Anita MASEK*, Tine GREBENC* udk 630*172.8 EKTOMIKORIZA IN DROBNE KORENINE BUKVE (FAGUS SYLVATICA L.) v odraslih sestojih, mladju IN NA sadikah Beech fagus sylvatica L.) ectomycorrhiza and fine roots in mature forests, regeneration stands and on seedlings Povzetek: Združbe ektomikoriznih gliv so pomemben člen v dinamiki kroženja hranil v gozdnih tleh in prispevajo k pestrosti gozdnih ekosistemov. S primerjavo ektomikoriz in drobnih korenin na osmih različnih rastiščih po Sloveniji smo ugotavljali vpliv starosti bukovega sestoja na parametre pestrosti združbe ektomikoriznih gliv. Tipe ektomikorize smo določili na osnovi anatomskih in molekularnih lastnosti, hkrati smo določili deleže posameznih tipov ektomikorize glede na vitalne drobne korenine ter indekse pestrosti. Ugotovili smo, da se indeksi pestrosti ektomikorize med odraslimi in mlajšimi sestoji ne razlikujejo, kar lahko razlagamo z dejstvom, da bukev sodi med vrste, ki so manj občutljive na zunanje dejavnike, in da so gozdni ekosistemi z bukvijo v Sloveniji dobro ohranjeni. Manjša izenačenost števila posameznih vrst in večje število drobnih korenin v mlajših sestojih pa potrjujeta za navadno bukev značilno strategijo intenzivnega zavzemanja razpoložljivega prostora in njeno veliko kompetitivnost z ostalimi vrstami v zgornjih plasteh tal. Ključne besede: anatomska in molekularna identifikacija, indeksi pestrosti, starost sestoja, tla, združba ektomikoriznih gliv Summary: Ectomycorrhizal communities play an important role in the dynamics of forest floor nutrient cycling and contribute to the diversity of forest ecosystems. This study compared the differences of ectomycorrhiza and fine roots at eight different locations in Slovenia to ascertain the influence of stand age on the parameters of ectomycorrhizal communities. The types of ectomycorrhiza were quantified by counting and determined by their anatomical,and molecular characteristics. Diversity indices were calculated in relation to all fine roots in samples. The results indicated no difference in the diversity indices between mature stands and younger stands, which could be explained by the fact that common beech belongs to the group of species less sensitive to external factors, as well as the fact that common beech forest ecosystems in Slovenia are well preserved. Lower evenness of the number of individual species and higher number of fine roots in younger stands confirm that beech employs the strategy of intensive occupation of disposable space and is highly competitive against other species in upper soil horizons. Keywords: anatomical and molecular identification, diversity indices, stand age, soil, ectomycorrhizal community UVOD Navadna bukev je značilna ektomikorizna drevesna vrsta zmernega pasu (Smith in Read, 2008), s širokim naravnim arealom v Evropi, kjer ima pomembno ekološko Gozdarski inštitut Slovenije, Večna pot 2, SI-1000 Ljubljana, Slovenija, e-pošta: anita.masek@gmail.com vlogo v različnih združbah (Jalas in Suominen, 1976), široko pa je razširjena tudi v Sloveniji (Ficko in sod., 2008). Micelij ektomikoriznih gliv in ektomikoriza predstavljata ključno povezovalno komponento med viri in porabniki hranil v gozdnih tleh (Kraigher, 1996), drobne korenine pa doprinesejo znaten delež k celokupni količini ogljika, shranjenega v gozdnih tleh (Grebenc in Kraigher, 2009). * V bukovih gozdovih Slovenije je bilo v preteklem desetletju opravljenih nekaj raziskav pestrosti ektomikorize in dinamike drobnih korenin glede na onesnaženost rastišč (Al Sayegh Petkovšek, 2004) in glede na različne načine gospodarjenja z gozdom (Westergren in sod., 2005; Gre-benc, 2005, Grebenc in sod., 2009). Na izbranih raziskovalnih ploskvah v Sloveniji smo ugotavljali, ali arbitrarno postavljena starostna kategorija sestoja (odrasel sestoj, mladje, nasad) vpliva na izbrane parametre združbe ektomikoriznih gliv in drobnih korenin pri navadni bukvi in s tem kaže na različne doprinose k celokupni pestrosti gozdnih ekosistemov z navadno bukvijo. METODOLOGIJA OPIS RAZISKOVALNIH PLOSKEV V članek smo vključili 8 raziskovalnih ploskev iz različnih bukovih sestojev (Preglednica 1). Za lokacijo Abitanti smo podatke zbirali in analizirali sami, za ostalih sedem pa smo podatke povzeli iz predhodnih raziskav. METODA VZORČENJA, IDENTIFIKACIJE Na vseh ploskvah (razen Kamenski hrib) sta bila vzorčenje ter analiza ektomikorize in drobnih korenin izvedena po postopku, opisanem v Kraigher (1996), kjer se v standardnem volumnu tal (274 ml) analizira tipe ektomkorize in prešteje število kratkih (drobnih) korenin. Drobne korenine smo očistili delcev zemlje ter jih pod lupo ločili na staro ektomikorizo in vitalne tipe ektomikorize, ki smo jih nato identificirali na osnovi anatomskih in morfoloških lastnosti (Agerer, 1991) ter s primerjavo molekularnih markerjev (Kraigher, 1996, Grebenc in sod., 2009). Na lokaciji Kamenski hrib je bil vzorčen in analiziran celoten koreninski sistem sadik, čemur smo kasneje ustrezno prilagodili tudi statistično analizo podatkov, ki so neposredno povezani z volumnom analiziranih vzorcev. V vseh vzorcih smo prešteli število vitalnih ektomikoriznih korenin, število odmrlih drobnih korenin, število tipov ektomikorize in izračunali indeks bogastva vrst, Shannon-Weaverjev indeks vrstne pestrosti, indeks izenačenosti in uravnoteženosti vrst (Atlas in Bartha, 1981) ter delež vitalnih ektomikoriznih korenin med vsemi drobnimi koreninami. Dobljene vrednosti smo statistično ovrednotili glede na lokacijo in starost sestoja, pri čemer smo postavili tri kategorije: »odrasel sestoj« - odrasel sestoj z bukvijo, brez bukovega mladja v podrasti, »mladje« - sestoj (mikroloka-cija), v katerem prevladuje bukovo mladje do višine 4 m s prisotnimi posameznimi odraslimi drevesi, ter »sadike« -sadike bukve, sajene na provenienčnem poskusu Kamen- Preglednica 1. Opis raziskovalnih ploskev Rastlinska združba Klimatski pas Nadmorska višina Tip tal Kamninska osnova Abitanti Ni podatka Submediteran-ski 360 m Ni podatka fliš Snežna jama Omphalodo-Fagetum Dinarski 880-890 m rjava pokarbonatna apnenec Rajhenavski Rog Omphalodo-Fagetum Dinarski 850-900 m rjava pokarbonatna apnenec (kredni) Kamenski hrib Provenienčni nasad Preddinarski 540 m eutrični kambisol in haplični luvisol apnenec Zavodnje Castaneo-Fagetum sylva-ticae var. geogr. Hieracium rotundatum Predalpski 830 m distrična rjava tla tonalit Dobovec Dentario-Fagetum Predalpski 790 m rendzina in rjava pokarbonatna tla apnenec Preža Lamio orvale-Fagetum praedi-naricum Dinarski 670 m rendzina in rjava pokarbonatna tla apnenec Moravške gredice Blechno-Fagetum Dinarski 540 m distrična rjava tla skrilavci, peščenjaki raziskave in razvoj Preglednica 2. Indeksi pestrosti, število in deleži vitalne ektomikorize, starih drobnih korenin, starost sestoja na mestu odvzema posameznega vzorca (1 - odrasel sestoj, 2 - mladje, 3 - sadike) in šifra (oznaka) vzorca, kot je navedena v izvirni objavi podatka. Lokacija Abitanti Snežna jama Rajhenavski Rog Šifra vzorca 1 2 3 4 5 6 1 2 9 10 1 2 5 6 7 8 9 10 Starost 1 1 1 2 2 2 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 1 1 Št. tipov ECM 12 5 8 9 8 9 5 5 9 11 9 12 7 8 2 6 10 12 Št. vitalnih korenin 3027 681 741 1226 800 984 788 844 647 425 243 417 563 521 114 431 688 823 Št. starih ECM 2450 3004 3300 5583 6291 4643 1717 1441 1834 1629 938 1218 895 1150 451 635 1144 1296 Skupaj korenin 5477 3685 4041 6809 7091 5627 2505 2285 2481 2054 1181 1635 1458 1671 565 1066 1832 2119 Bogastvo vrst 3.16 1.41 2.44 2.59 2.41 2.67 0.60 0.59 1.24 1.65 1.46 1.82 0.95 1.12 0.21 0.82 1.38 1.64 Shannon Weaver indeks 1.36 1.06 1.88 1.93 1.62 1.43 1.02 0.78 1.75 1.45 1.34 2.28 1.50 1.62 0.17 1.55 1.40 2.15 Izenačenost 0.17 0.16 0.29 0.27 0.24 0.21 0.15 0.12 0.27 0.24 0.24 0.38 0.24 0.26 0.04 0.26 0.21 0.32 Uravnoteženost 1.26 1.51 2.09 2.02 1.80 1.49 1.46 1.12 1.83 1.40 1.40 2.11 1.77 0.18 0.57 2.00 1.40 2.00 % ECM 55.27 18.48 18.34 18.01 11.28 17.49 31.46 36.94 26.08 20.69 20.58 25.50 38.61 31.18 20.18 40.43 37.55 38.84 Referenca Ta študija Grebenc, 2005; Grebenc, 2005; Grebenc in sod., 2009 Grebenc in sod., 2009 Lokacija Kamenski hrib Zavodnje Dobovec Preža Moravske gredice Starost 33311111111111111111 St. tipov ECM 8 14 9 11 15 16 10 10 10 12 10 8 8 17 9 7 9 13 7 10 St. vitalnih 1213 4338 2522 1873 2901 2551 1606 1026 1214 1342 1108 1180 751 1160 1875 1773 1667 1550 1511 2408 korenin St. starih ECM 3127 2718 1916 14414 11460 3131 1705 2537 3528 3367 2739 935 2265 4526 3544 2032 2046 2685 3301 3480 ID M g O O CL CD CO ru o Skupaj korenin Bogastvo vrst Shannon Weaver indeks 4340 2,27 1,80 7056 3,57 1,68 4438 2,35 1,59 16287 3,10 1,50 14361 4,00 2,00 5682 3311 3563 4742 4709 3847 2115 3016 5686 5419 3805 3713 4235 4812 5888 4,40 2,80 3,00 2,90 3,50 2,90 2,30 2,40 5,20 2,40 1,80 2,50 3,80 1,90 2,70 2,00 1,40 1,30 1,60 2,30 2,00 1,80 1,80 2,60 1,60 2,60 1,80 2,80 1,30 1,90 Izenačenost 0,87 0,64 0,72 0,60 0,70 0,70 0,60 0,60 0,70 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,70 0,70 0,80 1,10 0,70 0,80 Uravnoteženost 1,99 1,47 1,67 1,44 1,70 1,66 1,40 1,30 1,60 2,13 2,00 1,99 1,99 2,11 1,68 3,08 1,89 2,51 1,54 1,90 % ECM 27,95 61,48 56,83 11,50 20,20 44,90 48,50 28,80 25,60 28,50 28,80 55,80 24,90 20,40 4,60 46,60 44,90 36,60 31,40 40,90 Referenca Westergren 2004 in sod., Al Sayegh Petkovšek, 2004 Al Sayegh Petkovšek, 2004 Al Sayegh Petkovšek, 2004 Al Sayegh Petkovšek, 2004 ski hrib, ki so bile v času vzorčenja stare 7 let (Westergren in sod., 2004). Za podatke s po tremi kategorijami (indeksi in deleži) smo za primerjavo uporabili test ANOVA, za parno primerjavo absolutnih vrednosti števila korenin in ektomikorize pa Studentov T test. REZULTATI V bukovem sestoju na ploskvi Abitanti smo skupno analizirali 32730 drobnih korenin, od katerih je bilo 7459 ek-tomikoriznih in so na osnovi anatomsko-morfoloških lastnosti pripadale 43 različnim tipom ektomikorize. Iz ostalih študij smo povzeli podatke še za okoli 42000 vitalnih ektomikoriznih korenin ter skupno 131876 drobnih korenin (Preglednica 2). Izhodiščno hipotezo, ki predvideva razlike med sestoji različnih starosti, smo potrdili le za število vitalnih ektomikoriznih korenin in število tipov ektomikorize (vrst gliv), ki se odraža tudi v sicer neznačilni razliki parametra bogastva vrst. V obeh primerih je bilo število značilno večje v odraslem sestoju brez mladja. Značilno razliko med izenačenostjo analiziranih skupin (p=0.0055) smo ugotovili predvsem na račun vzorcev sadik iz provenienčnega poskusa (Preglednica 3). DISKUSIJA Navadna bukev je pomembna vrsta slovenskih gozdov, tako s stališča lesne produkcije kot s stališča nosilca bi-otske raznovrstnosti gozdnih ekosistemov, v katerih se pojavlja. V predhodnih študijah smo ugotavljali, da lahko nekateri vplivi, kot je kronično izpostavljanje sestoja povečanim koncentracijam ozona v krošnjah, značilno vplivajo na pojavljanje tipov ektomikorize in na število drobnih ko- Preglednica 3. Statistično ovrednotenje razlik med starostnimi kategorijami sestoja za izbrane parametre ektomikorize in drobnih korenin s testom ANovA ali studentovim t testom P F Test Št. tipov ECM 0.021 / Student T test Št. vitalnih korenin 0.032 / Student T test Skupaj korenin 0.46 / Student T test Bogastvo vrst 0.11 2.369 Anova Shannon Weaver indeks 0.28 1.309 Anova Izenačenost 0.0055 6.059 Anova Uravnoteženost 0.22 1.58 Anova % ECM 0.041 3.5 Anova renin (Grebenc in Kraigher, 2007, 2eleznik in sod., 2007), pa tudi na hitrost in čas življenjskega cikla (Mainiero in sod., 2009), medtem ko se indeksi raznovrstnosti različno onesnaženih gozdnih raziskovalnih ploskev bukovih sestojev niso značilno razlikovali (Al Sayegh Petkovšek, 2004). Celostni pregled parametrov pestrosti glede na starost sestoja oziroma gospodarjenje do sedaj še ni bil narejen, razen za primer analize vpliva sestojne vrzeli, kjer pojav vrzeli pričakovano vpliva na drastično zmanjšanje števila drobnih korenin in vrstne pestrosti tipov ektomikorize (Grebenc, 2005; Grebenc in sod., 2009). Pregled razpoložljivih in primerljivih analiz ektomikorize in drobnih korenin na navadni bukvi za Slovenijo je pokazal, da se indeksi pestrosti ektomikorize (bogastvo vrst in z njim povezan Shannon Weaverjev indeks vrstne pestrosti) med analiziranimi kategorijami ne razlikujejo. Značilno večji koeficient izenačenosti v kategoriji »odrasel sestoj« pa kaže, da je število posameznih vrst v teh vzorcih bolj izenačeno kot pri kategorijah »mladje« in »sadike«, kjer med opaženimi tipi ektomikorize prevladuje samo en ali pa manjše število tipov. Za skupno število drobnih korenin smo v odraslem sestoju v primerjavi z mladjem ugotovili neznačilno manjše vrednosti, razlika pa je postala statistično značilna, če smo ločeno analizirali samo vitalne ektomikorizne korenine. Neznačilne razlike lahko razlagamo z (v splošnem) dobro ohranjenostjo gozdnih ekosistemov z bukvijo v Sloveniji ter dejstvom, da navadna bukev sodi med vrste, ki so manj občutljive na zunanje dejavnike (onesnažila) (Al Sayegh Petkovšek, 2004, Kraigher in Al Sayegh Petkovšek, 2011). Manjše število drobnih korenin v starejših sestojih je v soglasju s predhodnimi preglednimi objavami (Finer in sod., 2007). Za navadno bukev je v primerjavi z drugimi drevesnimi vrstami značilna strategija intenzivnega zavzemanja razpoložljivega prostora (gozdnih tal) (Leuschner in sod., 2001) in velika kompetitivnost z morebitnimi ostalimi vrstami v sestoju, predvsem v zgornjih plasteh tal (Curt in Prévosto, 2003), ki smo jih analizirali tudi mi. V tem smislu lahko dodatno potrdimo odsotnost značilnih razlik v skupnem številu drobnih korenin med analiziranimi starostnimi kategorijami. Prispevek navadne bukve k biotski raznovrstnosti mikoriznih gliv je ne glede na starostno kategorijo sestoja nesporen, kar kažejo tudi primerjave z indeksi pestrosti sestojev drugih ektomikoriznih vrst gozdnega drevja (Kraigher, 1999; Kerna-ghan in Harper, 2001; Al Sayegh Petkovšek, 2004). VIRI 2 3. 4 5 6 7. 8. 9. I. Agerer R. (1991) Characterization of ectomycorrhiza. Methods in Microbiology, 23: 25-73 Al Sayegh Petkovšek S. (2004) Biodiversity of types of ectomy-corrhizae in Fagus stands in differently polluted forest research plots. Zbornik Gozdarstva in Lesarstva, 75: 5-19 Atlas r., Bartha r. (1981) Introduction to microbiology. Addison-Wesley Publishing Company, Reading, 560 curt T., prévosto b. (2003) Rooting strategy of naturally regene-ratedbeech in silver birch and Scots pine woodlands. Plant Soil, 255: 265-279 Ficko A., Klopčič M., Matijašič D., poljanec A., Bončina A. (2008) The distribution of beech and structural characteristics of beech stands in Slovenia. Zbornik Gozdarstva in Lesarstva, 87: 45-60 Grebenc t. (2005) Types of ectomycorrhizae on beech (Fagus sylvatica L.) in natural and managed forest. Doctoral dissertation. Biotechnical Faculty, University of Ljubljana, Ljubljana, 174 Grebenc T., christensen m., vilhar u., čater m., martin M.p., simončič p., Kraigher H. (2009) Response of ectomycorrhizal community structure to gap opening in natural and managed temperate beech-dominated forests. Canadian Journal of Forest Research, 39 (7): 1375-1386 Grebenc T., Kraigher h. (2007) Changes in the community of ectomycorrhizal fungi and increased fine root number under adult beech trees chronically fumigated with double ambient ozone concentration. Plant Biology (Stuttg.), 9 (2): 279-287 Grebenc T., Kraigher H. (2009) Interakcije v mikorizosferi določajo dinamiko ogljika v ekosistemu bukovih gozdov. Zbornik Gozdarstva in Lesarstva, 88: 11-19 10. Jalas J., suominen J. (1976) Atlas Florae Europaeae. Cambridge University Press, Cambridge UK, 128 II. Kernaghan g., Harper K.A. (2001) Community structure of ectomycorrhizal fungi across an alpine/subalpine ecotone. Ecography, 24: 181-188 12. Kraigher H. (1996) Types of ectomycorrhizae - their taxonomy, role and application. Zbornik Gozdarstva in Lesarstva, 49: 33-66 Kraigher H. (1999) Diversity of Types of Ectomycorrhizae on Norway Spruce in Slovenia. Phyton, 39 (3): 199-202 Kraigher H., Al sayegh petkovšek s. (2011) Mycobioindication of stress in forest ecosystems. V: Rai M (ur.) in Varma A (ur.): Diversity and biotechnology of ectomycorrhizae. (Soil biology, vol. 25). Springer, Heidelberg; New York, 301-322 Leuschner C., Hertel D., Coners H., Büttner V. (2001) Root competition between beech and oak: a hypothesis. Oecologia, 126: 276-284 16. Mainiero R., Kazda M., Häberle K.H., Simeonova Nikolova p., Matyssek R. (2009) Fine root dynamics of mature European beech (Fagus sylvatica L.) as influenced by elevated ozone concentrations. Environmental Pollution, 157: 2638-2644 17. Smith S.E., Read D.J. (2008) Mycorrhizal symbiosis, Third edition. Academic Press, London, 787 18. Westergren M., Grebenc T., Božič G., Brus R., Kraigher H. (2004 [i.e. 2005]) Identification of types of ectomycorrhizae on seedlings in a beech provenance trial. Zbornik Gozdarstva in Lesarstva, 75: 87-104 19. Železnik p., Hrenko M., Then C., Koch N., Grebenc T., Levanič T., Kraigher H. (2007) CASIROZ : root parameters and types of ectomycorrhiza of young beech plants exposed to different ozone and light regimes. Plant Biology (Stuttg.), 9 (2): 298-308 13 14 15