Hodnocení aktuálního fyziologického stavu a vitality smrku ztepilého v horských porostech s využitím nespecifických indikátorů stresu a kritéria zastoupení vývojových směrů pupenů

• Název práce v češtině: Hodnocení aktuálního fyziologického stavu a vitality smrku ztepilého v horských porostech s využitím nespecifických indikátorů stresu a kritéria zastoupení vývojových směrů pupenů
• Název v anglickém jazyce: Evaluation of actual physiological state and vitality of Norway spruce in mountain stands using non-specific stress indicators and criterion of proportion of bud developmental types
• Klíčová slova: horská smrčina, nespecifické indikátory stresu, obsah fotosyntetických pigmentů, odrazivost, pupenové meristémy, pupeny, vitalita
• Klíčová slova anglicky: spruce forests, non-specific stress indicators, photosynthetic pigment content, reflectance, bud meristems, buds, vitality
• Akademický rok vypsání: 2019/2020
• Typ práce: diplomová práce
• Jazyk práce: čeština
• Ústav: Katedra experimentální biologie rostlin (31-130)
• Vedoucí / školitel: prof. RNDr. Jana Albrechtová, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 15.11.2019
• Datum zadání: 08.01.2020
• Datum potvrzení stud. oddělením: 08.01.2020
• Konzultanti: Mgr. Zuzana Lhotáková, Ph.D.

Seznam odborné literatury

Altman, J., Fibich, P., Santruckova, H., Dolezal, J., Stepanek, P., Kopacek, J., Hunova, I., Oulehle, F., Tumajer, J., and Cienciala, E. (2017). Environmental factors exert strong control over the climate-growth relationships of Picea abies in Central Europe. Science of The Total Environment 609, 506–516.
Dobbertin, M., and Brang, P. (2001). Crown defoliation improves tree mortality models. Forest Ecology and Management 141, 271–284.
Kopačková, V., Mišurec, J., Lhotáková, Z., Oulehle, F., and Albrechtová, J. (2014). Using multi-date high spectral resolution data to assess the physiological status of macroscopically undamaged foliage on a regional scale. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation 27, Part B, 169–186.
Kupková, L., Potůčková, M., Lhotáková, Z., and Albrechtová, J. (2018). Forest cover and disturbance changes, and their driving forces: A case study in the Ore Mountains, Czechia, heavily affected by anthropogenic acidic pollution in the second half of the 20th century. Environ. Res. Lett. 13, 095008.
Lhotakova, Z., Brodsky, L., Kupkova, L., Kopackova, V., Potuckova, M., Misurec, J., Klement, A., Kovarova, M., and Albrechtova, J. (2013). Detection of multiple stresses in Scots pine growing at post-mining sites using visible to near-infrared spectroscopy. Environ. Sci.-Process Impacts 15, 2004–2015.
McGloin, R., Šigut, L., Fischer, M., Foltýnová, L., Chawla, S., Trnka, M., Pavelka, M., and Marek, M.V. (2019). Available Energy Partitioning During Drought at Two Norway Spruce Forests and a European Beech Forest in Central Europe. Journal of Geophysical Research: Atmospheres 124, 3726–3742.
Mezei, P., Jakuš, R., Pennerstorfer, J., Havašová, M., Škvarenina, J., Ferenčík, J., Slivinský, J., Bičárová, S., Bilčík, D., Blaženec, M., et al. (2017). Storms, temperature maxima and the Eurasian spruce bark beetle Ips typographus—An infernal trio in Norway spruce forests of the Central European High Tatra Mountains. Agricultural and Forest Meteorology 242, 85–95.
Mišurec, J., Kopačková, V., Lhotáková, Z., Campbell, P., and Albrechtová, J. (2016). Detection of Spatio-Temporal Changes of Norway Spruce Forest Stands in Ore Mountains Using Landsat Time Series and Airborne Hyperspectral Imagery. Remote Sensing 8, 92.
Polák, T., Albrechtová, J., and Rock, B.N. (2006a). Bud development types as a new macroscopic marker of Norway spruce decline and recovery processes along a mountainous pollution gradient. Forestry (Lond) 79, 425–437.
Polák, T., Rock, B.N., Campbell, P.E., Soukupová, J., Solcová, B., Zvára, K., and Albrechtová, J. (2006b). Shoot growth processes, assessed by bud development types, reflect Norway spruce vitality and sink prioritization. Forest Ecology and Management 225, 337–348.
Potterf, M., Nikolov, C., Kočická, E., Ferenčík, J., Mezei, P., and Jakuš, R. (2019). Landscape-level spread of beetle infestations from windthrown- and beetle-killed trees in the non-intervention zone of the Tatra National Park, Slovakia (Central Europe). Forest Ecology and Management 432, 489–500.
Putalová, T., Vacek, Z., Vacek, S., Štefančík, I., Bulušek, D., and Král, J. (2018). Tree-ring widths as an indicator of air pollution stress and climate conditions in different Norway spruce forest stands in the Krkonoše Mts. 13.
Sitková, Z., Sitko, R., Vejpustková, M., Pajtík, J., and Šrámek, V. (2018). Intra- and interannual variability in diameter increment of Fagus sylvatica L. and Picea abies L. Karst. in relation to weather variables. Central European Forestry Journal 64, 223–237.
Tumajer, J., Altman, J., Štěpánek, P., Treml, V., Doležal, J., and Cienciala, E. (2017). Increasing moisture limitation of Norway spruce in Central Europe revealed by forward modelling of tree growth in tree-ring network. Agricultural and Forest Meteorology 247, 56–64.

Předběžná náplň práce

Smrkové porosty v České republice a ve střední Evropě čelí v posledních letech zvýšenému tlaku kombinace abiotických stresových faktorů, jako jsou sucho (McGloin et al., 2019) nebo zvýšená teplota, která obzvášť negativně ovlivňuje smrčiny v nižších polohách (Altman et al., 2017; Sitková et al., 2018; Tumajer et al., 2017). Tyto abiotické disturbance jsou často následovány biotickými (Mezei et al., 2017; Potterf et al., 2019), jejichž příkladem může být současná kůrovcová kalamita v Čechách. České smrčiny zejména v hraničních horských polohách jsou ovlivněny i dlouhodobou acidifikací půd, která je částečně následkem vysokých imisí a kyselé depozice v minulosti (Kupková et al., 2018; Putalová et al., 2018). Z hlediska zachování smrčin ve vyšších polohách je nezbytné mít účinné nástroje pro vyhodnocení nejen aktuálního fyziologického stavu stromů ale i jejich vitality, která může vypovídat o rezervách jedince a pravděpodobnosti se aklimovat na budoucí nepříznivé podmínky.
Pro hodnocení aktuálního fyziologického stavu jehličnanů jsou často využívány nespecifické indikátory stresu: obsah a vzájemný poměr fotosyntetických pigmentů (Kopačková et al., 2014), obsah rozpustných fenolických látek (Lhotakova et al., 2013). Obsahy obou typů látek je navíc možné s různou přesností modelovat z optických vlastností jehlic (Lhotakova et al., 2013) a případně využít pro interpretaci dat dálkového průzkumu Země (Mišurec et al., 2016). Vitalita neboli životaschopnost je soubor vlastností stromu, které udávají jeho schopnost asimilovat, přežít působení stresových faktorů, reagovat na změnu podmínek prostředí a reprodukovat se (Dobbertin and Brang, 2001). Jedná se tedy o vývojovou tendenci jedince vypovídající částečně o jeho šanci přežít v měnících se podmínkách. Jednou z možností jak hodnotit vitalitu smrku ztepilého je použití kritéria vývojových směrů pupenů (Polák et al., 2006a, 2006b). Toto kritérium je založeno na poměru pupenů rostoucích, odumřelých a spících a umožňuje nejen odhadnout připravenost jedince na nadcházející nepříznivé podmínky, ale i retrospektivně vyhodnotit jeho vitalitu.
Cílem práce je vyhodnotit aktuální fyziologický stav smrku ztepilého pomocí vybraných biochemických (případně spektrálních) indikátorů stresu a určit vitalitu jedinců na základě kritéria vývojových směrů pupenů. Hodnocení fyziologického stavu a vitality bude provedeno v horské smrčině na dvou odlišných stanovištích, s různou stresovou zátěží a amelioračními opatřeními (např. vápnění). Výstupem bude srvonání fyziologického stavu s vitalitou stromu a bude to vztaženo k podmínkám porostu na daném stanovišti.
Materiál a metody:
Hodnocení fyziologického stavu a vitality proběhne na dvou plochách: 1) výzkumná plocha U dvou louček (Orlické hory, plocha v síti GEOMON a pod správou VÚLHM Opočno), mladší smrčina (do 50 let), oblast v minulosti silně zasažená imisemi a 2) výzkumná plocha Bílý Kříž (Beskydy, plocha ve správě CzechGlobe), smrčina starší 50 let bez větší historické imisní zátěže. Vitalita stromů na základě kritéria vývojových směrů pupenů proběhne na obou plochách ve vrcholné vegetační sezóně (červenec / srpen), stejně tak hodnocení aktuálního fyziologického stavu. Na ploše Bílý Kříž budou navíc sledovány vybrané indikátory stresu 3-4x v průběhu sezóny. Spektrofotometricky budou stanoveny obsahy fotosyntetických pigmentů a rozpustných fenolických látek. Případně bude začleněno i využití optických vlastností měřených na úrovni výhodu spektroradiometrem ASD Fieldspec s kontaktní sondou.