• Energy Research
• Open Access close
• Open Source close
• 15. Life on land close

Different species within the same community may exhibit distinct phenological responses to climate change, so it is necessary to study species differences in the green-up date among abundant species within a wide area, and a suitable phenology model should be introduced to explain the associated climate-driven mechanism. Although various models have been developed, very few studies have aimed to compare their efficiency and robustness, and the relative contributions of climate driving factors have not been sufficiently examined. We analyzed phenology data for 12 species across 17 stations in Inner Mongolia and found that essential spatiotemporal and interspecies differences existed in the green-up date. Five process-based models were established for each species and their performance was comprehensively evaluated. The two-phase models (sequential model, parallel model, unified model and unified model combined with precipitation driving) generally performed better than the one-phase model (thermal time model), and the model considering precipitation performed the best, which indicates that it is necessary to introduce the chilling effect and precipitation driving effect to improve the model accuracy in arid environments. We proposed a method to estimate the contribution rates of various climate driving factors, and significant differences in the relative demand for the various climate driving factors among different species were clearly revealed. The results indicated that for natural vegetation in Inner Mongolia, the need for the chilling and temperature driving is relatively high, and the precipitation driving is very important for herbaceous vegetation, which leads to considerable spatial and interspecies differences in green-up date. We demonstrated the feasibility of quantitatively evaluating the contributions of different climate driving factors with a process-based model, and the contradiction in phenological changes among different studies may eventually be clarified.

Different species within the same community may exhibit distinct phenological responses to climate change, so it is necessary to study species differences in the green-up date among abundant species within a wide area, and a suitable phenology model should be introduced to explain the associated climate-driven mechanism. Although various models have been developed, very few studies have aimed to compare their efficiency and robustness, and the relative contributions of climate driving factors have not been sufficiently examined. We analyzed phenology data for 12 species across 17 stations in Inner Mongolia and found that essential spatiotemporal and interspecies differences existed in the green-up date. Five process-based models were established for each species and their performance was comprehensively evaluated. The two-phase models (sequential model, parallel model, unified model and unified model combined with precipitation driving) generally performed better than the one-phase model (thermal time model), and the model considering precipitation performed the best, which indicates that it is necessary to introduce the chilling effect and precipitation driving effect to improve the model accuracy in arid environments. We proposed a method to estimate the contribution rates of various climate driving factors, and significant differences in the relative demand for the various climate driving factors among different species were clearly revealed. The results indicated that for natural vegetation in Inner Mongolia, the need for the chilling and temperature driving is relatively high, and the precipitation driving is very important for herbaceous vegetation, which leads to considerable spatial and interspecies differences in green-up date. We demonstrated the feasibility of quantitatively evaluating the contributions of different climate driving factors with a process-based model, and the contradiction in phenological changes among different studies may eventually be clarified.

Scarcity of water resources in the entire country is more serious in the northern provinces like Golestan. Therefore, farmers have to use saline water or waste waters. One way to adapt to this condition is to use unconventional water such as Caspian Sea water, with lower salinity as compared with water from free seas, for common crops like soybean. Thus feasibility of using Caspian Sea water that has integrated with narrow common water and the calibration of Aquacrop model under the effect of salinity and water stress for soybean crop in Golestan province are more important. The Aquacrop model assumes a linear relationship between the biomass yield (BY) and crop transpiration one one hand and water productivity (WP) value on the other (Steduto and Albrizio, 2005). This model, as compared to other crop models, requires minimal input data and its new version 4.0 (June, 2012) has a salinity module which was used in this research to simulate the grain yield (GY) and WP of soybean under deficit and saline water irrigation. Furthermore, the AquaCrop model has not often been tested to simulate the yield of soybean under saline conditions in the semi-arid climate of Golestan province. This study aims at evaluating the efficiency of AquaCrop model in soybean yield simulation. The results are to be used for optimizing water consumption under water and saline stress. To this end, an experiment was carried out at the research farm of Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources.

Scarcity of water resources in the entire country is more serious in the northern provinces like Golestan. Therefore, farmers have to use saline water or waste waters. One way to adapt to this condition is to use unconventional water such as Caspian Sea water, with lower salinity as compared with water from free seas, for common crops like soybean. Thus feasibility of using Caspian Sea water that has integrated with narrow common water and the calibration of Aquacrop model under the effect of salinity and water stress for soybean crop in Golestan province are more important. The Aquacrop model assumes a linear relationship between the biomass yield (BY) and crop transpiration one one hand and water productivity (WP) value on the other (Steduto and Albrizio, 2005). This model, as compared to other crop models, requires minimal input data and its new version 4.0 (June, 2012) has a salinity module which was used in this research to simulate the grain yield (GY) and WP of soybean under deficit and saline water irrigation. Furthermore, the AquaCrop model has not often been tested to simulate the yield of soybean under saline conditions in the semi-arid climate of Golestan province. This study aims at evaluating the efficiency of AquaCrop model in soybean yield simulation. The results are to be used for optimizing water consumption under water and saline stress. To this end, an experiment was carried out at the research farm of Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources.

A worldwide increase in tree decline and mortality has been linked to climate change and, where these represent foundation species, this can have important implications for ecosystem functions. This study tests a combined approach of phylogeographic analysis and species distribution modelling to provide a climate change context for an observed decline in crown health and an increase in mortality in Eucalyptus wandoo, an endemic tree of south-western Australia.Phylogeographic analyses were undertaken using restriction fragment length polymorphism analysis of chloroplast DNA in 26 populations across the species distribution. Parsimony analysis of haplotype relationships was conducted, a haplotype network was prepared, and haplotype and nucleotide diversity were calculated. Species distribution modelling was undertaken using Maxent models based on extant species occurrences and projected to climate models of the last glacial maximum (LGM).A structured pattern of diversity was identified, with the presence of two groups that followed a climatic gradient from mesic to semi-arid regions. Most populations were represented by a single haplotype, but many haplotypes were shared among populations, with some having widespread distributions. A putative refugial area with high haplotype diversity was identified at the centre of the species distribution. Species distribution modelling showed high climatic suitability at the LGM and high climatic stability in the central region where higher genetic diversity was found, and low suitability elsewhere, consistent with a pattern of range contraction.Combination of phylogeography and paleo-distribution modelling can provide an evolutionary context for climate-driven tree decline, as both can be used to cross-validate evidence for refugia and contraction under harsh climatic conditions. This approach identified a central refugial area in the test species E. wandoo, with more recent expansion into peripheral areas from where it had contracted at the LGM. This signature of contraction from lower rainfall areas is consistent with current observations of decline on the semi-arid margin of the range, and indicates low capacity to tolerate forecast climatic change. Identification of a paleo-historical context for current tree decline enables conservation interventions to focus on maintaining genetic diversity, which provides the evolutionary potential for adaptation to climate change.

A worldwide increase in tree decline and mortality has been linked to climate change and, where these represent foundation species, this can have important implications for ecosystem functions. This study tests a combined approach of phylogeographic analysis and species distribution modelling to provide a climate change context for an observed decline in crown health and an increase in mortality in Eucalyptus wandoo, an endemic tree of south-western Australia.Phylogeographic analyses were undertaken using restriction fragment length polymorphism analysis of chloroplast DNA in 26 populations across the species distribution. Parsimony analysis of haplotype relationships was conducted, a haplotype network was prepared, and haplotype and nucleotide diversity were calculated. Species distribution modelling was undertaken using Maxent models based on extant species occurrences and projected to climate models of the last glacial maximum (LGM).A structured pattern of diversity was identified, with the presence of two groups that followed a climatic gradient from mesic to semi-arid regions. Most populations were represented by a single haplotype, but many haplotypes were shared among populations, with some having widespread distributions. A putative refugial area with high haplotype diversity was identified at the centre of the species distribution. Species distribution modelling showed high climatic suitability at the LGM and high climatic stability in the central region where higher genetic diversity was found, and low suitability elsewhere, consistent with a pattern of range contraction.Combination of phylogeography and paleo-distribution modelling can provide an evolutionary context for climate-driven tree decline, as both can be used to cross-validate evidence for refugia and contraction under harsh climatic conditions. This approach identified a central refugial area in the test species E. wandoo, with more recent expansion into peripheral areas from where it had contracted at the LGM. This signature of contraction from lower rainfall areas is consistent with current observations of decline on the semi-arid margin of the range, and indicates low capacity to tolerate forecast climatic change. Identification of a paleo-historical context for current tree decline enables conservation interventions to focus on maintaining genetic diversity, which provides the evolutionary potential for adaptation to climate change.

Dans les latitudes tempérées élevées, les ongulés donnent généralement naissance dans une fenêtre temporelle étroite lorsque les conditions sont optimales pour la survie de la progéniture au printemps ou au début de l'été, et utilisent une photopériode changeante pour les conceptions temporelles afin d'anticiper ces conditions. Cependant, dans les basses latitudes tropicales, la variation de la durée du jour est minime et la variation des précipitations rend le cycle saisonnier moins prévisible. Néanmoins, plusieurs espèces d'ongulés conservent des pics de naissance étroits dans de telles conditions, tandis que d'autres montrent que les naissances se propagent assez largement tout au long de l'année. Nous avons étudié comment la variation des précipitations d'une année à l'autre et d'une année à l'autre a influencé le moment de la reproduction de quatre espèces d'ongulés montrant ces modèles contrastés dans la région de Masai Mara au Kenya. Les quatre espèces présentaient des pics de naissance au cours de la période optimale putative au début de la saison humide. Pour le hartebeest et l'impala, le pic de naissance est diffus et la progéniture naît tout au long de l'année. En revanche, le topi et le phacochère ont montré une concentration saisonnière étroite de naissances, avec des conceptions supprimées une fois que les précipitations mensuelles sont tombées en dessous d'un seuil. Les fortes précipitations de la saison précédente et les fortes pluies précoces de l'année en cours ont amélioré la survie au stade juvénile de toutes les espèces, à l'exception de l'impala. Nos résultats révèlent comment la variation des précipitations affectant la croissance des graminées et donc la nutrition des herbivores peut régir la phénologie reproductive des ongulés dans les latitudes tropicales où la variation de la longueur du jour est minime. Le mécanisme sous-jacent semble être la suppression des conceptions une fois que les gains nutritionnels deviennent insuffisants. En réagissant de manière proximale à la variation des précipitations au cours de l'année, les ongulés de la savane tropicale sont moins susceptibles d'être affectés négativement par les conséquences du réchauffement climatique sur la phénologie de la végétation que les ongulés du Nord montrant un contrôle photopériodique plus rigide sur le moment de la reproduction. En latitudes templadas altas, los ungulados generalmente dan a luz dentro de una ventana de tiempo estrecha cuando las condiciones son óptimas para la supervivencia de la descendencia en primavera o principios del verano, y utilizan conceptos cambiantes de fotoperíodo a tiempo para anticipar estas condiciones. Sin embargo, en latitudes tropicales bajas, la variación de la duración del día es mínima, y la variación de las precipitaciones hace que el ciclo estacional sea menos predecible. Sin embargo, varias especies de ungulados conservan picos de nacimiento estrechos en tales condiciones, mientras que otras muestran nacimientos muy extendidos a lo largo del año. Investigamos cómo la variación interanual de las precipitaciones influyó en el tiempo reproductivo de cuatro especies de ungulados que muestran estos patrones contrastantes en la región de Masai Mara en Kenia. Las cuatro especies exhibieron picos de nacimiento durante el periodo óptimo putativo en la estación húmeda temprana. Para hartebeest e impala, el pico de nacimiento era difuso y las crías nacían durante todo el año. Por el contrario, topi y jabalí mostraron una estrecha concentración estacional de nacimientos, con concepciones suprimidas una vez que las precipitaciones mensuales cayeron por debajo de un nivel umbral. Las altas precipitaciones en la temporada anterior y las altas lluvias tempranas en el año en curso mejoraron la supervivencia en la etapa juvenil para todas las especies, excepto los impalas. Nuestros hallazgos revelan cómo la variación de la precipitación que afecta el crecimiento de la hierba y, por lo tanto, la nutrición de los herbívoros, puede gobernar la fenología reproductiva de los ungulados en latitudes tropicales donde la variación de la duración del día es mínima. El mecanismo subyacente parece ser la supresión de las concepciones una vez que las ganancias nutricionales se vuelven insuficientes. Al responder proximalmente a la variación de las precipitaciones dentro del año, es menos probable que los ungulados de la sabana tropical se vean afectados negativamente por las consecuencias del calentamiento global para la fenología de la vegetación que los ungulados del norte que muestran un control fotoperiódico más rígido sobre el tiempo reproductivo. In high temperate latitudes, ungulates generally give birth within a narrow time window when conditions are optimal for offspring survival in spring or early summer, and use changing photoperiod to time conceptions so as to anticipate these conditions. However, in low tropical latitudes day length variation is minimal, and rainfall variation makes the seasonal cycle less predictable. Nevertheless, several ungulate species retain narrow birth peaks under such conditions, while others show births spread quite widely through the year. We investigated how within-year and between-year variation in rainfall influenced the reproductive timing of four ungulate species showing these contrasting patterns in the Masai Mara region of Kenya. All four species exhibited birth peaks during the putative optimal period in the early wet season. For hartebeest and impala, the birth peak was diffuse and offspring were born throughout the year. In contrast, topi and warthog showed a narrow seasonal concentration of births, with conceptions suppressed once monthly rainfall fell below a threshold level. High rainfall in the previous season and high early rains in the current year enhanced survival into the juvenile stage for all the species except impala. Our findings reveal how rainfall variation affecting grass growth and hence herbivore nutrition can govern the reproductive phenology of ungulates in tropical latitudes where day length variation is minimal. The underlying mechanism seems to be the suppression of conceptions once nutritional gains become insufficient. Through responding proximally to within-year variation in rainfall, tropical savanna ungulates are less likely to be affected adversely by the consequences of global warming for vegetation phenology than northern ungulates showing more rigid photoperiodic control over reproductive timing. في خطوط العرض المعتدلة العالية، تلد ذوات الحوافر عمومًا في غضون فترة زمنية ضيقة عندما تكون الظروف مثالية لبقاء النسل في الربيع أو أوائل الصيف، وتستخدم تغيير الفترة الضوئية إلى مفاهيم زمنية لتوقع هذه الظروف. ومع ذلك، في خطوط العرض الاستوائية المنخفضة، يكون تباين طول اليوم ضئيلًا، ويجعل تباين هطول الأمطار الدورة الموسمية أقل قابلية للتنبؤ. ومع ذلك، فإن العديد من الأنواع ذوات الحوافر تحتفظ بقمم ولادة ضيقة في ظل هذه الظروف، في حين أن البعض الآخر يظهر أن الولادات تنتشر على نطاق واسع خلال العام. لقد حققنا في كيفية تأثير التباين في هطول الأمطار خلال العام وبين الأعوام على التوقيت التكاثري لأربعة أنواع من ذوات الحوافر تظهر هذه الأنماط المتناقضة في منطقة ماساي مارا في كينيا. أظهرت جميع الأنواع الأربعة قمم ولادة خلال الفترة المثلى المفترضة في موسم الأمطار المبكر. بالنسبة لحيوان النحل والامبالا، كانت ذروة الولادة منتشرة وولدت ذرية على مدار العام. على النقيض من ذلك، أظهر التوبي والخنزير الحربي تركيزًا موسميًا ضيقًا للولادات، مع قمع المفاهيم بمجرد انخفاض هطول الأمطار الشهري إلى ما دون مستوى العتبة. عزز ارتفاع هطول الأمطار في الموسم السابق وارتفاع الأمطار المبكرة في العام الحالي البقاء على قيد الحياة في مرحلة الشباب لجميع الأنواع باستثناء الإمبالا. تكشف النتائج التي توصلنا إليها كيف أن تباين هطول الأمطار الذي يؤثر على نمو العشب وبالتالي تغذية الحيوانات العاشبة يمكن أن يحكم الفينولوجيا الإنجابية لذوات الحوافر في خطوط العرض الاستوائية حيث يكون تباين طول اليوم ضئيلًا. يبدو أن الآلية الأساسية هي قمع المفاهيم بمجرد أن تصبح المكاسب الغذائية غير كافية. من خلال الاستجابة القريبة من التباين في هطول الأمطار خلال العام، فإن ذوات الحوافر في السافانا الاستوائية أقل عرضة للتأثر سلبًا بعواقب الاحترار العالمي على فينولوجيا الغطاء النباتي من ذوات الحوافر الشمالية التي تظهر تحكمًا دوريًا ضوئيًا أكثر صرامة في توقيت التكاثر.

Dans les latitudes tempérées élevées, les ongulés donnent généralement naissance dans une fenêtre temporelle étroite lorsque les conditions sont optimales pour la survie de la progéniture au printemps ou au début de l'été, et utilisent une photopériode changeante pour les conceptions temporelles afin d'anticiper ces conditions. Cependant, dans les basses latitudes tropicales, la variation de la durée du jour est minime et la variation des précipitations rend le cycle saisonnier moins prévisible. Néanmoins, plusieurs espèces d'ongulés conservent des pics de naissance étroits dans de telles conditions, tandis que d'autres montrent que les naissances se propagent assez largement tout au long de l'année. Nous avons étudié comment la variation des précipitations d'une année à l'autre et d'une année à l'autre a influencé le moment de la reproduction de quatre espèces d'ongulés montrant ces modèles contrastés dans la région de Masai Mara au Kenya. Les quatre espèces présentaient des pics de naissance au cours de la période optimale putative au début de la saison humide. Pour le hartebeest et l'impala, le pic de naissance est diffus et la progéniture naît tout au long de l'année. En revanche, le topi et le phacochère ont montré une concentration saisonnière étroite de naissances, avec des conceptions supprimées une fois que les précipitations mensuelles sont tombées en dessous d'un seuil. Les fortes précipitations de la saison précédente et les fortes pluies précoces de l'année en cours ont amélioré la survie au stade juvénile de toutes les espèces, à l'exception de l'impala. Nos résultats révèlent comment la variation des précipitations affectant la croissance des graminées et donc la nutrition des herbivores peut régir la phénologie reproductive des ongulés dans les latitudes tropicales où la variation de la longueur du jour est minime. Le mécanisme sous-jacent semble être la suppression des conceptions une fois que les gains nutritionnels deviennent insuffisants. En réagissant de manière proximale à la variation des précipitations au cours de l'année, les ongulés de la savane tropicale sont moins susceptibles d'être affectés négativement par les conséquences du réchauffement climatique sur la phénologie de la végétation que les ongulés du Nord montrant un contrôle photopériodique plus rigide sur le moment de la reproduction. En latitudes templadas altas, los ungulados generalmente dan a luz dentro de una ventana de tiempo estrecha cuando las condiciones son óptimas para la supervivencia de la descendencia en primavera o principios del verano, y utilizan conceptos cambiantes de fotoperíodo a tiempo para anticipar estas condiciones. Sin embargo, en latitudes tropicales bajas, la variación de la duración del día es mínima, y la variación de las precipitaciones hace que el ciclo estacional sea menos predecible. Sin embargo, varias especies de ungulados conservan picos de nacimiento estrechos en tales condiciones, mientras que otras muestran nacimientos muy extendidos a lo largo del año. Investigamos cómo la variación interanual de las precipitaciones influyó en el tiempo reproductivo de cuatro especies de ungulados que muestran estos patrones contrastantes en la región de Masai Mara en Kenia. Las cuatro especies exhibieron picos de nacimiento durante el periodo óptimo putativo en la estación húmeda temprana. Para hartebeest e impala, el pico de nacimiento era difuso y las crías nacían durante todo el año. Por el contrario, topi y jabalí mostraron una estrecha concentración estacional de nacimientos, con concepciones suprimidas una vez que las precipitaciones mensuales cayeron por debajo de un nivel umbral. Las altas precipitaciones en la temporada anterior y las altas lluvias tempranas en el año en curso mejoraron la supervivencia en la etapa juvenil para todas las especies, excepto los impalas. Nuestros hallazgos revelan cómo la variación de la precipitación que afecta el crecimiento de la hierba y, por lo tanto, la nutrición de los herbívoros, puede gobernar la fenología reproductiva de los ungulados en latitudes tropicales donde la variación de la duración del día es mínima. El mecanismo subyacente parece ser la supresión de las concepciones una vez que las ganancias nutricionales se vuelven insuficientes. Al responder proximalmente a la variación de las precipitaciones dentro del año, es menos probable que los ungulados de la sabana tropical se vean afectados negativamente por las consecuencias del calentamiento global para la fenología de la vegetación que los ungulados del norte que muestran un control fotoperiódico más rígido sobre el tiempo reproductivo. In high temperate latitudes, ungulates generally give birth within a narrow time window when conditions are optimal for offspring survival in spring or early summer, and use changing photoperiod to time conceptions so as to anticipate these conditions. However, in low tropical latitudes day length variation is minimal, and rainfall variation makes the seasonal cycle less predictable. Nevertheless, several ungulate species retain narrow birth peaks under such conditions, while others show births spread quite widely through the year. We investigated how within-year and between-year variation in rainfall influenced the reproductive timing of four ungulate species showing these contrasting patterns in the Masai Mara region of Kenya. All four species exhibited birth peaks during the putative optimal period in the early wet season. For hartebeest and impala, the birth peak was diffuse and offspring were born throughout the year. In contrast, topi and warthog showed a narrow seasonal concentration of births, with conceptions suppressed once monthly rainfall fell below a threshold level. High rainfall in the previous season and high early rains in the current year enhanced survival into the juvenile stage for all the species except impala. Our findings reveal how rainfall variation affecting grass growth and hence herbivore nutrition can govern the reproductive phenology of ungulates in tropical latitudes where day length variation is minimal. The underlying mechanism seems to be the suppression of conceptions once nutritional gains become insufficient. Through responding proximally to within-year variation in rainfall, tropical savanna ungulates are less likely to be affected adversely by the consequences of global warming for vegetation phenology than northern ungulates showing more rigid photoperiodic control over reproductive timing. في خطوط العرض المعتدلة العالية، تلد ذوات الحوافر عمومًا في غضون فترة زمنية ضيقة عندما تكون الظروف مثالية لبقاء النسل في الربيع أو أوائل الصيف، وتستخدم تغيير الفترة الضوئية إلى مفاهيم زمنية لتوقع هذه الظروف. ومع ذلك، في خطوط العرض الاستوائية المنخفضة، يكون تباين طول اليوم ضئيلًا، ويجعل تباين هطول الأمطار الدورة الموسمية أقل قابلية للتنبؤ. ومع ذلك، فإن العديد من الأنواع ذوات الحوافر تحتفظ بقمم ولادة ضيقة في ظل هذه الظروف، في حين أن البعض الآخر يظهر أن الولادات تنتشر على نطاق واسع خلال العام. لقد حققنا في كيفية تأثير التباين في هطول الأمطار خلال العام وبين الأعوام على التوقيت التكاثري لأربعة أنواع من ذوات الحوافر تظهر هذه الأنماط المتناقضة في منطقة ماساي مارا في كينيا. أظهرت جميع الأنواع الأربعة قمم ولادة خلال الفترة المثلى المفترضة في موسم الأمطار المبكر. بالنسبة لحيوان النحل والامبالا، كانت ذروة الولادة منتشرة وولدت ذرية على مدار العام. على النقيض من ذلك، أظهر التوبي والخنزير الحربي تركيزًا موسميًا ضيقًا للولادات، مع قمع المفاهيم بمجرد انخفاض هطول الأمطار الشهري إلى ما دون مستوى العتبة. عزز ارتفاع هطول الأمطار في الموسم السابق وارتفاع الأمطار المبكرة في العام الحالي البقاء على قيد الحياة في مرحلة الشباب لجميع الأنواع باستثناء الإمبالا. تكشف النتائج التي توصلنا إليها كيف أن تباين هطول الأمطار الذي يؤثر على نمو العشب وبالتالي تغذية الحيوانات العاشبة يمكن أن يحكم الفينولوجيا الإنجابية لذوات الحوافر في خطوط العرض الاستوائية حيث يكون تباين طول اليوم ضئيلًا. يبدو أن الآلية الأساسية هي قمع المفاهيم بمجرد أن تصبح المكاسب الغذائية غير كافية. من خلال الاستجابة القريبة من التباين في هطول الأمطار خلال العام، فإن ذوات الحوافر في السافانا الاستوائية أقل عرضة للتأثر سلبًا بعواقب الاحترار العالمي على فينولوجيا الغطاء النباتي من ذوات الحوافر الشمالية التي تظهر تحكمًا دوريًا ضوئيًا أكثر صرامة في توقيت التكاثر.