Interpolated maps of pollen percentages in Europe over the last 15,000 years

Aim Palaeoecological reconstructions document past vegetation change with estimates of rapid rates of changing species distribution limits that are often not matched by model simulations of climate-driven vegetation dynamics. Genetic surveys of extant plant populations have yielded new insight into continental vegetation histories, challenging traditional interpretations that had been based on pollen data. Our aim is to examine an updated continental pollen data set from Europe in the light of the new ideas about vegetation dynamics emerging from genetic research and vegetation modelling studies. Location Europe Methods: We use pollen data from the European Pollen Database (EPD) to construct interpolated maps of pollen percentages documenting change in distribution and abundance of major plant genera and the grass family in Europe over the last 15,000 years. Results: Our analyses confirm high rates of postglacial spread with at least 1000 metres per year for Corylus, Ulmus and Alnus and average rates of 400 metres per year for Tilia, Quercus, Fagus and Carpinus. The late Holocene expansions of Picea and Fagus populations in many European regions cannot be explained by migrational lag. Both taxa shift their population centres towards the Atlantic coast suggesting that climate may have played a role in the timing of their expansions. The slowest rates of spread were reconstructed for Abies. Main conclusions: The calculated rates of postglacial plant spread are higher in Europe than those from North America, which may be due to more rapid shifts in climate mediated by the Gulf Stream and westerly winds. Late Holocene anthropogenic land use practices in Europe had major effects on individual taxa, which in combination with climate change contributed to shifts in areas of abundance and dominance. The high rates of spread calculated from the European pollen data are consistent with the common tree species rapidly tracking early Holocene climate change and contribute to the debate on the consequences of global warming for plant distributions.

Results of the pollen analysis of the Dyanushka peat sediments K7/P2

A 415cm thick permafrost peat section from the Verkhoyansk Mountains was radiocarbon-dated and studied using palaeobotanical and sedimentological approaches. Accumulation of organic-rich sediment commenced in a former oxbow lake, detached from a Dyanushka River meander during the Younger Dryas stadial, at ~12.5 kyr BP. Pollen data indicate that larch trees, shrub alder and dwarf birch were abundant in the vegetation at that time. Local presence of larch during the Younger Dryas is documented by well-preserved and radiocarbon-dated needles and cones. The early Holocene pollen assemblages reveal high percentages of Artemisia pollen, suggesting the presence of steppe-like communities around the site, possibly in response to a relatively warm and dry climate ~11.4-11.2 kyr BP. Both pollen and plant macrofossil data demonstrate that larch woods were common in the river valley. Remains of charcoal and pollen of Epilobium indicate fire events and mark a hiatus ~11.0-8.7 kyr BP. Changes in peat properties, C31/C27 alkane ratios and radiocarbon dates suggest that two other hiatuses occurred ~8.2-6.9 and ~6.7-0.6 kyr BP. Prior to 0.6 kyr BP, a major fire destroyed the mire surface. The upper 60 cm of the studied section is composed of aeolian sands modified in the uppermost part by the modern soil formation. For the first time, local growth of larch during the Younger Dryas has been verified in the western foreland of the Verkhoyansk Mountains (~170km south of the Arctic Circle), thus increasing our understanding of the quick reforestation of northern Eurasia by the early Holocene.

Juniperus navicularis - a study of Portuguese population structure and fitness

Juniperus navicularis Gand. is a dioecious endemic conifer that constitutes the understory of seaside pine forests in Portugal, areas currently threatened by increasing urban expansion. The aim of this study is to assess the conservation status of previously known populations of this species located on its core area of distribution. The study was performed in south-west coast of Portugal. Three populations varying in size and pine density were analyzed. Number of individuals, population density, spatial distribution and individual characteristics of junipers were estimated. Female cone, seed characteristics and seed viability were also evaluated. Results suggest that J. navicularis populations are vulnerable because seminal recruitment is scarce, what may lead to a reduction of genetic variability due solely to vegetative propagation. This vulnerability seems to be strongly determined by climatic constraints toward increasing aridity. Ratio between male and female shrubs did not differ from 1:1 in any population. Deviations from 1:1 between mature and non-mature plants were found in all populations, denoting population ageing. Very low seed viability was observed. A major part of described Juniperus navicularis populations have disappeared through direct habitat loss to urban development, loss of fitness in drier and warmer locations and low seed viability. This study is the first to address J. navicularis conservation, and represents a valuable first step toward this species preservation. 

¿Fue la crisis política del Occidente musulmán del siglo XIII debida a un cambio climático? Una aproximación histórica al fin del Periodo Cálido Medieval

Durante el siglo XIII se produjo una sucesión de revueltas que supuso la desaparición del Imperio almohade y su sustitución por poderes regionales en al-Andalus, el Magreb y el Magreb al-Aqsà. La historiografía ha presentado el surgimiento y pugna entre estos poderes como un fenómeno social, político e, incluso, cultural y religioso, con el que se ha podido explicar su aniquilación o marginalización. Este trabajo pretende contextualizar los hechos desde una perspectiva medioambiental, de forma que la desintegración del califato almohade, el surgimiento de aquellos poderes y la progresión de los reinos cristianos en la península ibérica puedan entenderse desde una visión global de cambio climático y una posible crisis agrícola.

La face cachée de la dune : communautés fongiques du sol: dynamique, succession et interactions avec la végétation d’un écosystème dunaire côtier aux Îles de la Madeleine, Qc

Les écosystèmes dunaires remplissent plusieurs fonctions écologiques essentielles comme celle de protéger le littoral grâce à leur capacité d’amortissement face aux vents et vagues des tempêtes. Les dunes jouent aussi un rôle dans la filtration de l’eau, la recharge de la nappe phréatique, le maintien de la biodiversité, en plus de présenter un attrait culturel, récréatif et touristique. Les milieux dunaires sont très dynamiques et incluent plusieurs stades de succession végétale, passant de la plage de sable nu à la dune bordière stabilisée par l’ammophile à ligule courte, laquelle permet aussi l’établissement d’autres herbacées, d’arbustes et, éventuellement, d’arbres. Or, la survie de ces végétaux est intimement liée aux microorganismes du sol. Les champignons du sol interagissent intimement avec les racines des plantes, modifient la structure des sols, et contribuent à la décomposition de la matière organique et à la disponibilité des nutriments. Ils sont donc des acteurs clés de l’écologie des sols et contribuent à la stabilisation des dunes. Malgré cela, la diversité et la structure des communautés fongiques, ainsi que les mécanismes influençant leur dynamique écologique, demeurent relativement méconnus. Le travail présenté dans cette thèse explore la diversité des communautés fongiques à travers le gradient de succession et de conditions édaphiques d’un écosystème dunaire côtier afin d’améliorer la compréhension de la dynamique des sols en milieux dunaires. Une vaste collecte de données sur le terrain a été réalisée sur une plaine de dunes reliques se trouvant aux Îles de la Madeleine, Qc. J’ai échantillonné plus de 80 sites répartis sur l’ensemble de ce système dunaire et caractérisé les champignons du sol grâce au séquençage à haut débit. Dans un premier temps, j’ai dressé un portait d’ensemble des communautés fongiques du sol à travers les différentes zones des dunes. En plus d’une description taxonomique, les modes de vie fongiques ont été prédits afin de mieux comprendre comment les variations au niveau des communautés de champignons du sol peuvent se traduire en changements fonctionnels. J’ai observé un niveau de diversité fongique élevé (plus de 3400 unités taxonomiques opérationnelles au total) et des communautés taxonomiquement et fonctionnellement distinctes à travers un gradient de succession et de conditions édaphiques. Ces résultats ont aussi indiqué que toutes les zones des dunes, incluant la zone pionière, supportent des communautés fongiques diversifiées. Ensuite, le lien entre les communautés végétales et fongiques a été étudié à travers l’ensemble de la séquence dunaire. Ces résultats ont montré une augmentation claire de la richesse spécifique végétale, ainsi qu’une augmentation de la diversité des stratégies d’acquisition de nutriments (traits souterrains lié à la nutrition des plantes, soit mycorhizien à arbuscule, ectomycorhizien, mycorhizien éricoide, fixateur d’azote ou non spécialisé). J’ai aussi pu établir une forte corrélation entre les champignons du sol et la végétation, qui semblent tous deux réagir de façon similaire aux conditions physicochimiques du sol. Le pH du sol influençait fortement les communautés végétales et fongiques. Le lien observé entre les communautés végétales et fongiques met l’emphase sur l’importance des interactions biotiques positives au fil de la succession dans les environnements pauvres en nutriments. Finalement, j’ai comparé les communautés de champignons ectomycorhiziens associées aux principales espèces arborescentes dans les forêts dunaires. J’ai observé une richesse importante, avec un total de 200 unités taxonomiques opérationnelles ectomycorhiziennes, appartenant principalement aux Agaricomycètes. Une analyse de réseaux n’a pas permis de détecter de modules (c'est-à-dire des sous-groupes d’espèces en interaction), ce qui indique un faible niveau de spécificité des associations ectomycorhiziennes. De plus, je n’ai pas observé de différences en termes de richesse ou de structure des communautés entre les quatre espèces hôtes. En conclusion, j’ai pu observer à travers la succession dunaire des communautés diversifiées et des structures distinctes selon la zone de la dune, tant chez les champignons que chez les plantes. La succession semble toutefois moins marquée au niveau des communautés fongiques, par rapport aux patrons observés chez les plantes. Ces résultats ont alimenté une réflexion sur le potentiel et les perspectives, mais aussi sur les limitations des approches reposant sur le séquençage à haut-débit en écologie microbienne.

La face cachée de la dune : communautés fongiques du sol: dynamique, succession et interactions avec la végétation d’un écosystème dunaire côtier aux Îles de la Madeleine, Qc

Les écosystèmes dunaires remplissent plusieurs fonctions écologiques essentielles comme celle de protéger le littoral grâce à leur capacité d’amortissement face aux vents et vagues des tempêtes. Les dunes jouent aussi un rôle dans la filtration de l’eau, la recharge de la nappe phréatique, le maintien de la biodiversité, en plus de présenter un attrait culturel, récréatif et touristique. Les milieux dunaires sont très dynamiques et incluent plusieurs stades de succession végétale, passant de la plage de sable nu à la dune bordière stabilisée par l’ammophile à ligule courte, laquelle permet aussi l’établissement d’autres herbacées, d’arbustes et, éventuellement, d’arbres. Or, la survie de ces végétaux est intimement liée aux microorganismes du sol. Les champignons du sol interagissent intimement avec les racines des plantes, modifient la structure des sols, et contribuent à la décomposition de la matière organique et à la disponibilité des nutriments. Ils sont donc des acteurs clés de l’écologie des sols et contribuent à la stabilisation des dunes. Malgré cela, la diversité et la structure des communautés fongiques, ainsi que les mécanismes influençant leur dynamique écologique, demeurent relativement méconnus. Le travail présenté dans cette thèse explore la diversité des communautés fongiques à travers le gradient de succession et de conditions édaphiques d’un écosystème dunaire côtier afin d’améliorer la compréhension de la dynamique des sols en milieux dunaires. Une vaste collecte de données sur le terrain a été réalisée sur une plaine de dunes reliques se trouvant aux Îles de la Madeleine, Qc. J’ai échantillonné plus de 80 sites répartis sur l’ensemble de ce système dunaire et caractérisé les champignons du sol grâce au séquençage à haut débit. Dans un premier temps, j’ai dressé un portait d’ensemble des communautés fongiques du sol à travers les différentes zones des dunes. En plus d’une description taxonomique, les modes de vie fongiques ont été prédits afin de mieux comprendre comment les variations au niveau des communautés de champignons du sol peuvent se traduire en changements fonctionnels. J’ai observé un niveau de diversité fongique élevé (plus de 3400 unités taxonomiques opérationnelles au total) et des communautés taxonomiquement et fonctionnellement distinctes à travers un gradient de succession et de conditions édaphiques. Ces résultats ont aussi indiqué que toutes les zones des dunes, incluant la zone pionière, supportent des communautés fongiques diversifiées. Ensuite, le lien entre les communautés végétales et fongiques a été étudié à travers l’ensemble de la séquence dunaire. Ces résultats ont montré une augmentation claire de la richesse spécifique végétale, ainsi qu’une augmentation de la diversité des stratégies d’acquisition de nutriments (traits souterrains lié à la nutrition des plantes, soit mycorhizien à arbuscule, ectomycorhizien, mycorhizien éricoide, fixateur d’azote ou non spécialisé). J’ai aussi pu établir une forte corrélation entre les champignons du sol et la végétation, qui semblent tous deux réagir de façon similaire aux conditions physicochimiques du sol. Le pH du sol influençait fortement les communautés végétales et fongiques. Le lien observé entre les communautés végétales et fongiques met l’emphase sur l’importance des interactions biotiques positives au fil de la succession dans les environnements pauvres en nutriments. Finalement, j’ai comparé les communautés de champignons ectomycorhiziens associées aux principales espèces arborescentes dans les forêts dunaires. J’ai observé une richesse importante, avec un total de 200 unités taxonomiques opérationnelles ectomycorhiziennes, appartenant principalement aux Agaricomycètes. Une analyse de réseaux n’a pas permis de détecter de modules (c'est-à-dire des sous-groupes d’espèces en interaction), ce qui indique un faible niveau de spécificité des associations ectomycorhiziennes. De plus, je n’ai pas observé de différences en termes de richesse ou de structure des communautés entre les quatre espèces hôtes. En conclusion, j’ai pu observer à travers la succession dunaire des communautés diversifiées et des structures distinctes selon la zone de la dune, tant chez les champignons que chez les plantes. La succession semble toutefois moins marquée au niveau des communautés fongiques, par rapport aux patrons observés chez les plantes. Ces résultats ont alimenté une réflexion sur le potentiel et les perspectives, mais aussi sur les limitations des approches reposant sur le séquençage à haut-débit en écologie microbienne.

DYNAMICS OF LEAF FALL FROM RIPARIAN VEGETATION AND THE ACCUMULATION IN BENTHIC STOCK IN NEOTROPICAL STREAMS1

ABSTRACT Considering the importance of the riparian vegetation leaves as an energetic source to first order streams, the aim of the present study was to evaluate the leaf biomass contribution to the system and its temporal dynamics. With this purpose, monthly samples from July 2008 to June 2009 were collected using four sampling devices installed in three streams, in order to collect the vertical, lateral and terrestrial loads, and the benthic stock. We tested the following hypothesis: (1) leaf biomass input is higher after hydric stress periods; and (2) benthic stock biomass increase with higher loads from vertical and lateral entrances. Leaves represented 71.9% (on average) of all sampled allochthonous matter, with seasonal significant variation along the studied year. Peaks of leaf input were registered in September-October, after an increase in rainfall, and also in January, after a decrease in rainfall. Leaf input was higher in the lateral load.

Vegetation and environmental dynamics in the southern Black Sea region since 18 kyr BP derived from the marine core 22-GC3

Sediments from the Black Sea, a region historically dominated by forests and steppe landscapes, are a valuable source of detailed information on the changes in regional terrestrial and aquatic environments at decadal to millennial scales. Here we present multi-proxy environmental records (pollen, dinoflagellate cysts, Ca, Ti and oxygen isotope data) from the uppermost 305 cm of the core 22-GC3 (42°13.53′N, 36°29.55′E) collected from a water depth of 838 m in the southern part of the Black Sea in 2007. The records span the last ~ 18 kyr (all ages are given in cal kyr BP). The pollen data reveal the dominance of the Artemisia-steppe in the region, suggesting rather dry/cold environments ~ 18–14.5 kyr BP. Warming/humidity increase during melt-water pulses (~ 16.1–14.5 kyr BP), indicated by δ18O records from the 22-GC3 core sediment and from the Sofular Cave stalagmite, is expressed in more negative δ13C values from the Sofular Cave, usually interpreted as the spreading of C3 plants. The records representing the interstadial complex (~ 14.5–12.9 kyr BP) show an increase in temperature and moisture, indicated by forest development, increased primary productivity and reduced surface run-off, whereas the switch from primary terrigenous to primary authigenic Ca origin occurs ~ 500 yr later. The Younger Dryas cooling is clearly demonstrated by more negative δ13C values from the Sofular Cave and a reduction of pines. The early Holocene (11.7–8.5 kyr BP) interval reveals relatively dry conditions compared to the mostly moist and warm middle Holocene (8.5–5 kyr BP), which is characterized by the establishment of the species-rich warm mixed and temperate deciduous forests in the low elevation belt, temperate deciduous beech-hornbeam forests in the middle and cool conifer forest in upper mountain belt. The border between the early and middle Holocene in the vegetation records coincides with the opening of the Mediterranean corridor at ~ 8.3 kyr BP, as indicated by a marked change in the dinocyst assemblages and in the sediment lithology. Changes in the pollen assemblages indicate a reduction in forest cover after ~ 5 kyr BP, which was likely caused by increased anthropogenic pressure on the regional vegetation.

Postglacial vegetation, fire and climate dynamics at Central Chilean Patagonia (Lake Shaman, 44ºS)

A 19 cal ka BP pollen and charcoal record from Lake Shaman (44°S; 71°W, Chile) was analyzed to establish vegetation, fire and climate dynamics of the forest-steppe ecotone in Central Chilean Patagonia. Lake Shaman record indicates that the upper Río Cisnes valley was free of ice at around 19 cal ka BP. From this date and until 14.8 cal ka BP, a grass steppe with high proportions of shrubs associated to colder and drier conditions than present developed in this area. A continuous increase of Nothofagus accompanied by a decline in the steppe shrubs and sudden dominance of paludal over aquatic plants from 11 cal ka BP was associated to effective moisture increase but still under modern values. The replacement of the cold-dry grass-shrub steppe by a similar-than-present forest-steppe ecotone suggests an increase in temperature indicating the onset of the Holocene. At the same time, moderate fire activity suggested by the charcoal record could be related to major fuel availability as consequence of Nothofagus forest expansion. Between 8 and 3 cal ka BP, the record indicates the easternmost position of the forest-steppe ecotone suggesting the highest effective moisture with the establishment of seasonality between 5 and 3 cal ka BP. From 3 cal ka BP, the record indicates a retraction of the forest-steppe ecotone accompanied by a high pollen record variability and an increased fire activity. These late changes suggest decreased effective moisture associated with a high climatic variability. At regional and extra-regional scale, climatic changes at Lake Shaman's record are mostly associated to changes (latitudinal shifts and/or strengthening/weakening) of past Southern Westerlies that were previously recorded along Patagonia from the Lateglacial to the mid-Holocene. During the Late Holocene, a regional pattern characterized by high record variability emerges throughout Central Chilean Patagonia. This variability would be related to (1) low magnitude Southern Westerlies changes probably associated to ENSO and/or SAM or (2) the complex relationships between vegetation, fire and human occupations during the last 3 cal ka.

Pollen record and calculated holocene vegetation and climate dynamics from Sihailongwan Maar Lake, NE China

High-resolution palynological analysis on annually laminated sediments of Sihailongwan Maar Lake (SHL) provides new insights into the Holocene vegetation and climate dynamics of NE China. The robust chronology of the presented record is based on varve counting and AMS radiocarbon dates from terrestrial plant macro-remains. In addition to the qualitative interpretation of the pollen data, we provide quantitative reconstructions of vegetation and climate based on the method of biomization and weighted averaging partial least squares regression (WA-PLS) technique, respectively. Power spectra were computed to investigate the frequency domain distribution of proxy signals and potential natural periodicities. Pollen assemblages, pollen-derived biome scores and climate variables as well as the cyclicity pattern indicate that NE China experienced significant changes in temperature and moisture conditions during the Holocene. Within the earliest phase of the Holocene, a large-scale reorganization of vegetation occurred, reflecting the reconstructed shift towards higher temperatures and precipitation values and the initial Holocene strengthening and northward expansion of the East Asian summer monsoon (EASM). Afterwards, summer temperatures remain at a high level, whereas the reconstructed precipitation shows an increasing trend until approximately 4000 cal. yr BP. Since 3500 cal. yr BP, temperature and precipitation values decline, indicating moderate cooling and weakening of the EASM. A distinct periodicity of 550-600 years and evidence of a Mid-Holocene transition from a temperature-triggered to a predominantly moisture-triggered climate regime are derived from the power spectra analysis. The results obtained from SHL are largely consistent with other palaeoenvironmental records from NE China, substantiating the regional nature of the reconstructed vegetation and climate patterns. However, the reconstructed climate changes contrast with the moisture evolution recorded in S China and the mid-latitude (semi-)arid regions of N China. Whereas a clear insolation-related trend of monsoon intensity over the Holocene is lacking from the SHL record, variations in the coupled atmosphere-Pacific Ocean system can largely explain the reconstructed changes in NE China.