5). Zoals eerder vermeld, markeer het begin van elk decennium met één punt, twee stippen voor het vijftigste jaar en drie stippen voor elke eeuw.
4. Ontwikkel voor bomen met de langstlevende leven een groeigrafiek of skeletplots voor elk monster en vergelijk de groeipatronen tussen bomen. Voor meer informatie over het maken van een skeletplot, zie Stokes en Smiley²⁰. Synchronie (van dunne en brede ringen) tussen verschillende bomen is een indicatie dat er geen groeiproblemen zijn (valse of ontbrekende ringen). Daarom is het haalbaar om datums (kalenderjaren) aan de ringen toe te kennen op dezelfde manier als bij de levende bomen is gedaan.
5. Sommige monsters van brandlittekens vertonen mogelijk geen synchrone groeipatronen met andere bomen, dit is te wijten aan groeionderdrukkingen (zeer kleine ringen) die kunnen leiden tot ontbrekende ringen (d.w.z. kalenderjaren waarin de boom geen hout aan dat deel van de boom heeft toegevoegd) in specifieke jaren en die niet in aanmerking zijn genomen bij de telling. Omgekeerd is het mogelijk om "valse ringen" te hebben. Een valse ring is een boomring die eruitziet als twee ringen, maar in werkelijkheid wordt geassocieerd met een enkel kalenderjaar. Dit wordt veroorzaakt wanneer de boom gestrest is als gevolg van droogte in het seizoen en latehout begint te leggen ter voorbereiding op het stoppen van de groei, om vervolgens de normale groei opnieuw te starten nadat hij voldoende vocht heeft ontvangen. Bepaal welke van deze twee problemen het gebrek aan synchronie voorkomt door elke individuele ring te vergelijken tussen de niet-gesynchroniseerde steekproef en een steekproef die geen groeiproblemen registreerde.
6. Zodra het probleem is geïdentificeerd, corrigeert u het aantal boomringen in het niet-gesynchroniseerde monster en de groeigrafiek. Herhaal deze procedure voor alle samples die niet gesynchroniseerd zijn.
7. Ontwikkel tot nu toe alle levende bomen een gemiddelde grafiek die gewoonlijk de "Hoofdchronologie" wordt genoemd, die het gemiddelde is van alle individuele skeletpercelen en het groeipatroon van de site aangeeft. Voor meer informatie over het maken van een Master-chronologie, zie Stokes en Smiley²⁰.
8. Nadat de levende bomen met een bekende buitenste jaarring zijn gedateerd, begint u met het dateren van dode bomen, waarvan de buitenste ring onbekend is. Om dit te doen, begint u met het maken van een skeletgrafiek voor elke steekproef van dode bomen, vergelijkt u de skeletgrafiek van elke dode boom met de hoofdchronologie die is afgeleid van levende bomen (gekruist)²⁰. De sleutel tot het matchen van de boomringgroeipatronen tussen de dode bomen en de hoofdchronologie is het matchen van het patroon van jaren met onderdrukte groei (kleine boomringen). Kleine jaarringen zijn per definitie het gevolg van een klimaatpatroon dat resulteert in een gebrek aan vocht. Omdat droogte door alle bomen wordt ervaren en geregistreerd, zal dit gemeenschappelijke patroon worden weerspiegeld in de jaarringpatronen van alle bomen in het studiegebied.
9. Wanneer het groeipatroon van de dode boom perfect overeenkomt met de hoofdchronologiegrafiek, bepaal dan het kalenderjaar waarin de boom stierf. Dat wil zeggen, de buitenste ring van het monster komt overeen met de jaren waarin de boom stierf, maar alleen als de schors nog aanwezig is. Zonder de schors is het onmogelijk om het jaar te weten waarin de boom stierf, hoewel het nog steeds mogelijk is om de rest van de boomringen in het monster te dateren.
10. In gevallen waarin de dode bomen niet perfect gesynchroniseerd zijn met de hoofdchronologie, identificeer dan het probleem (identificeer ontbrekende en/of valse ringen) en breng de nodige aanpassingen aan, volgens dezelfde procedure die wordt gebruikt voor levende bomen.
11. Zodra elk monster van een brandlitteken is gedateerd (voorlopig gedateerd), meet u de breedte van elke individuele boomring langs een loodrechte lijn over de doorsnede met behulp van een meetsysteem (bijvoorbeeld Velmex met een precisie van 0,001 mm)²¹. Wie geen Velmex heeft, kan gebruik maken van een scanner met hoge resolutie. Dat wil zeggen, jaarringmetingen en datering kunnen ook worden gedaan met behulp van gescande afbeeldingen van de doorsneden en software zoals CDendro/CooRecorder. Metingen van de boomringbreedtes zullen worden gebruikt om de kwaliteit van de datering statistisch te verifiëren met het COFECHA-programma²². Dit wordt aanbevolen om de kwaliteit van de datering te valideren.
12. Als er een eerdere chronologie is ontwikkeld in het studiegebied op basis van de jaarlijkse boomringen die statistisch is geverifieerd, gebruik dan die chronologie of masterreeks om de datering van monsters van brandlittekens te ondersteunen.

4. Datering van brandlittekens

1. Nadat de jaarringdatering in elk monster is voltooid, identificeert u alle brandlittekens in het monster en bepaalt u het jaar waarin de brand plaatsvond (Figuur 6A).

Figuur 6: Positie van het brandlitteken en seizoensgebondenheid binnen de jaarring en het bijbehorende kalenderjaar. Paneel A is een voorbeeld van een door brand getekende doorsnede met individuele brandlittekens aangegeven door de rode pijl en voorafgegaan door het jaar waarin elke brand plaatsvond tussen 1902 en 2003. Panelen B, C en D tonen uitvergrote voorbeelden van brandlittekens in respectievelijk het slapende (D), vroeg-vroege hout (EE) en het midden-vroege hout (ME) binnen de eenjarige boomring. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

5. Bepalen van de seizoensgebondenheid van brandlittekens

1. Gebruik de positie van het brandlitteken binnen de jaarlijkse jaarring om het seizoen te bepalen waarin de brand plaatsvond. Wijs in het algemeen de locatie van elk brandlitteken toe aan een van de volgende categorieën (Figuur 6B) binnen de boomring: EE (vroeg deel van het vroege hout), ME (middelste deel van het vroege hout), LM (einde deel van het vroege hout), L (laat hout) en D (rustperiode of ringgrens)^23,18.
2. Wijs brandlittekens die optreden tijdens de rustperiode (tussen ringgrenzen) toe aan het begin van het vroege hout van het volgende jaar (lentebranden), tenzij andere monsters brandlittekens hebben in het latehoutgedeelte van de boomring 24,25,26. De seizoensgebondenheidscategorieën kunnen ook worden gegroepeerd in lente- (D + EE) en zomerseizoenen (ME + LE + L)¹¹.
   OPMERKING: De groepering van deze categorieën kan variëren afhankelijk van de geografische regio en het bostype.

6. Gegevensanalyse

1. Om gegevens over brandlittekens te analyseren, bouwt u eerst een database met brandgeschiedenis met behulp van een spreadsheet, waarbij elk monster een rij is en elke kolom een variabele is die aan dat monster is gekoppeld. U kunt overwegen de volgende velden voor elk voorbeeld op te nemen.
   1. Vermeld de wetenschappelijke boomnaam: geslacht en soort.
   2. Vermeld het monsternummer: Het nummer dat tijdens het verzamelen van het veld aan het monster is toegekend, bijvoorbeeld CRN01a (Cuenca Río Nazas, boom 01, monster a).
   3. Voeg het jaar toe: Dit gedeelte bevat twee data, het jaar van de binnenste (of middelste) ring en de buitenste (het dichtst bij de schors) ring. Het is belangrijk om aan te geven wanneer de eerste ring overeenkomt met merg en of de buitenste ring grenst aan de schors, wat de datum aangeeft waarop het monster stierf of stopte met registreren. Deze informatie is vereist door de meeste programma's die worden gebruikt voor de analyse van de brandgeschiedenis.
   4. Voeg de binnenste ringdatum toe.
   5. Voeg de buitenste ringdatum toe.
   6. Neem het merg op (Ja of Nee).
   7. Lijst van alle jaren en seizoenen met vuurlittekens. Bijvoorbeeld: 1902EE, zou erop wijzen dat er in het begin van het vroege bos in het jaar 1902 brand werd geregistreerd (Figuur 6C).
2. Upload het brandgeschiedenisbestand naar het Fire History Analysis and Exploration System (FHAES) versie 2.0.0-SNAPSHOT²⁷. Als het programma niet beschikbaar is, download het dan via deze link: https://www.frames.gov/partner-sites/fhaes/fhaes-home/.
   1. Open het programma. Er zijn drie opties: maak een nieuw FHX-bestand, laad bestaande FHX-bestanden en voer een analyse van gesuperponeerde epochs uit.
   2. Selecteer de eerste optie: Maak een nieuw FHX-bestand. Een nieuw venster met de naam Fire History Recorder wordt geopend en biedt de volgende opties: Gegevens, Metadata, Samenvatting en Grafieken.
   3. Selecteer Gegevens om de voorbeelden te selecteren die momenteel zijn geladen en klik op het groene kruisteken om een nieuw voorbeeld aan deze gegevensset toe te voegen.
   4. Er wordt een nieuw venster geopend met de vraag naar: Voorbeeldnaam, Eerste jaar (komt de binnenste ring overeen met het merg of niet?), Vorig jaar (komt het jaar overeen met de schors of niet?). Zodra deze algemene informatie is verstrekt, klikt u op OK om door te gaan.
   5. Het venster met de algemene informatie dat is toegevoegd, is nu geactiveerd en bevat drie velden: Evenementtype, Evenementseizoen en Evenementjaar. Begin met het toevoegen van de specifieke informatie, inclusief elke brandgebeurtenis, aan het eerste voorbeeld. Klik op Gebeurtenis toevoegen om informatie toe te voegen voor elk van de drie velden.
   6. De informatie die voor elk van de velden vereist is, is: Selecteer in Gebeurtenistype de optie Vuurlitteken, selecteer in Evenementseizoen de positie van het vuurlitteken binnen de boomring en neem in het Gebeurtenisjaar het kalenderjaar op waarin de brand plaatsvond. Begin bij het oudste tot het meest recente record.
   7. Voeg in Event Add de volgende fire event toe totdat de laatste fire in dat voorbeeld is toegevoegd.
   8. Nadat u het voorbeeld hebt voltooid, slaat u het bestand op volgens de sitenaam en de FHX-extensie (bijvoorbeeld: CRN. FHX), bij voorkeur in dezelfde map als het FHAES-programma, wanneer u de optie krijgt om op te slaan. U krijgt dan een melding dat het bestand met succes is opgeslagen, tenzij er een probleem is met het bestand, in welk geval dat bericht niet verschijnt. In dat geval moet het probleem worden verholpen voordat u verder gaat.
   9. Als u de informatie voor het nieuwe voorbeeld wilt toevoegen, klikt u op Een nieuw voorbeeld toevoegen aan deze gegevensset en geeft u de informatie voor het nieuwe voorbeeld op.
   10. Klik op Ok om verder te gaan.
   11. Dit activeert een nieuw venster om informatie toe te voegen over elke brand in het monster. Volg dezelfde procedure om alle monsters van brandlittekens aan het bestand toe te voegen. Sla de informatie op telkens wanneer een nieuw voorbeeld wordt toegevoegd en controleer of het correct is opgeslagen door het bericht te noteren dat het FHX-bestand met succes is opgeslagen.
   12. Als het niet mogelijk is om alle informatie binnen één sessie toe te voegen, werkt u later verder aan de database. Open hiervoor het FHAES-programma en klik op Laad bestaande FHX-bestanden op. Selecteer het bestand om verder aan te werken. Klik op Openen en er wordt een nieuw venster geopend met de gegevens voor het voorbeeld. Selecteer Bestand bewerken in het menu hierboven, dat een nieuw venster zou moeten openen Fire History Recorder-CRN.FHX met het bestand; Ga vanaf hier verder met het invoeren van de informatie die nog nodig is.
   13. Om het bestand te voltooien, voegt u de informatie toe die belangrijk kan zijn als onderdeel van de metagegevens. Deze informatie kan bestaan uit samenvattingen en grafieken, die met dat bestand zijn gegenereerd. Een andere optie voor analyse en grafieken van de brandgeschiedenis is de nieuwe software "burnr in R"²⁸.
3. Het genereren van een grafiek met brandgeschiedenis. Open het FHAES-programma en open het bestand dat is gemaakt met behulp van de hierboven beschreven database (CRN. FHX). Selecteer de optie Grafiek en de geschiedenis van de brand is grafisch te zien.
4. Genereer beschrijvende statistieken over de brandgeschiedenis op basis van het jaar en het seizoen waarin de branden zich hebben voorgedaan. Net als bij de processen die worden gebruikt om de grafieken te maken, opent u het bestand in FHAES en selecteert u Analyse > Analyse uitvoeren > Toepassen. Aan de rechterkant van het programmascherm wordt een nieuw venster geopend (FHAES-analyseresultaat) met zowel het overzicht van de intervalanalyse als het seizoensoverzicht. De belangrijkste beschrijvende statistieken zijn: gemiddeld brandinterval (MFI), minimum- en maximumintervallen, gemiddeld brandinterval per monster en het Weibull mediane waarschijnlijkheidsinterval (WMPI) of brandherhaling. Dit laatste is een maat voor de centrale verdeling die wordt gebruikt om de asymmetrische verdeling van brandintervallen te modelleren en om herhalingsintervallen uit te drukken in probabilistische termen^29,30.
5. Beschouw voor elke statistiek drie filters: 1) alle littekens, 2) 10% filter, dit zijn brandjaren die door 10% of meer van de monsters als littekens zijn geregistreerd, en 3) 25% filter, dit zijn brandjaren die door 25% of meer van de monsters als littekens zijn geregistreerd. Het laatste filter maakt het mogelijk om de intervallen van de meest uitgebreide branden te bepalen³⁰.
6. Wat de seizoensgebondenheid van de brand betreft, worden verschillende parameters weergegeven, waarvan de belangrijkste het aantal en het percentage littekens is dat voor elke categorie binnen de ring is geregistreerd. Evenzo wordt het aantal en percentage branden dat in de lente- en zomerseizoenen is geregistreerd,¹¹ vermeld.

7. Klimaat-brand analyse

1. Open het FHAES-programma en selecteer Superposed Epoch Analysis (SEA) uitvoeren.
2. Gebruik voor deze analyse twee bestanden: 1) Doorlopend tijdreeksbestand en 2) Gebeurtenislijstbestand. Het eerste bestand verwijst naar de klimatologische gegevens die in de kolom zijn geordend (bijvoorbeeld: Neerslag, Temperatuur, PDSI, ENSO, enz.) en het tweede bestand geeft een overzicht van de gereconstrueerde branden in een kolom, beide bestanden moeten in tekstformaat (.txt) zijn.
3. Laad elk van deze bestanden in de juiste indeling.
4. Bij het uitvoeren van de SEA-analyse is het mogelijk om het aantal jaren voor en na de brandjaren aan te passen in het venster Simulatie en statistieken. Het wordt echter ten zeerste aanbevolen om de standaardparameters te behouden.
5. Klik onderaan op Uitvoeren om de analyse uit te voeren.
6. Dit genereert de samenvattende informatie; klik vanaf daar op Grafiek om de resultaten te maken die automatisch worden weergegeven als staafdiagrammen.
7. Interpreteer deze grafieken: op de X-as staat "0" voor het brandjaar, negatieve en positieve waarden geven jaren voor de branden en na de brand aan. Betrouwbaarheidsintervallen van 95, 99 en 99,9% worden weergegeven in de vorm van lijnen boven en onder de gemiddelde as, die het belang van de analyse uitdrukken.
8. Sla de uitvoer op in PNG- of PDF-formaat.
9. Op basis van deze analyse is het mogelijk om de invloed van klimaatvariabiliteit op het optreden van branden in de loop van de tijd te beoordelen, inclusief de klimaatomstandigheden in de jaren voor, tijdens en na de branden die in de analyse zijn opgenomen. Raadpleeg de gebruikershandleiding³¹ voor meer ondersteuning bij de uitvoering en interpretatie van resultaten met FHAES.

Resultaten

Wanneer een oppervlaktebrand in een bos brandt, worden de boomstammen van sommige bomen vaak beschadigd, waardoor letsel ontstaat dat vervolgens geneest (Figuur 7A). Deze littekens ontstaan wanneer het vuur intens genoeg is of lang genoeg is om de schors binnen te dringen en een deel van het cambium te doden. Historisch gezien kwamen dergelijke branden vaak genoeg voor om de ophoping van brandstoffen te voorkomen; Daarom zouden de meeste van deze branden de ...

Discussie

In beboste ecosystemen is vuur een belangrijk ecologisch proces; Daarom is het reconstrueren van historische brandregimes belangrijk om inzicht te krijgen in de frequentie, seizoensgebondenheid en variabiliteit van branden in de loop van de tijd. Wijzigingen in het historische brandregime kunnen mogelijk leiden tot onbedoelde gevolgen met betrekking tot de structuur en gezondheid van het bos; Daarom is dergelijke informatie van cruciaal belang bij bosbeheer. Deze methodologische benaderi...

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
Belt Sander		Dewalt Dwp352vs-b3 3x21 PuLG	Voor het schuren van monsters
Ketenzaaglaarzen	Forestry Suppliers	Er is geen specifiek kenmerk	https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Chain%20Saw%20Boots
Ketenzaaghosen	Forestry Suppliers	PGI 5-Ply Para-Aramid	https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Chain%20Saw%20Chaps
Ketenzaag	Stihl of Husqvarna bijvoorbeeld	MS 660	Essentiële apparatuur voor het nemen van monsters (Voorbeeld: 18-24 inch stang)
Clinomètre	Forestry Suppliers	Suunto PM5/360PC met procent- en graadschalen	https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Clinometer
COFECHA Software			https://www.ldeo.columbia.edu/tree-ring-laboratory/resources/software
Kompas	Forestry Suppliers	Suunto MC2 Navigator Mirror Sighting	https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=compass
Dendroecologisch veldwerkprogramma		Programma waar dateringsvaardigheden kunnen worden verworven of verfijnd	http://dendrolab.indstate.edu/NADEF.htm
Diameter tape	Forestry Suppliers	Model 283D/10M Fabric of staal	https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Diameter%20tape
Digitale camera	CANON	EOS 90D DSLR	Om foto's te maken van de locatie en de verzamelde monsters (https://www.canon.com.mx/productos/fotografia/camaras-eos-reflex)
Digitale camera voor microscoop	OLYMPUS	DP27	https://www.olympus-ims.com/es/microscope/dp27/
Elektrisch tape of plasticfolie om monsters te beschermen	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/
Veldformaat		Er is geen specifiek kenmerk	Om informatie van elk van de monsters te verzamelen
Veldnotitieboek			Om aantekeningen te maken over informatie van de onderzoekslocatie
Handschoenen			Voor bescherming in het veld
Gehoorbescherming	Forestry Suppliers	Er is geen specifiek kenmerk	https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Hearing%20protection
Grote rugzakken		Er is geen specifiek kenmerk	Sterk rugzakje voor het vervoer van monsters in het veld
Veiligheidsbrillen	Forestry Suppliers	Er is geen specifiek kenmerk	https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Safety%20Glasses
Schuurschijf			Van 40 tot 1200 grit
Software CDendro/ CooRecorder		Boomringmetingen en datering kunnen ook worden gedaan met behulp van gescande afbeeldingen van de dwarsdoorsneden	https://www.cybis.se/forfun/dendro/
Software Measure J2X		Versie 4.2	ttp://www.voortech.dreamhosters.com/projectj2x/tringSubscribeV2.html
Stereomicroscoop	OLYMPUS	SZX10	https://www.olympus-ims.com/en/microscope/szx10/
Topografische kaart, landdekkingskaart			Verkregen van een openbare instelling of gegenereerd in een eerste onderzoeksfase
Velmex apparatuur	Velmex, Inc.	0,001 mm precisie	www.velmex.com
Bosbrandhelm	Forestry Suppliers	Er is geen specifiek kenmerk	https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Wildland%20Fire%20Helmet