Dynamics of the Tree Line on Iztaccíhuatl volcano, Mexico | Dinámica de la línea de árboles en el volcán Iztaccíhuatl, México

Inglés. The processes driving the direction and speed of tree line migration, particularly in mountain ecosystems at high altitudes, remain poorly understood. On Iztaccíhuatl Volcano, part of the Trans-Mexican Volcanic Belt, the tree line occurs around 4,000 m a.s.l. Although upward shifts have been documented, advancement has been heterogeneous, likely due to the topographic complexity of mountain systems. This study evaluates how temperature, radiation, and soil moisture variations—mediated by topographic features (elevation, slope, aspect, and orographic shading)—influence tree line dynamics. This research has specific objectives: (i) comparing the tree line position on Iztaccíhuatl between 1995 and 2017, and (ii) analyzing the impact of topographic and environmental conditions on tree line movements. Using Landsat satellite imagery, we applied a supervised classification model to delineate the tree line as the forest-grassland boundary. To assess driving factors, we classified environments based on topographic (elevation, slope, aspect, orographic shade) and environmental variables (temperature, downward/upward radiation, and Soil Moisture Index [SMI]). Seven distinct environmental groups were identified. Results reveal an overall upward tree line shift (average: +32 m by 2014), with localized retreats on steep northwest slopes (cold temperatures: 10.18°C; low moisture: SMI 0.62). In contrast, advances predominated on gentle northeast slopes, linked to moderate temperatures (16-18°C) and higher moisture (SMI: 1.26). Tree line dynamics on Iztaccíhuatl volcano reflect a trade-off between thermal and moisture conditions, modulated by topography. Steep slopes and aspects with low solar radiation likely promote mortality through freezing or desiccation, while warmer and wetter microclimates enhance tree establishment and growth. This suggests that not only warming, but multiple factors, determine the direction and speed of the tree line in the mountains.

Español; castellano. Los procesos que explican la dirección y la velocidad de la migración de la línea de árboles, particularmente en sistemas montañosos de altas altitudes, son aspectos escasamente estudiados. En el volcán Iztaccíhuatl, perteneciente al Eje Neovolcánico Mexicano, la línea de árboles se presenta alrededor de los 4000 msnm, aunque existe evidencia de su avance, que no ha sido homogéneo, probablemente debido a las irregularidades topográficas inherentes de los sistemas montañosos. Este estudio evalúa el papel de las variaciones de temperatura, radiación y humedad del suelo derivadas de aspectos topográficos como la elevación, la pendiente, la orientación y la sombra orográfica en la dinámica de la línea de árboles. Los objetivos de esta investigación fueron: i) comparar la posición de la línea de árboles en el volcán Iztaccíhuatl durante el periodo comprendido entre 1995 y 2017, y ii) analizar el impacto de las condiciones topográficas y ambientales en los movimientos de la línea de árboles. Utilizamos imágenes satelitales Landsat y desarrollamos un modelo de clasificación supervisada para identificar la línea de árboles como el límite entre el bosque y el pastizal. Para analizar los factores que condicionan la dinámica de la línea de árboles, clasificamos los principales ambientes según características topográficas (elevación, pendiente, orientación y sombra orográfica) y variables ambientales (temperatura, radiación descendente, la radiación ascendente y el índice de humedad del suelo (SMI)). Identificamos siete tipos de ambientes basados en variables topográficas y ambientales. Nuestros resultados indican un avance generalizado en la línea de árboles hacia mayores altitudes (32 m en promedio hasta 2014), con retrocesos localizados en laderas empinadas noroeste (temperaturas bajas: 10.18 °C; humedad reducida: SMI 0.62). Por el contrario, los avances predominaron en pendientes suaves y orientaciones noreste, asociadas a temperaturas moderadas (16-18 °C) y mayor humedad (SMI: 1.26). La dinámica de la línea de árboles en este volcán responde a una combinación compleja entre condiciones térmicas y de humedad, moduladas por la topografía. Pendientes pronunciadas y orientaciones con escasa radicación solar promueven la mortalidad probablemente por congelamiento o desecación, mientras que áreas con microclimas más cálidos y húmedos favorecen el establecimiento y crecimiento de árboles. Esto sugiere que no solo el calentamiento global, sino que factores múltiples determinan la dirección y velocidad del límite de los árboles en las montañas.