Zbornik gozdarstva in lesarstva, 58, 1999, s. 47 - 83 GDK 176.1 {Quercus roburL.) : 161: (497.12 Murska šuma) (143 2) Prispelo/ Received. 15. 02. 1999 ,,vimi znanstveni ilanelc Sprejeto/Accepted: 16. 04. 1999 Original scientific paper nekateri ekofiziološki kazalci stresa pri dobu {Quercus robur l.) v severovzhodni sloveniji Matjaž ČATER', Franc BATIČ" Izvleček Opazno sušenje in fiziološko pešanje doba (Quercus robur L.) je posebno izrazito v Prekmurju v zadnjem desetletju zaradi sušnega podnebja, neugodne razporeditve padavin in močnih hidromelioracijskih ukrepov. Prispevek obravnava povezavo med vodnim stresom in kazalci vodnih razmer (višina podtalnice, padavine, vodostaji rek Mure in Ledave) ter drugimi kazalci stresa (vodni potencial, električna prevodnost kambijeve cone, osutost krošnje) v gozdnem kompleksu Murska šuma na skrajnem vzhodu Slovenije, kjer sta bili izbrani dve ploskvi z različno poškodovanostjo dobovih dreves. Tam smo mesečno določali vodni potencial, električno prevodnost kambijeve cone in osutost krošnje. Meritve so pokazale zvezo med vodnim potencialom' in gladino podtalnice, ki je bila na ploskvi z bolj prizadetimi dobovimi drevesi večja, kot na ploskvi z manjšo prizadetostjo. Vzporedno s terenskimi opazovanji je potekal lončni poskus v kontroliranih pogojih na petletnih dobovih sadikah, opravljen v avgustu. Točka začetnega zapiranja listnih rež je bila v intervalu med -0,5 in -0,7 MPa, nepovratno zapiranje pa je povzročil vodni potencial pod (bolj negativen) -1,62 MPa. Ključne besede; dob {Quercus robur L.), propadanje, rastišče, vodni režim, ksilemski vodni potencial,električna upornost, kambij SOME ECOPHYSIOLOGICAL STRESS INDICATORS OF PEDUNCULATE OAK (Quercus robur L.) IN THE NORTH EASTEREN OF SLOVENIA Abstract In the last decade in Prekmurje, there has been a noticeable decline and physiologically weakening of the pedunculate oak (Quercus robur L.) because of dry climate, unfavourable precipitation patterns and human influence through changes in watercourses and the water table. The paper addresses the relationship between water stress of the common oak and indicators of water status in the Murska šuma forest complex (groundwater table, precipitation, water level of the rivers Mura and Ledava) using plant stress indicators such as water potential, electrical resistance of the cambial zone and crown defoliation. Ttwo permanent plots with varying levels in decline in pedunculate oak trees were chosen Water potential, electrical resistance of cambial zone and defoliation were measured once a month. The measurements showed a relationship of considerable importance bet^^'een the water potential and groundwater table, which was stronger on plot that showed more intensive decline. At the same time a pot experiment was carried out with five year common oak seedlings to define water potential at wilting and permanent stomatal closure point. The wilting point was reached at values between -0,5 and -0,7 MPa and permanent stomatal closure was reached below-1,62 MPa. Key words: pedunculate oak (Quercus robur L), oak decline, site, groundwater table, xylem water potential, electrical resistance, cambi [mag., Gozdarski Inštitut Slovenije, Večna pot 2, 1000 Ljubljana, SVN prof., dr., Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, Jamnikarjeva 101 1000 Ljubljana, SVN Zbornik gozdarstva in lesarstva, 58 VSEBINA CONTENTS 1 UVOD IN PREDSTAVITEV PROBLEMA INTRODUCTION AND PROBLEM PRESENTATION.................49 2 RAZISKOVALNI OBJEKTI RESEARCH OBJECTS..................................................................... 3 DELOVNE METODE WORKING METHODS.................................................................... 4 REZULTATI ANALIZ 62 ANALYSIS RESULTS...................................................................... 5 RAZPRAVA Z ZAKLJUČKI DISCUSSION WITH CONCLUSIONS.............................................^^ .........77 6 POVZETEK........................................................................... ...........78 7 SUMMARY......................................................................... 8 VIRI ..........79 REFERENCES...................................................................... 49 Čater M., Batič, F.: Nekateri ekofiziološki kazalci... 1 UVOD IN PREDSTAVITEV PROBLEMA INTRODUCTION AND PROBLEM PRESENTATION Množično sušenje številnih vrst hrastov se v zadnjem stoletju periodično ali občasno pojavlja v evropskih državah, ZDA in Srednji Aziji vse do danes. Propadanje poskuša razložiti veliko hipotez - pogoste so razlage o hkratnem delovanju več dejavnikov, kjer se kot primarni upoštevajo abiotski (klimatski ekstremi, zračni polutanti) in antropogeni dejavniki (spremembe rastiščnih razmer zaradi drugačnega vodnega režima, gojitvene napake), kot sekundami pa nastopajo biotski dejavniki (glive, žuželke, mikoplazme m virusi). V iskanju vzrokov avtorji žal pogosto ne dajejo posebne veljave zgodovini, gospodarjenju in spremembam gojitvenih ukrepov v prizadetih sestojih. Če je bilo mogoče za vzrok propadanja gozdov v 70-tih in 80-tih letih navajati onesnaženo ozračje (ŠOLAR 1977), si raziskovalci za 'novodobno' propadanje niso enotni o primarnih vzrokih. Simptomi so podobni, kot pri propadanju zaradi zračnih polutantov in njihova geografska razprostranjenost je izredno široka. Hkrati oboleva več vrst, bolezenski znaki se pojavijo v zelo kratkem obdobju (KREUTZER 1992). Pri hrastu opažamo predvsem (KREUTZER 1992); - redčenje krošnje zaradi floemske nekroze na deblu, vejah in zgornjem delu debla, - klorozo listov na rastiščih z neuravnovešeno preskrbo hranil in venenje listov zaradi traheomikoze. Krošnja spremeni barvo v svetlozeleno ali rumenozeleno, listje postopno porjavi in končno odmre. Krošnja se redči, listje je le še na koncih vej in poganjkov. Značilne mrtve poganjke spremlja močna rast sekundarnih / epikormskih poganjkov. Omenjenim zunanjim znakom sledi nenadno ali postopno odmiranje krošnje. Proces se konča v eni sezoni ali pa traja več let. Pod sekundarno skorjo, ki odstopi, se razpredejo rizomorfi gliv iz rodu mraznic {Armillaria). Nekatera propadajoča drevesa si lahko opomorejo, pri tem razvijejo sekundarne poganjke po vejah in deblu. Najstarejša poročila o propadanju hrastov prihajajo s Hrvaške (Slavonija) v letu 1878 (PRPIČ 1996), iz dežel nekdanje Rusije v letu 1892 (PETRESCU 1974) in Francije v letu 1895 (DELATOUR 1983). V Evropi, Srednji Aziji in ZDA seje vse od začetka stoletja 50 Jhornik Pozdarstva in lesarstva, pojavljalo propadanje periodieno ali ob.asno. V Avstdj. .n Ital,. se je um. n^ ras. polavüo pred okrog deseümi leU (OEPP Bul. 1990). Menzxvr.o suserrje v letu 1992 Sloveniji kaže. da se je množično odmiranje hrastov pojavilo tudi pn nas. Rösel m Reuther (1995) navajata v poročilu za podonavske dežele kompleksne vzroke ^ bolezensko stan.e tastov m pr.p.su.eta su., ™ „m ter neugodm letnr razporeditvi padavin v zadnjih petnajstih letih. Blizu vehkih kmetijskih zemljišč (Avstrija, Bavarska) obstaja zaradi intenzivnega gnojenja tudi nevarnost prekomernega vnosa dušika v hrastove gozdove. Suša m slaba preskrbljenost z vodo manjšata odpornost hrastov; ustvarita pogoje za aTvo traheomLznih gliv, predvsem iz rodu Blaschke pošk dbe krošnje pn dobu s poškodbami tankih korenm zaradi napada gliv^ Zmanjša s 'lorizna aktivnost, okmjem sta prevajanje vode . oskrba s hranili, drevo pričn fiziološko pešati. Visoke temperature ponavadi sovpadajo s sušo ter pospesijo razvoj ubn Jv m lesarjev, ki omenjene glive prenašajo. Domnev.o da je k. s— dejavnik pn propadanju hrastov rod gUv koreninah hirajočih hrastov m tudi drugih drevesnih vrst (KJNG BLASCHKE 1995)^ Avtorja pripisujeta spremembe populacijske strukture teh gliv spremenjenim v podnebnim razmeram in povečanemu vnosu dušikovih spojin v gozdove. propadanje hrastov v severni Nemčiji (HARTMANN / BLANK / LEWARK 1989) se od I s pojavlja v vseh starostnih m socialnüi razredih. Mraz v letih 1984 - 87 m susa 76 - 83 kot rimama vzroka ter parazitske glive (C.,....« .. Pe^cula c.nnamo.ea (DC. E. Pers.) Sacc.) m predvsem korenine; sledi slabljenje m umiranje dreves (NAVEKE / ^EYER W Heukamp (1989) se sprašuje, ali bodo poškodovana drevesa v bodoče sploh se sposobna reagirati in se prilagajati vedno večjim spremembam okolja. Schutt (1987) označuje pešanje hrastov v južni Nemčiji kot novo, neznano in nalezljivo bolezen, ki se začne z izrazitejšim odpadanjem listov. S problemom propadanja doba (ß. L.) m gradna (ß. (Matt.) Lie^ se na Poljskem ukvarjala Siwecki in Ufnalski (1995). Vzroke za pesanje pripisujeta 51 Cater M., Batič, F.: Nekateri ekofiziološki kazalci... sinergističnemu delovanju abiotskih in biotskih dejavnikov. Na slabšanje vitalnosti naj bi ključno vplivalo nekajletno sušno stanje, predvsem še primanjkljaj vode v začetku rastnega obdobja od maja do junija. Pryzbylova (1989) ugotavlja, da je stopnja poškodovanosti krošnje odvisna od letnih suš, ekstremnh zim in napadov gliv, predvsem iz rodu Ophiostoma. Odločilni leti 1981 in 1982 sta najbolj prizadeli dominantna drevesa. Opazovanje stanja na Madžarskem (VARGA 1987) v zadnjih sto letih nakazuje slabšanje m napredovanje propadanja, Führer (1992) pa omenja, da med klimatsko neugodnimi (sušnimi) leti in izbruhom propadanja hrastov ni povezave. Rykowksi (1995) opozarja, daje z vidika patogeneze ob gojitvenih napakah, klimatskih stresih in industrijskem onesnaževanju nemogoče izločiti vpliv posameznih dejavnikov. Kombinacije interakcij povzročijo, da postanejo bolezenski simptomi zaradi novonastalih oblik etiološko nejasni. Spremembe niso več le na ravni celice, tkiva, organizma ali populacije, temveč se pojavijo na ravni ekosistema kot celote. O propadanju dreves iz rodu hrastov {Quercus sp.) v zadnjih 20 letih poročajo iz Srednje in Severne Amerike, severne Afrike in Azije. Razen klimatskih stresnih dejavnikov in številnih parazitov, kijih literatura našteva kot začetne ali kasneje sodelujoče dejavnike, se posamezni ključni dejavniki, ki sicer izstopajo v kombinaciji z ostalimi, med sabo zelo razlikujejo (DONAUBAUER 1995). Redni popisi propadanja gozdov v Sloveniji v obdobju 1987 - 1989 - 1990 sicer mso nakazali znakov propadanja (ŠOLAR 1991), vendar je trend v naslednjem letu presegel stopnjo propadanja prejšnjih v teh letih. V letu 1992 so podatki s terena in prva ugotavljanja simptomov pokazala, da propadanje hrastov v Sloveniji narašča, kar potrjujejo podatki popisa propadanja gozdov iz let 1985 - 1995 (BOGATAJ 1997) in podatki osutosti hrastov na stalnih vzorčnih ploskvah (ČATER 1997). Zbornik gozdarstva in lesarstva, 58 Slika 1: Območje doba v Sloveniji Figure 1: Areas of pedunculate oak in Slovenia V letu 1997 zaključeni temeljni raziskovalni projekt o propadanju hrasta v Sloveniji (SMOLEJ / HAGER 1995, BATIČ 1997) je obravnaval problematiko s proučevanjern devetih trajnih raziskovalnih ploskev. Primerjava hidroloških razmer je odkxila upad ravm podtalnice na ploskvi Hraščica v vzhodni Sloveniji kar za 1,5 cm letno (obdobje 1953 - 1992), v zadnjih dveh desetletjih (1972 - 1992) pa 2,55 cm letno. To pomem, da je znašal upad zadnjih 20 let kar 50 cm. Povsem drugačno je bilo stanje na drugi mzinski ploskvi v Krakovskem gozdu, Preskrbljenost z vodo je bila zadostna, raven podtalnice v raziskovalnem obdobju ni spremenila. Kljub ugodnim vodnim razmeram se osutost krošnje m prisotnost sekundarnih / ep kormskih poganjkov nista izboljšala. Intenzivnejša osutost doba v vzhodni Slovenci 39 0/0 je morda povezana z upadom podtalnice; v Krakovskem gozdu je bilo stanje slabse (28 % osutost), vendar bistveno boljše kot v Hraščici. Vzrokov propadanja seveda ne smemo pripisovati le vodnemu stresu, ki je morda najočitnejši m ključni dejavnik (LEVANIČ 1993), temveč tudi obremenjenosti zaradi pritiskov okolja, ki so jim hrastovi gozdovi v vzhodni Sloveniji posebno izpostavljem. 53 Cater M., Batič, F.: Nekateri ekofiziološki kazalci... Glede na evropski prostor ima proučevanje propadanja iirastov v Sloveniji pomembno prednost, saj seje pri nas pričelo in lahko procese zasledujemo od vsega začetka. Drugod so s tovrstnimi raziskavami začeli šele pri napredujočih stopnjah propadanja. Raziskava je zanimiva tudi kot primerjava z ostalimi, v tujmi potekajočimi raziskavami, npr. na Hrvaškem, Madžarskem, v Avstriji in ostalih podonavskih deželah. Slabšanje stanja v zadnjih letih žal napreduje tako hitro, da se gozdarji Prekmurja upravičeno sprašujejo o perspektivnosti gospodarjenja s hrastom. 1.1 CILJI RAZISKAVE RESEARCH OBJECTIVES Izrazito sušenje in fiziološko pešanje Iirastov, ki je v Sloveniji opazno v zadnjem desetletju, je najverjetneje povezano s spremembami v ravni podtalnice in vodnega režima. Verjetni scenarij je naslednji: spremenjena raven podtalnice vpliva na bolj negativen vodni potencial drevesa. Ta prizadene manjše korenine, ki začno propadati; razmerje med površino krošnje in deležem korenin je porušeno, delež listja je prevelik. Prva posledica je sušenje listov, zmanjša se fotosintetska aktivnost, nastane manj asimilatov, od katerih so odvisne predvsem tanke korenine in ektomikorizni partnerji. Drevo, ki še lahko reagira, se odzove na stres s povečanjem koreninskega sistema. Na spremembo se težje prilagodijo starejša drevesa, mlajše drevje pa včasih še nima dovolj globokih korenin, zato ne doseže globine z zadostno količino vode, kije zaradi podnebja s suhimi poletji in hladnimi zimami vse pogostejši dejavnik minimuma. Težave zaostri prisotnost kmetijskih zemljišč in z njimi povezana zasičenost z dušikom. Te razmere ne omogočajo zadostne sinteze ogljikovih spojin v fotosintezi, ki so potrebne za asimilacijo povečanega sprejema dušikovih spojin. Posledice so motnje v asimilaciji in ■azporeditvi asimilatov po rastlini in porušeno razmerje v mikorizni simbiozi. r Cilj raziskave je bil: - opredeliti povezavo med nihanjem podtalnice in ksilemskim vodnim potencialom (T) v vejicah kot kazalcem vodnega stresa pri dobu na dveh raziskovahiih ploskvah z različno ravnijo podtalnice; Zbo^ gozdarstva irilesarstva^^ opredeliti zvezo med vodnim potencialom, elektriöno upornostjo kamb.jeve cone m osutostjo kiošenj na istih drevesih; v k„n,ol„a„ih pogojih . dobovimi sadikam, opred.h.i kazalce sttesa (vodn, ' o^irLsin'Jska akiivno. .„ s—a P— v pogo.h » doloeluv .oek. začetnega zapiranja in popolne zapnos.i listmh rez. 2 raziskovalni objekti RESEARCH OBJECTS Obiek, na katerem smo preizknsili veljavnost hipotez, leä v severovzhodnem delu 2em|. P e ed stan,, na tra.mh raz.skovaln.h ploskvah doba (Polom v Suh, ^tn » gozd pri Ko tanjeviet, Dobrava pri Bretieah, Ctgonca pn Slovens'. B.str,. Hrald OanCanDje „amre. oznaCil ko. kritiCno predvsem stanje . vzhodnem delu Itm;, v Pre J.;, k. predstav«, opt,malo rasti.eno obmo«e za to drevesno vrsto. Rasti... doba so sicer poplavna, vendar je vodni re.im zaradi poljedelstva, gozdarstva in gospodarjenja z vodmmi vin (LEVANIC 1993), 2 1 GOZDNI KOMPLEKS MURSKA ŠUMA MURSKA ŠUMA FOREST COMPLEX Murska Sobota) Zavoda za gozdove Slovenije m mer, 474,12 ha. Neko., p P " dl J te! reg„lir.n. in obkro.. gozdni kompleks s severov^od. z juga pa go^ Lejuj. Mura, V depresijah se ob vi«ih vodostajth .e zadriuj. voda, vendar so zarad, regulacij vodotokov ta obdobja vedno redkejša. z. poskus smo s pomočjo gozdarjev dom.Cinov ,zb,ah dve P^vi;«;;-- f v oddelku 8, kjer so bili uCinki suäenja doba izr.znejs,, ,n v oddelku II b z m J 55 ČaterM., Batič, F.: Nekateri ekofiziološki kazalci... izrazitim upadom vitalnosti. Obe ploskvi sta bili brez dnik ali depresij. Znotraj vsake ploskve smo naključno izbrali in označili po deset dobovih dreves v vladajočem socialnem položaju in kjer je bil upad vitalnosti največji. Preglednica 1: Osnovni podatki o ploskvah Table 1: General plot information PLOSKEV 1 PLOT 1 PLOSKEV 2 PLOT 2 ODD / odsek Divi'tinn / section 8 lib Površina Arßd 36,57 ha 15,11 ha Nadmorska višina AUiUidp (ASL) 156,67 m 153,76 m /illllUllC Izbrano Št. dreves Numhpr of trees 10 10 Poprečni premer (iinmeter 45,6 +/- 3,8 cm 44,5 +/- 4,8 cm /i vHi UX*^ um/rtc-ic-' Tla Soil globoka obreCna evtrična tla Hp.ep e.utric tluvisols mineralni hipoglej m globoka obrežna tla minp.rnl hvpofrlevs and deep fluvisols Združba Association Q.robori-Carpinelum M. WRABER 1969 2.2 LONČNI POSKUS POT EXPERIMENT Za opazovanje odnosov med vodnim potencialom, fotosintetsko aktivnostjo in stomatamo prevodnostjo smo se odločili za lončni poskus, ki smo ga izvedli v rastlinjaku Gozdarskega inštituta Slovenije v kontroliranih pogojih, saj zaradi časovne omejitve dela in nepredvidljivosti naravnih procesov v letu 1997 ni bilo mogoče napovedati suše. Za izvedbo poskusa smo naključno izbrali 45 petletnih sadik doba, jih razporedili v tri skupine in v kontroliranih pogojih v rastlinjaku izpostavili različnemu režimu zalivanja. Sadike prve skupine smo zalivali dvakrat, druge skupine enkrat tedensko (vsakič 0,75 1), tretje skupine nismo zahvali. Namen poskusa je bil določiti točki začetnega in končnega, nepovratnega zapiranja listnih rež glede na sušo v tleh. Zbornik gozdarstva in lesarstva, 58 začetno, izhod.ščno stanje vseh treh skupin je bilo enalco; posneh smo ga 13, 1997. nato pa S.0 omenjen, re.im zastavüi. Stanje vodnega potenciala, merjenega pred zoro, vlažnost tal in kazalce fotosrntetske aktxvnost. smo preverjali v razm.k.h po deset dnr. Dobove sadike smo v začetku leta presadili v lonce s premerom 25 cm in globino 30 cm. Uporabili smo homogemzirana tla s ploskev v Murski šumi. 3 DELOVNE METODE WORKING METHODS 3.1 VODNE RAZMERE IN VODNI POTENCIAL WATER STATUS AND WATER POTENTIAL za določanje ravni podtalnice smo na vsaki ploskvi napravili vrtino do globine 2,9 m. "metlvni podtalmce je potekala tedensko, vsak četrtek od aprila do oktobra, vzorčenje podtalnice pa vsak mesec v istem časovnem obdobju. Podatke za padavine, temperature, vodostaje za Muro (postaja Petanjci) m Ledavo (postaja čentiba) smo dobili s Hidrometeorološkega zavoda Slovenije. Vodm potencial (^ izraža splošno dostopnost vode, ki prehaja iz mest večjega^ negativnega) proti mestom manjšega (bolj negativnega) P^ odvisna od koncentracije raztopine, pritiska m gravitacije (TAIZ / ZEIGER 1991). Sestavljajo ga potencial pritiska ( F,), raztopine (in matrični potencial ( označuje hidrostatski tlak ali turgor, ki je — ^ ceHčne vsebine in protipritiska celične stene; zar di razlik v slskih pL:cialih prodira voda v notranjost celice in ^ ™ Turgor ima pomembno vlogo za rast celic m nemoten potek fizioloških pr eso. ZmLjšanje t! komponente povzroči razgradnje plazmatskih membran, kon^n t . venenje. V rastlinskih celicah (SALISBURY / ROSS 1992) znaša od 0,1 MPa do 1,0 MPa, njegov predznak je navadno pozitiven. 57 Čater M., Batič, F.: Nekateri ekofiziološki kazalci... Potencial raztopine ali osmotski potencial je povezan s koncentracijo topljenca v celičnem oz. rastlinskem soku (;r). Povečana koncentracija topljenca zmanjša prosto energijo vode in tako zmanjša vodni potencial v raztopim - voda je manj dostopna za ostale reakcije. Osmotski potencial gozdnega drevja je vedno negativen, ponavadi dosega vrednosti od -0,5 MPa do -3,0 MPa (SALISBURY / ROSS 1992). M.trični notencial je posledica privlačnih sil, ki nastanejo med molekulami vode in površino celičnih sten ter vodo in površino večjih, v vodi netopnih molekul. Zaradi površinske tenzije m adsorpcijskih sil je mobilnost vode manjša; matrični potencial je zato vedno negativen. Ponavadi je zanemarljiv; do večjega izraza pride šele, ko izgubijo tkiva več kot 50 % svoje normalne vsebnosti vode in pri nekaterih specializiranih rastlinah {Cactaceae). Nekateri avtorji omenjajo poleg že naštetih še komponento gravitacije {pgh) (TAIZ / ZEIGER 1991), ki jo obravnavajo ločeno ali pa jo zanemarijo. Do izraza pride pri visokih drevesih (KOIDE et al. 1991). Matrični in osmotski potencial imata vedno negativne predznake; potencial pritiska je pozitiven, razen kadar je pritisk celičnih sten negativen. V elementih ksilema je negativen, enak nič ali pozitiven pod vplivom delovanja pritiska korenin. Vsota vseh komponent vodnega potenciala je v rastlinskih celicah vedno negativna (KOZLOWSKI 1982). Meritve ksilemskega vodnega potenciala so predstavljale osrednji problem naloge, saj so dobova drevesa zaradi svoje višine težko dostopna. Hrasti imajo venčastoporozen les z velikimi premeri vodnih poti (350 in veliko vodno prevodnostjo (do 60 m/h) (KOZLOWSKI 1981, ABRAMS 1990). V odtrgani vejici ali listu se sprosti podtlak, kije nastal s transpiracijo (TAIZ / ZEIGER 1991). Zato je potrebno opraviti meritev vodnega potenciala čim hitreje. Merimo v času pred svitom, ko je vodni potencial odvisen predvsem od vodnih razmer v tleh. Meritve vodnega potenciala so bile opravljene s tlačno bombo (Plant Moisture Vessel SKPM 1400, Skye, Vel. Britanija), ki jo sestavlja tlačna komora, reducimi ventil z merilcem tlaka in jeklenka z dušikom (slika 2). 55 Zbornik gozdarstva in lesarstva, 58 Gumijasto tesnilo Rubber seal Pokrov komore Head of chamber Tlačna komora Pressure chamber Merilec tlaka Pressure measurer