Spatial Variability of the Dominant Climate Signal in Cassiope tetragona from Sites in Arctic Canada

• Published in: ARCTIC
• Main Authors: Rayback, Shelly A., Lini, Andrea, Henry, Gregory H.R.
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: English
• Published: The Arctic Institute of North America 2011
• Subjects: Cassiope tetragona; dendrochronology; stable isotope analysis; carbon-13; shrubs; Arctic; dendrochronologie; analyse d’isotopes stables; carbone 13; arbustes; Arctique; Axel Heiberg Island; Bathurst Island; Canada; Devon Island; Heiberg; Arctique*
• Online Access: https://journalhosting.ucalgary.ca/index.php/arctic/article/view/67131

Our study investigates the nature of the climate signal in three populations of the Arctic dwarf-shrub Cassiope tetragona using dendrochronological and stable isotope analysis techniques. We present 15 new C. tetragona chronologies from three sites (Axel Heiberg, Bathurst, and Devon islands) in the eastern Canadian Arctic, of which three are the first continuous stable carbon isotope ratio (δ¹³C) time series developed for Arctic shrubs. Correlation and multivariate regression analyses revealed that multiple and different climate factors influenced the chronologies within and between the three sites. At the Axel Heiberg Island site, the dominant climatic influences over annual stem elongation were previous year (t-1) and current year (t) summer precipitation, while annual production of flower buds was influenced by (t) winter precipitation and spring temperature. At Bathurst Island, annual production of flower buds responded to (t-1) growing season sunshine hours and winter precipitation and to (t) late growing season temperature and moisture availability. Our analysis of the Axel Heiberg and Bathurst Island models revealed the positive influence on δ13C values of (t-1) winter temperature—and on Bathurst Island only, of (t-1) spring sunshine hours. The combined influence of these parameters on spring moisture availability suggests that the δ13C ratios varied in response to stomatal conductance. At Devon Island, the δ13C values varied in response to (t) and (t-1) spring and summer temperature and spring and fall solar radiation, which in turn influence the rate of photosynthesis. Our study supports the emerging hypothesis that Arctic shrubs are sensitive to climate. However, strong spatial variation in plant-climate response characterized our sampling sites. This variation may be linked to site sensitivity, or regional climate variability due to geographic and topographic differences, or both. Notre étude prend la forme d’une enquête sur la nature du signal d’effet de serre au sein de trois populations arctiques d’arbustes nains Cassiope tetragona à l’aide de techniques d’analyse dendrochronologique et d’isotopes stables. Nous présentons 15 nouvelles chronologies de C. tetragona provenant de trois emplacements (îles Axel Heiberg, Bathurst et Devon) dans la partie est de l’Arctique canadien, dont trois de ces chronologies représentent la première série chronologique de rapport isotopique de carbone stable continu (δ¹³C) à avoir été établie pour des arbustes de l’Arctique. Des analyses de corrélation et de régression à plusieurs variables ont permis de révéler que des facteurs climatiques différents et variables ont exercé une influence sur les chronologies au sein des trois emplacements et entre ceux-ci. À l’emplacement de l’île Axel Heiberg, les influences climatiques dominantes par rapport à la montaison annuelle étaient les précipitations d’été de l’année précédente (t-1) et de l’année en cours (t), tandis que la production annuelle des boutons à fleur était influencée par les précipitations d’hiver (t) et les températures du printemps. À l’île Bathurst, la production annuelle de boutons à fleur réagissait à (t-1), soit le nombre d’heures d’ensoleillement pendant la saison de croissance et les précipitations d’hiver et à (t), soit les températures en fin de saison de croissance et l’humidité disponible. Notre analyse des modèles des îles Axel Heiberg and Bathurst a révélé l’influence positive des températures d’hiver (t-1) sur les valeurs de δ13C — et à l’île Bathurst seulement, des heures d’ensoleillement du printemps (t-1). L’influence conjointe de ces paramètres sur l’humidité disponible au printemps laisse entendre que les rapports de δ13C varient en fonction de la conductance stomatique. À l’île Devon, les valeurs de δ13C varient en fonction de (t) et de (t-1), soit les températures du printemps et de l’été ainsi que le rayonnement solaire du printemps et de l’automne, qui exercent, à leur tour, une influence sur le taux de photosynthèse. Notre étude vient appuyer la nouvelle hypothèse selon laquelle les arbustes de l’Arctique sont sensibles au climat. Cependant, nos lieux d’échantillonnage étaient caractérisés par une importante variation spatiale en matière de réponse climatique des végétaux. Cette variation pourrait se rattacher à la sensibilité de l’emplacement, ou à la variabilité climatique attribuable aux différences géographiques et topographiques, ou encore, à ces deux éléments.