Růst a mortalita vícekmenných dřevin v selektivně těženém tropickém deštném lese

Ing. Jakub Kvasnica

Doctoral thesis

Growth and mortality of multi-stemmed woody plants in selectively logged tropical rainforest

Abstract:

Vícekmenné dřeviny jsou běžnou, přesto však stále přehlíženou, součástí tropických deštných lesů, která ovlivňuje perzistenci jedince po disturbanci. Role vícekmennosti, jako funkčního znaku dřevin, který ovlivňuje růst a mortalitu, nebyla v disturbovaných tropických deštných lesích detailněji zkoumána. Za účelem analyzování potěžebního růstu a mortality dřevin na gradientu těžební disturbance bylo v malajsijském Borneu každoročně (2013–2020) přeměřováno cca 14 000 jedinců dřevin. Vícekmenní jedinci (dále VK) zajištovali perzistenci dřevin po těžbě a vykazovali vyšší růst (v porovnání s jednokmennými, dále JK) hlavně ve více disturbovaných oblastech. Vyšší růst VK byl zaznamenán pouze do středních výčetních tlouštěk (DBH), u větších jedinců se růstová výhoda ztrácela pravděpodobně kvůli konkurenci vyšších JK. VK vykazovali nižší každoroční mortalitu v porovnání s JK, a to na celém gradientu disturbance. Pravděpodobnost odumření VK výrazně klesala s přibývajícím počtem kmenů důsledkem rozložení rizika. Tyto výsledky názorně ukazují význam vícekmenné architektury v perzistenci, růstu a mortalitě dřevin v po těžbě regenerujícím tropickém deštném lese. Současně podporují úsilí o zařazení VK do inventarizací lesa a následně do analýz, které se týkají lesní dynamiky. Ignorování vícekmenné růstové formy jako adaptace dřevin v silně narušených lesích by mohlo vést k nereálným výsledkům kvůli nadhodnocení úmrtnosti a podhodnocení růstu dřevin. Častější a intenzivnější sucho je jedním z předpovídaných důsledků klimatické změny. Období s výraznými teplotními extrémy a s nižším úhrnem srážek jsou v jihovýchodní Asii spojovány s jevem El Niño – Southern Oscillation (ENSO). ENSO a jím způsobené sucho ovlivňuje dynamiku nížinného dvojkřídláčovitého lesa na ostrově Borneo hlavně zvýšením mortality dřevin. Předpokládá se, že sucho způsobené jevem ENSO bude mít výraznější dopady na regenerující lesy. Druhá část této disertační práce analyzuje suchem způsobenou mortalitu dřevin během jevu El Niño z let 2015–2016, závislost mortality na velikosti jedince, vliv těžební disturbance na mortalitu dřevin a roli VK před, během a po období sucha. Porovnáním mortality dřevin před, během a po suchu nebyla zjištěna závislost mortality během sucha na velikosti jedince. Mortalita dřevin rostla na gradientu těžební disturbance a byla zvýšená během jevu El Niño. VK reagovali na sucho snížením počtu kmenů (průměrný počet kmenů na jedince klesl) a stále vykazovali nižší mortalitu v porovnání s JK. Po odeznění sucha vzrostlo důsledkem výmladné schopnosti dřevin zastoupení VK na sledovaném území. Výmladná schopnost dřevin je tak důležitou ekologickou strategií pro přežití hlavně v těžbou narušených tropických deštných lesích. Různá schopnost jednotlivých taxonů tvořit vícekmennou růstovou formu může být rozhodujícím faktorem ovlivňujícím strukturu a druhové složení regenerujících tropických deštných lesů. Třetí část této disertační práce porovnává taxonomické složení VK a JK na gradientu disturbance v selektivně těženém tropickém lese na Borneu. Posuzována byla také schopnost čeledi Dipterocarpaceae – jako ekologicky nejvýznamnější čeledi na ostrově Borneo, tvořit vícekmennou formu. Mezi rodovým složením VK a JK nejsou významné rozdíly. Polovina ze všech identifikovaných rodů má schopnost tvořit vícekmennou formu, a proto mají tyto rody vyšší šanci na přežití. Čeleď Dipterocarpaceae je schopna tvořit vícekmennou formu, vykazovala však jedno z nejmenších zastoupení VK na sledovaném území, což vzhledem k omezeným schopnostem regenerace může znamenat dalš

Abstract:

í znevýhodnění této čeledi v selektivně protěžených porostech.

Abstract:

Multi-stemmed trees (MST) are common but still overlooked feature of tropical rain forest influencing tree persistence after disturbance. Multi-stemming may be an important trait for growth and mortality in widely and variably disturbed tropical rain forest, however, this has not been tested yet. We used annually monitored (2013–2020) ca. 14,000 tree stems in Malaysian Borneo to model post-logging growth and survival along a logging gradient. MST ensured persistence after logging but also exhibited greater growth (compared to single-stemmed trees – SST) with the difference increasing as the disturbance increased. However, this growth advantage was lost with medium size in DBH, possibly as they were outcompeted by taller SST in the main canopy. Along the entire disturbance gradient, MST suffered significantly lower annual mortality than SST by spreading the risk of damage into more stems and the mortality strongly decreased with the number of stems. Our results clearly demonstrate the significance of multi-stemmed architecture in tree persistence, growth, and mortality in rainforests recovering from logging. At the same time, they emphasize efforts for wider recognition of MST in forest inventories and forest dynamics modelling. Omission in the models of forest dynamics could lead to unrealistic results due to a significant overestimation of tree mortality and underestimation of growth, especially in heavily disturbed forests. More frequent and intensive drought is one of the predicted consequences of global climate change. In Southeast Asia, these periods of reduced precipitation and more frequent occurrence of temperature extremes are often associated with the El Niño – Southern Oscillation (ENSO) cycle. ENSO and the drought it causes is affecting the dynamics of the aseasonal lowland dipterocarp forest in Borneo by the widespread increase in tree mortality, which further causes a decrease in rates of carbon sequestration. There is significant concern regarding the impact of drought on SE Asia forests because it is assumed pronounced effects of drought-related changes in regenerating forests. Here, we assessed patterns of drought-related mortality during the El Niño from 2015–2016 as its size-dependence, the effect of disturbance (logging) gradient, and the role of sprouting in drought-related mortality. By comparison of annual mortality rates before/during/after El Niño event an increased mortality rate with no size-dependence was found during drought. Mortality rates of woody plants increased on logging gradient and were pronounced during the El Niño event, however, were non-significant in most degraded areas. Multi-stemmed individuals reacted to drought by losing some of the stems (the number of stems per individual decreased during drought) but maintained lower mortality rates compared to single-stemmed individuals. After the drought subsided, the abundance of multi-stemmed individuals in the secondary tropical rainforests increased, which identifies sprouting as an ecological persistence strategy expressed in response to drought/logging interaction in the tropical rainforest. Differences in the ability to form multi-stemmed architecture between taxons may serve as a life-history parameter determining the structure and species composition of regenerating tropical rainforests. Here is presented a study comparing the taxonomic composition of multi-stemmed and single-stemmed woody plant communities on disturbance gradient in selectively logged forest of Borneo. The ability to form the multi-stemmed architecture of the ecologically important family Dipterocarpaceae was also evaluated. The differences in the genus composition of multi-stemmed and single-stemmed communities were not significant. Half of the identified genera were able to form a multi-stemmed architecture and thereby increase their growth and chance of survival. The other half of the genera not able to form a multi-stemmed architecture may be

Abstract:

disadvantaged in the future. The family Dipterocarpaceae has an especially low density of multi-stemmed individuals, which increases concern about the regeneration of selectively logged forests, where recruitment and vegetative regeneration of Dipterocarps is hindered.

Keywords

disturbance, vícekmenné dřeviny, mortalita, selektivní těžba, El Niño, sucho, lesy Bornea, růst

Keywords

forests of Borneo, logging, disturbance, El Niño, drought-induced mortality, multi-stemmed trees, mortality, growth

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 8. 11. 2022

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Martin Svátek, Ph.D.

Mendel University in Brno

Faculty of Forestry and Wood Technology

Doctoral programme / field:
Landscape Engineering / Forest Ecology