ZNANSTVENA IZHODIŠČA
Gozdovi so do poznosukcesijskih stadijev stalen ponor ogljika, vendar pa motnje, kot so požari, pretirana sečnja, gradacije parazitov ali odmiranje dreves hitro vodijo v zmanjšano vezavo ogljika ali pa gozd postane celo vir ogljika. Omejena dostopnost vode vpliva na produktivnost dreves, kar zmanjšuje tudi neto ekosistemsko produkcijo (NEP) gozdov. Dostopnost vode je zato ključnega pomena pri vrednotenju vezave ogljika v gozdovih, zlasti na območjih, občutljivih za sušo, kjer se v prihodnjih letih pričakuje večja pogostost in intenzivnost suše, požarov in vročinskih valov. Naše razumevanje vzorcev vezave ogljika v gozdovih je še vedno pomanjkljivo, predvsem v povezavi z ekstremnimi vremenskimi dogodki.
Produktivnost določenega kopenskega ekosistema je mogoče oceniti z mikrometeorološkimi meritvami, na primer z uporabo vrtinčne kovariance oz. angl. “eddy covariance” (EC), ki nam daje neposredne in neprekinjene meritve izmenjave tokov energije, CO2 in vodne pare med ekosistemom in atmosfero. Vezavo ogljika v gozdovih lahko ocenimo tudi iz biometričnih podatkov posameznih dreves, na primer drevesne biomase ali značilnosti lesnih branik (npr. širina, gostota, izotopska sestava ogljika), na kar vplivajo klimatski in talni dejavniki. Uporabimo lahko tudi kontinuirano merjene debelinske prirastke, ki zajemajo procese rasti dreves in vodnih razmer v drevesu. Zanesljivejše napovedi izmenjave ogljika v ekosistemu v prihodnje bodo zahtevale boljše razumevanje vzrokov medletne variabilnosti odziva ekosistemov na okoljske dejavnike. Primerjava večletnih biometričnih podatkov o rasti dreves z medletno variabilnostjo meritev EC nam omogoča boljši vpogled v prispevek teh dveh bioloških procesov na variabilnost NEP in boljše mehanistično razumevanje vpliva klimatskih dejavnikov na razmerje med fotosintezo in razgradnjo organske snovi, kar se odraža v velikosti ponorov ogljika, kot so lesna in listna biomasa, opad in talna organska snov.
Še vedno je veliko vrzeli v našem razumevanju tokov ogljika v gozdu, zlasti v prehodnih ekosistemih, kot so presvetljene gozdne površine ali sukcesijski ekosistemi:
• Največja negotovost pri ocenah NEP izhaja iz meritev in modeliranja podzemne dinamike ogljika, še posebej investicija rastlin v drobne korenine in koreninske simbionte.
• Rastne značilnosti dreves se običajno proučujejo na bazi drevesa, pri čemer se napačno predvideva, da je časovna dinamika nastajanja lesa in njegova struktura v različnih delih drevesa usklajena. Poleg tega ni veliko podatkov o variabilnosti tokovih ogljika v sušnih okoljih v kombinaciji s sezonskimi podatki o debelinski rasti in ostalimi biometričnimi podatki o priraščanju drevesa.
• Heterogenost skorjinih tkiv se pri oceni ogljika ne upošteva, kakor tudi ne sezonska dinamika nastajanja skorjinih tkiv. Skorjina biomasa se dostikrat dojema kot začasna.
• Večja negotovost obstaja za prostorsko heterogene ekosisteme, kot so v (sub)Mediteranu, kjer srečamo vrstno bogate, večslojne, raznomerne in presvetljene gozdne sestoje.
CILJI RAZISKAVE
Skladnost in časovno ujemanje med ogljikom vezanim v lesno biomaso in “eddy covariance” oceno NEP bomo preverili za presvetljen gozdnat ekosistem v Submediteranu v Sloveniji za obdobje 2008-2020. Prevladujoče drevesne vrste na tem območju bodo izbrane za analize sezonske rasti in ocene biomase (nadzemne in podzemne): Quercus pubescens, Pinus nigra in Fraxinus ornus.
Zastavili smo si naslednje cilje:
1. Variabilnost v listni fenologiji, rasti dreves in anatomiji v različnih drevesnih delih pri različnih drevesnih vrstah
2. Časovna dinamika produkcije debelih in drobnih korenin
3. Povezava med prirastom lesne biomase, medletno in sezonsko variabilnostjo značilnosti lesne branike (širina branike, sestava stabilnih izotopov C, gostota lesa), EC meritvami in vremenskimi dejavniki za obdobje 2008-2020
VSEBINA IN POGRAM DELA
Opis raziskovalne ploskve
Raziskovanje bo potekalo na planoti Podgorski kras (45°32’N, 13°55’E, 400–430 m n.v.), v submediteranskem območju SZ Slovenije. Leta 2008 sta bila na ploskvi postavljena dva EC fluks stolpa za raziskave tokov energije, ogljika in vode na ravni ekosistema. Stolpa sta med seboj oddaljena 1 km, pri čemer je eden nameščen na travniku, drugi pa v odprtem gozdu, poraslim z nizkimi drevesi in grmičevjem, ki pokrivajo 40 % površine [32,53]. Prevladujoče drevesne vrste na tem območju so: Quercus
pubescens Willd., Pinus nigra Arnold. in Fraxinus ornus L. Prevladujoči tip tal na lokaciji je rendzina na apnencu. V zgornjih 40 cm zemlje predstavljajo kamenine preko 50 % prostornine tal. Podnebje na rastišču je prehodno med sredozemskim in kontinentalnim podnebjem, kar se odraža v bolj vlažnih pogojih, hladnejših zimah in manj izrazitih sušnih obdobjih poleti v primerjavi z mediteranskim podnebjem. Srednja letna temperatura v obdobju 30 let (1980-2010) je 10,5°C in povprečna letna
količina padavin 1280 mm [32].
Organizacija projekta
Zaradi lažje organizacije dela je projekt razdeljen na šest delovnih skupinah (DS), ki pokrivajo vse načrtovane aktivnosti in so predstavljene s približno časovnico:
DS1: Projektno vodenje in diseminacija
Vodja projekta (VP) skrbi za vodenje projekta ter uvajanje, nadzor nad in usklajevanje projekta, da se zagotovi njegovo pravilno napredovanje, poleg tega nadzira tudi finančne, tehnične in strateške vidike projekta, pripravo vmesnih in končnih poročil, komunikacijo med projektnimi partnerji in razširjanje rezultatov projekta.
DS2: Sezonska rast dreves
Analizirali bomo rast po 6 dreves za vsako posamezno vrsto in na podlagi rezultatov preučili večletne in sezonske razlike v nadzemni rasti dreves v povezavi s klimo, ocenili prostorske razlike v fenologiji kambija (v deblu in vejah), proučili pomembnost izbranih drevesnih vrst za kumulativni ponor ogljika v podzemnih delih, ocenili obseg ponora ogljika v ekstramatrikalnem miceliju mikoriznih gliv ter ocenili razgradnjo kot vir ogljika v povezavi z okoljskimi razmerami.
DS3: Lesna biomasa in alometrija
Na podlagi vzorčenja naključno izbranih dreves bomo ocenili značilnosti večletnih lesnih prirastkov v povezavi z nadzemno lesno biomaso, ocenili razlike v biomasi v različnih delih drevesa, tudi v povezavi s sezonsko dinamiko debelinske rasti ter ovrednotili vpliv starostnih, drevesnih in vrstnih specifik na gostoto biomase.
DS4: Ekofiziološke meritve
Izvajali bomo redna fenološka opazovanja, meritve indeksa listne površine (LAI), kontinuirane meritve ksilemskega toka, periodične meritve vodnega potenciala v listih ter beležili vlažnost lesa v različnih globinah. Tako bomo ocenili fenologijo in razvoj in krošnje v različnih drevesnih vrstah in jih povezati z okoljskimi razmerami ter z morfološko-anatomskimi in fiziološkimi značilnostmi, pridobili vpogled v okoljsko regulacijo rastlinske vodne bilance in transporta vode v preučevanih
drevesnih vrstah ter določili hidravlično ekonomičnost in učinkovitost izrabe vode med ekstremnim okoljskim stresom.
DS5: Podatki eddy covariance in drugi mikrometeorološki podatki
Dva popolnoma opremljena stolpa EC (angl. Eddy covariance) (IRGA z odprto potjo, 3D-sonični anemometer, vremenski senzorji) bomo uporabili za merjenje neto ekosistemske izmenjave ogljika, in sicer v travnatem in odprtem gozdnem ekosistemu. Vzpostavili bomo tudi druge mikrometeorološke meritve z osredotočenostjo na podatke o temperaturi tal in vsebnosti vode v tleh. Ocenili bomo letne in sezonske spremenljivosti tokov ogljika v obdobju 10 let, pojasnili učinke glavnih okoljskih dejavnikov na
opazovanih vzorcih ekosistemske izmenjave ogljika, razvili zanesljiv in robusten model razdeljevanja toka EC za heterogeni kraški ekosistem ter simulirati prihodnje moči sekvestracije ogljika za preučevani ekosistem.
DS6: Analiza podatkov in integracija
Na podlagi v DS2, DS3, DS4 in DS5 pridobljenih podatkov bomo ocenili okoljsko regulacijo posameznih komponent ogljika, ki izhajajo iz razdelitve EC fluksa, izpeljali fenologije toka EC (ozelenitev, senescenca, sušni dogodki, ponovna rast zaradi dežja) in integrirali biometrične podatke v letne NEP in jih primerjati z ocenami NEP na podlagi EC.
IZVIRNOST IN RELEVANTNOST PRIČAKOVANIH REZULTATOV
Prehodni ekosistemi, kot so presvetljene gozdne površine ali sukcesijski ekosistemi, so slabo raziskani.
V predhodnih študijah je bilo poudarjeno, da je z združevanjem različnih pristopov mogoče definirati ključna področja za prihodnje raziskave, s čimer bomo dodatno izboljšali naše razumevanje o ogljikovem cikla v gozdnih ekosistemih in s tem zagotovili zanesljivejše ocene sekvestracije ogljika v njih.
Ugotovitve projekta bodo dopolnile spoznanja o časovni skladnosti med sekvestracijo ogljika lesnatih rastlin in EC ocenami NEP v heterogenih gozdnih ekosistemih, kot je sušam podvržen Submediteran.
OBJAVLJENI ZNANSTVENI ČLANKI IN REZULTATI PROJEKTA
Timeline of Leaf and Cambial Phenology in Relation to Development of Initial Conduits in Xylem and Phloem in Three Coexisting Sub-Mediterranean Deciduous Tree Species. 2020. Forests. doi: 10.3390/f11101104
Modelling seasonal dynamics of secondary growth in R. 2022. Ecography. doi: 10.1111/ecog.06030
Extramatrical Mycelium and Ectomycorrhizal Community Composition of Quercus pubescens in a Sub-Mediterranean Stress-Prone Environment. 2021. Front. For. Glob. Change. doi: 0.3389/ffgc.2021.599946
The effect of bedrock and species mixture on wood density and radial wood increment in pubescent oak and black pine. 2020. Forest Ecology and Management. doi: 10.1016/j.foreco.2020.118753
Climatic regulation of leaf and cambial phenology in Quercus pubescens: Their interlinkage and impact on xylem and phloem conduits. 2021. Science of the Total Environment. doi: 10.1016/j.scitotenv.2021.149968
Investigation of the material resistance and moisture performance of pubescent oak (Quercus pubescens). 2020. Holzforschung. doi: 10.1515/hf-2020-0045
Post-fire effects on development of leaves and secondary vascular tissues in Quercus pubescens. 2020. Tree physiology. doi:10.1093/treephys/tpaa030
Kontakt
dr. Jožica Gričar
Gozdarski inštitut Slovenije
Večna pot 2
SI-1000 Ljubljana, Slovenija
Tel.: 01 200 78 53
e-mail: jozica.gricar@gozdis.si