Published July 6, 2020 | Version v1
Publication

Heatwave effects on gross primary production of northern mid-latitude ecosystems

  • 1. State Forestry and Grassland Administration
  • 2. Beijing Forestry University
  • 3. University of New Hampshire

Description

Heatwave events are expected to become more frequent and intense in the mid-latitudes of the Northern Hemisphere in the future. However, our knowledge of the impacts of these extreme temperature events on ecosystem functions is still limited. We investigated the responses of ecosystem gross primary productivity (GPP) to heatwaves for nine sites encompassing a wide variety of ecosystem types with long-term (i.e., >7 years) flux and meteorological observations at northern mid-latitudes. Our results showed that GPP was depressed during heatwaves for most ecosystems except the C4 sites. The evaporative stress index (ESI) was the primary variable responsible for the changes in GPP during heatwaves across the nine ecosystems. Furthermore, forest ecosystems were more resistant and resilient to heatwaves than other ecosystems. Additionally, the asymmetric diurnal pattern of GPP in forest ecosystems was attributed to xylem refilling and high water storage capacity, indicating that GPP was more sensitive to heatwaves in the afternoon. Interestingly, C4 herbaceous ecosystems could promote canopy stomatal conductance (Gc) for avoiding leaf burn and tissue damage during heatwaves. The herbaceous ecosystems had weaker stomatal control on water loss during heatwaves and were more vulnerable to heatwaves owing to the water stress afterwards. This research highlighted the importance of ecosystem type and plant functional type in determining the responses of photosynthesis to heatwaves. Understanding the post-effect after heatwaves is also vital for comprehensively assessing the impacts of heatwaves on ecosystem functions.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

من المتوقع أن تصبح أحداث موجة الحر أكثر تواترًا وشدة في خطوط العرض الوسطى لنصف الكرة الشمالي في المستقبل. ومع ذلك، لا تزال معرفتنا بتأثيرات أحداث درجات الحرارة القصوى هذه على وظائف النظام الإيكولوجي محدودة. حققنا في استجابات الإنتاجية الأولية الإجمالية للنظام الإيكولوجي (GPP) لموجات الحر لتسعة مواقع تشمل مجموعة واسعة من أنواع النظم الإيكولوجية مع تدفق طويل الأجل (أي أكثر من 7 سنوات) وملاحظات الأرصاد الجوية في خطوط العرض الوسطى الشمالية. أظهرت نتائجنا أن GPP كان منخفضًا أثناء موجات الحر بالنسبة لمعظم النظم الإيكولوجية باستثناء مواقع C4. كان مؤشر الإجهاد التبخري (ESI) هو المتغير الرئيسي المسؤول عن التغيرات في الناتج المحلي الإجمالي خلال موجات الحر عبر النظم الإيكولوجية التسعة. علاوة على ذلك، كانت النظم الإيكولوجية للغابات أكثر مقاومة ومرونة لموجات الحر من النظم الإيكولوجية الأخرى. بالإضافة إلى ذلك، يُعزى النمط النهاري غير المتماثل للشراكة العالمية في النظم الإيكولوجية للغابات إلى إعادة تعبئة الخشب وسعة تخزين المياه العالية، مما يشير إلى أن الشراكة العالمية كانت أكثر حساسية لموجات الحر في فترة ما بعد الظهر. ومن المثير للاهتمام أن النظم الإيكولوجية العشبية C4 يمكن أن تعزز التوصيل الفموي للمظلة (Gc) لتجنب حرق الأوراق وتلف الأنسجة أثناء موجات الحر. كان لدى النظم الإيكولوجية العشبية سيطرة فموية أضعف على فقدان المياه أثناء موجات الحر وكانت أكثر عرضة لموجات الحر بسبب الإجهاد المائي بعد ذلك. سلط هذا البحث الضوء على أهمية نوع النظام البيئي والنوع الوظيفي للنبات في تحديد استجابات التمثيل الضوئي لموجات الحر. يعد فهم التأثير اللاحق بعد موجات الحر أمرًا حيويًا أيضًا لإجراء تقييم شامل لتأثيرات موجات الحر على وظائف النظام البيئي.

Translated Description (French)

Les vagues de chaleur devraient devenir plus fréquentes et plus intenses dans les latitudes moyennes de l'hémisphère Nord à l'avenir. Cependant, notre connaissance des impacts de ces événements de températures extrêmes sur les fonctions des écosystèmes est encore limitée. Nous avons étudié les réponses de la productivité primaire brute (GPP) de l'écosystème aux vagues de chaleur pour neuf sites englobant une grande variété de types d'écosystèmes avec un flux à long terme (c.-à-d. >7 ans) et des observations météorologiques aux latitudes moyennes septentrionales. Nos résultats ont montré que le GPP était déprimé pendant les vagues de chaleur pour la plupart des écosystèmes à l'exception des sites C4. L'indice de stress évaporatif (ESI) était la principale variable responsable des changements de GPP pendant les vagues de chaleur dans les neuf écosystèmes. En outre, les écosystèmes forestiers étaient plus résistants et résilients aux vagues de chaleur que les autres écosystèmes. De plus, le schéma diurne asymétrique de la GPP dans les écosystèmes forestiers a été attribué au remplissage du xylème et à la capacité élevée de stockage de l'eau, ce qui indique que la GPP était plus sensible aux vagues de chaleur dans l'après-midi. Fait intéressant, les écosystèmes herbacés C4 pourraient favoriser la conductance stomatique de la canopée (Gc) pour éviter les brûlures des feuilles et les dommages aux tissus pendant les vagues de chaleur. Les écosystèmes herbacés avaient un contrôle stomatique plus faible sur la perte d'eau pendant les vagues de chaleur et étaient plus vulnérables aux vagues de chaleur en raison du stress hydrique par la suite. Cette recherche a mis en évidence l'importance du type d'écosystème et du type fonctionnel de la plante dans la détermination des réponses de la photosynthèse aux vagues de chaleur. Comprendre l'effet après les vagues de chaleur est également essentiel pour évaluer de manière exhaustive les impacts des vagues de chaleur sur les fonctions de l'écosystème.

Translated Description (Spanish)

Se espera que los eventos de olas de calor sean más frecuentes e intensos en las latitudes medias del hemisferio norte en el futuro. Sin embargo, nuestro conocimiento de los impactos de estos eventos de temperaturas extremas en las funciones del ecosistema aún es limitado. Investigamos las respuestas de la productividad primaria bruta (GPP) del ecosistema a las olas de calor en nueve sitios que abarcan una amplia variedad de tipos de ecosistemas con flujo a largo plazo (es decir, >7 años) y observaciones meteorológicas en latitudes medias del norte. Nuestros resultados mostraron que la GPP estaba deprimida durante las olas de calor en la mayoría de los ecosistemas, excepto en los sitios C4. El índice de estrés evaporativo (ESI) fue la variable principal responsable de los cambios en el GPP durante las olas de calor en los nueve ecosistemas. Además, los ecosistemas forestales eran más resistentes y resistentes a las olas de calor que otros ecosistemas. Además, el patrón diurno asimétrico de la GPP en los ecosistemas forestales se atribuyó al relleno de xilema y a la alta capacidad de almacenamiento de agua, lo que indica que la GPP era más sensible a las olas de calor de la tarde. Curiosamente, los ecosistemas herbáceos C4 podrían promover la conductancia estomática (Gc) del dosel para evitar la quema de hojas y el daño tisular durante las olas de calor. Los ecosistemas herbáceos tenían un control estomático más débil sobre la pérdida de agua durante las olas de calor y eran más vulnerables a las olas de calor debido al estrés hídrico posterior. Esta investigación destacó la importancia del tipo de ecosistema y el tipo funcional de la planta para determinar las respuestas de la fotosíntesis a las olas de calor. Comprender el efecto posterior a las olas de calor también es vital para evaluar exhaustivamente los impactos de las olas de calor en las funciones del ecosistema.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تأثيرات موجة الحر على الإنتاج الأولي الإجمالي للنظم الإيكولوجية الشمالية لخطوط العرض المتوسطة
Translated title (French)
Effets des vagues de chaleur sur la production primaire brute des écosystèmes des latitudes moyennes septentrionales
Translated title (Spanish)
Efectos de las olas de calor en la producción primaria bruta de los ecosistemas de latitudes medias septentrionales

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3015906279
DOI
10.1088/1748-9326/ab8760

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1524264188
  • https://openalex.org/W1756415840
  • https://openalex.org/W1843763927
  • https://openalex.org/W1953946380
  • https://openalex.org/W1959213299
  • https://openalex.org/W1968314793
  • https://openalex.org/W1972078613
  • https://openalex.org/W1993323169
  • https://openalex.org/W1999369658
  • https://openalex.org/W1999639819
  • https://openalex.org/W2002567832
  • https://openalex.org/W2009223683
  • https://openalex.org/W2016894891
  • https://openalex.org/W2018909186
  • https://openalex.org/W2038194153
  • https://openalex.org/W2041894266
  • https://openalex.org/W2045852840
  • https://openalex.org/W2050858470
  • https://openalex.org/W2053282711
  • https://openalex.org/W2055872207
  • https://openalex.org/W2066846739
  • https://openalex.org/W2069128145
  • https://openalex.org/W2084250337
  • https://openalex.org/W2087623599
  • https://openalex.org/W2090973965
  • https://openalex.org/W2091101806
  • https://openalex.org/W2095945607
  • https://openalex.org/W2099224694
  • https://openalex.org/W2101948993
  • https://openalex.org/W2105227663
  • https://openalex.org/W2106520068
  • https://openalex.org/W2106699332
  • https://openalex.org/W2108506605
  • https://openalex.org/W2112456155
  • https://openalex.org/W2114983539
  • https://openalex.org/W2115837061
  • https://openalex.org/W2116291451
  • https://openalex.org/W2118094598
  • https://openalex.org/W2122305785
  • https://openalex.org/W2123588394
  • https://openalex.org/W2124307024
  • https://openalex.org/W2124437404
  • https://openalex.org/W2126163401
  • https://openalex.org/W2126188891
  • https://openalex.org/W2128342866
  • https://openalex.org/W2136800481
  • https://openalex.org/W2138630181
  • https://openalex.org/W2140131090
  • https://openalex.org/W2141015689
  • https://openalex.org/W2141244894
  • https://openalex.org/W2143088381
  • https://openalex.org/W2146719438
  • https://openalex.org/W2147669154
  • https://openalex.org/W2149071994
  • https://openalex.org/W2149666436
  • https://openalex.org/W2151053843
  • https://openalex.org/W2151478249
  • https://openalex.org/W2152228898
  • https://openalex.org/W2156956528
  • https://openalex.org/W2158805124
  • https://openalex.org/W2163563924
  • https://openalex.org/W2165037481
  • https://openalex.org/W2165380978
  • https://openalex.org/W2167644574
  • https://openalex.org/W2169712288
  • https://openalex.org/W2169840829
  • https://openalex.org/W2174232425
  • https://openalex.org/W2196961118
  • https://openalex.org/W2224148623
  • https://openalex.org/W2225086906
  • https://openalex.org/W2263022749
  • https://openalex.org/W2326014856
  • https://openalex.org/W2338697878
  • https://openalex.org/W2401597625
  • https://openalex.org/W2488360640
  • https://openalex.org/W2518297365
  • https://openalex.org/W2528145654
  • https://openalex.org/W2593913914
  • https://openalex.org/W2769501458
  • https://openalex.org/W2774717751
  • https://openalex.org/W2782561842
  • https://openalex.org/W2791959177
  • https://openalex.org/W2793750647
  • https://openalex.org/W2795583521
  • https://openalex.org/W2797292635
  • https://openalex.org/W2808626200
  • https://openalex.org/W2884326767
  • https://openalex.org/W2944225956
  • https://openalex.org/W364574814
  • https://openalex.org/W4230807983
  • https://openalex.org/W52354453
  • https://openalex.org/W861532781