Differences in photosynthesis and plant water status between coppice and high forest

Bc. Marie Matoušková

Master's thesis

Rozdíly ve fotosyntéze a vodním provozu mezi nízkým a vysokým lesem

Abstract:

Tato diplomová práce se zabývá porovnáním fotosyntézy a vodního provozu vysokého a nízkého lesa. Během vegetační sezóny roku 2016 byly zkoumány tři rozdílné hospodářské způsoby dubu zimního (Quercus petraea (Matt.) Liebl.): vysoký les ve dvou růstových stupních: semenáčky v náletu a porost ve stádiu kmenoviny, nízký les a střední les. Na úrovni listu byla studována transpirace, fotosyntéza a její reakce na různé intenzity světla a rozdílnou koncentraci CO2 a vodní potenciál. Všechny tyto fyziologické parametry byly dány do souvislostí s počasím a různými úrovněmi stresu suchem. Za nelimitujícího obsahu vody v půdě nebyly významné rozdíly mezi jednotlivými variantami experimentu. Avšak nízký les lépe odolával stresu suchem než les vysoký. Za mírného vodního stresu měly výmladky daleko vyšší rychlost fotosyntézy (2.49 umol m-2 s-1) než semenáčky (0.86 umol m-2 s-1). Nízký les prokázal také vyšší stomatální vodivost a kvantový výtěžek fotosyntézy než vysoký les, což mu také umožnilo vyšší rychlost fotosyntézy. Nejnižší hodnota vodního potenciálu před rozbřeskem byla naměřena u vysokého lesa (-3.27 MPa), zatímco nejvyšší byla v nízkém lese (-2.01 MPa), což indikuje lepší přístup k vodě a nižší evapotranspiraci zapříčiněnou pravděpodobně celkově nižší aerodynamickou vodivostí nízkého lesa. Reakce fotosyntézy na změny koncentrací CO2 odhalila vyšší rychlost karboxylace u vysokého lesa než u nízkého lesa, nicméně jejich nízká stomatální vodivost byla důvodem k celkově nižší rychlosti fotosyntézy, než tomu bylo u nízkého lesa. Schopnost nízkého lesa odolávat suchu jej předurčuje jako možnou alternativu lesního hospodaření na vysychavých lokalitách v procesu globálních klimatických změn.

Abstract:

This diploma thesis focuses on comparison of photosynthesis and tree water status between high forest and coppice of Quercus petraea (Matt.) Liebl. Four different types of management were investigated during vegetation season 2016: high forest, coppice on clear-felled site, coppice with standards and seedlings. Methods of leaf gas exchange and water potential measurements allowed to study transpiration, photosynthesis and its response to light and CO2 concentration and leaf water potential. All these physiological parameters were studied as linked to weather conditions and various levels of drought stress. When the soil water was not limiting factor trees in all variants of experiment behaved similarly. However, during mild to severe drought stress the coppice was superior to seedlings and to high forest. It showed higher photosynthesis rate (2.49 umol m-2 s-1) than seedlings (0.86 umol m-2 s-1), both under moderate water stress. Coppice also had higher stomatal conductance and quantum yield of fluorescence than high forest which allowed to higher photosynthetic rates. The lowest value of predawn water potential was in high forest (-3.27 MPa) whereas highest in coppice (-2.01 MPa) which indicated better water availability and lower evapotranspiration demands imposed on coppice sprouts due to their lower height and therefore lower overall aerodynamic conductance. Response of net photosynthesis to CO2 concentration revealed higher carboxylation rates in high forest than in coppice but low stomatal conductance was a reason for overall lower photosynthetic rates in high forest than in coppice. Due to its superiority under water stress coppice forest may be a viable option for forest management on dry sites during the climate change.

Keywords

vysoký les, vodní stres, dub zimní, fotosyntéza, fyziologie rostlin, chlorofylová fluorescence, nízký les, střední les, Quercus petraea (Matt.) Liebl., vodní provoz

Keywords

coppice with standards, drought stress, high forest, photosynthesis, plant physiology, plant water status, coppice, sessile oak, Quercus petraea (Matt.) Liebl., chlorophyll fluorescence

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 20. 4. 2017

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Josef Urban, Ph.D.

Mendel University in Brno

Faculty of Forestry and Wood Technology

Master programme / field:
European Forestry / European Forestry