Ecophysiology and growth of coppice stands

Ing. Marie Matoušková

Doctoral thesis

Ekofyziologie a růst výmladkových porostů

Abstract:

Během posledních několika dekád se sucho stalo jednou z největších hrozeb pro lesní ekosystémy. Odolnost vůči suchu, schopnost přizpůsobení anebo zotavení se po suchých periodách se tak staly klíčovými schopnostmi umožňujícími dřevinám přežít. Stromy se mohou na sucho adaptovat, a to jak morfologicky, tak i anatomicky či biochemicky. Lesníci mohou vhodným hospodařením významně zvýšit odolnost lesních porostů vůči suchu. Jednou z možností je změna hospodářského způsobu na nízký les. Klíčovými aspekty je výběr vhodných dřevin, znalost biologických principů pěstování nízkého lesa a metodika stanovení přírůstu a biomasy porostů. Disertační práce je zaměřena na stresovou fyziologii nízkého lesa ve vztahu k suchu, prostorové vztahy při obnově pařeziny a na metody efektivního stanovení biomasy výmladků. Pro naplnění těchto cílů je rozdělena do čtyř studií: 1) závislost výmladné schopnosti na dřevině a velikosti stromu před smýcením či obecně před disturbancí; 2) porovnání fyziologické reakce na sucho mezi nízkým lesem a stromy semenného původu; 3) modelování odhadů biomasy s využitím alometrických vztahů u běžně obhospodařovaného nízkého lesa; 4) využití přístupů předchozí studie pro plantáže rychle rostoucích dřevin. Výsledky první studie ukázaly, že výmladná schopnost závisí jak na druhu dřeviny, tak i na její velikosti před smýcením. Nejlepší pařezová výmladnost se projevila u lípy, u které během studie nedošlo k úhynu výhonů a zároveň také obrazily všechny pařezy. Druhá, fyziologická, studie ukázala, že v suchých obdobích jsou výmladky méně stresované než vysoký les. Nízký les dosahuje méně záporných hodnot vodního potenciálu, a proto i vyšší rychlosti fotosyntézy, což je jeden z faktorů rychlosti přírůstu. Odhady biomasy jsou klíčové pro plánování délky obmýtí. Třetí studie vyvinula metodiku pro provozně použitelnou inventarizaci na základě alometrických vztahů mezi výčetní tloušťkou nejtlustšího výhonu z polykormonu a biomasou. V poslední studii byla stejná metoda úspěšně otestována i na případu rychle rostoucí topolové plantáže. Práce odhaluje fyziologické faktory, proč by výmladkové hospodářství mohlo být vhodným hospodářským způsobem pro teplejší a sušší klima. Znalosti faktorů ovlivňujících úspěšnost zmlazení může lesníkům pomoct vybírat vhodné dřeviny a plánovat správné délky obmýtí. Předkládané alometrické metody pomohou vlastníkům lesů jednoduše odhadnout biomasu jejich porostů či plantáží.

Abstract:

Drought has become one of the most severe threats to forests. Drought resistance, the ability to acclimate to, or recover after drought, is thus crucial for the survival of forest trees. To achieve this, trees can modulate a variety of traits, from morphological through anatomical to biochemical. Foresters can improve the resistance of trees and forests by appropriate management of stands. One of the possible approaches is to change the forest management system to coppicing. How to select suitable tree species, what physiological factors underlie the coppice growth and survival, and how to efficiently estimate biomass in the field are among the key unresolved questions associated with coppice forestry. The objective of this doctoral thesis is to answer these cientific questions related to growth, sprouting ability and the drought stress physiology of coppice stands. To fulfil this aim, the work is based on four studies: 1) elucidating the dependence of sprouting ability on the species and pre-disturbance tree size; 2) a comparison of drought physiology of coppice and trees of seed origin; 3) revealing the allometric relations of biomass estimates in standard coppice; 4) comparing models for rapid biomass estimation used in standard coppice in short-rotation coppice plantations. The results of the first study indicated that sprouting ability depended on the tree species and pre-disturbance tree size. The best sprouters were trees of genus Tilia because all stumps resprouted and no sprouts died during the whole experiment. The second, physiological, study suggested, that trees in the oak coppice had less negative water potential than mature trees, which indicated they were less stressed by drought. The photosynthesis rate was lower in mature trees than in the coppice due to drought-imposed stomatal limitations, which might lead to increased growth rates in coppice. The third study indicated that biomass can be accurately estimated by measuring the diameter of the thickest sprout in each stump. In the fourth and last part, the same method of biomass estimation was successfully tested for a short-rotation poplar coppice plantation. To conclude, this thesis identified underlying physiological factors, why coppicing may be a viable silvicultural system for a warming and drier climate. Knowledge of variables affecting resprouting success may help foresters to choose suitable tree species and rotation periods. Finally, the proposed methods of forest inventory will allow owners to easily estimate biomass in their forests or plantations.

Keywords

odhady biomasy, rychle rostoucí plantáž, nízký les, ekofyziologie, fotosyntéza, vodní provoz rostlin, výmladná schopnost

Keywords

biomass estimation, coppice, ecophysiology, photosynthesis, plant water status, short-rotation plantation, sprouting ability

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 19. 8. 2023

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Josef Urban, Ph.D.
• Reader: Zdeněk Adamec, Ph.D., doc. Ing., Marko Stojanovič, externi, Daniel Kurjak, externi

Mendel University in Brno

Faculty of Forestry and Wood Technology

Doctoral programme / field:
Botany / Forest Phytology