The response of sessile oak and Norway spruce to expected climate change

Daria Pozhidaeva

Bachelor's thesis

Odezva dubu zimního a smrku ztepilého na očekávanou změnu klimatu

Abstract:

Globální klima je komplexní a neustále se měnící systém. Nicméně, během posledních desetiletí došlo k rozsáhlým změnám klimatických podmínek. V této práci byla studována odezva dvou druhů dřevin - smrku ztepilého a dubu zimního - na očekávaný nárůst koncentrace CO2 v atmosféře a jeho interakce s dostupností dusíku a vody. Za tímto účelem byl proveden experiment simulující tyto účinky v experimentálních kultivačních komorách umístěných na experimentální stanici Bílý Kříž (Beskydy). Jednalo se o výsadbu sazenic stromů ve dvou sklenících komorách s různými koncentracemi CO2 - okolní (cca 400 ppm) a zvýšenou (cca 700 ppm), různou dostupnosti vody v průběhu července a začátku srpna (pravidelné zavlažování vs. sucho) a hnojením dusíkem (s hnojením a bez hnojení). Fyziologická měření (rychlost asimilace CO2, stomatální vodivost, rychlost transpirace, efektivita využití vody a chlorofylový index) a prvkové analýzy (poměr uhlíku a dusíku) byly provedeny na konci období stresu suchem. Zvýšení rychlosti asimilace CO2 při zvýšené koncentraci CO2 bylo pozorováno u sazenic dubu zimního, zatímco smrk ztepilý nevykazoval žádnou reakci nebo i pokles hodnot. Oba druhy vykázaly zvýšení efektivity využití vody, zejména ve variantě zahrnující sníženou dostupnost vody. Nicméně u dubu zimního bylo indikovano zvýšení transpirace a stomatální vodivosti, zatímco smrk ztepilý vykázal pokles obou parametrů při zvýšené koncentraci CO2. Odezva prvkové stechiometrie (C: N) na zvýšenou koncentraci CO2 obou druhů stromů byla zanedbatelná, s výjimkou zvýšení poměru C: N u dubu při hnojení dusíkem a u smrku bez hnojení a s dostatečnou dostupností vody. Výsledky ukázaly, že u každého druhu stromu lze očekávat různé odezvy na změnu klimatu, což je s největší pravděpodobností ovlivněno jejich ekologickými požadavky. V případě lesního hospodářského plánování je proto důležité zohlednit tyto požadavky, jakož i možné budoucí změny klimatu.

Abstract:

The global climate is a complex and constantly changing system. However, during the last decades, unprecedented changes have occurred. In this thesis, the response of two tree species – Norway spruce and sessile oak to the expected rise of CO2 concentration in atmosphere and interactions with nitrogen and water availability were studied. For this purpose, an experiment simulating these effects was conducted in experimental glassdomes located in experimental station Bílý Kříž (Bekydy Mountains). It included planting tree saplings in two glassdomes with different CO2 concentrations – ambient (approx. 400 ppm) and elevated (approx. 700 ppm), manipulated water availability during July and beginning of August (regular watering vs drought stress), and nitrogen fertilization (fertilized and non-fertilized) treatments. Physiological measurements (light-saturated CO2 assimilation, stomatal conductance, transpiration rate, water use efficiency, and chlorophyll index) and elemental analyses (carbon : nitrogen ratio) were conducted at the end of the drought stress period. An increase in CO2 assimilation under elevated CO2 concentration was observed in the sessile oak saplings, whereas the Norway spruce has shown no response or even a decline. Both species have shown an increase in the water use efficiency, especially in the water-limited treatment. However, an increase in transpiration and stomatal conductance was indicated in the case of the sessile oak, while Norway spruce has shown a decline in both parameters. The elemental stoichiometry (C:N) response to an elevated CO2 concentration of the tree species has been insignificant, except for the increase in C:N ratio in the sessile oak in both nitrogen-fertilized treatments and in Norway spruce only under lower nitrogen and sufficient water availability. The results have shown that for each tree species different responses to climate change can be expected, which is most likely affected by its ecological requirements. Therefore, in the case of forest management planning, it is important to take these requirements, as well as possible future changes in climate, into consideration.

Keywords

dostupnost vody, dub zimní, oxid uhličitý, změna klimatu, smrk ztepilý, dostupnost dusíku

Keywords

sessile oak, nitrogen availability, water availability, carbon dioxide, climate change, Norway spruce

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 29. 4. 2019

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Karel Klem, Ph.D.

Mendel University in Brno

Faculty of AgriSciences

Bachelor programme / field:
Forestry / Forestry