Vegetation History and Archaeobotany

, Volume 23, Issue 5, pp 615–627 | Cite as

Four levels of patterns in tree-rings: an archaeological approach to dendroecology

Review

Abstract

This paper introduces a method detailing how tree-ring data from subfossil and archaeological wood can be interpreted in palaeoecological terms. On the basis of a literature review concerning the effects of known impacts on tree growth, an attempt is undertaken to provide a general theoretical framework for structuring and interpreting non-recent data where the ecological context is usually missing. The most important tools are dendrotypology and the systematic analysis of tree-ring patterns on four levels. These levels are: (1) ring-anatomical patterns; (2) impact patterns in ring width series at the single-tree level; (3) stand-dynamic patterns, i.e. patterns in ring width series on a stand-wide level; (4) complex patterns that are made up of consistent combinations of the other three pattern levels with each other or additional information. The distinction of these patterns allows the disentangling of different sources of influence on tree growth, which can also potentially be applied to archaeological wood. Several types of reaction to different categories of impact are defined. On a stand-wide scale, the phases of stand development can be reconstructed by identifying characteristic combinations of events. Thus, the range of possible interpretations can be narrowed down to a few possibilities, and sometimes only one. While the general concept is thought to be applicable to a wider range of regions and ecological settings, the presented discussion focuses on gap-phase dominated lowland forests and anthropogenic stands derived from such, which form the focus of central European dendroarchaeological research.

Keywords

Dendrochronology Tree-ring Dendroecology Archaeology Stand dynamics Dendrotypology 

References

  1. Akeret Ö, Jacomet S (1997) Analysis of plant macrofossils in goat/sheep faeces from the neolithic lake shore settlement Horgen Scheller—an indication for prehistoric transhumance? Veget Hist Archaeobot 6:235–239CrossRefGoogle Scholar
  2. Amorini E, Biocca M, Manetti MC, Motta E (1996) A dendroecological study in a declining oak coppice stand. Ann For Sci 53:731–742CrossRefGoogle Scholar
  3. Badeau V, Dupouey J, Becker M, Picard J (1995) Long-term growth trends in Fagus sylvatica L. in northeastern France. A Comparison between high and low density stands. Acta oecol 16:571–583Google Scholar
  4. Bähring A (2010) Der Einfluss hydrologischer Änderungen auf das Wachstum von Auwaldbaumarten—eine dendroökologische Studie. Master Thesis, University Leipzig. http://www.leipziger-auwald.de/upload/Downloadordner/Dokumente/Baehring2010_Masterarbeit.pdf. Accessed May 2011
  5. Becker M, Lévy G, Lefèvre Y (1996) Radial growth of mature pedunculate and sessile oaks in response to drainage, fertilization and weeding on acid pseudogleys. Ann For Sci 53:585–594CrossRefGoogle Scholar
  6. Bergeron Y, Denneler B, Charron D, Girardin M (2002) Using dendrochronology to reconstruct disturbance and forest dynamics around Lake Duparquet, northwestern Quebec. Dendrochronologia 20:175–189CrossRefGoogle Scholar
  7. Bergmann I, Östlund L, Zackrisson O (2004) The use of plants as regular food in ancient subarctic economies: a case study based on Sami use of scots pine innerbark. Arct Anthropol 412:1–13CrossRefGoogle Scholar
  8. Bernard V, Renaudin S, Marguerie D (2006) Evidence of trimmed oaks (Quercus sp.) in north western France during the early middle ages (9th–11th centuries a.d.). In: Dufraisse A (ed) Charcoal analysis: new analytical tools and methods for archaeology. BAR Int Ser 1,483. Archaeopress, Oxford, pp 103–108Google Scholar
  9. Billamboz A (2006) Dendroarchäologische Untersuchungen in den neolithischen Ufersiedlungen von Hornstaad-Hörnle. Siedlarchäol Alpenvorland 9:297–414Google Scholar
  10. Billamboz A (2008) Dealing with heteroconnections and short tree-ring series at different levels of dating in the dendrochronology of the Southwest German pile-dwellings. Dendrochronologia 26:145–155CrossRefGoogle Scholar
  11. Bleicher N (2006) Dendroarchaeology of late-neolithic timber in the Federseebasin. In: Haneca K, Verheyden A, Beeckmann H, Gärtner H, Helle G, Schleser G (eds) TRACE 2006 Tree Rings in Archaeology, Climatology and Ecology 5. Schr Forschzentr Jülich, Reihe Umwelt 74, pp 28–34Google Scholar
  12. Bleicher N (2009) Altes Holz in neuem Licht. Archäologische und dendrochronologische Untersuchungen an spätneolithischen Feuchtboden-Siedlungen in Oberschwaben. Berichte zu Ufer- und Moorsiedlungen Südwestdeutschlands V (Materialh Archäol Baden-Württ 83). Thesis, StuttgartGoogle Scholar
  13. Bouchon J, Dhote J, Lanier L (1989) Note sur la réaction individuelle du hêtre à différents intensites d′eclaircie et à différents âges. Rev Forestière Française 41:39–50CrossRefGoogle Scholar
  14. Bräker O, Rigling A (2004) Waldnutzung und Jahrringe. Schweiz Zeitschr Forstwesen 155:169–177CrossRefGoogle Scholar
  15. Bridge MC, Hibbert FA, Rackham O (1986) Effects of coppicing on the growth of oak timbers in the Bradfield woods, Suffolk. J Ecol 74:1095–1102CrossRefGoogle Scholar
  16. Bürgi M, Stuber M (2003) Hüeterbub und Heitisträhl. Ein Blick zurück in die Geschichte der Waldnutzung. Wald und Holz 8:52–55Google Scholar
  17. Canham CD (1990) Suppression and release during canopy recruitment in Fagus grandifolia. Bull Torrey Bot Club 117:1–7CrossRefGoogle Scholar
  18. Cao K, Ohkubo T (1999) Suppression and release during canopy recruitment in Fagus crenata and Acer mono in two old-growth beech forests in Japan. Plant Ecol 145:281–290CrossRefGoogle Scholar
  19. Chatziphilippides G (1978) Untersuchungen über die Auswirkungen einer Grundwasserhebung auf den Zuwachsverlauf und das Wurzelwerk der Bäume in einem Auenwald. Diss ETH, ZürichGoogle Scholar
  20. Cutter BE, Lowell K, Dwyer JP (1991) Thinning effects on diameter growth in black and scarlet oak as shown by tree-ring analyses. For Ecol Manag 43:1–13Google Scholar
  21. Ebersbach R (2003) Von Bauern und Rindern. Eine Ökosystemanalyse zur Bedeutung der Rinderhaltung in bäuerlichen Gesellschaften als Grundlage zur Modellbildung im Neolithikum. Basler Beitr Archäol 15. Schwabe, BaselGoogle Scholar
  22. Ellenberg H (1996) Vegetation Mitteleuropas mit den Alpen, 5th edn. Ulmer, StuttgartGoogle Scholar
  23. Filion L, Delwaide A (1987) Coupes forestières effectuées par les indiens et par la compagnie de la Baie d′Hudson à poste-de-la-baleine, Québec subarctic. Géogr Phys Quat 41:87–96Google Scholar
  24. Glitzenstein JS, Harcombe PA, Streng DR (1986) Disturbance, succession and maintenance of species diversity in an east Texas forest. Ecol Monogr 56:243–258CrossRefGoogle Scholar
  25. Gruber F (2003) Steuerung und Vorhersage der Fruchtbildung bei der Rotbuche (Fagus sylvatica L.) durch die Witterung. Schr Forstl Fakultät Univ Göttingen u Nieders Forstl Versuchsanstalt 136. Sauerländer-Verlag, FrankfurtGoogle Scholar
  26. Guibal F, Bernard V (2002) Approche dendrochronologique de l′évolution récente du système bocager armoricain. In: Richard H, Vignot A (eds) Équilibres et ruptures dans les écosystèmes durant les 20 derniers millénaires en Europe de l′Ouest, Actes du Colloque international de Besançon, Septembre 2000. Annales Littéraires 730, pp 463–471Google Scholar
  27. Haas J, Schweingruber F (1993) Wood-anatomical evidence of pollarding in ash stems from the Valais, Switzerland. Dendrochronologia 11:35–43Google Scholar
  28. Hard G (1975) Vegetationsdynamik und Verwaldungsprozesse auf den Brachflächen Mitteleuropas. Die Erde 106:243–276Google Scholar
  29. Hartig T (1878) Entwickelungsgeschichte des Pflanzenkeims, dessen Ausbildung und Stoffwandlung während der Vorgänge des Reifens und des Keimens. Förster, LeipzigGoogle Scholar
  30. Joos K (1984) Der Radialzuwachs von Stadtbäumen als Indikator für natürliche und anthropogene Veränderungen am Beispiel der Stadt Basel. Unpubl. Dipl Thesis, University BaselGoogle Scholar
  31. Kay CE, Bartos DL (2000) Ungulate herbivory on Utah aspen: assessment of long-term exclosures. J Range Manag 53:145–153CrossRefGoogle Scholar
  32. Land A (2003) Über den Einfluß von Klima und Standort auf den Früh- und Spätholz-Zuwachs rezenter Eichen. Dipl Thesis, University HohenheimGoogle Scholar
  33. Le Goff N, Ottorini J (1993) Thinning and climate effects on growth of beech (Fagus sylvatica L.) in experimental stands. For Ecol Manage 62:1–14Google Scholar
  34. Leuschner HH, Schweingruber FH (1996) Dendroökologische Klassifizierung und Auswertung häufig auftretender intraannueller holzanatomischer Merkmale bei Eichen und Kiefern. Dendrochronologia 14:273–285Google Scholar
  35. Liu Y, Muller RN (1993) Effect of drought and frost on radial growth of overstory and understory stems in a deciduous forest. Am Midl Nat 129:19–25CrossRefGoogle Scholar
  36. Maier U (2004) Archäobotanische Untersuchungen in jung- und endneolithischen Moorsiedlungen am Federsee. In: Schlichtherle H, Feldtkeller A, Maier U, Vogt R, Schmidt E, Steppan K (eds) Ökonomischer und Ökologischer Wandel am vorgeschichtlichen Federsee. Archäologische und Naturwissenschaftliche Untersuchungen. Janus, Freiburg i. Br., pp 71–159Google Scholar
  37. Makowka I, Riemer T, Stickan W, Worbes M (1992) Dendroclimatological studies on beech-trees (Fagus sylvatica L.) and the changing influence of climate on radial growth. In: Bartholin TS, Berglund BE, Eckstein D, Schweingruber FH, Eggertsson O (eds) Tree rings and environment. Proceedings of the international symposium Ystad, 3–9 September, 1990, pp 217–221Google Scholar
  38. Mitscherlich G, von Gadow K (1968) Über den Zuwachsverlust bei der Ästung von Nadelbäumen. Allg Forst- u Jagdzeitung 139:175–184Google Scholar
  39. Neugebauer KR (2004) Auswirkung der extensiven Freilandhaltung von Schweinen auf Gefäßpflanzen in Grünlandökosystemen. Diss Bot 381. Borntraeger-Cramer, BerlinGoogle Scholar
  40. Nicklasson M, Zackrisson O, Östlund L (1994) A dendroecological reconstruction of use by Saami of scots pine (Pinus sylvestris L.) innerbark over the last 350 years at Sädvajaure N. Sweden. Veget Hist Archaeobot 3:183–190Google Scholar
  41. Peters R (1997) Beech forests. Geobotany, vol 24. Kluwer, DordrechtCrossRefGoogle Scholar
  42. Piovesan G, Bernabei M, Di Filippo A, Romagnoli M, Schirone B (2003) A long-term tree-ring beech chronology from a high-elevation old-growth forest of Central Italy. Dendrochronologia 21:13–22CrossRefGoogle Scholar
  43. Pott R (1985) Vegetationsgeschichtliche und pflanzensoziologische Untersuchungen zur Niederwaldwirtschaft in Westfalen. Abhandl westf Mus Naturkde 47Google Scholar
  44. Pott R (1993) Farbatlas Waldlandschaften. Ulmer, StuttgartGoogle Scholar
  45. Rackham O (1995) Trees and woodland in the British landscape. The complete history of Britain`s trees, woods and hedgerows, vol 2nd edn. Weidenfeld & Nicolson, LondonGoogle Scholar
  46. Rasmussen P (1993) Analysis of goat/sheep faeces from Egolzwil 3, Switzerland: evidence for branch and twig foddering of livestock in the Neolithic. J Archaeol Sci 20:479–502CrossRefGoogle Scholar
  47. Riemer T (1994) Über die Varianz von Jahrringbreiten. Statistische Methoden für die Auswertung der jährlichen Dickenzuwächse von Bäumen unter sich ändernden Lebensbedingungen. Diss Göttingen University (Ber Forschzentr Waldökosysteme, Reihe A, 121, Göttingen)Google Scholar
  48. Rozas V (2001) Detecting the impact of climate and disturbances on tree-rings of Fagus sylvatica L. and Quercus robur L. in a lowland forest in Cantabria Northern Spain. Ann For Sci 58:237–251CrossRefGoogle Scholar
  49. Rozas V (2003) Regeneration patterns, dendroecology, and forest-use history in an old-growth beech-oak lowland forest in northern Spain. For Ecol Manag 182:175–194Google Scholar
  50. Rozas V (2005) Dendrochronology of pedunculate oak (Quercus robur L.) in an old-growth pollarded woodland in northern Spain: establishment patterns and the management history. Ann For Sci 62:13–22CrossRefGoogle Scholar
  51. Schibler J, Hüster-Plogmann H, Jacomet S, Brombacher C, Gross-Klee E, Rast-Eicher A (eds) (1997) Ökonomie und Ökologie neolithischer und bronzezeitlicher Ufersiedlungen am Zürichsee. Ergebnisse der Ausgrabungen Mozartstrasse, Kanalisationssanierung Seefeld, AKAD/Pressehaus und Mythenschloss in Zürich. Monogr Kantonsarchäologie Zürich 20. Egg, ZürichGoogle Scholar
  52. Schley L, Leytem M (2004) Extensive Beweidung mit Rindern im Naturschutz: eine kurze Literaturauswertung hinsichtlich der Einflüsse auf die Biodiversität. Bull Soc Nat Luxemb 105:65–85Google Scholar
  53. Schlichtherle H, Feldtkeller A, Maier U, Vogt R, Schmidt E, Steppan K (eds) (2004) Ökonomischer und Ökologischer Wandel am vorgeschichtlichen Federsee. Archäologische und Naturwissenschaftliche Untersuchungen. Hemmenhofener Skripte 5. Janus, Freiburg i. Br.Google Scholar
  54. Schreiber K, Broll G, Brauckmann H, Jacob H, Krebs S, Kahmen S, Poschlod P (2000) Methoden der Landschaftspflege—eine Bilanz der Bracheversuche in Baden-Württemberg. Bracheversuche in Baden-Württemberg—Ergebnisse aus 25 Jahren Forschung. http://www.landwirtschaft-mlr.baden-wuerttemberg.de/servlet/PB/show/1071612/Bracheversuche%20In%20BaW%FC.pdf. Accessed May 2011
  55. Schweingruber FH (1996) Tree rings and environment. Dendroecology. Haupt, BernGoogle Scholar
  56. Schweingruber FH (2001) Dendroökologische Holzanatomie. Haupt, BernGoogle Scholar
  57. Schweingruber FH, Schöne B (1999) Verzwergte Laubhölzer; anatomische und morphologische Besonderheiten sowie ökologische Bedeutung. Schweiz Z Forstwesen 150:132–141CrossRefGoogle Scholar
  58. Schweingruber F, Eckstein D, Serre-Bachet F, Bräker O (1990) Identification, presentation and interpretation of event years and pointer years in dendrochronology. Dendrochronologia 8:9–37Google Scholar
  59. Seibt G, Knigge W, Reemtsma JB, Ulrich B (1968) Untersuchungen über den Einfluß verschiedener Düngungsmaßnahmen auf Ertragsleistung, Holzeigenschaften, nadelanalytische Merkmale und Bodenzustand des Fichtenbestandes im Düngungsversuch Oerrel-Lintzel. Allg Forst- u Jagdzeitung 139:25–71Google Scholar
  60. Smith KT, Shortle WC (2003) Radial growth of hardwoods following the 1998 ice storm in New Hampshire and Maine. Can J For Res 33:325–329CrossRefGoogle Scholar
  61. Sonnenburg H, Gerken B, Wagner H, Ebersbach H (2003) Das Hutewaldprojekt im Naturpark Solling-Vogler. LÖBF-Mitt 4:40–47Google Scholar
  62. Speer JH (2001) Oak mast history from dendrochronology. A new technique demonstrated in the southern Appalachian region. Diss, University of Tennessee, KnoxvilleGoogle Scholar
  63. Stuber M, Bürgi M (2001) Agrarische Waldnutzungen in der Schweiz 1800–1950. Waldweide, Waldheu, Nadel- und Laubfutter. Schweiz Z Forstwesen 152:490–508CrossRefGoogle Scholar
  64. Tomusiak R, Magnuszewski M (2009) Effect of resin tapping on radial increment of Scots pine (Pinus sylvestris L.). In: Gärtner H, Helle G et al. (eds) TRACE 7, pp 151–157Google Scholar
  65. Van Bogaert R, Haneca K, Hoogesteger J, Jonasson C, De Dapper M, Callaghan TV (2011) A century of tree line changes in sub-Arctic Sweden shows local and regional variability and only a minor influence of 20th century climate warming. J Biogeogr 38:907–921CrossRefGoogle Scholar
  66. Vera FWM (2000) Grazing ecology and forest history. CABI Publishing, WallingfordCrossRefGoogle Scholar
  67. Weber U (1997) Dendrochronological reconstruction and interpretation of larch budmoth (Zeiraphera diniana) outbreaks in two central alpine valleys in Switzerland from 1470–1990. Trees 11:277–290Google Scholar
  68. Widdicombe R (1996) Woodland change and the dendrochronology of Fagus sylvatica in a plateau beechwood of the weald. Arboric J 20:79–93Google Scholar
  69. Worbes M, Hofmann M, Roloff A (1992) Wuchsdynamik in einem Seggen-Kalkbuchenwald in Nordwestdeutschland (Huckstein). Dendrochronologia 10:91–106Google Scholar
  70. Worbes M, Bonn S, Riemer T (1995) Methoden zur Erfassung von Zuwachsverlusten und mögliche Einflußfaktoren auf das Jahresringbild von Bäumen in geschädigten Waldbeständen. Forstwiss Centrbl 114:313–325CrossRefGoogle Scholar

Copyright information

© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2013

Authors and Affiliations

  1. 1.BadenSwitzerland

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