Dílčí aspekty přeměn a přestaveb sekundárních monokultur smrku ztepilého (Picea abies L.)

Ing. Ing. Pavel Bednář

Doctoral thesis

Secondary monocultures of Norway spruce (Picea abies L.): transformation and conversion processes and the subsequent changes within the forest stand

Abstract:

Disertační práce se zabývala analýzou pěti vybraných témat souvisejících s problematikou přeměn a přestaveb sekundárních smrkových monokultur. Stanovištní vymezení práce bylo z důvodu popsaných souvislostí situováno na kyselá stanoviště vyšších poloh, konkrétně SLT 5K a 6K (resp. STG 5A3 Fageta piceoso-abietina; 6A3 Fageta abietina-piceosa). Řešení otázek růstové dynamiky a morfologického vývoje přirozené obnovy smrku ztepilého (Picea abies L. Karst.) v závislosti na světelné radiaci (porostním světle) přineslo zjištění jeho vysoké schopnosti morfologických adaptací ke konkrétním světelným podmínkám. Nejvýraznějšími změnami byly adaptace na úrovni délky živé koruny, popř. šířky koruny a dále na úrovni posunů mezi intenzitou výškového růstu a intenzitou laterálního růstu, resp. změnami na úrovni RHG (relativní výškový růst) a ADR (index apikální dominance). Světelné podmínky měly jen velmi malý vliv na hustotu přirozené obnovy smrku, a to maximálně do 70, resp. 100 cm horní výšky; index hustoty přirozené obnovy RI (hustota*střední výška jedinců), tlumící vliv intraspecifické kompetice, vykazoval vyšší závislost na porostním světle. Výzkumné téma zabývající se růstovým, morfologickým a kvalitativním vývojem uměle obnoveného buku lesního (Fagus sylvatica L.) v závislosti světelných podmínkách dané obnovní seče přineslo zjištění vysoce signifikantního vlivu světelných podmínek na výškový i tloušťkový růst jedinců, a také na hodnotu jejich štíhlostního kvocientu. Byl prokázán signifikantní vliv nárůstu světla na pokles morfologické kvality bukových jedinců. To bylo potvrzeno také signifikantním vlivem porostního světla na úhel nasazení větví v rámci dalšího výzkumného tématu, zabývajícího se destrukčními analýzami. Byla prokázána signifikantní vazba mezi hodnotou štíhlostního kvocientu a morfologickou kvalitou buku. Jedinci buku rostoucí v podsadbě reagují neprodleně na jednorázové uvolnění horní porostní clony obnovovaného porostu domýtnou fází clonné seče. Tato reakce spočívala v signifikantním nárůstu tloušťky s jeho další akcelerací ve druhé vegetační sezoně po uvolnění a výrazným a náhlým snížením morfologické kvality. Výškový růst se během prvních dvou let po uvolnění nelišil od růstu před uvolněním, ani od výškového růstu stejně starých jedinců rostoucích stále v podsadbě. Adaptace buku na světelné podmínky probíhá na všech adaptačních úrovních, a to na úrovni somatické morfologie celého jedince, na úrovni morfologie a anatomie orgánů - konkrétně listů a na úrovni fyziologických (biochemických) změn. Vysoká schopnost morfologických adaptací listů v závislosti na světle byla prokázána v případě všech sledovaných parametrů listové čepele (délka, šířka, plocha, průměrná hmotnost, specifická hmotnost LMA - hmotnost/plocha). Nejvyšší úroveň adaptace, svědčící zároveň o anatomické adaptaci listů, byla sledována u LMA; tato schopnost, spolu s ostatními, determinuje buk jako stínsnášející dřevinu, jak bylo podrobně diskutováno. Signifikantní vliv na veškeré parametry listů prokázala také výšková pozice listů v rámci vertikálního profilu koruny. Fyziologické (biochemické) adaptace buku na světelné podmínky, resp. druh obnovní seče, byly sledovány především prostřednictvím změn na úrovni obsahu dusíku (N) v listech. Byly nalezeny signifikantní regresní modely vztahu porostního světla a výčetní kruhové základny (G) stejnorodých, stejnověkých, vyspělých kmenovin smrku. Na základě porovnání signifikantních regresních modelů výškového růstu (resp. RHG) přirozené obnovy smrku a umělé obnovy buku byla prokázána rozdílná

Abstract:

dynamika růst obou dřevin v rámci gradientu porostního světla; smrk vykazuje vyšší dynamiku výškového růstu nad hranicí cca 30 % světelného požitku volné plochy. To dle nalezených regresních modelů odpovídá výčetní kruhové základně obnovovaného porostu cca 40 m2/ha. Přírůstová reakce obnovně rozpracovaných stejnorodých, stejnověkých smrkových porostů na čtyři sledované druhy obnovních sečí (kotlík, násek, holá seč, clonná seč) byla předmětem samostatného výzkumného tématu analyzujícího 480 dendrochronologických vývrtů z 80 dospělých smrků, ze tří výškových úrovní a ze čtyř světových orientací v rámci kmene. Celkově nejvyšší světlostní přírůst (resp. přírůst ze zvýšeného uvolnění) byl signifikantně prokázán u jedinců rostoucích na ploše clonné seče oproti třem dalším obnovním variantám; přírůst jedinců v okolí náseku a holiny byl shodný a v obou případech signifikantně vyšší, než v okolí kotlíku. Jedinci rostoucí v clonné seči i jedinci v okolí kotlíků alokovali svůj přírůst především do bazální části kmene (signifikantně), jedinci v okolí náseku a holiny do oblasti nasazení živé koruny.

Abstract:

This thesis focused on various aspects of the transformation process of secondary monocultures of Norway spruce. The research sites were located in higher altitude acidic sites; specifically in the forest site types SLT 5K and 6K (STG 5A3 Fageta piceoso - abietina and 6A3 Fageta abietina - piceosa, respectively). Light conditions were found to have affected the growth dynamics and morphological development of Norway spruce (Picea abies L. Karst.) natural regeneration, which resulted in adaptations in the length of live crown and projected crown area. Adaptations were also found in the trades-offs between height and lateral growth represented by the shifts within RHG (relative high growth) and ADR (apical dominance ratio). The light conditions influenced the density of Norway spruce natural regeneration up to its height of 70 cm, albeit weakly. Although the relationship was also noted for the height to 100 cm, it was only a weak one. However, when the regeneration index RI (density*median height) was considered, the relationship for natural regeneration of all heights was significant. A significant relationship was also found between the light levels and following variables: height increment, diameter increment and height - diameter ratio when the growth dynamics, morphological and quality development of artificially regenerated European beech (Fagus sylvatica L.) was examined. Increasing light levels significantly contributed to the decrease in European beech morphological quality, which was supported by a significant correlation between the angle of branches and increasing light levels. In addition to that, a significant relationship was found between height-diameter ratio and morphological quality. European beech planted under the canopy of Norway spruce showed a rapid response when the overstorey was removed; i.e. although the diameter increment accelerated during the first growing season, it was greater during the second growing season following the canopy release. Height increment, on the other hand, did not show any response to the release. In fact, it was similar to the height increment prior to the release as well as when compared to the high increment of artificially regenerated European beech of the same age growing underneath the canopy. A decrease of morphological quality of planted European beech was also found once the canopy was removed. The adaptation of European beech to the light conditions was concluded to have taken place on the whole individual level as well as on the physiological level where biochemical changes happen. This is particularly applicable in the case of leaves where the ability to adapt to changing light conditions (created by particular regeneration felling) was observed in all leaf lamina parameters; i.e. length, width, area, mean dry mass weight and specific weight - leaf mass per area (LMA) where the latter showed the highest level of adaptability and a high rate of anatomical adaptation to the given light conditions. Such findings confirm that European beech is a shade-tolerant tree species. All of the observed leaf parameters were significantly influenced by their position within the tree crown. The changes in leaf nitrogen content were used to determine the physiological (biochemical) responses to varying light levels modified by regeneration felling. A statistically significant regression was found between the light levels in the understorey and the total basal area (G) of the pure even - aged Norway spruce stand. The height growth models (RHG) determined Norway spruce and European beech to have varying height growth dynamics. European beech showed higher growth rate in light levels to up to 30 % of above - canopy light whereas Norway spruce showed higher growth rate only when the above-canopy light exceeded 30 %. Such light conditions represent the basal area of approximately 40 m2/ha as calculated by the regressions models. Dendrochronological analyses of 480 core - sample

Abstract:

s from 80 mature trees (taken at three vertical levels from four sides of the stem) were used to determine the diameter increment of mature even - aged Norway spruce trees grown in pure stands where different regeneration fellings; i.e. gap cut (0,05 - 0,12 ha), small clear - cut (0,25 - 0,33 ha), clear - cut (appox. 1 ha) and shelterwood cut (residual basal area after the cut: 25 - 42 m2/ha) were applied. The highest total diameter increment was found in the stands subjected to the shelterwood cut. Although the diameter increment of trees growing around small clear-cut and clear-cut was similar, it was significantly higher than the diameter increment around the gap cut. The trees growing within the shelterwood cut and around the gap cut appeared to have allocated the increment at the lower part of the stem (significantly) whereas the individuals growing around small clear-cut and clear-cut allocated their increment around the crown base.

Keywords

buk lesní, růstová dynamika, světelný požitek, přirozená obnova, adaptace, uvolnění, makroprvek, přírůst, umělá obnova, morfologická kvalita, list, alokace, regresní model, smrk ztepilý, obnovní seč

Keywords

macroelement, regression model, natural regeneration, morphological quality, Norway spruce, release, European beech, artificial regeneration, regeneration felling, increment, allocation, growth dynamics, light conditions, adaptation, leaf

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 6. 1. 2016

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Jiří Souček, Ph.D.

Mendel University in Brno

Faculty of Forestry and Wood Technology

Doctoral programme / field:
Forest Engineering / Silviculture