Vliv smíšení dřevin, druhové skladby a porostní struktury na mikroklima lesa ve středním Německu

Bc. Bc. Jiři Ledvinka

Master's thesis

The effect of tree species composition on microclimate in a young planted forest in Central Germany

Abstract:

Zvyšování teplot a častější a intenzivnější období sucha jsou stále větší hrozbou. Lesní ekosystém má potenciál snížit dopady těchto globálních změn. Mikroklima vytvořené vhodnou dřevinnou skladbou může pomoci organismům adaptovat se na změny klimatu a zároveň zlepšit podmínky pro růst a stabilitu porostů. Cílem této práce je porozumět tomu, jak různé dřeviny středoevropského temperátního lesa a jejich směsi ovlivňují lesní mikroklima. Měření probíhalo na výsadbovém experimentu BIOTREE Kaltenborn ve středním Německu. Vysázeny byly monokultury buku lesního (Fagus sylvatica), smrku ztepilého (Picea abies), douglasky tisolisté (Pseudotsuga menziesii) a dubu zimního (Quercus petraea) a směsi se všemi možnými kombinacemi těchto druhů. Část porostů byla ponechána bez zásahu a v časti byla provedena probírka. Data byla měřena v letech 2021 až 2023 půdními čidly TMS-4. Měřena byla vlhkost a teplota půdy a teplota vzduchu. Data byla zpracována v softwaru R. Výsledky ukázaly rozdíly ve vlhkostech půdy mezi listnatými a jehličnatými porosty. Největší rozdíly byly mezi dubovými a smrkovými porosty. Ve studeném a vlhkém roce 2021 byla půdní vlhkost v listnatých porostech významně vyšší. Po výrazně suchém roce 2022 se tento trend obrátil. Významně vyšší vlhkosti půdy byly naměřeny v monokulturách oproti porostům s 3 a 4 dřevinami. Rozdíl mezi listnatými a jehličnatými porosty byl také v teplotách vzduchu, ta byla v listnatých porostech významně vyšší. Nejvyšší teploty byly naměřeny v dubových monokulturách. Vliv probírky byl patrný jak na teplotách vzduchu (vyšší teploty v porostech po probírce), tak na půdní vlhkosti. Byla naměřena nižší vlhkost půdy po probírce v listnatých porostech a zvýšená vlhkost v jehličnatých porostech po zásahu. Vliv probírky z roku 2020 byl ale patrný pouze do poloviny roku 2022. Je evidentní, že zásadním faktorem vlivu na mikroklima je typ porostu, tj. zda se jedná o porosty jehličnaté či listnaté. Jehličnaté porosty jsou chladnější, z pohledu vlhkosti půdy byly rozdíly také významné, ale dalším faktorem byly zřejmě klimatické podmínky v jednotlivých letech. Pro optimalizaci pozitivních funkcí lesa na mikroklima, se tak jeví jako optimální kombinace těchto dvou typů dřevin ve smíšených porostech. Je ale třeba brát v úvahu potenciální negativní vliv efektu komplementarity při kombinaci více dřevin.

Abstract:

Increasing temperatures and more frequent and intense periods of drought are becoming a greater threat. The forest ecosystem has the potential to mitigate the impacts of these global changes. The microclimate created by a suitable tree composition can help organisms adapt to climate changes and at the same time improve conditions for growth and stability of stands. The aim of this work is to understand how different tree species and their mixtures affect the Central European temperate forest microclimate. Measurement was performed on the BIOTREE Kaltenborn planting experiment in central Germany. Monocultures of European beech (Fagus sylvatica), Norway spruce (Picea abies), Douglas fir (Pseudotsuga menziesii) and sessile oak (Quercus petraea) and mixtures with all possible combinations of these species were planted. Part of the stands was left without intervention and thinning was carried out in other part. Data were measured in 2021 to 2023 by TMS-4 microclimatic sensors. Soil moisture and temperature and air temperature were measured. The data were processed in R software. The results showed differences in soil moisture between deciduous and coniferous stands. The biggest differences were between oak and spruce stands. In the cold and wet year 2021, soil moisture in deciduous stands was significantly higher. After a distinctly dry year 2022, this trend reversed. Significantly higher soil moistures were measured in monocultures compared to stands with 3 and 4 tree species. The difference between deciduous and coniferous stands was also in air temperatures, which were significantly higher in deciduous stands. The highest temperatures were measured in oak monocultures. The effect of thinning was apparent both on air temperatures (higher temperatures in stands after thinning) and on soil moisture. Lower soil moisture was measured after thinning in deciduous stands and increased moisture in coniferous stands after intervention. The effect of thinning from 2020 was only apparent until mid-2022. It is evident that the crucial factor influencing the microclimate is the type of stand, i.e., whether it is coniferous or deciduous. Coniferous stands are colder, and from the perspective of soil moisture, the differences were also significant, but another factor was apparently the climatic conditions in individual years. For optimizing the positive functions of the forest on the microclimate, a combination of these two types of tree species in mixed stands seems optimal. However, it is necessary to take into account the potential negative impact of the complementarity effect when combining more tree species.

Keywords

mikroklima, druhová skladba lesa, klimatická změna, BIOTREE

Keywords

microclimate, tree species composition, climate change, BIOTREE

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 8. 4. 2024

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Radim Matula, Ph.D.
• Reader: Martin Šrámek, Bc., externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Forestry and Wood Sciences

Master programme:
Forest Engineering