Výzkumná zpráva pro Lesy České republiky

Albrechtová a kol: Výzkumná zpráva pro LČR, 2. etapa

Výzkumná zpráva pro Lesy České republiky „Hodnocení vývoje zdravotního stavu vybraných stanovišť v Krušnohoří od roku 1998“ Etapa II: 1) Analýza makroskopických markerů poškození v Krušných horách na jaře v roce 2003 2) Výsledky biochemických analýz jehlic odebraných v Krušných horách v roce 2002 pro Lesy České Republiky 3) Porovnání biochemických, histochemických, anatomických analýz prováděných v letech 1998 - 2000 Kolektiv autorů: Albrechtová J., Polák T., Lhotáková Z., Stejskalová A.

Hlavní řešitel: Řešitelský kolektiv:

Albrechtová Jana, e-mail: [email protected] Mgr. Tomáš Polák (případný zástupce hlavního řešitele, e-mail: [email protected]) Zuzana Lhotáková Alena Stejskalová Mgr. Drahomíra Bartáková

Pracoviště: Katedra fyziologie rostlin, Přírodovědecká fakulta Univerzity Karlovy (PřF UK), Viničná 5, Praha 2, 128 44;

V Praze, dne 30.6.2003

1


Výzkumná zpráva pro Lesy České republiky - „Hodnocení vývoje zdravotního stavu vybraných stanovišť v Krušnohoří od roku 1998“ Etapa II:

OBSAH: 1) ANALÝZA MAKROSKOPICKÝCH MARKERŮ POŠKOZENÍ V KRUŠNÝCH HORÁCH NA JAŘE V ROCE 2003 ........................................................................................................................................................ 1 METODIKA ........................................................................................................................................................... 1 VÝSLEDKY ........................................................................................................................................................... 2 Makroskopické markery poškození............................................................................................................. 2 Aktuální zdravotní stav stromů ................................................................................................................... 6 2) VÝSLEDKY BIOCHEMICKÉ ANALÝZY JEHLIC ODEBRANÝCH V KRUŠNÝCH HORÁCH V ROCE 2002 PRO LESY ČESKÉ REPUBLIKY ............................................................................................ 9 MATERIÁL A METODY ...................................................................................................................................... 9 Obsah fenolických látek.............................................................................................................................. 9 Detekce fotosyntetických pigmentů ............................................................................................................ 9 Statistické zpracování dat.......................................................................................................................... 10 VÝSLEDKY: FOTOSYNTETICKÉ PIGMENTY ......................................................................................................... 10 Rok 2002 ................................................................................................................................................... 10 Porovnání dat z let 2001 a 2002 ................................................................................................................ 13 VÝSLEDKY: FENOLICKÉ LÁTKY ......................................................................................................................... 14 Rok 2002 ................................................................................................................................................... 14 3) SHRNUJÍCÍ POROVNÁNÍ VÝSLEDKŮ BIOCHEMICKÝCH ANALÝZ JEHLIC Z KRUŠNÝCH HOR ODEBRANÝCH V LETECH 1998 AŽ 2000. ......................................................................................... 15 POUŽITÁ LITERATURA................................................................................................................................. 15

PŘÍLOHY: 1) mapa stanovišť 2) okrajová fotodokumentace z odběru v květnu 2003 3) diplomová práce Mgr. Aleny Stejskalové, obhájená jako výborná v květnu 2003 (Stejskalová A. (2003): Využití biochemických a histochemických metod ke studiu zdravotního stavu smrkových porostů v Krušných horách. Diplomová práce, Katedra fyziologie rostlin, Přírodovědecká fakulta UK, květen 2003).

2


1) Analýza makroskopických markerů poškození v Krušných horách na jaře v roce 2003 Vypracovali: Polák, Albrechtová Předložená zpráva je pokračování zprávy z etapy 1.

METODIKA Výzkum byl proveden na pěti sledovaných stanovištích Krušných hor (viz příloha 1), které zejména v 80. letech vykazovaly vysokou zátěž a silný gradient atmosférického znečištění, jež se zvyšovalo ve směru od západu na východ. Stanoviště 1, 2 a 3 jsou umístěna v západním Krušnohoří nedaleko Přebuzi, a v době největších smogových epizod bylo jejich ovlivnění atmosférickým znečištěním mnohem nižší než-li u stanovišť 4 a 5 z centrálního Krušnohoří, zejména díky výhodnému směru převládajících větrů. Stanoviště 2 a 3 leží v oblasti postihnuté v roce 1999 masivním žloutnutím jehlic; stanoviště 1 je mimo tuto oblast. Stanoviště 4 a 5 se nacházejí v centrálním Krušnohoří (stanoviště 4 u Černého potoka Přísečnice a stanoviště 5 u Kovářské), které bylo výrazně ovlivněno atmosférickými polutanty. Všechna stanoviště (30 x 30 m) jsou umístěna v homogenním minimálně 60-letém smrkovém porostu a probíhá na nich výzkum již od roku 1998. Na každém stanovišti bylo vybráno po pěti reprezentativních stromech a z nich systematicky odebrána větev z produkční části koruny (10-12 m nad zemí). Na stromech se hodnotily jednak tradiční a jednak naším týmem nově vyvinuté markery zdravotního stavu stromů. Tradiční markery zdravotního stavu zahrnovaly: (1) defoliaci (odlistění) koruny, zastoupení sekundárních výhonů, defoliace primární části koruny; (2) stupeň poškození stromu určený na základě defoliace produkční části koruny (defoliace koruny 0-9%: stupeň poškození stromu 0, 10-29%: stupeň poškození 1, 30-49%: 2, 50-69%: 3 a defoliace koruny 70-99%: stupeň poškození 4); (3) barevné změny jehlic zahrnující chlorózy (reverzibilní žloutnutí jehlic) a nekrózy (ireverzibilní hnědnutí pletiv asimilačních orgánů) (stupeň 0: žádné žloutnutí, stupeň 1: žloutnutí < 10% koruny, 2 < 30% a stupeň 3 pro žloutnutí na více než 30% koruny); (4) intenzita kvetení (stupeň 0: žádné kvetení, stupeň 1: minimální, 2 střední a stupeň 3 vysoká intenzita kvetení); (5) korunový zápoj definovaný jako procento plochy stanoviště zabrané vertikální projekcí koruny; zastoupení sekundárních výhonů vypovídající o regeneračních procesech a stresové historii stromů (Cudlin a kol. 2001); (6) počet ročníků jehlic jako maximální věk olistěného výhonu na větvi; (7) jehlicový koeficient; jehlicový koeficient = ((100 – defoliace koruny) * počet ročníků jehlic) / 100; zdravé stromy vykazují hodnotu jehlicového koeficientu vyšší než 4,5 a poškozené nižší než 4,5 (Simmleit a kol. 1991). Nově vyvinutý makroskopický marker zdravotního stavu stromů je makroskopické kritérium pro klasifikaci jednotlivých vývojových směrů pupenů, které bylo vytvořené na základě detailní anatomické studie (Albrechtová 1997). Vývojové směry pupenů můžeme rozdělit na rostoucí pupeny podléhající pravidelnému růstu a dávající vznik novým výhonům a skupinu pupenů nerostoucích. Ty je možné rozdělit dále na pupeny se zachovalým růstovým potenciálem, které jsou připraveny po aktivaci vyrašit a zúčastnit se tak následného typu růstu (z toho důvodu je také označujeme jako rezervy pro náhradu ztrát asimilačního aparátu) a

1


pupeny bez růstového potenciálu. Po rozříznutí je možné jednotlivé vývojové směry pupenů rozeznat podle následujících makroskopických charakteristik: Vývojové směry pupenů s růstovým potenciálem: • dormantní pupen – na podélném průřezu je oblast meristémů sytě zelená, vnitřní struktura je charakteristická pro dormantní pupen. • latentní pupen – na průřezu sytě zelený, ale je mnohem menší než-li dormantní pupen. • regenerovaný pupen - je obvykle vychýlen od hlavní osy stonku, jsou zde patrné šupiny abortovaného pupenu případně zřetelný abortovaný pupen. Vývojové směry pupenů bez růstového potenciálu: • malformovaný pupen – vzniká poškozením části apikálního meristému, proto dává vznik pokrouceným jehlicím. • abortovaný pupen – celý apikální meristém je odumřelý, na průřezu hnědý. Klasifikace jednotlivých vývojových směrů pupenů byla provedena na dvouletých výhonech tak, aby minimální počet pupenů hodnocených na jedné větvi byl 60. Získané hodnoty jednotlivých vývojových směrů pupenů byly převedeny na procentické zastoupení. Statistická analýza dat Statistická analýza dat byla provedena analýzou rozptylu jednoduchého třídění v případě spojitých dat, shody rozptylů a normality rozdělení; rozdíly mezi dvěma skupinami byly stanoveny Tukey-Kramerovým testem. Spojitá data která nesplňovala předpoklad shody rozptylů nebo normality rozdělení byla analyzována Kruskal-Wallisovým testem resp. Kruskal-Wallisovým Z-testem. Ordinální data byla hodnocena Armitagovým testem resp. Chí-kvadrát testem. Všechny statistické testy byly provedeny softwarem NCSS 2000, hladina významnosti testu byla α=0,05.

VÝSLEDKY Makroskopické markery poškození Z makroskopických markerů poškození byl na všech plochách sledován korunový zápoj, průměrná defoliace koruny, zastoupení sekundárních výhonů, defoliace primární části koruny, počet ročníků jehlic, jehlicový koeficient, stupeň poškození stromů, barevné změny jehlic a intenzita kvetení. V roce 2003 byla defoliace koruny obdobně jako na podzim předchozího roku nejvyšší na stanovištích 2 a 3 ze západního Krušnohoří (graf 1), na kterých došlo v roce 1999 k výraznému žloutnutí smrkových porostů s příznaky novodobého chřadnutí. Na rozdíl od předchozího roku došlo k signifikantnímu poklesu barevných změn jehlic na obou stanovištích, které bylo způsobeno zejména opadem starších jehlic. Na stanovišti 3 došlo k úplnému vymizení barevných změn jehlic a na stanovišti 2 k jeho rapidnímu snížení: ve čtyřstupňové stupnici dosahuje jeho průměrná hodnota 0,5 (graf 3). Zatímco defoliace koruny vypovídá spíše o degradačních procesech v koruně stromu, tak zastoupení sekundárních výhonů vypovídá o intenzitě regeneračních procesů. Vysoké zastoupení sekundárních výhonů na stanovištích 4 a 5 v centrální části Krušných hor indikuje dlouhodobé působení stresových faktorů a intenzivnější regeneraci v koruně, než-li na stanovištích 1, 2 a 3 ze západního Krušnohoří (graf 1). Defoliace primární struktury vypovídá o historickém poškození stromu až do současnosti a nejvyšších hodnot dosahuje také na stanovištích 4 a 5 z centrálního Krušnohoří (graf 1). Počet ročníků jehlic a jehlicový koeficient je statisticky průkazně nejvyšší pro stanoviště ze západního Krušnohoří (graf 2). To vypovídá o uspokojivém zdravotním stavu porostů v této oblasti. Průměrná hodnota

2

3


jehlicového koeficientu je na všech stanovištích vyšší než-li hodnota 4,5, která značí poškozený strom (Simmleit a kol. 1991). Na stanovištích 2, 3, 4, a 5 se ovšem vyskytují poškozené stromy, které mají hodnotu jehlicového koeficientu nižší než 4,5. Intenzita kvetení byla nejvyšší na stanovištích 1, 3 a také 5 (graf 3). Graf 1: Průměrné hodnoty defoliace koruny, zastoupení sekundárních výhonů, a defoliace primární struktury na zkoumaných stanovištích. Vertikální úsečky označují směrodatné odchylky, sloupce se shodnými písmeny nejsou statisticky průkazně odlišné; analýza rozptylu jednoduchého třídění, α=0.05. 90

c

80

c

70

ab

b

60 a a

50 40

a

30

a a

a

ab

bc

bc

1 (21) 2 (40)

a

3 (41)

a

4 (35) 5 (39)

20 10 0 Defoliace koruny (%) Sekundární struktura (%)

Defoliace primární struktury (%)

Graf 2: Průměrné hodnoty počtu ročníků jehlic a jehlicového koeficientu na zkoumaných stanovištích. Vertikální úsečky označují směrodatné odchylky, sloupce se shodnými písmeny nejsou statisticky průkazně odlišné; analýza rozptylu jednoduchého třídění, α=0.05. 12 a Počet ročníků jehlic

10 8

a

a b

b

6

a ab

1 (21)

ab

2 (40) b

b

3 (41) 4 (35)

4

5 (39)

2 0 Počet ročníků jehlic

Jehlicový koeficient

4


Graf 3: Průměrné hodnoty stupně poškození stromu, barevných změn jehlic stromů a kvetení na zkoumaných stanovištích. Vertikální úsečky označují směrodatné odchylky, sloupce se shodnými písmeny nejsou statisticky průkazně odlišné; analýza rozptylu jednoduchého třídění, α=0.05. 3,5

2 1,5

bc

a

2,5

1 (21)

c

b b

ab

a

a

3

2 (40) 3 (41)

b

b

4 (35) d

1 0,5

a

5 (39)

a a a

0 Stupeň poškození

Barevné změny jehlic

Intenzita kvetení

Vývojové směry pupenů Na základě interpretačních vlastností jednotlivých vývojových směrů pupenů a na základě jejich kauzální závislosti (při převedení na procenta dává součet všech vývojových směrů pupenů 100%) byly při zpracování vytvořeny další dvě kategorie vycházející z jednotlivých vývojových směrů pupenů: jednak poměr rostoucích a abortovaných pupenů odrážející intenzitu růstu (čím vyšší poměr, tím více je rostoucích a tím méně abortovaných pupenů, tzn. tím intenzivnější je růst) a dále soubor pupenů s růstovým potenciálem (sjednocení dormantních, latentních a regenerovaných pupenů), který udává rezervy stromu pro nahrazení asimilačních orgánů v příštích letech. Grafy 4 a-d udávají průměrné hodnoty jednotlivých vývojových směrů pupenů a jejich kombinací na zkoumaných stanovištích. Zastoupení rostoucích pupenů je nejvyšší na stanovištích 2 a 4; zastoupení pupenů s růstovým potenciálem na stanovištích 3 a 5. Grafy 4a-d: Průměrné hodnoty jednotlivých vývojových směrů pupenů a jejich kombinací na zkoumaných stanovištích. Vertikální úsečky označují směrodatné odchylky, sloupce se shodnými písmeny nejsou statisticky průkazně odlišné; analýza rozptylu jednoduchého třídění, α=0,05.

5


90

a

80

a

70 60

ab

a

b

b

a

50 40

b

30

3 (41)

b

b

1 (21) 2 (40) 4 (35) 5 (39)

20 10 0 Rostoucí pupeny

Pupeny s RP

25 a 20 1 (21)

ab

ab

15

2 (40)

c

3 (41)

ab

10 bc

4 (35)

b

c

5

ab

5 (39)

a

0 Abortované pupeny

Rostoucí / Abortované pupeny

50 45

a

a

40 1 (21)

35 a

30

b

25 20 15 10

b

b

3 (41) 4 (35)

ab ab

2 (40)

a

5 (39)

b

5 0 Dormantní pupeny

Latentní pupeny

6


2,5 ab a

2

1 (21) b

1,5

2 (40) 3 (41)

b b

1

b

4 (35) 5 (39)

0,5 0

a

a

a

a

Regenerované pupeny

Malformované pupeny

Aktuální zdravotní stav stromů Na základě detailního hodnocení výsledků shlukové analýzy bylo v roce 1998 při ověřování kritéria makroskopického hodnocení vývojových směrů pupenů na více než-li 300 stromech, odlišeno pět shluků. Každý shluk interpretuje aktuální zdravotní stav stromu a navzájem se shluky mezi sebou liší intenzitou růstu, která je dána hodnotami poměru rostoucích a abortovaných pupenů a rezervami pro nahrazení asimilačních orgánů určenými celkovým zastoupením pupenů s růstovým potenciálem (viz graf 3, Polák et al. – připravovaná publikace): •

Stav zvýšené růstové aktivity; Intenzivní růst, minimální zastoupení pupenů s růstovým potenciálem.

•

Zlepšený zdravotní stav; Intenzivní růst, vysoké zastoupení pupenů s růstovým potenciálem.

•

Stav snížené růstové aktivity; Minimální růst, ale vysoké zastoupení pupenů s růstovým potenciálem.

•

Zhoršený zdravotní stav; Minimální růst, minimální zastoupení pupenů s růstovým potenciálem.

•

Stabilizovaný zdravotní stav; Střední hodnoty růstu a zastoupení pupenů s růstovým potenciálem.

Výsledky vývojových směrů pupenů jsou v roce 2003 částečně ovlivněny kvetením. Obecně je v semenném roce značné množství asimilátů alokováno do procesů spojených s tvorbou a vývojem generativních orgánů – samčích a samičích šištic. Méně vytvořených asimilátů může být tudíž alokováno do procesů spojených s růstem. Dá se tedy v tomto roce očekávat snížená intenzita růstu. Ta by se podle našich studií měla opět zvýšit v následujícím roce, kdy by u zdravých stromů mělo dojít ke kompenzaci ztrát asimilačních orgánů v důsledku jejich snížené tvorby v předcházejícím semenném roce. Graf 5: Klasifikace jednotlivých skupin zdravotního stavu stromů na základě analýzy jednotlivých vývojových směrů pupenů. Znázorněny jsou průměry pro zkoumaná stanoviště z roku 2003.

7


Pupeny s růstovým potenciálem (%)

50

5

45

3

40

Zlepšený zdravotní stav

Snížená růstová aktivita

35 30

4

1

25

Stabilizovaný 2 zdravotní stav

20 15

Zhoršený zdravotní stav

10

Zvýšená růstová aktivita

5 0 0

1

2

3

4 5 6 7 8 9 10 Rostoucí : Abortované pupeny

11

12

13

Z výsledků analýzy vývojových směrů pupenů za rok 2003 je možné zkoumaná stanoviště rozdělit do těchto skupin (graf 5): A) Stanoviště se zvýšenou růstovou aktivitou: 2, 4 Vysokou intenzitu růstu a nízké rezervy asimilačních orgánů má průměrný strom na stanovišti 4, dříve velice silně poškozené oblasti centrálního Krušnohoří a 2, tj. oblasti západního Krušnohoří. Zejména u stanoviště 2 předpokládáme, že zvýšená růstová aktivita vznikla v důsledku převládajících degradačních procesů v minulých letech a překročení vnitřní tolerance stromu. Stromy začaly patrně velice intenzivně regenerovat. Pakliže nedojde k akutním stresovým událostem, očekáváme, že v blízké době dojde k rovnováze mezi degradačními a regeneračními procesy, růst se zpomalí a stromy budou investovat více asimilátů do jiných procesů než-li jsou ty spojené s regenerací (např. regenerace kořenového systému, jehož vývoj musel být vlivem dlouhodobého působení stresových faktorů také redukovaný. Zvýšená alokace asimilátů do kořenů se dá očekávat i z důvodu zvýšené limitace dostupných živin která je běžná na starších stanovištích a kritická pro oblast Krušnohoří (např. limitace hořčíkem, vápníkem apod.). Neobvykle vysoká růstová intenzita na stanovišti 4 vzhledem k ostatním stanovištím je patrně způsobena nízkou intenzitou kvetení na tomto stanovišti. B) Stanoviště se zlepšeným zdravotním stavem: 3 a 5 Průměrný stav stromů na stanovišti 5, dříve velice silně poškozené oblasti centrálního Krušnohoří, a na stanovišti 3 ze západního Krušnohoří je zlepšený, charakteristický intenzivním růstem, ale již vysokým zastoupením pupenů s růstovým potenciálem. Vzhledem ke stresové historii této oblasti předpokládáme, že na stanovišti 5 několik let probíhala zvýšená růstová aktivita a v současné době se ustálila rovnováha mezi regeneračními a degradačními procesy. Na stanovišti 3 koreluje velice dobře zlepšený zdravotní stav s vymizením barevných změn jehlic, které byly v minulých letech na tomto stanovišti velice četné.


C) Stanoviště se sníženou růstovou aktivitou: 1 Průměrný zdravotní stav stromů na stanovišti 1 ze západního Krušnohoří, které ovšem nebylo postiženo v roce 1999 ani později masivním žloutnutím, je charakteristický málo intenzivním růstem, ale vysokým zastoupením rezerv pro náhradu asimilačních orgánů. Zdravotní stav stanoviště je dobrý, degradační procesy minimální, proto i málo intenzivní růst dokáže vyprodukovat takové množství asimilátů, které postačuje pro zásobování všech procesů a udržení životaschopnosti pletiv stromu.

8

9


2) Výsledky biochemické analýzy jehlic odebraných v Krušných horách v roce 2002 pro Lesy České Republiky Vypracovaly: Lhotáková, Albrechtová

MATERIÁL A METODY Vzorky jehlic pro biochemické analýzy byly odebrány mezi 21. – 30. říjnem 2002 na pěti dlouhodobě sledovaných stanovištích v západních a středních Krušných horách (Tab. 1). Byl stanoven obsah fotosyntetických pigmentů (chlorofylu a, chlorofylu b a celkových karotenoidů) a obsah rozpustných fenolických látek vždy pro 3 nejmladší ročníky jehlic z pěti reprezentativních stromů na každém stanovišti. U stanoviště 39 a 40 byl obsah fotosyntetických pigmentů zjišťován u 6 nejmladších ročníků jehlic. Tab. 1 – Popis stanovišť v Krušných horách, jejich lokalita, nadmořská výška, přesná poloha zjištěná pomocí přístroje GPS a označení stromů na jednotlivých stanovištích.

Označení stanoviště Lokalita Nadmořská výška (m n.m.) Poloha

1

2

3

4

5

Přebuz

Přebuz

Přebuz

Přísečnice

Kovářská

923,6

926,51

936,52

790,39

771,28

50°21´50´´S, 50°21´34´´S, 50°21´29´´S, 50°29´53´´S, 50°28´09´´S, 12°34´48´´V 12°38´16´´V 12°38´19´´V 13°07´20´´V 13°03´54´´V

Obsah fenolických látek Celkové množství fenolických látek bylo stanoveno spektrofotometricky pomocí reakce činidla Folin-Ciocalteau (Singleton, Rossi 1965). Vzorky byly měřeny na spektrofotometru Unicam Helios α při 750 nm. Při výpočtu koncentrace fenolických látek se vycházelo z rovnice lineární regresní přímky (y = 1,023x + 0,1099; R2 = 0,9603), vypočtené z kalibrační křivky kyseliny gallové, která byla použita jako standard. Koncentrace fenolických látek byla vyjádřena v mg fenolických látek na g čerstvé hmotnosti vzorku (dále jen mg/ g čh).

Detekce fotosyntetických pigmentů Koncentrace chlorofylu a a b a celkového množství karotenoidů byly zjišťovány spektrofotometricky extrakcí v dimethylamidu kyseliny mravenčí (DMF; Porra et al. 1989, Wellburn 1994). Hodnoty absorbance byly změnřeny spektrofotometrem Unicam Helios α. při vlnových délkách 480, 647, 664 a 750 nm. Výpočet koncentrace fotosyntetických pigmentů byl prováděn podle rovnic Lichtenthalera (Box 1; 1987) a odebrané paralelní vzorky sloužily ke stanovení suché hmotnosti, podíl suché a čerstvé hmotnosti byl součástí výpočtů koncentrace fotosyntetických pigmentů. Box 1 - Rovnice výpočtu koncentrace chlorofylů dle Lichtenthalera (1987). Cha = chlorofyl a; Chb = chlorofyl b; c(x + c) = celková koncentrace karotenoidů a xantofylů. Cha = 11,65 * A664 – 2,69 * A647 (µg/ml) Chb = 20,81 * A647 – 4,53 * A664 (µg/ml) c(x + c) = (1000 * A480 – 0,89 Ca – 52,02 * Cb) / 245 (µg/ml)

10


Statistické zpracování dat Data byla vyhodnocena pomocí statistického programu NCSS 6.0., hladina významnosti všech testů byla α = 0,05. Hodnoty získané z biochemických analýz byly hodnoceny pomocí jednorozměrné analýzy rozptylu. V případě normálního rozdělení dat a shody rozptylů byl použit regulérní test analýzy rozptylu a jako mnohonásobný srovnávací test Tukey-Kramer test. V opačném případě byl použit Kruskal-Wallis Z test. Pro zjištění vlivu více faktorů byla použita analýza variance.

VÝSLEDKY: FOTOSYNTETICKÉ PIGMENTY Rok 2002 Průměrný obsah fotosyntetických pigmentů je uveden v grafu 6. Obsah chlorofylu a byl podobný u všech sledovaných stanovišť, nebyly nalezeny žádné statisticky významné rozdíly. Průkazný rozdíl v obsahu chlorofylu b byl shledán mezi stanovištěm 2(40) ze západního Krušnohoří a stanovištěm 5(39) ze středního Krušnohoří, kdy více chlorofylu bylo na stanovišti 2. Stejná situace platí i pro obsah celkového chlorofylu (a+b). co se týče vyššího obsahu chlorofylu v jehlicích na stanovišti 2, je možné, že nárůst je maskován chlorofylem extrahovaným z epifytických řas hojně se vyskytujících na povrchu jehlic. Starší jehlice měly silnější porost řasami. Rozdíly v obsahu celkových karotenoidů u jednotlivých stanovišť nebyly zaznamenány statisticky významné. Graf 6: Průměrné obsahy fotosyntetických pigmentů (udávané v mg na g suché hmotnosti jehlic) pro jednotlivá stanoviště. Vertikální úsečky označují směrodatné odchylky, sloupce se shodnými písmeny nejsou statisticky průkazně odlišné; analýza rozptylu jednoduchého třídění, α = 0,05.

pigment (mg/g sh)

Průměrný obsah fotosyntetických pigmentů 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0

a ab

ab ab

b a a

a a a

1 (21)

2 (40)

3 (41) ab a ab ab b

chlorofyl a+b

chlorofyl a

chlorofyl b

4 (35) a a a a a

celkové karotenoidy

5 (39)

11


Je všeobecně známo, že obsah výše zmiňovaných fotosyntetických pigmentů je u smrku ztepilého závislý na věku jehlic, a to tak, že obsah pigmentu se stářím zvyšuje. Na stanovištích 1(21), 3(41), 4(35) a 5(39) byl tento jev pozorován u všech pigmentů, výsledky byly statisticky průkazné (graf 2). Na stanovištích 2(40) nebyl rozdíl obsahu chlorofylů mezi jednotlivými ročníky jehlic statisticky významný, bylo však možno pozorovat trend k této závislosti. Graf 2 a, b: Průměrné obsahy fotosyntetických pigmentů (udávané v mg na g suché hmotnosti jehlic) pro jednotlivé ročníky jehlic na sledovaných stanovištích. Vertikální úsečky označují směrodatné odchylky, sloupce se shodnými písmeny nejsou statisticky průkazně odlišné; analýza rozptylu jednoduchého třídění, α = 0,05.

chlorofyl a+b (mg/g sh)

Chlorofyl a+b 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0

b

ab

a

a b ab

a a

a a

a

b

ab

a

b

1. ročník

2. ročník

3. ročník

1 (21)

2 (40)

3 (41)

4 (35)

5 (39)

katotenoidy (x+c) (mg/g sh)

Celkové karotenoidy 0,7

a

0,6 0,5 0,4

ab

a

b

ab

b

a

a

a

b ab

ab

b

ab

1. ročník

b

0,3

2. ročník

3. ročník

0,2 0,1 0,0 1 (21)

2 (40)

3 (41)

4 (35)

5 (39)

12


Pro detailnější porovnání obsahu fotosyntetických pigmentů byla vybrána dvě statisticky průkazně odlišná stanoviště, a to 2(40) ze západního Krušnohoří a stanoviště 5(39) ze středního Krušnohoří (graf 7). U obou stanovišť byl obsah fotosyntetických pigmentů stanoven pro 6 ročníků jehlic. Průměrné obsahy chlorofylů byly průkazně vyšší u stanoviště 2(40) u Přebuzi. Nebyly zde však pozorovány statisticky signifikantní rozdíly v obsahu chlorofylů mezi jednotlivými věkovými třídami jehlic (graf 8). Přesto obsah všech pigmentů ve 4. ročníku jehlic je patrně nižší (viz šipka v grafu 8a, b). Tyto jehlice vyrašily v roce 1999, kdy byla oblast Přebuzi postižena stresovou událostí, která měla za následek masivní žloutnutí jehlic. Je pravděpodobné, že nepříznivé podmínky působící v raném stadiu vývoje jehlic měly za následek nižší obsah chlorofylu i v jejich úplné zralosti. Rozdíl v závislosti na ročníku jehlic byl prokázán v obsahu celkových karotenoidů a to pouze mezi dvěma nejmladšími a dvěma nejstaršími ročníky jehlic. Ačkoliv pro stanoviště 5(39) byly naměřeny nižší průměrné obsahy pigmentů, stále dosahují fyziologických hodnot. I přes dřívější závažnou imisní zátěž centrálního Krušnohoří lze podle absence výkyvů v obsahu pigmentů usuzovat na regeneraci stromů v této oblasti. Graf 7: Průměrný obsah fotosyntetických pigmentů (udávané v mg na g suché hmotnosti jehlic) v jehlicích 6 ročníků na dvou vybraných stanovištích. Vertikální úsečky označují směrodatné odchylky, sloupce se shodnými písmeny nejsou statisticky průkazně odlišné; analýza rozptylu jednoduchého třídění, α = 0,05.

pigment (mg/g sh)

Obsah fotosyntetických pigmentů a

4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0

b a

b Přebuz (2) Kovářská (5)

a b

Chlorofyl a+b

Chlorofyl a

a a

Chlorofyl b

Karotenoidy

Graf 8 a, b: Obsah chlorofylu (a+b) a celkových karotenoidů (udávané v mg na g suché hmotnosti jehlic) u 6 ročníků jehlic na dvou vybraných stanovištích. Šipka ukazuje snížený obsah pigmentů v jehlicích vyrostlých v roce 1999. Vertikální úsečky označují směrodatné odchylky, sloupce se shodnými písmeny nejsou statisticky průkazně odlišné; analýza rozptylu jednoduchého třídění, α = 0,05.

Celkové karotenoidy

5,0 4,0

a

a

a aa a

3,0

ab

a a a

a

b

2,0

1. ročník 2. ročník 3. ročník 4. ročník

1,0

5. ročník

0,0

6. ročník

Přebuz (2)

Kovářská (5)

karotenoidy (x+c) (mg/g sh)

chlorofyl (a+b) (mg/g sh)

Chlorofyl (a+b)

abab a a

0,7 0,5

ac

b

0,6

ac

a

a

bc

b b

0,4

1. ročník 2. ročník 3. ročník

0,3

4. ročník

0,2

5. ročník

0,1

6. ročník

0,0 Přebuz (2)

Kovářská (5)

13


Porovnání dat z let 2001 a 2002 Při porovnání průměrných obsahů fotosyntetických pigmentů v letech 2001 a 2002 nebyly u stanovišť 2(40), 3(41) a 5(39) nalezeny průkazné rozdíly v obsahu všech sledovaných pigmentů (graf 9). U stanovišť 1(21) a 4(35) došlo v roce 2002 ke snížení obsahu chlorofylu a, chlorofylu b i celkového obsahu chlorofylu oproti roku 2001. Přesto však hodnoty zůstávají vysoké natolik, že vypovídají o dobrém zdravotním stavu. Obsah celkových karotenoidů se ani u těchto stanovišť mezi oběma lety výrazně nelišil. Graf 9 a, b: Srovnání obsahu chlorofylu (a+b) a celkových karotenoidů (udávané v mg na g suché hmotnosti jehlic) na studovaných stanovištích v letech 2001 a 2002. Vertikální úsečky označují směrodatné odchylky, sloupce se shodnými písmeny nejsou statisticky průkazně odlišné; analýza rozptylu jednoduchého třídění, α = 0,05.

chlorofyl (a+b) (mg/g sh)

Chlorofyl a + b 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0

a

a

a

a a

b

b

a

a a

2001

2002

1 (21)

2 (40)

3 (41)

4 (35)

5 (39)

karotenoidy (x+c) (mg/g sh)

Celkové karotenoidy 0,7 0,6 0,5

a

a

a

a a

a

a a

a

a

0,4

2001

0,3

2002

0,2 0,1 0,0 1 (21)

2 (40)

3 (41)

4 (35)

5 (39)

14


VÝSLEDKY: FENOLICKÉ LÁTKY Rok 2002 Obsah fenolických látek v jehlicích se průkazně lišil mezi jednotlivými stanovišti (graf 10a). Průměrný obsah fenolických látek v jehlicích stromů z centrálního Krušnohoří byl vyšší než průměrný obsah fenolických látek v jehlicích stromů ze západního Krušnohoří (graf 10b). Změny v hromadění fenolických látek, obvykle zvýšení obsahu, je považováno za nespecifickou reakci na stresové faktory. Tento stav je pravděpodobně důsledkem dřívějšího vysokého vysokého imisního zatížení středního Krušnohoří. Může i předznamenávat změnu, která se na makroskopické úrovni projeví až déle, třeba v příštím roce. Graf 10 a, b: Obsah fenolických látek (uveden v mg na g čerstvé hmotnosti jehlic) na jednotlivých stanovištích, průměrný obsah fenolických látek na lokalitách západní a střední Krušnohoří. Vertikální úsečky označují směrodatné odchylky, sloupce se shodnými písmeny nejsou statisticky průkazně odlišné; analýza rozptylu jednoduchého třídění, α = 0,05.

150

ab

bd

ab

cd

100 50

a

fenolické látky (mg / g čh)

200

Průměrný obsah fenolických látek pro lokality

1 (21) 2 (40) 3 (41) 4 (35) 5 (39)

0

200

a

b

150

Západní KH

100

Střední KH

50 0

Na stanovištích 1(21), 2(40) a 5(39) byla pozorována obvyklá závislost mezi obsahem fenolických látek a stářích jehlic (graf 11). Nejmladší ročníky jehlic obsahovaly méně fenolických látek než jehlice starší. Na stanovištích 3(41) a 4(35) nebyly rozdíly statisticky průkazné, ale i zde bylo možno pozorovat trend akumulace fenolických látek u starších jehlic. Toto zvýšení obsahu se stářím jehlic ukazuje na delší vystavení starších jehlic stresovým faktorům a tedy vyššímu hromadění fenolických látek. Graf 11: Obsah fenolických látek (uveden v mg na g čerstvé hmotnosti jehlic) pro jednotlivé ročníky jehlic na sledovaných stanovištích. Vertikální úsečky označují směrodatné odchylky, sloupce se shodnými písmeny nejsou statisticky průkazně odlišné; analýza rozptylu jednoduchého třídění, α = 0,05.

Fenolické látky 250 fenolické látky (mg/g čh)

fenolické látky (mg/g čh)

Fenolické látky prům ěr pro stanoviště

150

a

a

200

a b a a

b

aa

a

a a

a ab b

1. ročník 2. ročník

100

3. ročník

50 0 1 (21)

2 (40)

3 (41)

4 (35)

5 (39)


3) Shrnující porovnání výsledků biochemických analýz jehlic z Krušných hor odebraných v letech 1998 až 2000. Vypracovaly: Stejskalová, Albrechtová Více detailů v diplomové práce Stejskalové (2003) – viz příloha. •

Nejvyšší množství fenolických látek obsahovaly jehlice odebrané v roce 1999.

•

Věková závislost ovlivňovala akumulaci fenolických látek v jehlicích v daleko větší míře než vzrůstající stupeň poškození stanovišť.

•

S rostoucím poškozením stromů, se stával vliv stupně poškození na akumulaci fenolických látek v jehlicích z Krušných hor zřetelnější.

•

Nejvyšší množství ligninu obsahovaly jehlice odebrané v roce 1999.

•

Množství ligninu v jehlicích se neměnilos rostoucím stupněm poškození. K statisticky průkaznému snížení množství ligninu v jehlicích vlivem rostoucího poškození stromů došlo pouze v roce 1998.

•

Koncentrace fotosyntetických pigmentů v jehlicích nebyla průkazně odlišná v jednotlivých letech odběrů.

•

Ve všech třech studovaných letech byl nejlepší zdravotní stav zjištěn u jehlic ze stanoviště 1, stanoviště z centrálního Krušnohoří obsahovaly nízké koncentrace fotosyntetických pigmentů. Na stanovištích 2 a 3 ze západního Krušnohoří byly v roce 2000 jehlice výrazně porostlé řasami, což mohlo množství chlorofylu v jehlicích poněkud zkreslit.

Použitá Literatura Albrechtová J. 1997. Vývoj a růst vegetativních pupenů smrku ztepilého Picea abies (L.) Karst.: vliv kyselého deště. Doktorandská práce, Univerzita Karlova v Praze. Cudlin P, Novotny R, Moravec I, Chmelikova E. 2001. Retrospective evaluation of the response of montane forest ecosystems to multiple stress. Ekologia-Bratislava 20: 108-124. Lichtenthaler H.K. 1987. Chlorophylls and carotenoids: Pigments of photosynthetic biomembranes. Methods in Enzymology, vol. 148, p. 350 – 382. Porra R.J., Thompson W.A., Kriedemann P.E. 1989. Determination of accurate extinction coefficients and simultaneous equations for assaying chlorophylls a and b extracted with four different solvents: verification of the concentration of chlorophyll standarts by atomic absorption spectroscopy. Biochemica et Biophysica Acta, vol. 975, p. 384 – 394. Simmleit N, Herrmann R, Wild A, Forschner W, Gartner E, Eichhorn J, Schulten HR. 1991. Selection of biological and chemical-parameters indicating or affecting the vitality of Norway spruce. Science of the Total Environment 106: 195-219. Singleton V.L., Rossi J.A. 1965. Colorimetry of total phenolics and phosphomolybdicphosphotungstic acid reagents. American Journal of Enology and Viticulture, vol. 16, p.144 – 158. Wellburn A.R. 1994. The spectral determination of chlorophylls a and b, as well as total carotenoids, using various solvents with spectrophotometers of different resolution. Journal of Plant Physiology, vol. 44, p. 307 – 313.

15

Výzkumná zpráva pro Lesy České republiky

Recommend Documents