Ekofyziologické reakce jilmu vazu na sucho a na zálivku

Roman Vitásek

Bachelor's thesis

Ecophysiological response of European white elm to drought and rewatering

Abstract:

Jedním z nejvíce limitujících faktorů pro správný růst stromů je nedostatek vody. S přibývající intenzitou sucha klesá turgor buněk, zpomaluje se růst, snižuje činnost fotosyntézy a klesá vitalita. Mezi standardní postupy zkoumání intenzity vodního stresu patří měření vodního potenciálu, obsahu vody v pletivech a gazometrické stanovení fotosyntézy a transpirace. Vliv sucha se projevuje i na změnách spektrální reflektance, kterou je možné jednoduše vyjádřit vegetačními indexy. Vegetační indexy se standardně využívají ke stanovení charakteristik vegetace v dálkovém průzkumu země nebo při precizním zemědělství. V bakalářské práci bylo zkoumáno, jak a proč vodní potenciál, průduchová vodivost a fotosyntéza korelují se změnami spektrální reflektance dřevin. V rámci experimentu byly sazenice jilmu vazu rozděleny do tří skupiny na kontrolní (plně zalité), mírně zalité (vodní potenciál do – 2 MPa) a silně (vodní potenciál do – 6 MPa) stresované suchem. Následně bylo pozorováno, jak se mění vegetační indexy a fyziologické parametry v průběhu stresové periody a v období po zálivce. Změna spektrální reflektance v závislosti na intenzitě sucha byla patrná u všech použitých indexů. Pro stanovení mírných změn v obsahu vody v pletivech listů se jako vhodný ukázal fotochemický reflektanční index (PRI), který charakterizuje xantofylový cyklus. Tento index indikoval již mírnou a střední intenzitu sucha při hodnotách vodního potenciálu vyšších než bod vadnutí, tedy nepoškozující strom. Silnou intenzitu sucha zase spolehlivě zaznamenal normalizovaný diferenční vegetační index (NDVI), který charakterizuje absorbanci vlnových délek v červeném spektru (tedy spektrum záření využívané pro fotosyntézu) ve srovnání s infračerveným spektrem. Vodní index (WI) využívající vlnovou délku 970 nm byl jen velmi málo citlivý ke změnám vodního potenciálu při mírné a střední intenzitě sucha; změny se projevily až při velmi silném suchu. Navíc byl velmi variabilní mezi jednotlivými termíny měření, tedy pro praktické využití nevhodný. Výsledky naznačují, že stanovení fyziologického stavu stromů v městském prostředí pomocí vegetačních indexů je proveditelné, ale je obtížné jej interpretovat. Neexistuje jeden index, pomocí nějž lze jednoduše popsat vitalitu, nutná je i vzájemná kombinace jednotlivých indexů.

Abstract:

Drought is among the most limiting factors of tree growth. Increasing drought intensity brings along the decline in the cell turgor, reduced growth rates, decreased rates of photosynthesis and reduced vitality. Standard procedures for examining the intensity of water stress include measuring the water potential, water content in tissues and gasometric determination of photosynthesis and transpiration. The effect of drought is also reflected in changes in spectral reflectance, which can be easily described by vegetation indices. Vegetation indices are standardly used to determine the characteristics of vegetation in remote sensing or smart farming. The bachelor thesis focused on how and why water potential, stomatal conductance and photosynthesis correlate with changes in the spectral reflectance of woody plants. In the experiment, European white elm seedlings were divided into three groups: control (fully watered), mildly (water potential up to -2 MPa) and severely (water potential up to -6 MPa) stressed by drought. Subsequently, I observed how vegetation indices and physiological parameters changed during the stress period and in the recovery period after watering. All used vegetation indices described to some degree the intensity of water stress. The photochemical reflectance index (PRI), which characterizes the xanthophyll cycle, was the most sensitive to changes in the water content in leaf tissues. This index already indicated mild and moderate drought intensity at water potential values higher than the wilting point, i.e., not damaging the tree. The strong intensity of drought, in turn, was captured by the normalized difference vegetation index (NDVI), which characterizes the absorbance of the wavelengths in the red spectrum (i.e. the spectrum of radiation used for photosynthesis) in comparison with the infrared spectrum. The water index (WI) using the wavelength of 970 nm was insensitive to changes in water potential at mild and moderate drought intensity; the changes only became apparent during a very severe drought. In addition, it was rather variable between individual dates, thus unsuitable for practical use. The results suggest that determining the physiological state of trees in the urban environment using vegetation indices is feasible, but difficult to interpret. There is no single index that can be used to easily describe vitality and a mutual combination of individual indices is desirable.

Keywords

městské prostředí, reflektance, vegetační indexy, sucho, vodní potenciál, fotosyntéza, vitalita dřevin

Keywords

drought, urban area, reflectance, vegetation indices, water potential, photosynthesis, tree vitality

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 26. 4. 2021

Thesis defence

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

Mendel University in Brno

Faculty of Forestry and Wood Technology

Bachelor programme / field:
Arboristics / Arboristics