Como extrair a variabilidade climática dos anéis das árvores

Resumo

As reconstruções climáticas dos anéis das árvores podem ser úteis para entender melhor a variabilidade climática passada além dos registros instrumentais. Este protocolo mostra como reconstruir o clima passado usando anéis de árvores e registros instrumentais meteorológicos.

Resumo

Os anéis de árvores têm sido usados para reconstruir variáveis climatológicas em muitos locais ao redor do mundo. Além disso, os anéis de árvores podem fornecer informações valiosas sobre a variabilidade climática dos últimos séculos e, em algumas áreas, de vários milênios. Apesar do importante desenvolvimento que a dendrocronologia teve nas últimas décadas para estudar o potencial dendroclimático de um grande número de espécies presentes em diferentes ecossistemas, ainda há muito a ser feito e explorado. Além disso, nos últimos anos, mais pessoas (estudantes, professores e pesquisadores) em todo o mundo estão interessadas em implementar essa ciência para estender a linha do tempo das informações climáticas para trás e entender como o clima mudou em escalas de décadas, séculos ou milênios. Portanto, o objetivo deste trabalho é descrever os aspectos gerais e as etapas básicas necessárias para realizar uma reconstrução climática de anéis de árvores, desde a seleção do local e amostragem de campo até os métodos laboratoriais e análise de dados. No vídeo e no manuscrito deste método, a base geral nas reconstruções climáticas dos anéis de árvores é explicada para que os recém-chegados e estudantes possam usá-la como um guia disponível neste campo de pesquisa.

Introdução

Os anéis das árvores são fundamentais para nossa compreensão de como as árvores respondem ao seu ambiente. Além disso, como o clima afeta o crescimento das árvores, as árvores servem como medidores ambientais que registram as variações temporais durante sua vida útil. Assim, os anéis das árvores têm sido valiosos para reconstruir climas passados muito além de qualquer registro climático instrumental.

Os processos de crescimento em raízes, caules, galhos, folhas e estratégias reprodutivas em árvores são regulados por fatores ambientais, como água, luz, temperatura e nutrientes do solo¹. Por exemplo, os caules crescem radialmente e o câmbio vascular controla o crescimento radial². O câmbio vascular é um tecido meristemático que produzirá ativamente novas células funcionais, como xilema e casca, localizadas no limite externo do caule. Além disso, o câmbio vascular é principalmente ativo durante os ciclos sazonais. No entanto, essa atividade de crescimento pode ser interrompida durante períodos de dormência e durante determinadas estações do ano. Esse período de dormência geralmente ocorre quando as variáveis ambientais não são ideais (por exemplo, ciclos diurnos mais curtos, períodos prolongados de seca, invernos frios ou inundações). Além disso, os ciclos de crescimento e dormência se traduzem em mudanças na atividade do câmbio, resultando em limites concêntricos anatomicamente distintos no caule chamados anéis de árvores³.

As árvores geralmente produzem um anel de árvores por ano, uma vez que a sazonalidade climática ocorre anualmente. Assim, os anéis das árvores são a manifestação visual da resposta ecofisiológica do câmbio vascular às condições climáticas intraanuais durante o crescimento das árvores³. O aglomerado inicial de células do xilema formado em um anel de árvore durante a estação chuvosa será caracterizado por células maiores chamadas early wood⁴. Em contraste, durante a estação seca e em resposta à escassez de água, o câmbio vascular produz células xilemas menores (traqueídeos ou vasos) com paredes celulares mais espessas chamadas lenho tardio. Essa variação nas estruturas anatômicas é mais perceptível nas coníferas, onde o lenho inicial apresenta uma cor mais clara do que o lenho tardio, apresentando uma cor mais escura⁵. O espaço entre o início do lenho inicial e o final do lenho tardio é definido como um anel de árvore (Figura 8F).

As árvores que crescem em locais com uma estação chuvosa e seca bem definida podem esperar anos com uma quantidade maior ou menor de precipitação. Essa variabilidade levará as árvores a produzir anéis mais largos durante os anos úmidos e anéis mais estreitos durante os anos secos. Esses padrões temporais de anéis largos e estreitos podem ser vistos como um código de barras. Essa variação temporal da largura dos anéis das árvores é a base para a aplicação do processo de datação cruzada, um dos princípios mais críticos na pesquisa dos anéis das árvores⁶. O processo de datação cruzada é satisfatório quando os padrões de anéis largos e estreitos em todas as amostras são sincronizados com sucesso a tempo de atribuir o ano de formação correspondente.

Em muitas regiões do mundo onde ocorre o clima sazonal, o sinal mais dominante registrado nos anéis das árvores provavelmente está relacionado à variabilidade climática⁷. No entanto, os anéis das árvores também contêm informações adicionais relacionadas à idade (as árvores jovens crescem mais rápido do que as mais velhas), competição por recursos com as árvores vizinhas e distúrbios internos e externos (por exemplo, eventos de mortalidade, surtos de pragas ou incêndios)⁸. Assim, antes de tentar reconstruir climas passados usando larguras de anéis de árvores, os sinais não climáticos precisam ser removidos por meio de vários procedimentos estatísticos explicados neste manuscrito.

O principal objetivo deste protocolo é mostrar como desenvolver uma reconstrução climática com base em dados de anéis de árvores para entender a variabilidade climática passada. Assim, este manuscrito mostrará os métodos essenciais de campo e laboratório, como amostragem, preparação de amostras, datação cruzada e medição de larguras de anéis de árvores necessárias para desenvolver uma reconstrução climática. Além disso, este protocolo também explicará as análises estatísticas fundamentais usadas para extrair a variabilidade comum das larguras dos anéis das árvores e construir uma cronologia dos anéis das árvores que será correlacionada com os dados climáticos. Finalmente, usando um modelo de regressão linear simples, o protocolo mostrará como reconstruir o clima passado usando a cronologia dos anéis de crescimento como variável preditora e os dados climáticos como preditor.

Protocolo

Antes das saídas de campo, tenha a permissão dos proprietários, no caso de uma área de conservação, ou das autoridades correspondentes. É muito importante que alguns funcionários que representem a autoridade participem do trabalho de campo para evitar qualquer problema.

1. Estratégia de amostragem

1. Determinando a área de estudo
   1. Selecione a área de amostragem mais apropriada com base nas informações climáticas e na composição da floresta (as florestas podem ser altamente heterogêneas; Figura 1A,B).
   2. Verificar se o local de amostragem apresenta sazonalidade climática anual evidente e variação climática interanual, incluindo a estação seca/húmida ou fria/quente durante o ano. Inspecione os registros climáticos de estações meteorológicas próximas para determinar a sazonalidade climática anual e a variação climática interanual.
   3. Certifique-se de que a variabilidade interanual climática moderada a alta esteja presente para que as árvores no local de estudo apresentem variação de largura de anel ano a ano suficiente para datar amostras cruzadas entre as árvores.
   4. Realizar viagens de campo na área de interesse para identificar potenciais locais com as espécies de interesse (Figura 1B)
   5. Use algumas das ferramentas recomendadas, como cartografia, drones e imagens de satélite, para explorar uma área florestal maior e detectar mais áreas de amostragem em potencial. Verifique as informações dessas fontes no campo.
   6. Reúna informações de fontes complementares, como as partes interessadas regionais, que incluem prestadores de serviços florestais, produtores florestais, comunidades rurais e pequenos proprietários de terras. Escolha os melhores locais de estudo e os indivíduos mais adequados para cumprir o objetivo com base nas informações obtidas de ambas as fontes.
   7. Selecione áreas onde os indivíduos de vida mais longa das espécies de interesse são observados (Figura 2A, B). Observe árvores mortas em pé, árvores caídas e tocos. Amostras mortas antigas são muito importantes, pois permitem que a cronologia seja estendida no tempo (Figura 2A, C, D, E)
   8. Registre a localização de indivíduos com as características mencionadas acima usando um GPS.
2. Considerações para selecionar a melhor árvore
   1. Uma vez localizado o melhor local, selecione as árvores a serem amostradas adequadamente. Árvores localizadas em solos rasos e rochosos e encostas íngremes são mais sensíveis à variabilidade climática. Use essas características ecofisiográficas para determinar os fatores limitantes que as árvores provavelmente registrarão (Figura 2A).
      NOTA: Evite coletar amostras de árvores em locais de alta competição; Nesses locais de alta densidade, as árvores terão um forte sinal de dinâmica de povoamento florestal e um sinal climático reduzido.
   2. Registre as informações do site em formato de campo. Colete informações geográficas e ecológicas sobre a área, como coordenadas, elevação, inclinação do terreno, nome do local, tipo de vegetação, espécies dominantes e uso atual da terra.
   3. Registre informações das árvores amostradas, como diâmetro, altura, presença de danos, se está localizada perto ou em um riacho, em uma encosta íngreme ou ravina.
      NOTA: As informações acima serão úteis ao analisar as amostras para corroborar e interpretar melhor os resultados do estudo. Uma vez que as árvores ou amostras podem ser expostas a danos ou as condições do local onde as árvores crescem podem alterar as variações anuais no crescimento. Esses metadados ajudarão a explicar as variações no crescimento independentes de fatores climáticos, fornecendo os elementos para considerar ou eliminar amostras ruidosas, sempre considerando destacar o sinal climático.
   4. Forneça um código para cada amostra com base no nome do site e no número da amostra, que compreende as três primeiras letras do nome do site, número da árvore e número da amostra. Por exemplo, a primeira amostra coletada neste site terá o seguinte código: RMI01A, que corresponde ao site Río Miravalles (RMI), árvore número um (01) e primeira amostra (A).
      NOTA: O termo amostra, neste caso, refere-se a um núcleo de incremento ou a um pedaço de uma seção transversal retirado de uma árvore.
   5. Realizar amostragem seletiva como feito na maioria dos estudos dendroclimáticos, selecionando indivíduos com características fenotípicas específicas e crescendo em condições ambientais específicas para atender aos objetivos da pesquisa. Realize uma amostragem não seletiva se o objetivo for projetar os efeitos climáticos no crescimento das árvores e integrar o tamanho da árvore e a dinâmica do povoamento.
   6. Selecione árvores com uma aparência de vida longa, em algumas ocasiões com topo seco, morte, caule torcido (ou seja, forma espiral) e galhos caindo (Figura 3A-C). Indivíduos de vida longa estenderão os registros ambientais ainda mais para trás no tempo.
   7. Identifique árvores de vida longa observando anéis altamente compactos e estreitos durante seus anos mais recentes, que são, por consequência, difíceis de observar e datar. Identifique as árvores mais jovens que crescem durante esses mesmos períodos, pois registram anéis mais largos e visíveis, facilitando a datação das mais velhas.
   8. Considere a amostragem entre 10% e 20% de indivíduos jovens entre as árvores amostradas dentro da estratégia de amostragem.
   9. Certifique-se de que as árvores tenham um tronco sólido para obter o núcleo de incremento mais longo possível. Além disso, evite áreas podres, pois elas podem causar amostras seccionadas e perda de anéis internos e podem prender a broca de incremento.
   10. Certifique-se de que as árvores selecionadas não sejam ocas. Bata suavemente na árvore com um martelo de plástico e ouça a ressonância da madeira. Se a ressonância for forte ou profunda, significa que a árvore pode ser oca. Se o som estiver seco, há uma baixa probabilidade de que a árvore seja oca.
       NOTA: Esta etapa é importante porque a broca de incremento pode ficar presa em árvores ocas, dificultando a extração da broca de incremento e, potencialmente, a amostra pode não ser de boa qualidade.
   11. Mesmo quando o acima for considerado e nenhuma podridão for detectada, preste muita atenção ao seguinte. Ao introduzir a broca de incremento, aplique certo grau de força para penetrar na árvore. Quando essa força necessária muda, a broca fica mais macia, neste ponto pare e retire a amostra.
       CUIDADO: Se a força for continuada para conduzir a broca de incremento, a madeira em decomposição misturada com resina se acumulará no cilindro da broca de incremento e formará um tampão que é difícil de remover com o extrator. Quando isso acontecer, não use uma faca ou algum material de aço para liberar o plugue de madeira da broca de incremento (isso pode danificar a peça de corte, tornando-a inútil).
   12. A borda da broca de incremento é muito sensível à ferrugem do metal, use um lubrificante e um pedaço de madeira para pressionar o bujão e liberar o cilindro da broca de incremento. A madeira não causa nenhum dano à borda da broca de incremento.
   13. Ao trabalhar com árvores resinosas ou com grandes quantidades de seiva, limpe a broca frequentemente com óleo. Use lubrificantes ou etanol, para limpar os resíduos de resina que aderem ao metal.
3. Coleta de amostras (coleta de núcleos de incremento)
   1. Colete as amostras com a broca de incremento Pressler (Figura 4A), uma ferramenta de precisão projetada para extrair um pequeno núcleo de uma árvore viva sem danos significativos⁶. Use qualquer uma das brocas de incremento disponíveis que vêm em diferentes comprimentos (100-1000 mm), diâmetros (4, 5, 10, 12 mm) e roscas (2 e 3; Figura 4B, C). Como acontece com qualquer ferramenta de corte de madeira, mantenha a broca afiada e limpa; brocas não afiadas podem levar a núcleos torcidos e quebrados.
   2. Selecionar a broca certa em função da espécie de árvore a amostrar. Para a maioria das madeiras, use uma broca de três roscas de qualquer comprimento ou diâmetro para amostragem. Para espécies de madeira dura, use uma broca de duas roscas de pequeno diâmetro e comprimento curto para uma penetração mais lenta, menos atrito e tensão na madeira e menor probabilidade de ser quebrada durante o processo de amostragem.
   3. Em espécies que apresentam alta frequência de anéis falsos ou flutuação de densidade interanual (IADF) e/ou micro-anéis, use a broca de 12 mm de diâmetro em vez da broca de 5 mm. Isso permite extrair uma superfície de amostra mais ampla para melhor visualização dos anéis difíceis e facilita a identificação desses problemas (Figura 4B). Não tente usar brocas mais longas em madeiras duras, pois existe o risco de quebrá-las durante o processo de amostragem.
   4. Para coletar uma amostra de madeira, oriente a broca de incremento apontando-a para o centro da árvore, 90° (perpendicular) ao eixo do tronco.
   5. Empurre a broca de incremento para dentro da árvore e gire a alça no sentido horário, simultaneamente. Esta parte é essencial, pois a falta de pressão durante a penetração inicial da broca pode causar núcleos irregulares ou quebrados. Uma vez que a broca tenha penetrado completamente, relaxe a pressão e gire a alavanca até atingir a profundidade desejada (Figura 5A).
   6. Obtenha pelo menos duas amostras por indivíduo para garantir uma boa qualidade da amostra. Se as árvores estiverem crescendo em um declive, colete amostras paralelas ao contorno do talude (Figura 4A) para evitar a reação da madeira produzida pelas árvores⁷.
      NOTA: Nas coníferas, as árvores produzem madeira de reação na forma de anéis largos na encosta para manter a árvore em pé e é chamada de madeira de compressão. Nas angiospermas (árvores de folha larga), anéis largos são produzidos na encosta e chamam isso de madeira de tensão. A madeira de reação deve ser considerada para encontrar o centro da árvore e evitar influências não climáticas nas larguras dos anéis das árvores.
   7. Quando a broca tiver sido girada profundamente o suficiente para o centro da árvore (Figura 5B), insira o extrator na broca e empurre-o em direção ao centro da árvore (Figura 5C).
   8. Quando o extrator for inserido em todo o seu comprimento, gire a broca levemente no sentido anti-horário para interromper a conexão entre a amostra e a árvore (Figura 5C). Em seguida, remova o extrator que transporta o núcleo (Figura 5D, E) e termine a extração removendo a broca da árvore girando-a no sentido anti-horário (Figura 5F).
   9. Após a coleta da amostra, preste muita atenção para que a árvore forme um selo de resinas ou exsudação de seiva seguida de crescimento secundário. Em condições especiais, a lesão pode ser o caminho para a entrada de patógenos que podem danificar a árvore⁶.
   10. Ao trabalhar em áreas restritas, por exemplo, áreas naturais protegidas e parques nacionais, considere tomar medidas extras para proteger as árvores amostradas. Cubra o pequeno ferimento causado pela broca de incremento com cera de Campeche ou cera de abelha.
   11. Caso ocorram problemas durante o trabalho de campo, como madeira presa dentro da broca, ponta quebrada ou broca de incremento presa em uma árvore, consulte as etapas 1.2.9.-1.2.12. Além disso, leve mais de uma broca de incremento para o campo.
       NOTA: Lembre-se de que não existe uma regra de ouro para extrair o núcleo. Evite irregularidades e tente obter as melhores informações necessárias (Figura 4). Para obter mais informações sobre como cuidar do núcleo de incremento e da amostragem, consulte os artigos de Maeglin⁹ e Phipps¹⁰ disponíveis gratuitamente on-line.
   12. Manuseie os núcleos com cuidado, pois eles são quebradiços. Armazene cada amostra imediatamente após a extração. Para amostras com diâmetro de 5 mm ou mais, coloque-as em canudos plásticos com perfurações ou canudos de papel para melhor ventilação e para evitar o crescimento de fungos (Figura 6A). Para amostras com 12 mm de diâmetro, envolva-as em jornal ou qualquer outro tipo de papel (Figura 6B).
   13. Durante o trabalho de campo e transporte para o laboratório, proteja as amostras e armazene-as em um tubo de plástico sólido com tampas de plástico.
   14. Em locais onde árvores mortas ou tocos são encontrados, extraia seções transversais usando uma motosserra. Isso permite amostras de árvores pequenas e grandes árvores (Figura 6C).
       NOTA: O objetivo deste tipo de amostra é estender o período da cronologia e ajudar a detectar anéis ausentes não encontrados nos núcleos. Os anéis ausentes são ou serão evidentes se toda a circunferência da árvore estiver exposta⁶.
   15. Para amostras colhidas com a motosserra e com um certo grau de decomposição da madeira, é possível perder fragmentos de amostra. Embrulhe as amostras em plástico para evitar isso (Figura 6D, E).

Figura 1: Floresta temperada de coníferas mistas. (A) Floresta mista de coníferas de Pinus montezumae, Pinus arizonica e Pinus ayacahuite. (B) Floresta mista de coníferas de Pseudotsuga menziesii, Pinus arizonica e Pinus ayacahuite. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2: Seleção do local. (A) Áreas florestais com condições limitantes (solo raso, seco e declive acentuado) com alta probabilidade de encontrar indivíduos longevos. (B) Indivíduos de vida longa são essenciais para estudos dendroclimáticos. (C, D, E) Localizar e selecionar madeira morta (tocos, árvores caídas e madeira com certo grau de deterioração) que permita estender a cronologia no tempo. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3: Seleção dos melhores espécimes arbóreos. (A) Árvore com copa morta e galhos grossos, característicos de indivíduos longevos, e (B, C) imagens de árvores com caules e galhos retorcidos, ou seja, em forma de espiral, indicativos de indivíduos longevos. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4: Ferramentas usadas para coleta de amostras. (A) Broca de incremento (Pressler), a ferramenta para extrair amostras dendrocronológicas. (B) Uma broca de 12 mm de diâmetro, recomendada para os casos em que é necessário mais material para definir os anéis das árvores, permitindo a extração de um maior volume de amostra, o que melhora a visualização de anéis intrincados e facilita a identificação de problemas de crescimento. (C) Uma broca de 5 mm de diâmetro usada na maioria dos casos. Este tipo de broca é usado para amostragem de núcleo. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 5: Processo de coleta de amostras. (A) Oriente a broca apontando para o centro do tronco, posicionada em um ângulo de 90°, perpendicular ao eixo do tronco, empurre simultaneamente a broca em direção à árvore e gire no sentido horário. (B) Quando a broca tiver sido inserida com 1 polegada de profundidade, continue girando no sentido horário para chegar ao centro do tronco, o extrator é inserido no cilindro interno da broca. (C) Quando o extrator for inserido em todo o seu comprimento, gire a broca uma volta no sentido anti-horário para quebrar a conexão entre a amostra e a árvore. (D, E) Extração de amostras de madeira. (F) A broca é removida do tronco girando no sentido anti-horário. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 6: Técnicas para proteger amostras de madeira. Como as amostras podem ser frágeis, cada amostra deve ser armazenada adequadamente após ser coletada. A) As amostras colhidas com a sonda de 5 mm de diâmetro são colocadas em palhetas de plástico com perfurações ou palhinhas de papel. As perfurações permitem uma melhor ventilação e previnem o crescimento de fungos. (B) As amostras de 12 mm de diâmetro são mais firmes. Essas amostras são embrulhadas em jornal ou outro tipo de papel ou envelopes pardos. (C) Ao coletar seções transversais com uma motosserra (D, E), elas devem ser embrulhadas em plástico para fornecer suporte adicional e evitar que fragmentos sejam perdidos durante o transporte. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

2. Preparação de amostras em laboratório

1. Siga os procedimentos padrão indicados por Stokes e Smiley⁶ para preparação e datação de amostras em laboratório.
2. Deixe as amostras secarem à sombra para que a perda de umidade da madeira minimize gradualmente as deformações da madeira (Figura 7A). Depois que os núcleos perderem umidade suficiente, monte-os em suportes ou trilhos de madeira, fixe-os com cola (Figura 7B) e prenda-os com fita adesiva ou linha (Figura 7C,D).
3. Preste atenção à orientação dos núcleos de madeira ao colocá-los nos suportes. Fixe os núcleos, como as células do xilema da madeira, que são orientadas perpendicularmente ao plano, são observados e revestidos (Figura 7E). Essa orientação permite uma visualização clara da anatomia da madeira dos anéis das árvores.
4. Lixe e polir as amostras usando uma lixa de diferentes grãos, variando entre 120 a 1200 grãos. Em secções que podem apresentar irregularidades superficiais significativas, siga uma das duas opções possíveis.
   1. Opção 1: Trabalhe com uma escova elétrica e depois lixe a amostra. Opção 2: Comece o processo de lixamento com uma lixa mais grossa, na faixa de 30 e aumente gradualmente a areia para 1200. Isso permitirá que os anéis de crescimento sejam vistos e diferenciados mais facilmente (Figura 7F, G).
5. Polir toda a parte superior da amostra (Figura 7E). Polir um mínimo de 30% e um máximo de 50% da parte da amostra oposta à seção colada ao suporte de madeira. Isso permitirá ter porção suficiente de madeira para processos de polimento posteriores com o objetivo de maior clareza dos anéis, apagar pontos e marcas que são colocadas durante o processo de datação.

Figura 7: Preparação da amostra. (A) A secagem das amostras à sombra garante que a perda de umidade seja gradual para minimizar a deformação da madeira (núcleos torcidos). (B) Exemplo de como montar amostras em um rack de madeira, fixado com cola, e (C, D) mostrar como elas são presas à guarnição com fita adesiva ou corda fina. (E) Indica a posição correta das fibras de madeira, que devem ser orientadas perpendicularmente aos anéis de crescimento. Essa orientação permitirá uma visualização clara da anatomia dos anéis de crescimento. (F, G) É um exemplo da qualidade do lixamento e polimento com grãos de lixa de 120 a 1200. Este procedimento permite visualizar e diferenciar os anéis de crescimento. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

3. Datação por anéis de árvores

1. Depois que as amostras forem polidas, analise cada núcleo sob um estereoscópio com ampliação de 10x a 15x. Considere um estereoscópio que permita observar e comparar vários anéis de crescimento ao mesmo tempo.
2. Uma vez que o pesquisador tenha uma boa ideia do que é um anel de crescimento, dependendo da espécie utilizada, conte os anéis de crescimento de cada amostra. Esta etapa fornecerá uma aproximação da idade da árvore. Além disso, reconheça o tipo de variações que podem ser encontradas durante o processo de datação cruzada (Figura 8A). Para a contagem dos anéis das árvores, comece do anel interno (centro da árvore) até o anel externo (casca).
3. Faça pequenas marcas na amostra para voltar e revisitar a amostra sabendo o local no tempo. Coloque um ponto minúsculo para cada década, dois pontos para cada segmento de cinquenta anos e três pontos para cada cem anos (Figura 8A).
4. Use outros tipos de marcas para destacar anéis que possuem características específicas. Por exemplo, quando um micro anel com apenas uma pequena parte da faixa de crescimento é evidente, use dois pontos paralelos para marcá-los. Quando houver suspeita ou certeza da ausência de um anel, use dois pontos alternados ou um círculo para marcá-lo e, quando um anel falso for identificado, use uma linha diagonal para indicar que é um único anel.
   NOTA: Para obter mais detalhes sobre a técnica de contagem, siga os procedimentos padrão indicados por Stokes e Smiley⁶.
5. Depois que os anéis das árvores forem contados, use gráficos de crescimento ou gráficos de esqueleto para comparar os padrões temporais e a variabilidade entre anéis largos e estreitos. Esta parte gráfica permite comparar várias amostras simultaneamente e determinar padrões de crescimento comuns e sincronizados (Figura 8B). Essa técnica permite detectar discrepâncias de crescimento que podem ter sido marcadas por engano na contagem dos anéis.
   NOTA: Consulte a referência⁶ e o link abaixo para obter mais detalhes sobre como fazer um gráfico de esqueleto: https://www.ltrr.arizona.edu/skeletonplot/plotting.htm.
6. Em amostras de árvores vivas jovens, onde a data do último anel externo (além da casca) é conhecida, execute uma datação preliminar do anel de árvore diretamente na amostra. Por exemplo, se a amostra foi coletada de uma floresta no hemisfério norte em dezembro de 2021, que é o final da estação de crescimento e a formação dos anéis das árvores está concluída, a data do último anel totalmente formado será 2021. Usando isso, conte os anéis da parte externa (casca) até o centro da amostra.
7. As amostras de árvores mais velhas mostram períodos de anéis mais estreitos, geralmente na parte mais externa do núcleo. Gere um gráfico de esqueleto para esses núcleos (Figura 8C) para comparar seu padrão de crescimento com uma amostra bem datada conhecida ou com uma cronologia mestre regional anterior da largura do anel (Figura 8D).
8. Para comparar a amostra, procure a sincronia entre anéis finos e largos entre diferentes árvores (Figura 8A, B). A amostra é considerada datada quando a correspondência bem-sucedida é encontrada com base na técnica de datação cruzada.
9. Em amostras onde os padrões de sincronia de crescimento não são claros, devido a diferenças na variabilidade de crescimento, anéis ausentes ou anéis falsos, detecte o problema revisando anel por anel entre as amostras e compare-o com amostras perfeitamente datadas. Use registros climáticos de estações próximas para verificar anéis ausentes suspeitos, uma vez que esse tipo de anomalia de anel ocorre em anos com condições extremas de seca ou frio.
10. Depois que os problemas potenciais forem identificados, corrija a contagem e teste se a sincronia foi alcançada.
11. Depois que todas as árvores vivas forem datadas cruzadamente, desenvolva um gráfico de crescimento médio comumente chamado de Cronologia Mestre (Figura 8D), que é a média de todos os gráficos de crescimento datados e indica o padrão de crescimento do local no domínio do tempo⁶. É útil como uma ferramenta de datação para mais amostras que precisam ser datadas, como árvores mortas com data de morte desconhecida (Figura 8C).

4. Medindo o anel da árvore

1. Uma vez datadas as amostras, meça as larguras dos anéis das árvores. Meça a largura total do anel, bem como as larguras da faixa interanual - early wood e latewood, se possível. Use um sistema de medição com precisão de 0,001 mm¹¹ para realizar essas medições (Figura 8E).
2. Meça os anéis de crescimento e os anéis parciais um a um, deslizando o estágio do sistema de medição e observando a amostra através de um estereoscópio com uma ocular reticulada. Dependendo do sistema de medição, inicie a medição com o anel mais interno para o anel externo (Figura 8F).
3. Se um sistema de medição mecânica não estiver disponível, nesse caso, use um scanner para obter imagens de alta resolução e realizar medições de anéis de árvores usando um software especializado, como CooRecorder ou R measuring do CRAN.

Figura 8: Datação cruzada e medição de anéis de árvores. (A) Mostra a contagem de anéis e a comparação do padrão de crescimento entre duas amostras. (B) Um exemplo de como a variabilidade de crescimento de ambas as amostras é refletida em gráficos de papel (gráfico de esqueleto). Este tipo de gráfico permite comparações entre os crescimentos de muitas amostras simultaneamente (datação cruzada) e é uma técnica essencial para alcançar a datação correta. As marcas na parte superior do gráfico 0, 50, 60, etc., indicam o número de anéis contados na amostra mostrada em A. (C) Gráfico de esqueleto de uma amostra de madeira morta datada do ano exato usando a cronologia principal. (D) Exemplo de uma cronologia principal, média de árvores vivas datadas corretamente. (E) Um sistema de medição com precisão de 0,001 mm foi usado para medir cada um dos crescimentos anuais. (F) Esquema mostrando o crescimento anual de Pinus lumholtzii e as três diferentes porções de banda de um anel anual (anel total, lenho inicial e lenho tardio). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

5. Verificação da datação cruzada

1. Depois que as larguras dos anéis forem medidas, teste-as quanto à precisão e qualidade da datação. Utilizar os softwares COFECHA¹² (https://ltrr.arizona.edu/research/software) e dplR¹³ para a verificação estatística da datação cruzada. Identificar correlações não significativas (< 0,3281; p > 0,01) entre segmentos da série de anéis entre uma cronologia mestre construída usando as mesmas amostras no software de análise COFECHA.
2. Procure sinalizadores no software que identifiquem valores de correlação de segmento que não são significativos, facilitando a identificação das possíveis discrepâncias entre os segmentos de qualquer amostra com a cronologia mestre geral (a média de todos os valores padronizados de cada amostra analisada).
3. As discrepâncias podem estar relacionadas a erros devido à medição ou identificação de anéis atribuídos a condições específicas de microssítio para árvores selecionadas, que não estão sincronizadas com a variabilidade geral entre o restante das amostras. Verifique-os com observações e anotações feitas em campo e decida se deve conservar ou eliminar esta amostra.
4. Para mais detalhes sobre a interpretação das estatísticas do COFECHA, ver Speer⁷.

6. Desenvolvimento da cronologia

1. Reduza ou padronize as medições dos anéis das árvores para remover todas as informações não climáticas (ruído), como idade, geometria das árvores, dinâmica do povoamento e efeitos de perturbação, conforme descrito.
   1. Ajuste uma equação matemática aos dados da amostra - exponencial negativo (Figura 9A), linha reta (Figura 9C) ou splines cúbicas - dependendo dos critérios e tendências temporais encontradas nas amostras (Figura 9A). Em seguida, divida cada largura de anel medida por seu valor ajustado ou esperado.
   2. Calcule a média dos valores padronizados de árvores individuais em uma função de valor médio e ajuste as taxas de crescimento diferenciais devido às diferentes idades das árvores e diferenças na taxa de crescimento geral. Isso gerará uma série temporal padronizada com uma variância relativamente constante e uma média igual a um⁸ (Figura 9B,D)
2. Não existe uma receita perfeita para padronizar as séries de largura dos anéis das árvores; Realize uma inspeção gráfica de todas as medições de largura do anel para identificar as tendências incorporadas nas amostras antes de aplicar qualquer método de redução de tendência.
3. Use qualquer plataforma estatística para obter padronização. Softwares como ARSTAN ou dplR são especialmente para esse tipo de análise^13,18 e estão disponíveis gratuitamente em https://ltrr.arizona.edu/research/software e como um pacote R do CRAN.
4. Execute a remoção da autocorrelação usando o procedimento estatístico chamado modelagem de média móvel autorregressiva (modelagem ARMA), que é aplicado automaticamente nos dois programas já mencionados. Isso é necessário para estudar o efeito da variabilidade climática interanual nos anéis das árvores.
5. Uma vez que as medições dos anéis das árvores tenham sido padronizadas e a autocorrelação tenha sido removida, desenvolva a cronologia do local (Figura 10A). A cronologia do local dos anéis de árvores é a média de todas as séries padronizadas usando uma média biponderada robusta que, ao contrário da média aritmética, atenua a influência de anos atípicos (outliers).
6. Avaliar a qualidade e o potencial de reconstrução climática usando os três principais indicadores estatísticos da cronologia do local gerados por ARSTAN ou dplR, ou seja, o sinal expresso da população (EPS), a sensibilidade média (MS) e a intercorrelação entre séries (ISC).
7. Estime o grau de semelhança entre as diferentes amostras usadas na cronologia e uma cronologia hipotética com um número infinito de amostras usando o EPS (Figura 10B). Um valor maior que 0,85 é considerado aceitável e sugere que a cronologia possui um número suficiente de amostras para expressar o sinal comum de um determinado local¹⁹.
8. Meça a variabilidade relativa entre as larguras dos anéis usando o MS. O valor da sensibilidade média varia de zero a dois, com valores zero significando que não há diferença entre dois anéis adjacentes e dois, o que significa que um anel tem um valor zero ao lado de um anel onde o valor é maior que zero³. Um valor médio de sensibilidade superior a 0,3 indica variação interanual suficiente e potencial para reconstrução climática.
   NOTA: A sensibilidade média pode ser interpretada como uma métrica da relação potencial entre o crescimento das árvores e o clima.
9. Calcule o coeficiente de correlação de Pearson médio de cada amostra em relação à sua cronologia mestre produzida a partir de todas as outras séries temporais no local usando o ISC. Essa estatística indica o sinal comum de crescimento de árvores entre as árvores.

Figura 9: Exemplos de procedimentos de redução de tendência e padronização de medições de largura de anéis de árvores (RW), de medições a índices. A padronização para um índice de largura de anel (RWI) é calculada, de modo que a média é de cerca de um e tem uma variância homogênea. (A) A série de largura do anel RW indica a diminuição exponencial do crescimento devido ao efeito da idade, a curva de detrending de melhor ajuste é aplicada e, neste exemplo, usamos uma curva exponencial negativa (cor vermelha). (C) Este é um segundo exemplo de linha reta (cor vermelha). (B, D) Os índices normalizados (RWI) são gerados após a divisão do valor da curva pela série RW. Essa divisão elimina as tendências ajustadas à curva, maximizando o sinal climático (séries temporais na cor cinza) e uma spline de suavização de 20 anos (cor vermelha) para observar eventos de baixa frequência, como secas e períodos úmidos. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

7. Análise de correlação mensal

1. Realizar análises de correlação para identificar a relação entre o crescimento anual das árvores (cronologia do local) e as variáveis climáticas mensais (precipitação, temperatura, evaporação, umidade relativa, entre outras). Use esta análise para avaliar o período para reconstruir o anel de árvores com base nos maiores valores de correlações entre as variáveis climáticas sazonais e a cronologia do local.
2. Realizar a análise de correlação com os registos climáticos mensais do ano anterior e do ano em curso (Figura 11A). Use um dos vários programas disponíveis para executar esse tipo de análise, consulte as referências ^3,20,13.
   NOTA: A análise em resolução mensal a sazonal indica o grau de associação, usando coeficientes de correlação de Pearson, entre as variáveis climáticas e a cronologia do local dos anéis de árvores.
3. Use os registros climáticos das estações meteorológicas mais próximas ou o ponto de grade mais próximo de um conjunto de dados em grade para realizar a análise de correlação. Além disso, avalie a qualidade dos registros e use a melhor opção disponível.
4. Ao realizar a análise de correlação em várias estações meteorológicas, explore cada registro regional um por um antes de compilar um registro climático regional. Use apenas as estacas que exibem os valores de correlação mais altos com a cronologia dos anéis de árvore.
5. Compare a média regional com o melhor conjunto de dados em grade disponível para avaliar e evitar a perda de variabilidade climática ao combinar várias estações meteorológicas.

8. Modelo de regressão linear simples e reconstrução da variável climática

1. Uma vez identificado o período sazonal que mostra o maior crescimento climático (Figura 11B e Figura 12A), realize uma análise de regressão linear simples ou múltipla para construir o modelo de reconstrução (Figura 12B).
2. Realize este procedimento em uma ampla gama de combinações mensais para obter o melhor modelo de reconstrução (aquele com maior poder explicativo, valor R² ajustado). Nesta análise, considere o índice de cronologia dos anéis de crescimento como variável independente e a precipitação para um período mensal acumulado sazonal como variável dependente.
3. Após a geração do modelo de regressão, aplique-o à cronologia no período comum dos dados observados.
4. Posteriormente, divida o período comum de dados observados e reconstruídos em dois períodos, cada um contendo metade dos dados usados em todo o modelo de regressão comum para validar estatisticamente o modelo e realizar um teste de calibração e verificação.
5. Determine as seguintes variáveis estatísticas para verificar o poder preditivo estatístico e a incerteza do modelo de regressão (consulte Discussão para uma descrição detalhada): Coeficiente de correlação (r), R² ajustado, redução de erro (RE), teste de sinais, teste t de amostra pareada, erro padrão de estimativa (SE), erro quadrático médio de validação (RMSEv) e teste de Durbin-Watson.
6. Uma vez validado estatisticamente o modelo de regressão, utilize-o para reconstruir a variável climática de resposta utilizando a cronologia dos anéis das árvores.
7. Finalmente, para fornecer confiabilidade e certeza adicionais a qualquer reconstrução climática, verifique a reconstrução com registros históricos documentados ou outras reconstruções dendroclimáticas de locais próximos.

Resultados

Seguindo os passos 1.1 e 1.2 do protocolo, Pinus lumholtzii B.L. Rob. & Fernald foi selecionado para este estudo. Entre os aspectos mais importantes que foram considerados, alguns são os seguintes: É uma conífera do gênero Pinus com ampla distribuição geográfica e pouquíssimos estudos do ponto de vista dendrocronológico; desenvolve-se em locais pobres com afloramentos rochosos, com baixa capacidade de armazenamento de água, e seu crescimento é limitado pela baixa disponibilidade hídrica e nutriciona...

Discussão

Registros proxy são sistemas naturais que dependem do clima, que estavam presentes no passado e ainda existem, como sedimentos lacustres e marinhos, pólen, recifes de coral, núcleos de gelo, sambaquis e anéis de árvores, de modo que as informações podem ser derivadas deles²⁴. No entanto, da maioria dos proxies sensíveis ao clima, os anéis das árvores representam o proxy com a mais alta precisão e resolução interanual, permitindo a datação de eventos climáticos e e...

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
ARSTAN Software			https://www.ldeo.columbia.edu/tree-ring-laboratory/resources/software
Lixadeira		Dewalt Dwp352vs-b3 3x21 PuLG	Para amostras de lixamento
Motosserra Chaps	Forestry Fornecedores	PGI 5-Ply Para-Aramid	https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Chain%20Saw%20Chaps
Motosserra	Stihl ou Husqvarna para exemplo	MS 660	Equipamento essencial para a recolha de amostras de secções transversais (Exemplo: barra de 18-24 polegadas)
Clinometer	Forestry Fornecedores	Suunto PM5/360PC com escalas de percentagem e grau	https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Clinometer
COFECHA Software			https://www.ldeo.columbia.edu/tree-ring-laboratory/resources/software
Compass	Forestry Fornecedores	Suunto MC2 Navigator Mira de espelho	https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=compass
	trabalho de campo dendroecológico	Programas onde as habilidades de namoro podem ser adquiridas ou aprimoradas	http://dendrolab.indstate.edu/NADEF.htm
Fita de diâmetro	Fornecedores florestais	Modelo 283D / 10M Tecido ou aço.	https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Diameter%20tape
Câmera digital	CANON	EOS 90D DSLR	Para tirar fotos do local e das amostras coletadas (https://www.canon.com.mx/productos/fotografia/camaras-eos-reflex)
Câmera digital para microscópio	OLYMPUS	DP27	https://www.olympus-ims.com/es/microscope/dp27/
Fita isolante ou filme plástico para proteger amostras	uline.com		https://www.uline.com/Product/Detail/S-6140/Mini-Stretch-Wrap-Rolls/
Formato		Não há nenhuma característica específica	Para coletar informações de cada uma das amostras
Caderno			Para fazer anotações sobre as informações do local de estudo
Luvas			Para proteção de campo
Haglö f Increment Borer Bit Starter	Forestry Fornecedores		https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Increment%20borer
Proteção auditiva	Fornecedores florestais	Não há nenhuma característica específica	https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Hearing%20protection
Capacete	Forestry Fornecedores	Não há nenhuma característica	específicahttps://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Wildland%20Fire%20Helmet
Broca de incremento	Fornecedores florestais	Haglof	https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Increment%20borer
Mochilas		Não há nenhuma característica específica	Mochila forte para o transporte de seções transversais no campo
Óculos de segurança	Fornecedores florestais Não	há qualquer característica específica	https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Safety%20Glasses
Lixa			De 40 a 1200 grãos
Software Measure J2X		Versão 4.2	http://www.voortech.dreamhosters.com/projectj2x/tringSubscribeV2.html
STATISTICA	Kernel Release 5.5 program (Stat Soft Inc. 2000)		Programa de análise estatística
Estereomicroscópio	OLYMPUS	SZX10	https://www.olympus-ims.com/en/microscope/szx10/
Mapa topográfico, mapa			Obtido de uma instituição pública ou gerado numa primeira fase de investigação
Tubo para desenhos		Não existe qualquer característica específica	Tubo forte para o transporte de amostras no campo
Equipamento	Velmex Velmex, Inc.	www.velmex.com de precisão de 0,001 mm