Frequency and factors of earlywood frost ring formation in jack pine (Pinus banksiana) across northern lower Michigan

Abstract

Late spring frost disturbances have significant ecological and physiological impacts on forests. Frost-induced cambial damage that occurs when cells are actively dividing can result in the formation of frost rings, abnormal modifications to wood anatomy within the annual growth rings of an injured tree. Frost rings are indicators of growing season frost damage to the cambium and therefore have potential to be used both as a proxy in the reconstruction of extreme climatic events and to identify frost-prone environmental conditions. In this study, we measured the occurrence of earlywood frost rings across cambial age and diameter class in 11 jack pine (Pinus banksiana) populations of northern lower Michigan. Earlywood frost ring formation was greater in younger trees and in trees with smaller diameters. Biotic (cambial age, diameter, and ring width) and abiotic (elevation, initial site-related growth rate, and minimum temperature) factors demonstrated significant influence on the probability of earlywood frost ring formation. When using frost rings as a proxy of historical climate, susceptibility to abrupt freezing temperatures during the growing season and thus the ability of an individual tree to record a frost disturbance should be considered.

Résumé

Les épisodes tardifs de gel printanier ont des impacts écologiques et physiologiques significatifs sur les forêts. Un gel qui se produit lorsque les cellules se divisent activement cause des dommages au cambium qui peuvent conduire à la formation de cernes de gel, des changments anormaux dans l'anatomie du bois au sein des cernes annuels de croissance d'un arbre blessé par le gel. Les cernes de gel sont des indicateurs de dommages au cambium causés par le gel durant la saison de croissance et comme tel peuvent être utilisés comme indicateurs pour la reconstruction d'événements climatiques extrêmes ainsi que pour déterminer les conditions environnementales propices au gel. Dans cette étude, nous avons examiné la présence de cernes de gel dans le bois initial en fonction de l'âge cambial et la classe de diamètre dans 11 populations de pin gris (Pinus banksiana) du nord de la péninsule sud du Michigan. La formation de cernes de gel dans le bois initial était plus fréquente chez les arbres plus jeunes et chez ceux ayant des diamètres plus petits. Les facteurs biotiques (âge cambial, diamètre de l'arbre et largeur des cernes) et abiotiques (élévation, taux de croissance initial du site et température minimale) avaient une influence significative sur la probabilité de formation de cernes de gel dans le bois initial. Lorsque les cernes de gel sont utilisés comme indicateurs paléoclimatiques, la susceptibilité des arbres aux chutes brusques de température sous le point de congélation durant la saison de croissance, donc leur capacité à enregistrer les épisodes de gel, doit être prise en considération.

Keywords:

• climatic events
• dendrochronology
• frost disturbances
• frost rings
• wood anatomy
• xylem

Mots-clés:

• anatomie du bois
• cernes de gel
• dendrochronologie
• épisodes de gel
• événements climatiques
• xylème