Net primary productivity of subalpine meadows in Yosemite National Park in relation to climate variability

Peggy E. Moore, Jan W. van Wagtendonk, Julie L. Yee, Mitchel P. McClaran, David N. Cole, Neil K. McDougald, Matthew L. Brooks

Abstract


Subalpine meadows are some of the most ecologically important components of mountain landscapes, and primary productivity is important to the maintenance of meadow functions. Understanding how changes in primary productivity are associated with variability in moisture and temperature will become increasingly important with current and anticipated changes in climate. Our objective was to describe patterns and variability in aboveground live vascular plant biomass in relation to climatic factors. We harvested aboveground biomass at peak growth from four 64-m2 plots each in xeric, mesic, and hydric meadows annually from 1994 to 2000. Data from nearby weather stations provided independent variables of spring snow water content, snow-free date, and thawing degree days for a cumulative index of available energy. We assembled these climatic variables into a set of mixed effects analysis of covariance models to evaluate their relationships with annual aboveground net primary productivity (ANPP), and we used an information theoretic approach to compare the quality of fit among candidate models. ANPP in the xeric meadow was negatively related to snow water content and thawing degree days and in the mesic meadow was negatively related to snow water content. Relationships between ANPP and these 2 covariates in the hydric meadow were not significant. Increasing snow water content may limit ANPP in these meadows if anaerobic conditions delay microbial activity and nutrient availability. Increased thawing degree days may limit ANPP in xeric meadows by prematurely depleting soil moisture. Large within-year variation of ANPP in the hydric meadow limited sensitivity to the climatic variables. These relationships suggest that, under projected warmer and drier conditions, ANPP will increase in mesic meadows but remain unchanged in xeric meadows because declines associated with increased temperatures would offset the increases from decreased snow water content.

 

Las praderas subalpinas son algunos de los componentes de mayor importancia ecológica de los paisajes de montaña, y la productividad primaria es importante para mantener las funciones de la pradera. El comprender de qué manera se asocian los cambios de la productividad primaria con la variabilidad de la humedad y la temperatura será cada vez más importante por los cambios climáticos actuales y los que se pronostican. Nuestro objetivo fue describir los patrones de biomasa de las plantas vasculares vivas sobre el nivel de la tierra y su variabilidad en relación con los factores climáticos. Extrajimos biomasa sobre el nivel de la tierra, en su punto máximo de crecimiento, de cuatro terrenos de 64 m2 cada uno, de praderas áridas, secas y húmedas, anualmente, entre el año 1994 y el año 2000. Las estaciones meteorológicas cercanas proporcionaron información sobre las variables independientes del contenido de agua proveniente de la nieve de primavera, las épocas sin nieve y el grado de deshielo por día para un índice acumulativo de energía disponible. Reunimos estas variables climáticas en un análisis de covarianza de efectos mixtos para evaluar sus relaciones con la productividad primaria neta anual sobre el nivel de la tierra (ANPP = annual net primary productivity), y utilizamos un enfoque teórico de la información para evaluar cuál de los modelos candidatos se ajusta mejor. La ANPP de la pradera árida se relacionó con el contenido de agua de nieve y el grado por día de descongelamiento de manera negativa. En la pradera seca, la ANPP se relacionó con el contenido de agua de nieve de manera negativa. Las relaciones entre la ANPP y estas dos covariables no fueron significativas en la pradera húmeda. El incremento del contenido de agua de nieve puede restringir la ANPP en estas praderas si las condiciones anaeróbicas hacen que se deteriore la actividad microbiana y la disponibilidad de nutrientes. El incremento del grado por día de descongelamiento puede limitar la ANPP en las praderas áridas haciendo que la humedad del suelo disminuya de manera prematura. La gran variación de la ANPP en la pradera húmeda en el transcurso del año restringió la sensibilidad a las variables climáticas. Estas relaciones sugieren que, bajo las condiciones más cálidas y más secas que se pronostican, la ANPP se incrementará en las praderas secas, pero se mantendrá sin cambios en las praderas áridas porque las disminuciones asociadas con el aumento de la temperatura compensarían el contenido de agua de nieve que registró una disminución.


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