Mendelova univerzita v Brně Lesnická a dřevařská fakulta Ústav ekologie lesa
TEPLOTNÍ REŽIM V POROSTNÍ MEZEŘE DOSPĚLÉHO SMRKOVÉHO POROSTU
Bakalářská práce
2013/2014
Božka Jaroslav
Čestné prohlášení Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma “Teplotní režim v porostní mezeře dospělého smrkového porostu” zpracoval sám a uvedl jsem všechny použité prameny. Souhlasím, aby moje bakalářská práce byla zveřejněna v souladu s § 47b Zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách a uložena v knihovně Mendelovy univerzity v Brně, zpřístupněna ke studijním účelům ve shodě s Vyhláškou rektora MZLU Brno o archivaci elektronické podoby závěrečných prací.
Autor kvalifikační práce se dále zavazuje, že před sepsáním licenční smlouvy o využití autorských práv díla s jinou osobou (subjektem) si vyžádá písemné stanovisko univerzity o tom, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity a zavazuje se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla dle řádné kalkulace.
V Brně dne ........................
Podpis studenta …………………………
PODĚKOVÁNÍ
Děkuji Doc. RNDr. Ireně Markové, CSc. za cenné rady a odborné vedení při zpracování mé bakalářské práce. Dále chci poděkovat Ing. Jiřímu Rosíkovi za pomoc při získávání a zpracování dat.
ABSTRAKT Jméno: Jaroslav Božka Téma bakalářské práce: Teplotní režim v porostní mezeře dospělého smrkového porostu Přestavba lesních monokultur na lesy blízké přírodě je v posledních desetiletích jednou z nejdiskutovanějších otázek, kterými se zabývá odborná lesnická společnost. Při přestavbě lesních monokultur na lesy blízké přírodě je nutné získávat také informace o porostním klimatu, které se vytváří v nově vysazovaných porostech, protože porostní klima významně ovlivňuje produkční aktivitu lesních dřevin. V práci je provedena analýza teplotního režimu v jedlo-bukovém clonném kotlíku pod clonou dospělého smrkového porostu na ekosystémové stanici Rájec (Drahanská vrchovina) během vegetačního období (květen – říjen) roku 2013. Teplota vzduchu v jedlo-bukovém porostu pod clonou dospělého smrkového porostu a v dospělém smrkovém porostu byla odlišná, což bylo způsobeno odlišným radiačním režimem v porostech, který významně modifikoval teplotní režim. V jedlo-bukovém porostu rostoucím pod clonou dospělého smrkového porostu se vytvářel specifický teplotní režim, který se měnil v závislosti na množství pronikajícího slunečního záření a v závislosti na fyziologických procesech porostu (vývoj olistění porostu, transpirační procesy). Clona dospělého smrkového porostu byla vhodnou ochranou pro vývoj jedlo-bukového porostu vysazeném ve clonném kotlíku, protože snižovala teplotní výkyvy. Klíčová slova: teplota vzduchu, teplota půdy, jedlo-bukový clonný kotlík
ABSTRACT Name: Jaroslav Božka The name of bachelor thesis: Temperature regime in the stand space within the adult spruce stand Transformation of forest monoculture to the forests close to nature is most discussed within professional forestry company in the last decades. When converting forest monoculture to the forests close to nature there is also necessary to obtain information about stand climate that is created in the newly planted stands because the stand climate significantly affects the production processes of forest trees. In the thesis an analysis of the temperature regime in the fir-beech stand below the canopy of adult spruce stand was made at the study site of Rájec (Drahanská vrchovina Highlands) during the growing season (May-October) of 2013. Temperature in the fir-beech stand below the canopy of adult spruce stand and in the adult spruce stand was different, which was caused by different radiation regime in stands, which significantly modified the temperature regime. In the fir-beech stand growing below the canopy of adult spruce stand a specific temperature regime was creating. The temperature regime varied depending on the amount of penetrating solar radiation and depending on the physiological processes of growth (development of stand foliage, transpiration processes). Aperture adult spruce stand was suitable protection for the development of fir-beech stand planted below the canopy of adult spruce stand because reduced temperature fluctuations. Key words: air temperature, soil temperature, fir-beech stand, stand gap
SEZNAM TABULEK A OBRÁZKŮ: Tab. 1: Popis ekosystémové stanice Rájec (Drahanská vrchovina) Foto 1: Clonný jedlo-bukový kotlík vysazený v dospělém smrkovém porostu na ekosystémové stanici Rájec (Drahanská vrchovina) Obr. 1: Mapa umístění dospělého smrkového porostu a clonného jedlo-bukového kotlíku na ekosystémové stanici Rájec (Drahanská vrchovina) Obr. 2: Meteorologické podmínky na ekosystémové stanici Rájec (Drahanská vrchovina) v roce 2013 A – Denní sumy dopadající globální radiace (GRi) B – Průměrné měsíční sumy dopadající globální radiace (GRi) – střední hodnota, minimální a maximální hodnota a směrodatná odchylka C – Průměrná denní teplota vzduchu (AT) D – Průměrná měsíční teplota vzduchu (AT) – střední hodnota, minimální a maximální hodnota a směrodatná odchylka E – Denní sumy srážek (P) F – Průměrné měsíční sumy srážek (P) – střední hodnota, minimální a maximální hodnota a směrodatná odchylka
Obr. 3: Srovnání teploty vzduchu (AT) ve výšce 2 metry nad zemí v jedlo-bukovém kotlíku pod clonou dospělého smrkového porostu a v dospělém smrkovém porostu během vegetačního období (květen – říjen) roku 2013 na ekosystémové stanici Rájec (Drahanská vrchovina) A – Průměrná denní teplota vzduchu B – Průměrná měsíční teplota vzduchu C – Minimální denní teplota vzduchu D – Minimální měsíční teplota vzduchu E – Maximální denní teplota vzduchu F – Maximální měsíční teplota vzduchu
Obr. 4: Teplota vzduchu (AT) ve vertikálním profilu jedlo-bukového kotlíku pod clonou dospělého smrkového porostu během vegetačního období (květen – říjen) roku 2013 na ekosystémové stanici Rájec (Drahanská vrchovina) A – Průměrná denní teplota vzduchu B – Průměrné měsíční sumy dopadající globální radiace (GRi) – střední hodnota, minimální a maximální hodnota a směrodatná odchylka C – Průměrná denní teplota vzduchu (AT) D – Průměrná měsíční teplota vzduchu (AT) – střední hodnota, minimální a maximální hodnota a směrodatná odchylka E – Denní sumy srážek (P) F – Průměrné měsíční sumy srážek (P) – střední hodnota, minimální a maximální hodnota a směrodatná odchylka
Obr. 5: Teplota vzduchu (AT) nad korunovou vrstvou dospělého smrkového porostu (42 metrů nad zemí) a nad korunovou vrstvou jedlo-bukového porostu (8 metrů nad zemí) během vegetačního období (květen – říjen) roku 2013 na ekosystémové stanici Rájec (Drahanská vrchovina) A – Průměrná denní teplota vzduchu nad korunovou vrstvou dospělého smrkového porostu (42 metrů nad zemí) a nad korunovou vrstvou jedlo-bukového porostu (8 metrů nad zemí) B – Průměrná měsíční teplota vzduchu (střední hodnota, minimální a maximální hodnota a směrodatná odchylka) ve výšce 42 metrů nad zemí C – Průměrná měsíční teplota vzduchu (střední hodnota, minimální a maximální hodnota a směrodatná odchylka) ve výšce 8 metrů nad zemí
Obr. 6: Průměrné denní a noční hodnoty teploty vzduchu (AT) nad korunovou vrstvou dospělého smrkového porostu a ve vertikálním profilu jedlo-bukového porostu v kotlíku pod clonou dospělého smrkového porostu během vegetačního období (květen – říjen) roku 2013 na ekosystémové stanici Rájec (Drahanská vrchovina) A – Průměrná denní a noční teplota vzduchu nad korunovou vrstvou dospělého smrkového porostu ve výšce 42 metrů nad zemí B – Průměrná denní a noční teplota vzduchu v jedlo-bukovém porostu ve výšce 5,5 metrů nad zemí C – Průměrná denní a noční teplota vzduchu v jedlo-bukovém porostu ve výšce 2,0 metry nad zemí D – Průměrná denní a noční teplota vzduchu v jedlo-bukovém porostu ve výšce 0,2 metrů nad zemí
Obr. 7: Teplota půdy (ST) v hloubce 5 a 20 cm v jedlo-bukovém kotlíku pod clonou dospělého smrkového porostu během vegetačního období (květen – říjen) roku 2013 na ekosystémové stanici Rájec (Drahanská vrchovina) A – Průměrná denní teplota půdy pod jedlo-bukovým porostem v hloubce 5 a 20 cm B – Průměrná měsíční teplota půdy (střední hodnota, minimální a maximální hodnota a směrodatná odchylka) v hloubce 5 cm C – Průměrná měsíční teplota půdy (střední hodnota, minimální a maximální hodnota a směrodatná odchylka) v hloubce 20 cm
Obr. 8: Průměrné denní a noční hodnoty teploty půdy (ST) v hloubce 5 a 20 cm v jedlobukovém kotlíku pod clonou dospělého smrkového porostu během vegetačního období (květen – říjen) roku 2013 na ekosystémové stanici Rájec (Drahanská vrchovina) A – Průměrná denní a noční teplota půdy v jedlo-bukovém porostu v hloubce 5 cm B – Průměrná denní a noční teplota půdy v jedlo-bukovém porostu v hloubce 20 cm
Obr. 9: Analýza teplotního režimu v jedlo-bukovém kotlíku pod clonou dospělého smrkového porostu v uvedených dnech na ekosystémové stanici Rájec (Drahanská vrchovina) modrá čára (osa y1) – globální radiace dopadající na dospělý smrkový porost (Wm-2) červená čára (osa y2) – teplota vzduchu nad dospělým smrkovým porostem ve výšce 42 m (oC) oranžová čára – teplota půdy pod jedlo-bukovým porostem v hloubce 5 cm (oC) izolinie – změny teplotního režimu ve vertikálním profilu jedlo-bukového porostu
A: 1. – 4. 5. 2013, 5. 5. – 14. 5. 2013, 15. 5. – 24. 5. 2013, 25. 5. – 3. 6. 2013 B: 4. 6. – 13. 6. 2013, 14. 6. – 23. 6. 2013, 24. 6. – 3. 7. 2013, 4. 7. – 13. 7. 2013 C: 14. 7. – 23. 7. 2013, 24. 7. – 2. 8. 2013, 3. 8. – 12. 8. 2013, 13. 8. – 22. 8. 2013 D: 23. 8. – 1. 9. 2013, 2. 9. – 11. 9. 2013, 12. 9. – 21. 9. 2013, 22. 9. – 1. 10. 2013 E: 2. 10. – 11. 10. 2013, 12. 10. – 21. 10. 2013, 22. 10. – 31. 10 .2013
OBSAH: 1. ÚVOD .......................................................................................................................... 1 2. CÍL PRÁCE ................................................................................................................. 2 3. SOUČASNÝ STAV ŘEŠENÉ PROBLEMATIKY .................................................... 3 4. METODA..................................................................................................................... 7 5. VÝSLEDKY A DISKUSE ........................................................................................ 10 6. ZÁVĚR ...................................................................................................................... 25 7. SUMMARY................................................................................................................ 26 8. SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY........................................................................ 27
0
1. ÚVOD
Přestavba lesních monokultur na lesy blízké přírodě je v posledních desetiletích jednou z nejdiskutovanějších otázek, kterými se zabývá odborná lesnická společnost (Liu a Hytteborn 1991, Kazda a Pichler 1998, Malcolm a kol. 2001, Ammer a kol. 2002, Huth a Wagner 2006, O´Hara a kol., 2007, Souček a Tesař 2008). Dřevozpracující průmysl kupující měkké dřevo má totiž, z důvodu kvality dřeva, obavy z nových pěstebních strategií (Hanewinkel 2001, Knoke a Plusczyk 2001, Seeling 2001, Nord-Larsen a kol. 2003).
Přestavba lesních monokultur na lesy blízké přírodě není jednoduchá, neboť je nutné tuto přestavbu provádět citlivě jednak s ohledem na ekologické nároky lesních dřevin (Kazda 1995), jednak s ohledem na ekonomické aspekty. Při přestavbě lesních monokultur na lesy blízké přírodě je tedy nutné získávat také informace o porostním klimatu, které se vytváří v nově vysazovaných porostech, protože porostní klima významně ovlivňuje produkční aktivitu lesních dřevin.
V Evropě se rozkládají na milionech hektarů umělé smrkové monokultury rostoucí na stanovištích přirozených smíšených a listnatých porostů. Jsou málo stabilním lesním ekosystémem a vyžadují trvalou cílenou pěstební péči, aby byly udrženy do mýtní doby a přinesly tak očekávaný hospodářský výsledek. Hospodářský potenciál umělých smrkových monokultur ohrožuje mnoho činitelů a vyřešení tohoto problému je novodobou lesnickou výzvou (Spiecker a kol. 2004). Také na území České republiky je smrk, který v minulosti zaujímal pravděpodobně pouhých 11 % v druhovém složení lesa, bezpochyby hospodářsky nejvýznamnější dřevinou. V České republice se tedy přestavba lesních monokultur na lesy blízké přírodě týká zejména smrkových monokultur.
1
2. CÍL PRÁCE
V porostních mezerách uměle tvořených v lesních porostech, do kterých jsou vysazovány lesní dřeviny odpovídající svými ekologickými nároky danému stanovišti, se vytváří specifické porostní klima, které je odlišné od porostního klimatu pod clonou okolního dospělého porostu i od mikroklimatu na nezalesněné ploše.
Jednou z významných charakteristik porostního klimatu je teplotní režim. Teplota je totiž parametr, který výzmaně ovlivňuje některé životní funkce lesních dřevin (transpiraci, respiraci, vývojové fáze rostlin, apod.), evapotranspiraci a energetickou bilanci lesního porostu. V tom spočívá velký bioklimatický význam teploty pro vývoj lesních porostů, a je tudíž nezbytné studovat teplotní režim v porostech lesních dřevin.
Cílem bakalářské práce byla analýza teplotního režimu v jedlo-bukovém clonném kotlíku pod clonou dospělého smrkového porostu na ekosystémové stanici Rájec (Drahanská vrchovina) během vegetačního období (květen – říjen) roku 2013.
2
3. SOUČASNÝ STAV ŘEŠENÉ PROBLEMATIKY
Lesní monokultura je v biologickém pojetí definována jako porost tvořený jedinou dřevinou. Některé definice, včetně stávající klasifikace ÚHÚL, definují lesní monokulturu jako lesní porost se zastoupením dalších dřevin do 10 % (Souček a Tesař 2008).
Smrkové a borové monokultury se začaly zakládat z mnoha důvodů – například z důvodu snadné výchovy porostů, jenž se blíží plantážovému způsobu hospodaření, nebo jejich schopnosti vytvořit vysokou dřevní zásobu se značným podílem kvalitních sortimentů v relativně krátkém časovém intervalu. Zastoupení smrkových a borových monokultur se na území Evropy od počátku 18. století významně zvýšilo a
tyto
monokultury byly zavedeny i na stanoviště, kde se smrk a borovice v přirozených podmínkách dříve nevyskytovaly. Zákládání smrkových a borových monokultur od přelomu 18. a 19. století bylo řešením hrozící civilizační krize z nedostatku dřeva. Jedině tyto vysoce produktivní dřeviny byly schopny z části vyrovnat produkční základnu, která se zmenšila neřízenou exploatací lesních porostů (Kenk a Guehne 2001, Tesař a kol. 2004, Diaci 2007). Bohužel se brzy začaly ukazovat nevýhody těchto monokultur způsobované kalamitami (abiotickými – vítr, sníh, nebo biotickými kůrovec, apod.) a nestabilitou monokultur (Kazda 1995, Kazda a Pichler 1998). Pro hospodářskou nejistotu monokultur bylo již ve druhé polovině 19. století spatřováno východisko v zakládání smíšených lesních porostů. První podněty k přestavbě smrkových a borových monokultur se objevily již záhy po jejich zavedení, další vlny zájmu o změny hospodaření ovlivnil rozvoj oboru ekologie lesa a zvýšená spotřeba dřeva. Rozsáhlejším snahám o redukci lesních monokultur v minulosti bránily počáteční vysoké náklady na úpravu dřevinné skladby a dlouhodobost celého úkolu. Prvotní živelné snahy o druhově pestré porostní směsi byly většinou málo úspěšné. Teprve zohlednění stanovištních podmínek, odvození přírozené dřevinné skladby lesních porostů a produkčního potenciálu dřevin pomohlo zlepšit výsledky přeměny lesních monokultur (Bray 1956, Čížek a kol. 1959).
3
V současné době je kladen tlak na lesní hospodáře, jak ze strany veřejnosti, tak ze strany legislativy, aby zakládali lesy, které jsou schopné plnit základní funkce lesa, často na úkor hospodářského výnosu. Základem zdravého a stabilního lesa je totiž vysoká biodiverzita s ohledem na stanovištní nároky dřevin.
Systém porostní stability založený na podpoře individuální stability předpokládá opakované uvolňování stromů tvořících porostní kostru. Efekt stabilizace lesních porostů výchovou se zvyšuje jejím včasným zahájením, neboť při opožděných výchovných zásazích lze stability lesních porostů dosáhnout stěží. Intenzivní podúrovňová výchova mladých lesních porostů zajišťuje vytvoření stabilní porostní kostry díky nerušenému vývoji korun i kořenové soustavy a rozdílným ukládáním přírůstu po celé délce kmene. Výběr stromů ponechávaných v lesním porostu se řídí znaky, podle kterých lze usuzovat na možný světlostní přírůst ponechaných stromů. Předpokladem je dostatečná stabilita a vitalita stromu, přiměřeně vyvinutá koruna, odpovídající výškový přírůst a kvalita kmene. Uvolňování vtroušených dřevin podporuje jejich stabilizační účinek, meliorační efekt i zvýšenou plodivost. Horizontální zápoj se prodlužováním korun postupně mění na vertikální. V počáteční fázi přestavby může dojit k dočasnému snížení stability lesního porostu, přičemž doba potenciální nestability závisí na výchozím stavu lesního porostu a intenzitě rozpracování. Pravidelnými slabšími výchovnými zásahy se rychleji dosáhne stability lesního porostu (Souček a Tesař 2008). Podle plánované rychlosti přestavby se nový les vytváří dvěma základními způsoby – podsadbou obnovovaného lesního porostu v delší až dlouhé obnovní době nebo jednorázově výsadbou na pasekách po zmýcení porostu (Tesař a kol. 2004, Tesař a Dobrovolný 2012). Dnes převládající praxe uvažovat o různověkosti ve stejnověkých monokulturních lesních porostech až na začátku porostní obnovy (tj. ve věku 70 – 80 let) je málo efektivní. Tím spíše, když se zpravidla využívá kratší obnovní a zmlazovací doba. Často je lesní porost zničen větrem nebo kůrovcem dříve než se obnova dokončí. Návrh na účinnější řešení přechodu k výrazné různověkosti lesních porostů spočívá tedy ve včasném zahájení jejich přestavby, tj. mnohem dříve než je dosud zvykem (Dannecker 1955, Malcolm a kol. 2001, http://www.prirozenelesy.cz).
Jednou z možností přestavby lesních monokultur na lesy blízké přírodě je obnova v uměle vytvořených porostních mezerách (kotlících) (Souček a Tesař 2008). Obnova v 4
kotlících vytváří vhodné porostní prostředí pro obnovu dřevin s odlišnými ekologickými nároky. Umístěním, charakterem, velikostí a tvarem kotlíků lze upravit porostní klima v kotlících a jejich nejbližším okolí. Na plochu kotlíků se dostane více srážek, světla a tepla než pod porost, který roste jako clona v jejich okolí. Působení původního porostu se u holosečných kotlíků omezuje na obvod kotlíku, u clonných kotlíků závisí míra vlivu na stupni proclonění. Při umísťování kotlíků je nutné mít na zřeteli stav porostu, terénní podmínky a je nutné počítat se směrem jejich dalšího rozšiřování. Minimální velikost kotlíku je dána velikostí koruny mýtního stromu dané dřeviny (0,01 – 0,03 ha). Kotlíky mohou do budoucna zůstat izolované nebo je lze postupně rozšiřovat a propojovat ve větší zpevňovací prvek.
V České republice se o úpravu dřevinné skladby usilovalo na některých majetcích již od 20. let minulého století a ve 40. a 50. letech minulého století u nás působila řada vynikajících praktických lesníků, kteří ukázali možnosti k přeměně smrkového monokulturního hospodářství (Tesař a kol. 2004). Na území České republiky byly plošně výraznější snahy o úpravu dřevinné skladby smrkových monokultur naplňovány zejména po roce 1950.
Aktuální zastoupení smrku je v České republice 53 % a smrkové monokultury pokrývají 23 % celkové výměry lesní půdy. Současná legislativa předpokládá zvýšení dřevinné diverzity lesa a přiblížení se k přirozené skladbě lesa redukcí smrkových monokultur na nepůvodních stanovištích. Za tím účelem byla vypracována metodika „Přestavby smrkových monokultur na stanovištích přirozených smíšených porostů” (kromě tištěné podoby je možné si metodiku stáhnout na webových stránkách Výzkumné stanice VÚLHM Opočno http://vulhm.opocno.cz/).
Uvnitř lesních porostů se vytváří specifické porostní klima, které je odlišné od mikroklimatu na nezalesněné ploše (Grimmond a kol. 2000, Renaud a kol. 2011, von Arx a kol. 2012). Odlišné porostní klima se také vytváří v porostních mezerách (kotlících) uměle tvořených v lesních porostech (Gray a kol. 2002, Ritter a kol. 2005). Většina prací týkajících se přestavby lesních porostů na lesy blízké přírodě se však většinou zabývá pouze studiem světelných, příp. vlhkostních, poměrů v porostních mezerách, které jsou odlišné od podmínek v okolním porostu (např. Yoshida a kol. 1998, Frazer a kol. 2001, Beaudet a Messier 2002, Diaci 2002, Ritter a kol. 2005, 5
Prévost a Raymond 2012, Diaci a kol. 2012, Goisser a kol. 2013). Přitom také teplota je významým mikroklimatickým parametrem, neboť ovlivňuje některé životní funkce lesních dřevin – transpiraci (Mellander a kol. 2004, Wu a kol. 2012, Ringgaard a kol. 2012, Duursma a kol. 2014) , respiraci (van der Meer a kol. 2002, Gaumont-Guay a kol. 2006a, Gaumont-Guay a kol. 2006b, Tingey a kol. 2007, Harris a kol. 2008, Malcolm a kol. 2009, Vitasse a kol. 2009, Bond-Lamberty a kol. 2011, Forrester a kol. 2012), vývojové fáze rostlin (Schleip a kol. 2009, Pinto a kol. 2011, Chen a Xu 2012, Beedlow a kol. 2013), dále teplota ovlivňuje evapotranspiraci celého lesního porostu (Kelliher a kol. 1990, Matsumoto a kol. 2008, Staudt a kol. 2012) a energetickou bilanci lesního porostu (Grant a kol. 2005, Silberstein a kol. 2001, Hook a kol. 2014). V tom spočívá velký význam bioklimatický význam teploty pro lesní porosty, a je tudíž nutné získávat informace o teplotním režimu v lesních porostech.
6
4. METODA
Teplotní režim byl sledován ve vegetační sezóně (květen – říjen) roku 2013 v porostní mezeře (jedlo-bukovém clonném kotlíku) pod clonou dospělého smrkového porostu na ekosystémové stanici Rájec (Drahanská vrchovina) – Tab. 1.
Clonný kotlík byl založen umělou výsadbou ve sponu 1 x 1 m v roce 2002. Ve clonném kotlíku byl vysazen na ploše 0,03 ha buk (Fagus sylvatica L.) a na ploše 0,05 ha jedle (Abies alba MILL.) (Menšík, ústní sdělení) – Obr. 1, Foto 1. Dospělý smrkový porost (100 % SM) byl založen na přelomu 19. a 20. století na holině vzniklé po vytěžení původního bukového porostu. Jedná se tedy o 1. generaci smrkového porostu (Picea abies (L.) Karst.) (Klimo a Hruška 1991). Průměrná výška jedle ve clonném kotlíku byla v roce 2013 2,55 ± 0,82 m a průměrná výška buku byla 1,25 ± 0,53 m. Průměrná výška dospělého smrkového porostu byla v roce 2013 33,1 ± 2,6 m.
Teplota vzduchu a půdy byla měřena během celé vegetační sezóny (květen – říjen) roku 2013. K měření teploty vzduchu byla použita teplotní čidla EMS 33, Rotronics (EMS, Česká republika) umístěná v několika výškových úrovních na meteorologickém stožáru a k měření teploty půdy byla použita odporová teplotní čidla Pt1000 (Sensit, Česká republika) umístěná v půdním profilu. Teplota vzduchu byla měřena ve výškách 0,2; 2; 5,5 a 8 metrů nad zemí a teplota půdy v hloubce 5 a 20 cm. Hodnoty teploty vzduchu a půdy byly zaznamenávány každých 30 sekund a do automatické ústředny byly ukládány 30minutové průměry z těchto naměřených hodnot.
Naměřené hodnoty teploty vzduchu a půdy byly statisticky zpracovány pomocí programu Microsoft – Excel (Microsoft, USA) a Statistica 9.0 (StatSoft, USA) a k popisu teplotního režimu v jedlo-bukovém clonném kotlíku byl použit program Surfer 9 (Golden Software Inc., USA).
7
Tab. 1: Popis ekosystémové stanice Rájec (Drahanská vrchovina) Zeměpisné souřadnice Nadmořská výška Sklon Geologické podloží Klimatické charakteristiky1) Vegetační stupeň Lesní typ 1)
49º29´ S, 16º43´ V 610 – 625 m S-V kyselý granodiorit průměrná roční teplota vzduchu 6,95 oC průměrný roční úhrn srážek 643 mm 4. (jedlo-bukový) svěží jedlová bučina šťavelová (5S1) (4AB3 - Fageta quercino abietina, svaz Luzulo-Fagion, asociace Luzulo-Fagetum)
Drápelová a kol. (2010)
Obr. 1: Mapa umístění dospělého smrkového porostu a clonného jedlo-bukového kotlíku na ekosystémové stanici Rájec (Drahanská vrchovina)
8
Foto 1: Clonný jedlo-bukový kotlík vysazený v dospělém smrkovém porostu na ekosystémové stanici Rájec (Drahanská vrchovina)
9
5. VÝSLEDKY A DISKUSE
Během vegetační sezóny (květen – říjen) roku 2013 byl sledován teplotní režim v jedlobukovém clonném kotlíku pod clonou dospělého smrkového porostu na ekosystémové stanici Rájec (Drahanská vrchovina).
Meteorologické podmínky na ekosystémové stanici Rájec v roce 2013 jsou znázorněny na Obr. 2 A-F. Roční suma dopadající globální radiace byla 3930,2 MJ m-2, suma globální radiace dopadající ve vegetační sezóně (květen – říjen) byla 2919,7 MJ m-2. Propustnost atmosféry pro sluneční záření se během vegetačního období měnila. Propustnost atmosféry pro sluneční záření, která je ovlivňována výskytem oblačnosti, zákalu, obsahem vodní páry, apod., lze vyjádřit tzv. „clearness“ indexem, což je podíl slunečního záření dopadajícího na horní hranici atmosféry a slunečního záření dopadajícího na studovanou lokalitu (Vaníček 1994, Fajmon 2012). Průměrná hodnota “clearness indexu” ve vegetačním období roku 2013 byla 46 % a v jednotlivých měsících vegetačního období (květen – říjen) byla následující (Marková, ústní sdělení): 40, 40, 58, 53, 39 a 48 %. Průměrná roční teplota vzduchu byla v roce 2013 7,1 ± 9,12 oC a odpovídala dlouhodobému průměru uváděnému pro danou lokalitu (Drápelová a kol. 2010). Průměrná teplota vzduchu ve vegetačním období (květen – říjen) byla 13,9 ± 6,09 oC. Roční úhrn srážek byl v roce 2013 740 mm a byl vyšší než dlouhodobý průměr uváděný pro danou lokalitu (Drápelová a kol. 2010). Úhrn srážek za vegetační období (květen – říjen) byl 511 mm. Srážky však nebyly rozloženy pravidelně během roku a byly zaznamenány jednak výrazné přívalové srážky, jednak období sucha. Zejména zimní měsíce a měsíc červenec se vyznačovaly nedostatkem srážek. Hodnota Langova dešťového faktoru (podíl ročního úhrnu srážek a průměrné roční teploty vzduchu), který vyjadřuje dostupnost vláhy pro rostliny, byla v roce 2013 104 % a odpovídala hodnotám pro humidní oblasti. Hodnota Langova dešťového faktoru spočítaná pouze pro vegetační období (květen – říjen) byla pouze 37 %, což odpovídá aridním oblastem.
10
Obr. 2: Meteorologické podmínky na ekosystémové stanici Rájec (Drahanská vrchovina) v roce 2013 A – Denní sumy dopadající globální radiace (GRi) B – Průměrné měsíční sumy dopadající globální radiace (GRi) – střední hodnota, minimální a maximální hodnota a směrodatná odchylka C – Průměrná denní teplota vzduchu (AT) D – Průměrná měsíční teplota vzduchu (AT) – střední hodnota, minimální a maximální hodnota a směrodatná odchylka E – Denní sumy srážek (P) F – Průměrné měsíční sumy srážek (P) – střední hodnota, minimální a maximální hodnota a směrodatná odchylka
11
Uvnitř lesních porostů se vytváří specifické porostní klima, které je odlišné od mikroklimatu na nezalesněné ploše (Grimmond a kol. 2000, Renaud a kol. 2011, von Arx a kol. 2012). Stejně tak se vytváří odlišné porostní klima v porostních mezerách (kotlících) pod clonou dospělého porostu (Gray a kol. 2002, Ritter a kol. 2005). Bylo provedeno srovnání teploty vzduchu ve výšce 2 metry nad zemí ve vegetační sezóně (květen – říjen) roku 2013 v jedlo-bukovém kotlíku vytvořeném pod clonou dospělého smrkového porostu a v dospělém smrkovém porostu (Obr. 3 A-F). Průměrné denní i měsíční teploty vzduchu byly v měsících květen – červenec nepatrně nižší v jedlo-bukovém porostu než v dospělém smrkovém porostu. Během celého vegetačního období však nebyly zjištěny statisticky významné rozdíly v průměrných denních teplotách vzduchu (na hladině významnosti α = 0,05) mezi jedlo-bukovým kotlíkem a dospělým smrkovým porostem. Minimální denní a měsíční hodnoty teploty vzduchu byly nižší během téměř celé vegetační sezóny (s výjimkou měsíce října) v jedlo-bukovém kotlíku. Největší rozdíly v minimálních hodnotách teploty vzduchu byly zjištěny v květnu (rozdíl proti teplotě vzduchu v dospělém smrkovém porostu byl 1,4 oC). Během celého vegetačního období však nebyly zjištěny statisticky významné rozdíly v minimálních hodnotách teploty vzduchu (na hladině významnosti α = 0,05) mezi jedlo-bukovým kotlíkem a dospělým smrkovým porostem. Maximální denní a měsíční hodnoty teploty vzduchu byly během vegetační sezóny většinou vyšší v dospělém smrkovém porostu. Největší rozdíly v maximálních hodnotách teploty vzduchu byly zjištěny v červenci a srpnu (rozdíl proti teplotě vzduchu v jedlo-bukovém porostu byl 0,5 oC). Během celého vegetačního období však nebyly zjištěny statisticky významné rozdíly v maximálních hodnotách teploty vzduchu (na hladině významnosti α = 0,05) mezi jedlo-bukovým kotlíkem a dospělým smrkovým porostem. Rozdíly v hodnotách teploty vzduchu ve výšce 2 metry nad zemí mezi jedlo-bukovým kotlíkem
a
dospělým
smrkovým
porostem
byly
pravděpodobně
způsobeny
fyziologickými procesy probíhajícími v jedlo-bukovém porostu (zejména transpirační procesy), které mohly ochlazovat okolí porostu (Mellander a kol. 2004, Wu a kol. 2012, Duursma a kol. 2014).
12
Obr. 3: Srovnání teploty vzduchu (AT) ve výšce 2 metry nad zemí v jedlo-bukovém kotlíku pod clonou dospělého smrkového porostu a v dospělém smrkovém porostu během vegetačního období (květen – říjen) roku 2013 na ekosystémové stanici Rájec (Drahanská vrchovina) A – Průměrná denní teplota vzduchu B – Průměrná měsíční teplota vzduchu C – Minimální denní teplota vzduchu D – Minimální měsíční teplota vzduchu E – Maximální denní teplota vzduchu F – Maximální měsíční teplota vzduchu
13
Na Obr. 4 A-E je znázorněn vertikální profil teploty vzduchu v jedlo-bukovém kotlíku pod clonou dospělého smrkového porostu ve vegetačním období (květen – říjen) roku 2013. Nejnižší průměrné denní a měsíční teploty vzduchu byly po většinu sledovaného období zjištěny ve výšce 0,2 metrů nad zemí; průměrná sezónní (květen – říjen) teplota vzduchu byla v této výšce 12,2 ± 4,41 oC. Nejvyšší denní a měsíční teploty vzduchu byly ve výšce 8,0 metrů nad zemí; průměrná sezónní (květen – říjen) teplota vzduchu byla v této výšce 14,1 ± 5,53 oC. Mezi teplotou vzduchu ve výšce 0,2 a 8,0 metrů nad zemí byly zjištěny statisticky významné rozdíly (na hladině významnosti α = 0,05). Průměrná sezónní teplota vzduchu ve výšce 2 metry nad zemí byla 13,5 ± 5,31 oC a ve výšce 5,5 metrů nad zemí 14,0 ± 5,51 oC. Rozdílné hodnoty teploty vzduchu v různých výškových úrovních jedlo-bukového porostu byly způsobeny odlišným příkonem slunečního záření, které je hlavním řídícím prvkem teplotních poměrů (Sapožniková 1952, Grace a kol. 1987, Renaud a Rebete 2009). V důsledku pohlcování určité části slunečního záření při průchodu lesním porostem dochází totiž k jeho zeslabování a změně spektrálního složení (Baldocchi a kol. 1984, Eliáš a kol. 1989, Janouš a Marková 2003, Domke a kol. 2007, Marková 2010). Tyto změny jsou mj. způsobeny postupným olisťováním a poté opadem listoví (zejména bukového porostu) (Yang a kol. 1993, Knyazikhin a kol. 1997, Umeki a kol. 2010). Během vegetačního období (květen – říjen) roku 2013 byly zjištěny rozdíly mezi průměrnými denními a měsíčními teplotami vzduchu nad dospělým smrkovým porostem (výška 42 metrů nad zemí) a nad úrovní jedlo-bukového porostu (8 metrů nad zemí) – Obr. 5 A-C. Tyto rozdíly však nebyly statisticky významné. Nicméně je z nich patrné, že jedlo-bukový porost se ve clonném kotlíku vyvíjí v odlišným teplotních poměrech než pokud by rostl na volné ploše. Průměrná sezónní (květen – říjen) teplota vzduchu ve výšce 42 metrů nad zemí (nad dospělým smrkovým porostem) byla 13,9 ± 5,66 oC a ve výšce 8,0 metrů nad zemí (nad jedlo-bukovým porostem ve clonném kotlíku) byla 14,1 ± 5,53 oC. Svrchní vrstva jedlo-bukového porostu tak vytváří nový aktivní povrch, který se podílí na vzniku specifického porostního klimatu uvnitř jedlobukového porostu. Podle Součka a Tesaře (2008) se v kotlících vytváří porostní klima, které je vhodné pro růst obnovovaných porostů.
14
Obr. 4: Teplota vzduchu (AT) ve vertikálním profilu jedlo-bukového kotlíku pod clonou dospělého smrkového porostu během vegetačního období (květen – říjen) roku 2013 na ekosystémové stanici Rájec (Drahanská vrchovina) A – Průměrná denní teplota vzduchu B – Průměrné měsíční sumy dopadající globální radiace (GRi) – střední hodnota, minimální a maximální hodnota a směrodatná odchylka C – Průměrná denní teplota vzduchu (AT) D – Průměrná měsíční teplota vzduchu (AT) – střední hodnota, minimální a maximální hodnota a směrodatná odchylka E – Denní sumy srážek (P) F – Průměrné měsíční sumy srážek (P) – střední hodnota, minimální a maximální hodnota a směrodatná odchylka
15
Obr. 5: Teplota vzduchu (AT) nad korunovou vrstvou dospělého smrkového porostu (42 metrů nad zemí) a nad korunovou vrstvou jedlo-bukového porostu (8 metrů nad zemí) během vegetačního období (květen – říjen) roku 2013 na ekosystémové stanici Rájec (Drahanská vrchovina) A – Průměrná denní teplota vzduchu nad korunovou vrstvou dospělého smrkového porostu (42 metrů nad zemí) a nad korunovou vrstvou jedlo-bukového porostu (8 metrů nad zemí) B – Průměrná měsíční teplota vzduchu (střední hodnota, minimální a maximální hodnota a směrodatná odchylka) ve výšce 42 metrů nad zemí C – Průměrná měsíční teplota vzduchu (střední hodnota, minimální a maximální hodnota a směrodatná odchylka) ve výšce 8 metrů nad zemí
Byla srovnána průměrná denní (světelná část dne) a noční teplota vzduchu nad dospělým smrkovým porostem, který vytváří clonu jedlo-bukovému porostu v kotlíku, a ve vertikálním profilu jedlo-bukového porostu (Obr. 6 A-D) během vegetačního období (květen – říjen) roku 2013. Noční teploty vzduchu byly během vegetačního období přirozeně nižší než denní teploty, protože v tomto období roku nepřevyšuje vyzařování tepelné energie množství tepelné energie přijaté (von Arx a kol. 2012). Největší rozdíly mezi denními a nočními teplotami vzduchu byly zjištěny ve výšce 42 metrů nad dospělým smrkovým porostem (v průměru za celé vegetační období rozdíl činil 1,9 oC), nejmenší rozdíly byly zjištěny ve výšce 0,2 metrů nad zemí v jedlo-bukovém porostu (v průměru 1,3 oC). Nad a uvnitř jedlo-bukového porostu byly rozdíly v denních a nočních teplotách vzduchu podobné (průměrný rozdíl za vegetační období byl 1,6 oC). 16
Obr. 6: Průměrné denní a noční hodnoty teploty vzduchu (AT) nad korunovou vrstvou dospělého smrkového porostu a ve vertikálním profilu jedlo-bukového porostu v kotlíku pod clonou dospělého smrkového porostu během vegetačního období (květen – říjen) roku 2013 na ekosystémové stanici Rájec (Drahanská vrchovina) A – Průměrná denní a noční teplota vzduchu nad korunovou vrstvou dospělého smrkového porostu ve výšce 42 metrů nad zemí B – Průměrná denní a noční teplota vzduchu v jedlo-bukovém porostu ve výšce 5,5 metrů nad zemí C – Průměrná denní a noční teplota vzduchu v jedlo-bukovém porostu ve výšce 2,0 metry nad zemí D – Průměrná denní a noční teplota vzduchu v jedlo-bukovém porostu ve výšce 0,2 metrů nad zemí
Kromě teploty vzduchu v jedlo-bukovém kotlíku pod clonou dospělého smrkového porostu byla analyzována také teplota půdy během vegetačního období (květen – říjen) roku 2013. Nebylo možné provést srovnání teploty půdy v dospělém smrkovém porostu a v jedlobukovém porostu ve clonném kotlíku, protože na těchto dvou stanovištích byla měřena teplota půdy v jiných hloubkách. Průměrné denní a měsíční teploty půdy (Obr. 7A-C) závisely během vegetačního období na stupni vývoje jedlo-bukového porostu (změnách olistění zejména bukového porostu), které ovlivňovalo vyzařování tepelné energie z půdy (Kang a kol. 2000, Paul a kol. 2004, Wu a kol. 2012). Na začátku a na konci vegetačního období (květen a říjen) byly průměrné měsíční teploty půdy v hloubce 5 cm nižší než v hloubce 20 cm, v měsících červen – srpen byly průměrné měsíční teploty půdy vyšší v hloubce 5 cm. 17
Průměrné sezónní teploty půdy (květen – říjen) tak byly v obou sledovaných hloubkách velice podobné, ale rozptyl hodnot byl menší v hloubce 20 cm (průměrná sezónní teplota půdy v hloubce 5 cm byla 11,8 ± 2,72 oC a v hloubce 20 cm 11,8 ± 2,35 oC). Nebyly zjištěny statisticky významné rozdíly v hodnotách teploty půdy v hloubce 5 a 20 cm.
Obr. 7: Teplota půdy (ST) v hloubce 5 a 20 cm v jedlo-bukovém kotlíku pod clonou dospělého smrkového porostu během vegetačního období (květen – říjen) roku 2013 na ekosystémové stanici Rájec (Drahanská vrchovina) A – Průměrná denní teplota půdy pod jedlo-bukovým porostem v hloubce 5 a 20 cm B – Průměrná měsíční teplota půdy (střední hodnota, minimální a maximální hodnota a směrodatná odchylka) v hloubce 5 cm C – Průměrná měsíční teplota půdy (střední hodnota, minimální a maximální hodnota a směrodatná odchylka) v hloubce 20 cm
Byla srovnána průměrná denní (světelná část dne) a noční teplota půdy ve dvou hloubkách pod jedlo-bukovým porostem (Obr. 8A-B) během vegetačního období (květen – říjen) roku 2013. Noční teploty půdy byly na začátku vegetačního období (květen) v obou sledovaných hloubkách nižší než denní teploty půdy. To opět souviselo s olistěním porostu a vyzařováním tepelné energie z půdního prostředí. V květnu byl rozdíl mezi denními a nočními hodnotami teploty půdy v hloubce 5 cm 1,5 oC a 18
v hloubce 20 cm 1,2 oC, zatímco v ostatních měsících vegetačního období (červen – říjen) byl rozdíl mezi denními a nočními hodnotami teploty půdy v obou sledovaných hloubkách v průměru pouze 0,1 oC.
Obr. 8: Průměrné denní a noční hodnoty teploty půdy (ST) v hloubce 5 a 20 cm v jedlobukovém kotlíku pod clonou dospělého smrkového porostu během vegetačního období (květen – říjen) roku 2013 na ekosystémové stanici Rájec (Drahanská vrchovina) A – Průměrná denní a noční teplota půdy v jedlo-bukovém porostu v hloubce 5 cm B – Průměrná denní a noční teplota půdy v jedlo-bukovém porostu v hloubce 20 cm
Závěrečný popis teplotního režimu v jedlo-bukovém kotlíku pod clonou dospělého smrkového porostu během celého vegetačního období (květen – říjen) roku 2013 na ekosystémové stanici Rájec (Drahanská vrchovina) je ukázán na Obr. 9A-E. Z obrázků jsou patrné vztahy, které se vytvářejí mezi dopadající globální radiací a teplotou vzduchu nad clonou dospělého smrkového porostu, a jak může množství dopadající globální radiace ovlivňovat teplotní režim ve vertikálním profilu jedlo-bukového porostu pod clonou dospělého smrkového porostu. Množství dopadající globální radiace významně ovlivňuje teplotní režim v jedlo-bukovém porostu pod clonou dospělého smrkového porostu. Maximální denní hodnoty teploty vzduchu mají určité časové zpoždění za maximálními hodnotami dopadající globální radiace.
19
1. 5. – 4. 5. 2013
5. 5. – 14. 5. 2013
15. 5. – 24. 5. 2013
25. 5. – 3. 6. 2013
Obr. 9A: Analýza teplotního režimu v jedlo-bukovém kotlíku pod clonou dospělého smrkového porostu v uvedených dnech na ekosystémové stanici Rájec (Drahanská vrchovina) modrá čára (osa y1) – globální radiace dopadající na dospělý smrkový porost (Wm-2) červená čára (osa y2) – teplota vzduchu nad dospělým smrkovým porostem ve výšce 42 m (oC) oranžová čára – teplota půdy pod jedlo-bukovým porostem v hloubce 5 cm (oC) izolinie – změny teplotního režimu ve vertikálním profilu jedlo-bukového porostu
20
4. 6. – 13. 6. 2013
14. 6. – 23. 6. 2013
24. 6. – 3. 7. 2013
4. 7. – 13. 7. 2013
Obr. 9B: Analýza teplotního režimu v jedlo-bukovém kotlíku pod clonou dospělého smrkového porostu v uvedených dnech na ekosystémové stanici Rájec (Drahanská vrchovina) modrá čára (osa y1) – globální radiace dopadající na dospělý smrkový porost (Wm-2) červená čára (osa y2) – teplota vzduchu nad dospělým smrkovým porostem ve výšce 42 m (oC) oranžová čára – teplota půdy pod jedlo-bukovým porostem v hloubce 5 cm (oC) izolinie – změny teplotního režimu ve vertikálním profilu jedlo-bukového porostu
21
14. 7. – 23. 7. 2013
24. 7. – 2. 8. 2013
3. 8. – 12. 8. 2013
13. 8. – 22. 8. 2013
Obr. 9C: Analýza teplotního režimu v jedlo-bukovém kotlíku pod clonou dospělého smrkového porostu v uvedených dnech na ekosystémové stanici Rájec (Drahanská vrchovina) modrá čára (osa y1) – globální radiace dopadající na dospělý smrkový porost (Wm-2) červená čára (osa y2) – teplota vzduchu nad dospělým smrkovým porostem ve výšce 42 m (oC) oranžová čára – teplota půdy pod jedlo-bukovým porostem v hloubce 5 cm (oC) izolinie – změny teplotního režimu ve vertikálním profilu jedlo-bukového porostu
22
23. 8. – 1. 9. 2013
2. 9. – 11. 9. 2013
12. 9. – 21. 9. 2013
22. 9. – 1. 10. 2013
Obr. 9D: Analýza teplotního režimu v jedlo-bukovém kotlíku pod clonou dospělého smrkového porostu v uvedených dnech na ekosystémové stanici Rájec (Drahanská vrchovina) modrá čára (osa y1) – globální radiace dopadající na dospělý smrkový porost (Wm-2) červená čára (osa y2) – teplota vzduchu nad dospělým smrkovým porostem ve výšce 42 m (oC) oranžová čára – teplota půdy pod jedlo-bukovým porostem v hloubce 5 cm (oC) izolinie – změny teplotního režimu ve vertikálním profilu jedlo-bukového porostu
23
2. 10. – 11. 10. 2013
12. 10. – 21. 10. 2013
22. 10. – 31. 10. 2013
Obr. 9E: Analýza teplotního režimu v jedlo-bukovém kotlíku pod clonou dospělého smrkového porostu v uvedených dnech na ekosystémové stanici Rájec (Drahanská vrchovina) modrá čára (osa y1) – globální radiace dopadající na dospělý smrkový porost (Wm-2) červená čára (osa y2) – teplota vzduchu nad dospělým smrkovým porostem ve výšce 42 m (oC) oranžová čára – teplota půdy pod jedlo-bukovým porostem v hloubce 5 cm (oC) izolinie – změny teplotního režimu ve vertikálním profilu jedlo-bukového porostu
24
6. ZÁVĚR V porostních mezerách uměle tvořených v lesních porostech, do kterých jsou vysazovány lesní dřeviny odpovídající svými ekologickými nároky danému stanovišti, se vytváří specifické porostní klima, které je odlišné od porostního klimatu pod clonou okolního dospělého porostu i od mikroklimatu na nezalesněné ploše. Jednou z významných charakteristik porostního klimatu je teplotní režim. Teplota je totiž parametr, který významě ovlivňuje některé životní funkce lesních dřevin (transpiraci, respiraci, vývojové fáze rostlin, apod.), evapotranspiraci a energetickou bilanci lesního porostu. V tom spočívá velký bioklimatický význam teploty pro vývoj lesních porostů, a je tudíž nezbytné studovat teplotní režim v porostech lesních dřevin. V práci byla provedena analýza teplotního režimu v jedlo-bukovém clonném kotlíku pod clonou dospělého smrkového porostu na ekosystémové stanici Rájec (Drahanská vrchovina) během vegetačního období (květen – říjen) roku 2013. Teplota vzduchu v jedlo-bukovém porostu pod clonou dospělého smrkového porostu a v dospělém smrkovém porostu byla odlišná, což bylo způsobeno odlišným radiačním režimem v porostech, který významně modifikoval teplotní režim. V jedlo-bukovém porostu rostoucím pod clonou dospělého smrkového porostu se vytvářel specifický teplotní režim, který se měnil v závislosti na množství pronikajícího slunečního záření a v závislosti na fyziologických procesech porostu (vývoj olistění porostu, transpirační procesy). Clona dospělého smrkového porostu byla vhodnou ochranou pro vývoj jedlobukového porostu vysazeném ve clonném kotlíku, protože snižovala teplotní výkyvy. Přeměna smrkových monokultur pomocí clonných kotlíků se tedy jeví jako vhodný nástroj ke změně druhové skladby lesních porostů v České republice.
25
7. SUMMARY
In stand gaps, artificially formed in the forests, there are planted forest trees corresponding to their ecological requirements of a given habitat. In the stand gaps a specific stand climate is creating. This stand climate is different from the stand climate below a surrounding adult stand and from the microclimate on the open area. One of the important characteristics of the stand climate is temperature regime. Temperature is a parameter that significantly affects life functions of forest trees (transpiration, respiration, plant developmental stage, etc.), evapotranspiration and energy balance of the forest. Thus, temperature has great bioclimatic importance for development of forest stands, and it is therefore necessary to study the temperature regime in forest stands. In this work, an analysis of the temperature regime in the fir-beech stand growing below the canopy of adult spruce stand at the study site of Rájec (Drahanská vrchovina Highlands) during the growing season (May-October) of 2013 was made. Temperature in the fir-beech stand below the canopy of adult spruce stand and in the adult spruce stand was different, which was caused by different radiation regime, which significantly modified the temperature regime. In the fir-beech stand growing below the canopy of adult spruce stand a specific temperature regime was creating, which varied depending on the amount of solar radiation penetrating and depending on the physiological processes of stand growth (development of stand foliage, transpiration processes). Aperture adult spruce stand was suitable protection for the development of fir-beech forest planted below the canopy of adult spruce stand because reduced temperature fluctuations. The transformation of spruce monocultures using stand gaps thus appears as a suitable tool to change the species composition of forests in the Czech Republic.
26
8. SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY
AMMER, CH., MOSANDL, R., EL KATEB, H., 2002: Direct seeding of beech (Fagus sylvatica L.) in Norway spruce (Picea abies [L.] Karst.) stands – effects of canopy density and fine root biomass on seed germination. Forest Ecology and Management, vol. 159, no. 1–2, s. 59–72. von ARX, G., DOBBERTIN, M., REBETEZ, M., 2012: Spatio-temporal effects of forest canopy on understory microclimate in a long-term experiment in Switzerland. Agriculture and Forest Meteorology, vol. 166–167, s. 144–155. BALDOCCHI, D.D., MATT, D.R., HUTCHISON, B.A., McMILLEN, R.T., 1984: Solar radiation within an oak-hickory forest: an evaluation of the extinction coefficient for several radiation components during fully-leafed and leaf-less periods. Agricultural and Forest Meteorology, vol. 32, s. 307–322. BEAUDET, M., MESSIER, CH., 2002: Variation in canopry openness and light transmission following selection cutting in northern hardwood stands: an assessment based on hemispherical photographs. Agricultural and Forest Meteorology, vol. 10, no. 3, s. 217–228. BEEDLOW, P.A., LEE, E.H., TINGEY, D.T., WASCHMANN, R.S., BURDICK, C.A., 2013: The importance of seasonal temperature and moisture pattern on growth of Douglas-fir in western Oregon, USA. Agricultural and Forest Meteorology, vol. 169, s. 174–185. BRAY, J.R., 1956: Gap phase replacement in a maple–bass–wood forest. Ecology, vol. 37, s. 598–600. ČÍŽEK, J., KRATOCHVÍL, F., PEŘINA, V., 1959: Přeměny monokultur. SZN: Praha, 191 s. DIACI, J., 2007: Regeneration dynamics in a Norway spruce plantation on a silver firbeech forest site in the Slovenian Alps. Forest Ecology and Management, vol. 161, s. 27–38. DIACI, J., ADAMIC, T., ROZMAN, A., 2012: Gap recruitment and partitioning in an old-growth beech forest of the Dinaric Mountains: Influences of light régime, herb competition and browsing. Forest Ecology and Management, vol. 285, s. 20–28. DANNECKER, K., 1955: Aus der Hohen Schule des Weisstannenwaldes. J. D. Sauerländer's Verlag: Frankfurt am Main. 27
DOMKE, G.M., CASPERSEN, J.P. A JONES, T.A., 2007: Light attenuation following selection harvesting in northern hardwood forests. Forest Ecology and Management, vol. 239, no. 1, 182–190. DRÁPELOVÁ, I., MENŠÍK, L., KULHAVÝ, J., MARKOVÁ, I., 2010: Sulphur and nitrogen concentrations and fluxes in bulk precipitation and throughfall in the mountain and highland spruce stands in the Czech Republic. Journal of Forest Science, vol. 56, no. 10, s. 429–441. DUURSMA, R.A., BARTON, C.V.M., LIN, Y.-S., MEDLYN, B.E., EAMUS, D., TISSUE, D.T., ELLSWORTH, D.S., McMURTRIE, R.E., 2014: The peaked response of transpiration rate to vapour pressure deficit in field conditions can be explained by the temperature optimum of photosynthesis. Agricultural and Forest Meteorology, vol. 189–190, s. 2–10. ELIÁŠ, P., KRATOCHVÍLOVÁ, I., JANOUŠ, D., MAREK, M., MASAROVIČOVÁ, E., 1989: Stand microclimate and physiological activity of tree leaves in an oakhornbeam forest. Trees, vol. 4, s. 227–233. FAJMON, L., 2012: Radiační bilance vybraných rostlinných ekosystémů. Bakalářská práce. MENDELU v Brně: Brno, 28 s. FORRESTER, J.A., MLADENOFF, D.J., GOWER, S.T., STOFFEL, J.L., 2012: Interaction of temperature and moisture with respiration from coarse woody debris in experimental forest canopy gaps. Forest Ecology and Management, vol. 265, s. 124–132. FRAZER, G.W., FOURNIER, R.A., TROFYMOW, J.A., HAL, R.J., 2001: A comparison of digital and film fisheye photography for analysis of forest canopy structure and gap ligt transmission. Agricultural and Forest Meteorology, vol. 109, no. 4, s. 249–263. GAUMONT-GUAY, D., BLACK, T.A., GRIFFIS, TJ., BAAR, A.G., JASSAL, R.S., NESIC, Z., 2006a: Interpreting the dependence of soil respiration on soil temperature and water content in a boreal aspen stand. Agricultural and Forest Meteorology, vol. 140, no. 1–4, s.220–235. GAUMONT-GUAY,
D.,
BLACK,
T.A.,
GRIFFIS,
TJ.,
BARR,
A.G.,
MORGENSTERN, K., JASSAL, R.S., NESIC, Z., 2006b: Influence of temperature and drought on seasonal and interannual variations of soil, bole and ekosystem respiration in a boreal aspen stand. Agricultural and Forest Mateorology, vol. 140, no. 1–4, s. 203–219. 28
GOISSER, M., ZANG, U., MATZNER, E., BORKEN, W., HÄBERLE, K.-H., MATYSSEK, R., 2013: Growth of juvenile beech (Fagus sylvatica L.) upon transplant into a wind-opened spruce stand of heterogenous light and water conditions. Forest Ecology and Management, vol. 310, s. 110–119. GRACE, J.C., JARVIS, P.G., NORMAN, J.M., 1987: Modelling the interception of solar radiant energy in intesively managed stands. New Zealand Journal of Forest Science, vol. 17, s. 193–209. GRANT, R.F., ARAIN, A., ARORA, V., BARR, A., BLACK, T.A., CHEN, J., WANG, S., YUAN, F., ZHANG, Y., 2005: Intercomparison of techniques to model high temperature effects on CO2 and energy exchange in temperate and boreal coniferous forests. Ecological Modelling, vol. 188, no. 2–4, s. 217–252. GRAY, A.N., SPIES, T.A., EASTER, M.J., 2002: Microclimatic and soil moisture responses to gap formation in costal Douglas-Fir forests. Canadian Journal of Forest Research, vol. 32, s. 332–343. GRIMMOND, C.S.B., ROBESON, S.M., SCHOOF, J.T., 2000: Spatial variability of microclimatic conditions within a mid-latitude deciduous forest. Climate Research, vol. 15, no. 2, s. 137–149. HANEWINKEL, M., 2001: Economic aspects of the transformation from even-aged pure stands of Norway spruce to uneven-aged mixed stands of Norway spruce and beech. Forest Ecology and Management, vol. 151, no. 1–3, s. 181–193. HARRIS, N.L., HALL, CH.A.S., LUGO, A.E., 2008: Estimates of species- and ekosystem-level respiration of woody stems along an elevational gradient in the Luquillo Mountains, Puerto Rico. Ecologcal Modelling, vol. 216, no. 3–4, s. 253– 264. HUTH, F., WAGNER, S., 2006: Gap structure and establishment of Silver birch regeneration (Betula pendula Roth.) in Norway spruce stands (Picea abies L. Karst.). Forest Ecology and Management, vol. 229, s. 314–324. CHEN, X., XU, L., 2012: Temperature controls on the spatial pattern of tree phenology in China´s temperate zone. Agricultural and Forest Meteorology, vol. 154–155, s. 195–202. JANOUŠ, D., MARKOVÁ, I., 2003: Radiační režim smrkového porostu lokality Bílý Kříž, Moravskoslezské Beskydy. In ROŽNOVSKÝ, J., LITSCHMANN, T. (eds.): Mikroklima porostu. ČHMÚ: Brno, s. 80–93.
29
KANG, S., KIM, S., OH, S., LEE, D., 2000: Predicting spatial and temporal patterns of soil temperature based on topography, surface cover and air temperature. Forest Ecology and Management, vol. 136, no. 1–3, s. 173–184. KAZDA, M., 1995: Changes in alder fens following a decrease in the ground water level – Results of a GIS application. Journal of Applied Ecology, vol. 32, s. 100–111. KAZDA, M., PICHLER, M., 1998: Priority assessment for conversion of Norway spruce forests through introduction of broadleaf species. Forest Ecology and Management, vol. 102, s. 245–258. KELLIHER, F.M., WHITEHEAD, D., McANENEY, K.J., JUDD, M.J., 1990: Partitioning evapotranspiration into tree and understorey components in two young Pinus radiata D. Don stands. Agricultural and Forest Meteorology, vol. 50, no. 3, s. 211–227. KENK, G., GUEHNE, S., 2001: Management of transformation in central Europe. Forest Ecology and Management, vol. 151, s. 107–119. KLIMO, E., HRUŠKA, B., 1991: Historie a charakteristika půdních a geologickopetrografických poměrů výzkumné stanice Rájec. In Struktura, produkce a procesy ve smrkové monokultuře 1. Generace. Projekt Rájec. Přehled výsledků za období 19761990. Ústav ekologie lesa Lesnické fakulty Vysoké školy zemědělské v Brně: Brno, 299 s. KNOKE, T., PLUSCZYK, N., 2001: On economic consequences of transformation of a spruce (Picea abies (L.) Karst.) dominated stand from regular into irregular age structure. Forest Ecology and Management, vol. 151, s. 163–179. KNYAZIKHIN, Y., MIEßEN, G., PANFYOROV, O., GRAVENHORST, G., 1997: Small-sclae study of three-dimensional distribution of photosynthetically active radiation in a forest. Agricultural and Forest Meteorology, vol. 88, no. 1–4, s. 215– 239. LAMBERTY-BOND, B., BRONSON, D., BLADYKA, E., GOWER, S.T., 2011: A comparison of trenched plot techniques for partitioning soil respiration. Soil Biology and Biochemistry, vol. 43, no. 10, s. 2108–2114. LIU, Q., HYTTERBORN, H., 1991: Gap structure, disturbance and regeneration in a primeval Pinus abies forests. Journal of Vegetation Science, vol. 2, s. 391–402. MALCOLM, D.C., MASON, W.L., CLARKE, G.C., 2001: The transformation of conifer forests in Britain – regeneration, gap size and silvicultural systems. Forest Ecology and Management, vol. 151, s. 7–23. 30
MALCOLM, G.M., LÓPEZ-GUTIÉRREZ, J.C., KOIDE, R.T., 2009: Temperature sensitivity of respiration differs among forest floor layers in a Pinus resinosa plantation. Soil Biology and Biochemistry, vol. 41, no. 6, s. 1075–1079. MALLICK, K., JARVIS, A.J., BOEGH, E., FISHER, J.B., DREWRY, D.T., TU, K.P., HOOK, S.J., HULLEY, G., ARDÖ, J., BERINGER, J., ARAIN, A., NIYOG, D., 2014: A Surface Temperature Initiated Closure (STIC) for surface energy balance fluxes. Remote Sensing of Environment, vol. 141, s. 243–261. MARKOVÁ, I., PAVELKA, M., JANOUŠ, D., 2013: Ročenka meteorologických měření 2011. Experimentální ekologické pracoviště Bílý Kříž (Moravskoslezské Beskydy). Ekosystémová stanice Štítná nad Vláří (Bílé Karpaty). Brno: Keloc Pc, spol.s.r.o., 125 s. ISBN 978-80-87902-01-1. MATSUMOTO, K., OHTA, T., NAKAI, T., KUWADA, T., DAIKOKU, K., IIDA, S., YABUKI, H., KONONOV, A.V., van der MOLEN, M.K., KODAMA, Y., MAXIMOV, T.C., DOLMANN, A.J., HATTOR, S., 2008: Energy consumption and evapotraspiration at several boreal and temperate forests in the Far East. Agricultural and Forest Meteorology, vol. 148, no. 12, s. 1978–1989. MELLANDER, P.-E., BISHOP, K., LUNDMARK, T., 2004: The influence of soil temperature on transpiration: a plot scale manipulation in a young Scots pine stand. Forest Ecology and Management, vol. 195, no. 1–2, s. 15–28. van der MEER, P.J., JORRITSMA, I.T.M., KRAMER, K., 2002: Assessing climate change effects on long-term forest development: adjusting growth, phenology, and seed production in a gap model. Forest Ecology and Management, vol. 162, no. 1, s. 39–52. NORD-LARSEN, T., BECHSGAARD, A., HOLM, M., HOLTEN-ANDERSEN, P., 2003: Economic analysis of near-natural beech stand management in Northern Germany. Forest Ecology and Management, vol. 183, no. 1–3, s. 149–165. O´HARA, K.L., HASENAUER, H., KINDERMANN, G., 2007: Sustainability in multiaged stands: an analysis of long-term plenter systems. Forestry, vol. 80, s. 163–181. PAUL, K.I., POLGLASE, P.J., SMETHURST, P.J., O´CONNELL, A.M., CARLYLE, C.J., KHANNA, P.K., 2004: Soil temperature under forests: a simple model for predicting soil temperature under a range of forest types. Agricultural and Forest Meteorology, vol. 121, no. 3–4, s. 167–182. PINTO, C.A., HENRIQUES, M.O., FIGUEIREDO, J.P., DAVID, J.S., ABREU, F.G., PEREIRA, J.S., CORREIA, I., DAVID, T.S., 2011: Phenology and growth 31
dynamics in Mediterranean evergreen oaks: Effects of environmental conditions and water relations. Forets Ecology and Management, vol. 262, no. 3, s. 500–508. PRÉVOST, M., RAYMOND, P., 2012: Effect of gap size, aspect and slope on available light and soil temperature after patch-selection cutting in yellow birch-conifer stands, Quebec, Canada. Forest Ecology and Management, vol. 274, s. 210–221. RENAUD, V., INNES, J.L., DOBBERTIN, M., REBETEZ, M., 2011: Comparison between open-site and below-canopy climatic conditions in Switzerland for different types of forests over 10 years (1998-2007). Theoretical Applied Climatology, vol. 105, s. 119–127. RENAUD, V., REBETE, M., 2009: Comparison between open-site and below-canopy climatic conditions in Switzerland during the exceptionally hot summer of 2003. Agricultural and Forest Meteorology, vol. 149, no. 5, s. 873–880. RINGGAARD, R., HERBST, M., FRIBORG, T., 2012: Partitioning of forest evapotranspiration: The impact of edge effects and canopy structure. Agriculture and Forest Meteorology, vol. 166–167, s. 86–97. RITTER, E., DALSGAARD, L., EINHORN, K.S., 2005: Light, temperature and soil moisture régime following gap formation in semi-natural beech-dominated forest in Denmark. Forest Ecology and Management, vol. 206, s. 15–33. SAPOŽNIKOVOVÁ, S.A., 1952: Mikroklima a místní klima. Brázda: Praha, 260 s. SEELING, U., 2001: Transformation of plantation forests – expected wood properties of Norway spruce (Picea abies (L.) Karst.) within the period of stand stabilisation. Forest Ecology and Management, vol. 151, no. 1–3, s. 195–210. SCHLEIP, CH., RAIS, A., MENZEL, A., 2009: Bayesian analysis of temperature sensitivity of plant phenology in Germany. Agricultural and Forest Meteorology, vol. 149, no. 10, s. 1699–1708. SILBERSTEIN, R., HELD, A., HATTON, T., VINEY, N., SIVAPALAN, M., 2001: Energy balance of a nature jarrah (Eucalyptus marginata) forest in Western Australia: measurements during the spring and summer. Agricultural and Forest Meteorology, vol. 109, no. 2, s. 79–104. SOUČEK, J., TESAŘ, V., 2008: Metodika přestavby smrkových monokultur na stanovištích přirozených smíšených porostů. Recenzovaná metodika Lesnický průvodce 4/2008. VÚLHM: Jíloviště, ISBN 978-80-7417-000-3. SPIECKER, H. et al., 2004: Norway spruce conversion – option and consequences. European Forest Institute Research Report 18. Brill: Leiden, 269 s. 32
STAUDT, K., SERAFIMOVICH, A., SIEBICKE, L., PYLES, R.D., FALGE, E., 2011: Vertical structure of evapotranspiration at a forest site (a casy study). Agricultural and Forest Meteorology, vol. 151, no. 6, s. 709–729. TESAŘ, V. a kol., 2004: Dlouhodobá přestavba jehličnatého lesa na Hetlíně – kutnohorské hospodářství. MZLU: Brno, 60 s. TESAŘ, V., DOBROVOLNÝ, L., 2012: Přestavba smrkových monokultur - postupy a výsledky. In: KULHAVÝ, J., MENŠÍK, L. (eds.) Les a dřevo : podpora funkčně integrovaného lesního hospodářství a využívání dřeva jako obnovitelné suroviny : významné výsledky institucionálního výzkumu Lesnické a dřevařské fakulty Mendelovy univerzity v Brně v období 2005-2011. Mendelova univerzita v Brně: Brno, s. 188‒193. ISBN 978-80-7375-608-6. TINGEY, D.T., PHILLIPS, D.L., LEE, E.H., WASCHMANN, R.S., OLSZYK, D.M., RYGIEWICZ, P.T., JOHNSON, M.G., 2007: Elevated temperature, soil moisture and sesonality but not CO2 affect canopy assimilation and system respiration in seedling Douglas-fir ecosystems. Agricultural and Forest Meteorology, vol. 143, no. 1–2, s. 30–48. UMEKI, K., KIKUZAWA, K., STERCK, F.J., 2010: Influence of foliar phenology and shoot inclination on annual photosynthetic gain in individual beech saplings: A functional–structural modeling approach. Forest Ecology and Management, vol. 259, no. 11, s. 2141–2150. VANÍČEK, K., 1994: Description of the Field of Total Solar Radiation in the Czech Republic, 1984-1993. Národní klimatický program: Praha. VITASSE, Y., DELSON, S., DUFRÉNE, E., PONTAILLER, J.-Y., LOUVET, J.-M., KREMER, A., MICHALE, R., 2009: Leaf phenology sensitivity to temperature in European trees? Do within-species populations exhibit similar responses? Agricultural and Forest Meteorology, vol. 149, no. 5, s. 735–744. WU, S.H., JANSSON, P.-E., KOLAR, P., 2012: The role of air and soil temperature in the seasonality of photosynthesis and transpiration in a boreal Scots pine ekosystem. Agricultural and Forest Meteorology, vol. 156, s. 85–103. YANG, X., MILLER, D.R., MONTGOMERY, M.E., 1993: Vertical distributions of canopy foliage and biologically active radiation in a defoliated/refoliated hardwood forest. Agricultural and Forest Meteorology, vol. 67, no. 1–2, s. 129–146.
33
YOSHIDA, T., YANAGISAWA, Y., KAMITANI, T., 1998: An empirical model for predicting the gap light index in an even-aged oak stand. Forest Ecology and Management, vol. 109, no. 1–3, s. 85–89.
34
