Otanica p acifica

Yüklə 0.72 Mb.
Pdf просмотр
ölçüsü0.72 Mb.
  1   2   3   4   5   6

Russian Academy of Sciences

Far Eastern Branch

Botanical Garden-Institute 

Institute of Biology and Soil Science





A journal of plant science 

and conservation


Volume 2, No. 1   2013

Botanica Pacifica

A journal of plant science and conservation

Volume 2, No. 1   2013

Chief editors:

Pavel V. KRESTOV – Botanical Garden-Institute FEB RAS, Vladivostok, Russia

Peter G. GOROVOI – Pacific Institute of Bio-Organic Chemistry FEB RAS, Vladivostok, Russia

Vadim A. BAKALIN – Botanical Garden-Institute FEB RAS, Vladivostok, Russia

Editorial board:

Zumabeka  AZBUKINA – Institute of Biology and Soil Science FEB RAS, Vladivostok, Russia

Vyacheslav Yu. BARKALOV – Institute of Biology and Soil Science FEB RAS, Vladivostok, Russia

Nadezhda I. BLOKHINA – Institute of Biology and Soil Science FEB RAS, Vladivostok, Russia

Dmitrii E. KISLOV – Botanical Garden-Institute FEB RAS, Vladivostok, Russia

Andrei E. KOZHEVNIKOV – Institute of Biology and Soil Science FEB RAS, Vladivostok, Russia

Yuri I. MANKO – Institute of Biology and Soil Science FEB RAS, Vladivostok, Russia

Alexander M. OMELKO – Institute of Biology and Soil Science FEB RAS, Vladivostok, Russia

Boris S. PETROPAVLOVSKII – Botanical Garden-Institute FEB RAS, Vladivostok, Russia

Nina S. PROBATOVA – Institute of Biology and Soil Science FEB RAS, Vladivostok, Russia

Larisa N. VASILYEVA – Institute of Biology and Soil Science FEB RAS, Vladivostok, Russia

Yurii N. ZHURAVLEV – Institute of Biology and Soil Science FEB RAS, Vladivostok, Russia

Editorial council:

Konstantin S. BAIKOV – Institute of Soil Science and Agrochemistry SB RAS, Novosibirsk, Russia

Elgene O. BOX – University of  Georgia, Athens, USA

Victor V. CHEPINOGA – Irkutsk State University, Irkutsk, Russia

Klaus DIERSSEN – University of  Kiel, Kiel, Germany

Nicolai B. ERMAKOV – Central Siberian Botanical Garden SB RAS, Novosibirsk, Russia

Andrew N. GILLISON – Center for Biodiversity Management, Yungaburra, Australia

Andrew M. GRELLER – Queens College, The City University of  New York, New York, USA

Michael S. IGNATOV – Main Botanical Garden RAS, Moscow, Russia

Woo-Seok KONG – KyungHee University, Seoul, Republic of  Korea

Nadezhda А. KONSTANTINOVA – Polar-Alpine Botanical Garden-Institute KSC RAS, Kirovsk, Russia

Ilya B. KUCHEROV – Institute of Botany RAS, Saint-Petersburg, Russia

Victor Ya. KUZEVANOV – Botanical Garden of  Irkutsk State University, Irkutsk, Russia

Yukito NAKAMURA – Tokyo University of  Agriculture, Tokyo, Japan

Vladimir G. ONIPCHENKO – Moscow State University, Moscow, Russia

Dmitrii D. SOKOLOFF – Moscow State University, Moscow, Russia

Byung-Yun SUN – Chongbuk National University, Jeonju, Rep. Korea

Hideki TAKAHASHI – The Hokkaido University Museum, Hokkaido University, Sapporo, Japan

Stephen S. TALBOT – US Fish and Wildlife Service, Anchorage, USA

Gennadii P. URBANAVICHUS – Institute of the Industrial Ecology Problems of the North KSC RAS, Apatity, Russia

Pavel Y. ZHMYLEV – Moscow State University, Moscow, Russia


Valentina А. KALINKINA – Botanical Garden-Institute FEB RAS, Vladivostok, Russia

Eugenia V. BIBCHENKO – Botanical Garden-Institute FEB RAS, Vladivostok, Russia

ISSN: 2226-4701

Botanica Pacifica




lishes peer-reviewed, significant research 

of  interest to a wide audience of  plant 

scientists  in  all  areas  of   plant  biology 

(structure,  function,  development,  di-

versity, genetics, evolution, systematics), 

organization  (molecular  to  ecosystem), 

and  all  plant  groups  and  allied  organ-

isms (cyanobacteria, fungi, and lichens). 

Indexed  by  Russian  Science  Citation 

In dex 



Botanica  Pacifica



публикует  ре зуль-

та ты  ис сле дований,  прошедших  независимую  экс-

пер тизу  и  пред ставляющих  значительный  интерес 

ши рокому  кру гу  ботаников  во  всех  областях  на у ки 

о  растениях  (струк тура,  функции,  развитие,  разно-

об разие, генетика, эво люция и систематика), на всех 

уровнях  организации  жи вого  (от  молекулярного  до 

экосистемного), по всем группам растений и род ст-

венным  организмам  (циано бактерии,  грибы  и  ли-

шай ники).  Индексируется  Российским  индексом 

научного цитирования  (http://elibrary.ru/title_about.


Journal Secretariat:

Botanica Pacifica

Botanical Garden-Institute FEB RAS

Makovskii Str. 142

Vladivostok 690024 RUSSIA





©  Botanica  Pacifica  2012–2013.  All  rights 

reserved.  No  part  of  this  publication  may 

be  reproduced,  stored  in  a  retrieval  system 

or  transmitted  in  any  form  or  by  any  means 

without the written permission of the copyright 

holder.  Requests  for  permission  must  be 

addressed to the editor.

© Botanica Pacifica 2012–2013. Все права 

защищены. Ни одна часть данного издания 

не может быть вос произведена или переда-

на в лю бой фор ме и любыми средствами 

(элек т ронными,  фо то графическими  или 

меха ни ческими), или представлена в поис-

ковых сис темах без письменного разреше-

ния дер жа теля ав тор с ких прав, за которым 

следует обращаться к ре дактору.

Издание  зарегистрировано  Федераль-

ной  служ бой  по  надзору  в  сфере  связи, 

ин  фор мационных технологий и массовых 

ком  му никаций Министерства связи и мас-

совых  ком муникаций  Российской  Фе де ра-

ции за № ПИ № ФС 77–52771


©Botanical Garden-Institute FEB RAS. 2013


Botanica Pacifica. A journal of plant science and conservation.  2013. 2(1): 3–18


Deciduous  Forest  in  eastern  North  America  occupies  a  broad  thermal  range, 

even  when  transitional  types  (conifer-northern  hardwoods  and  southern  mixed 

hardwoods) are excluded. The Bailey System of Bioclimatology reveals dif fe ren-

ces in Warmth and Temperateness (equability) among syntaxonomic units of the 

Eas  tern Deciduous Fo rest (EDF), specifically the Maple Sub-Zone (northern), the 

Central Hardwoods Sub-Zone, and the Oak-Pine Sub-Zone (southern). Sta tions 

of the Maple Sub-Zone are coldest.  Stations of the Oak-Pine Sub-Zone are war-

mer  than  most  Central  Hardwood  stations  and  less  temperate.  When  Me xi  can, 

European, west Asian and east Asian de ciduous forests are analyzed si mi lar ly, by 

phy siognomy, floristic composition, and Warmth and Temperateness of cli mate, 

some relationships with the eastern North American deciduous forest sub-zones 

are evident. In the mountains of eastern Me xi co, the nomographed sta  tions of the 

Me xican Holarctic Dicotyledonous Forest (MHDF) are con gru  ent in Warmth with 

the Southern Mixed Hardwoods Forest and with the nor  thern coastal stations of 

the Temperate Broad-Leaved Evergreen Fo rest (TBEF). Nomographed stations of 

the deciduous forests of Europe (England to the Balkan Peninsula) are congruent 

in Warmth with the combined Maple and Cent   ral Hardwoods Sub-Zones of EDF.  

However, the European stations are much more equable than their eastern North 

Ame rican counterparts, and they have many fewer hours of freezing temperatures.  

There is very little overlap in Temperateness be tween the nomograph-plotted de ci-

duous forest stations in the two regions, which are separated by the Atlantic Ocean. 

In western Asia, the few stations of the Colchic-Hyr canian-Talysch type that were 

plot ted are near ly com pletely congruent in Warmth with the Oak-Pine Sub-Zone 

of EDF.  How ever, they are more equable, with higher ratings of Temperateness, 

than EDF sta tions at the same Warmth, with one exception. No mographed stations 

of the oak (

Quercus)-dominated deciduous forests of China and the largely beech 


Fagus)-do minated deciduous forests of Japan overlap the EDF Cent ral Hardwoods 

Sub-Zone in Warmth, with the exception of one southern U. S. sta tion. Japanese 

de ci duous forests and all the northern stations of the EDF Central Hard woods are 

con  gruent in Temperateness as well as Warmth. East Asian forests do minated by 

a combination of deciduous angiosperms, evergreen angiosperms and evergreen 

co  nifers, such as the Mixed Mesophytic Forest of China (MMFC), would appear to 

have, as their physiognomic counterpart in eastern North America, the Southern 

Mixed Hardwood Forest (SMHF; strictly, the DC of Greller 1989; in part, the Sou-

thern Evergreen Region of E. Lucy Braun).  However, MMFC weather sta tions 

plotted on Bailey’s nomogram are congruent in Warmth and Temperateness with 

sta tions of the Oak-Pine Sub-Zone of the EDF.

Andrew M. Greller *


Queens College and the Graduate Center

City University of  New York,  

Flushing, New York 11367, U.S.A. 

Institute of Systematic Botany, 

New York Botanical Garden, 

Bronx, New York 10458, U.S.A.

* corresponding author

Manuscript received: 01.03.2012

Review completed: 22.02.2013  

Accepted for publication: 11.03.2013

Andrew M. G


K e y w o r d s

Deciduous forest, climate, North America, Asia

Climate and Regional Composition 

of Deciduous Forest in Eastern North 

America and Comparisons  

with Some Asian Forests

К л ю ч е в ы е   с л о в а

листопадный лес, климат, Северная Америка, Азия


Греллер А.M.  

Климат и состав листопадных лесов востока Северной Америки в сравнении с некоторыми азиатс ки ми лесами

Лиственные леса восточной части Северной Америки характеризуются широким спектром термических условий, даже если не прини-

мать во внимание переходные типы (северные хвойно-широколиственные и южные широколиственные смешанные). Система био-

кли  ма тов Бейли показывает различия в теплообеспеченности и умеренности между разными растительными единицами Восточных 

лис то пад ных лесов (ВЛЛ), и, в частности, между северной подзоной холодных кленовых, средней подзоной широколиственных и юж-

ной под зо ной более теплых дубово-сосновых лесов. Поскольку аналогичные мексиканские, европейс кие, западноазиатские и вос точ-

ноазиатс кие лиственные леса имеют сходные черты в их физиогномике, видовом составе, отношении к теплу и умереннос ти клима та с 

восточными Североамериканскими листопадными лесами, можно пред положить на личие взаимоотношений. В го рах восточной Мек -

си ки ле са, представленные видами двудольных, по уровню теплообеспечен нос ти сходны с южными смешанными широколиственны ми 

ле са ми и умеренными широколиственными вечнозелеными лесами Североамериканского Северо-Востока. Листопадные леса Европы 

(от Ан глии до Балканского полуострова) по теплообеспеченности сходны с листопадными лесами подзон кленовых и широколиствен-

ных ле сов зоны ВЛЛ. В Западной Азии, биоклиматические показатели области распространения растительности Колхидско-Гирканс-

ко го ти па сходны по тепловым индексам с климатическими условиями дубово-сосновых лесов в подзоне Североамериканских восточ-

ных лис топадных лесов. Климатические условия дубовых, преимущественно листопадных лесов Китая и, в значительной степени, бу-

ко вых ле сов Японии показали сходство по индексам умеренности и температур с климатическими условиями лесов средней подзоны 

вос точносевероамериканских листопадных лесов. Смешанные леса, представленные в Восточной Азии сочетаниями листопадных и 

веч нозе ле ных покрытосеменных и вечнозеленых хвойных деревьев, физиогномически сходны  с лесами восточной части Северной 

Аме рики в южной подзоне смешанных листопадных лесов (а именно DC по Greller 1989, а также с регионом южных вечнозе ле ных 

ле   сов по Braun). Тем не менее, номограммы Бейли показывают, что смешанные мезофитные леса Китая по количеству тепла и уме рен-

нос ти соответствуют дубово-сосновым лесам восточносевероамериканской подзоны листопадных лесов. (Переведено редколлегией).


Botanica Pacifica. A journal of plant science and conservation.  2013. 2(1): 3–18



Since the late 20


 сentury, scientists have been docu-

men  ting the migration of  plants upward on high mountains 

of  the Northern Hemisphere (Grabherr et al. 1994, Pauli 

et al. 2003) and northward to the North Pole (Sturm et al. 

2005), in response to warming winters. Small rises in sum-

mer  temperatures  are  claimed  to  be  responsible  for  the 

deaths, by bark beetles, of  40 million 

Picea (spruce) trees in 

the Kenai Peninsula of  southern Alaska (Anonymous 2003).  

More recently, decline of  the 

Callitropsis nootkatensis (= Xan­

tho cyparis  nootkatensis = Chamaecyparis nootkatensis, yellow-ce-

dar) on nearly a million acres in the Alaska "panhandle", has 

been attributed to lower snowfall, causing the death of  tree 

roots by freezing from exposure (Hennon et al. 2012).  While 

phenological changes are widespread and have been sum-

ma rized, latitudinal changes in contemporary forests have 

been demonstrated in only a few instances (Bertin 2008).  

Fo rests of  the Northern Hemisphere showed major chan-

ges in the location and abundance of  tree species du ring a 

5 °C increase in temperatures between 15 000 and 7 000 

years ago (Joyce et al. 1990).  Forest tree species migrated at 

dif  ferent rates (Davis 1981).  In the early Holocene, under 

a rapidly warming climate regime, disassociation of  forest 

tree  species  has  been  documented  in  migrating  forests 

(Ber  nabo  &  Webb  1977).  Greller  et  al.  (2011)  showed 


Magnolia  species,  with  centers  of   distribution  in  the 

southern Appalachian Piedmont and Mountains, have been 

establishing  populations  in  oak  (

Quercus)-dominated  fo-

rests of  Long Island, New York, in which they had never 

before been documented.  These range extensions, of  many 

hundreds of  miles in the case of  

Magnolia macrophylla, have 

no doubt been facilitated by local plantings of  

Magnolia spe-

cies in local gardens and estates. 

With the possibility of  disassociation of  the presently 

con stituted forests of  the Northern Hemisphere mid-lati-

tudes, it is timely to examine their floristic compositions and 

do cumented distributions in the light of  climatic parameters 

at their distributional limits.  Because predominantly deci-

duous forests occupy the largest portion of  eastern North 

America and Europe, and are represented in Asia by forests 

rich in endemic genera and species, deciduous forests have 

been chosen for examination in the present paper.


Bioclimatic Analysis (from Greller 1989) 

The present analysis of  zonal climates uses the system 

of  bioclimatology by Bailey (1960, 1964, 1966). This sys-

tem  has  been  applied  intensively  to  modern  aborescent 

ve ge tation  in  mid-latitudes  (Axelrod  1965,  1968,  Greller 

1989),  in  a  tropical  area  (Greller  &  Balasubramaniam 

1988), and in near-shore paleontology (Hall 2002). Se ve ral 

thermal characteristics have proved useful in distin gui shing 

vegetation, especially humid forests. Two of  these cha rac-

te ristics  are  the  Warmth  (W)  of   climate  and  its  Tem pe-

rate  ness (M), which were defined and quantified by Bailey 

(1960, 1966).

Bailey measured the warmth regime by "Effective Tem -

pe ra ture" (ET), the "one thermal level which best cha rac-

te  rizes  a  temperature  regime";  the  temperature  at  which 

the growing season begins and ends. The equation (Bailey 

1960) for Effective Temperature (Warmth) is: 

ET(W) = (8T + 14A)/(8 + A), 

where  T  =  mean  annual  temperature  (°C),  and  A  =  the 

annual range of  mean monthly temperatures. [Bailey con-

si de red  ET(W)  greater  than  18°C  to  be  "Hot";  less  than 

18°C but greater than 15.7°C  as "Very Warm"; 15.7°C to 

14.7°C as "Warm"; 14.7°C to 12.5°C as "Mild"; 12.5°C to 

11.5°C  as "Cool"; and 11.7°C to 10.2°C as "Very Cool"]. 

Bailey  obtained  from  ET  a  definition  of   growing  season 

(and an estimate of  its duration): the number of  days (t


with mean temperature warmer than W (ET). The equation 

for (t


) is given as: 



 = 182.6 + 2.03 arcsine (W - 14) / 4,

(in °C).  Bailey (1960) created a measure of  temperateness 

of  climate, the statistic M, that provides an "index of  ther-

mal  extremes  that  increase...  from  an  ideal  centered  at 

T = 14°C (57.2°F) and A = 0°C, where T is the mean annual 

temperature and A is the annual range of  mean monthly 

temperatures" (Axelrod & Bailey 1976). The for mu la is: 

M = 109 - log[(14 - T)

+ (1.46 + 0.366A)



with temperature in Celsius. Bailey (1964) rated tem pe rate-

ness  (M)  as  follows:  100–80,  Supertemperate  (constant); 

80–65, Very Temperate; 65–50, Temperate; 50–35, Sub tem-

pe rate; 35–20, Intemperate; 20–0, Extreme.

From  a  table  of  probability  values  contingent  on  the 

mean annual temperature and annual range of temperature 

of any station, Bailey (1966) plotted on a nomogram the fre -

quency of frost (

f   0 in °C, f 32 in °F), in percentage hours of 

the year.  For convenience in calculating ET and M, Bailey 

(1960) plotted these too on a nomogram.  Warmth (W) was 

indicated as lines (radii) of effective temperature that "define 

the duration of the growing season as the num  ber of days (t


with mean temperature warmer than [ET]". Temperateness 

of climate (M) was indicated on the no mogram as a "field of 

arcs nearly normal to the radii that increase in all directions 

from T = 14°C, and A = 0°C". Bailey's nomogram provides 

an  accurate,  simple,  easy,  gra phic  representation  of  several 

different thermal regimes on a single page, which facilitates 

comparisons  of  critical  climate  factors  greatly  (cf.  Walter 

1985). At the same time, the sys tem does not assign detailed 

vegetational classifications to certain thermal regimes 

a priori 

(cf. Holdridge et al. 1971), rather it defines polar and tropical 

climates  and  locates  ve ge tation  with  reference  to  these 

regimes.    According  to  Bai ley,  moisture  regime  is  third  in 

importance for vegetation (af ter warmth and temperateness). 

This is because edaphic mois ture (clay soil, springs, high water 

tables, rivers, etc.) can often compensate for low precipitation 

to permit the lu xuriant development of forest vegetation that 

reflects the warmth and temperateness of the climate.

For a more detailled discussion of  the Bailey Biocli ma-

to logy System, the reader is referred to Hall (2002: 34).  The 

present  study  does  not  consider  the  moisture  regime,  so 

that the question of  a "rainforest" designation, for example, 

is considered beyond its purview.


Bioclimatic interrelations between eastern N American and Asian deciduous forests

Botanica Pacifica. A journal of plant science and conservation.  2013. 2(1): 3–18

The nomograms used for calculation in this paper were 

pro vided by Harry P. Bailey (deceased) and Daniel I. Axelrod 

(deceased),  from  originals  in  the  Department  of   Earth 

Sciences, University of  California – Riverside.  A simplified 

ver  sion of  Bailey’s nomogram appears as a graph in Greller 

(1980, Fig. 3).  That version is used for Figures 1–5 in the 

pre  sent paper and is referred to as a nomograph.  Climate 

Nor  mals of  mean annual temperature (T) and annual range 

of  mean monthly temperatures (A) for the various stations 

were  obtained  from:  Canada  Department  of   Transport, 

Me  teorological Branch (1968); [Mexico] García 1973; U.S. 

Na tional Oceanic and Atmospheric Administration (1982); 

[world,  general]  Norwegian  Meteorological  Institute: 


For geographic distribution of  forest types, the fol lo wing 

publications were consulted: Forest products association of  

Canada (2013), Greller (1980, 1989, 1990), Numata (1974), 

Rowe (1972), Rzedowski (1978),  UNESCO (1968, map), 

Wang (1961) as well as extensive personal observations in 


Forest Regions and Associations Considered  

in the Present Study

A. N





Deciduous Forest  

For  the  present  study,  the  Deciduous  Forest  (DF)  is 

recognized as comprising only the fol lowing associations of  

Braun (1950; map): Oak-Pine (O-P), Oak-Hickory (O-H), 

Western Mesophytic (WM), Mixed Mesophytic (MM), Oak-

Chestnut (O-C), Beech-Maple (B-M), and Maple-Basswood 

(M-B). To this group, Greller (1988) added a Beech-Birch-

Maple-Basswood (BBMB) type in the higher elevations of  

the Southern Ap pa lachian Mountains.  Those Forest Zones 

are  mapped  in  Greller  (1989,  Fig.  1).    Following  Braun's 

(1950)  map,  sta tions  near  the  periphery  of   each  of   the 

seven associations were chosen to represent the DF climate.  

In  addition,  one  sta tion  (Banner  Elk,  North  Carolina) 

represents the BBMB Association.

Preliminary  analyses  of   climates  of   the  above  types 

reveal  that  three  more  or  less  taxonomically,  phy sio gno-

mi cally  and/or  climatically  distinct  sub-groupings  can  be 


1)  the 

Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3   4   5   6

Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©azkurs.org 2019
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə