velikost textu

Quantitative vessel parameters of broadleaves as a tool for reconstruction of physical geographical processes

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Název:
Quantitative vessel parameters of broadleaves as a tool for reconstruction of physical geographical processes
Název v češtině:
Kvantitativní parametry cév listnáčů jako nástroj pro rekonstrukci fyzickogeografických procesů
Typ:
Rigorózní práce
Autor:
Mgr. Jan Tumajer
Id práce:
209219
Fakulta:
Přírodovědecká fakulta (PřF)
Pracoviště:
Katedra fyzické geografie a geoekologie (31-330)
Program studia:
Geografie (N1301)
Obor studia:
Fyzická geografie a geoekologie (NFGGD)
Přidělovaný titul:
RNDr.
Datum obhajoby:
29. 11. 2018
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Jazyk práce:
Angličtina
Klíčová slova:
anatomie dřeva, Betula pendula, céva, dendrochronologie, disturbance, lužní les, Quercus robur, svahové pohyby
Klíčová slova v angličtině:
Betula pendula, dendrochronology, disturbances, floodplain forest, mass-movement, Quercus robur, vessel, wood anatomy
Abstrakt:
Abstrakt Anatomická stavba dřeva je citlivá k vlivům prostředí, což umožňuje následné využití časových řad kvantitativních anatomických parametrů jako zdroje paleoenvironmentálních dat. V této disertační práci jsem studoval odezvu parametrů cév i) dubů letních rostoucích v údolní nivě ke změnám v hladině podzemní vody, klimatu, hydrologických podmínek a k výskytu extrémních hydrologických a meteorologických jevů (sucha, povodně) a ii) bříz bělokorých na mechanické poškození vlivem disturbancí různého typu. Zatímco klimatický signál šířek letokruhů i letokruhové signatury vykazují velkou prostorovou variabilitu, kvantitativní parametry jejich cév mají společný prostorově homogenní signál (pozitivní vliv teploty v létě předchozího roku, v zimě a na začátku jara). Jediný stanovištní rozdíl v klimatickém signálu chronologií založených na cévách je negativní vliv vysoké vlhkosti na velikost cév, pozorovaný pouze v nivě a ne v od řeky vzdálenějších nížinných porostech. To naznačuje, že vývoj efektivních vodivých pletiv dubu je v záplavové zóně limitován vysokou saturací půdního profilu vodou, ačkoliv vysoká dostupnost vody je tam pozitivní z pohledu produktivity. Odezva šířek letokruhů ke změnám v dostupnosti vody není v případě dubů uniformní ani v rámci jednoho porostu vlivem koexistence jedinců se zcela opačným vztahem k dostupnosti vody (jedinci limitovaní suchem a jedinci limitovaní nadměrnou půdní saturací). Šířka letokruhů jedinců z první skupiny poklesla během období se sníženou hladinou podzemní vody, zatímco jedinci ze druhé skupiny ve stejném období zrychlili přírůst. Existence skupin odlišně reagujících jedinců nebyla doložena v případě časových řad anatomických parametrů cév, jejichž série pocházející z rozdílných stromů mají v rámci porostu společný klimatický signál a podobnou odezvu na extrémní události. Kromě hydroklimatických podmínek je anatomická stavba dřeva citlivá i na mechanické poškození kmene. Průměrná velikost cév je v prvním roce po zjizvení kmene o více než 60 % menší než velikost cév očekávaná na základě lineárního věkového trendu. V následujících letokruzích se postupně zvyšuje a po třech letech dosahuje hodnot odpovídajících letokruhům před poškozením. Z rozdílných typů mechanické deformace vyvolávají nejsilnější propad velikosti cév břízy bělokoré: zjizvení kmene spojené s poškozením borky a kambia, naklonění kmene a odlomení vzrostného vrcholu a části koruny. Intenzita této odezvy výrazně převyšuje změny kvantitativních anatomických parametrů řízené ontogeneticky (věkový trend) a klimaticky. Exhumace kořenového systému a zasypání báze kmene sedimenty vyvolávají slabší odezvu v anatomické stavbě. Anatomické anomálie jsou po naklonění a dekapitaci patrné podél celého obvodu kmene i po jeho celé délce; naopak v případě zjizvení dochází k modifikaci anatomické struktury pouze v části těsně přiléhající ke kalusu (hojivé pletivo uzavírající ránu). U těchto silných forem mechanického poškození se anatomická struktura nevrátí do svého původního stavu za méně než 3 roky. Během této periody není pokles ve velikosti cév kompenzován nárůstem jejich počtu, což vede k signifikantnímu poklesu specifické hydraulické vodivosti letokruhů. To naznačuje, že očekávaná rostoucí intenzita a frekvence lesních disturbancí může ovlivnit transpirační kapacitu lesních porostů. Výsledky předložených studií naznačují, že kvantitativní parametry anatomické stavby listnáčů by měly být chápány jako parametr ovlivňovaný několika faktory, včetně ontogenetického vývoje, klimatu, půdní vlhkosti a disturbancí. Kvantitativní anatomické časové řady obsahují jiný typ signálu než šířky letokruhů, který je navíc méně stanovištně podmíněný a neliší se mezi jednotlivými jedinci v rámci konkrétního stanoviště. To dělá z cév listnáčů cenné proxy pro rekonstrukci variability klimatu a datování hydrologických procesů v minulosti. Náhlé anomálie ve velikosti cév mohou být využity jako nástroj pro datování svahových pohybů a dalších typů disturbancí. Vzhledem k tomu, že časové řady parametrů cév jsou řízeny různými vnitřními i vnějšími vlivy, je pro získání požadované části signálu nutné použít odpovídající metodické postupy pro odfiltrování nežádoucího signálu jako šumu. Klíčová slova anatomie dřeva, Betula pendula, céva, dendrochronologie, disturbance, lužní les, Quercus robur, svahové pohyby
Abstract v angličtině:
Abstract Trees adjust wood anatomical structure to environmental conditions, predisposing time series of quantitative wood anatomical parameters to be valuable source of palaeoenvironmental information. In this doctoral project we analysed the response of vessel parameters of i) floodplain Quercus robur to groundwater level fluctuation, hydroclimate variability and extreme events (droughts and floods), and of ii) Betula pendula to mechanical damage caused by various disturbances. Although climatic signal as well as pointer years stored in tree-ring width chronologies of Quercus robur largely differ between sites, quantitative vessel parameters contain spatially- homogenous positive signal of previous year summer temperature and current year winter/early spring temperature. The only between-site difference in wood anatomical chronologies is negative effect of moisture on vessel size in floodplain, which does not occur in not-flooded lowland sites. We suggest that while tree productivity benefits from high water availability, the wood anatomical structure of Quercus robur is constrained by high soil water saturation in floodplain zone. In addition, the response of tree-ring widths to moisture availability is not uniform inside single stand, but subgroups of trees with completely opposite response coexist (drought limited and moisture limited individuals). The first group of trees significantly reduced their growth after decline of groundwater level, meanwhile the latter group increased productivity. Existence of subgroups with contrasting response to groundwater fluctuations was not observed in case of vessel anatomical series, where individual trees share common climatic signal. In addition to climate and hydrological conditions, processes causing mechanical damage also alter wood anatomical structure. Vessel size observed in the first tree-ring after stem scarring was by 60 % smaller compared to value expected based on linear age trend. In the following period, vessel size continuously increased, reaching pre-event level in third tree-ring after disturbance. Considering various types of mechanical damage, scarring of bark and cambium, stem tilting and decapitation cause the strongest decrease of vessel size in Betula pendula, which significantly outweighs ontogenetic trends and climatic signal. Wood anatomical anomalies spread along and around entire tree stem in case of tilted and decapitated individuals; contrary, xylem compartmentalization through adjustment of vessel size takes place only nearby callus tissue in scarred trees. Root exposure and stem base burial represent disturbances with less apparent response in wood anatomical structure. In case of most serious deformations, it takes more than 3 years to recover pre-disturbance wood anatomical structure. Decline in vessel size is not adequately compensated by increase in vessel number during this period, resulting in significant drop in xylem specific hydraulic conductivity. This indicates that predicted increase in intensity and frequency of disturbances related to climate change may alter transpiration capacity of forest stands. The results of presented studies indicate that quantitative wood anatomical parameters of broadleaves should be perceived as multi-source driven parameter integrating effects of ontogeny, climate, soil hydrology and disturbances. Vessel size contains different environmental signal than tree-ring widths. Moreover, their signal is less between-site and between-tree variable than signal stored in tree-ring widths. This makes vessel parameters valuable proxy for reconstruction of former fluctuations in hydroclimatic conditions. In addition, abrupt adjustment of vessel size may be used as a tool to date former mass-movements and other types of disturbances. However, proper approaches are required for extraction of desired part of information and filtering out the noise from time series of wood anatomical parameters. Keywords Betula pendula, dendrochronology, disturbances, floodplain forest, mass-movement, Quercus robur, vessel, wood anatomy
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce Mgr. Jan Tumajer 6.87 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce Mgr. Jan Tumajer 327 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky Mgr. Jan Tumajer 318 kB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby prof. RNDr. Jan Kalvoda, DrSc. 152 kB