A klimatikus és a defóliációs stressz hatásai a fák növekedésére és egészségi állapotára elegyes tölgyállományokban: dendroökológiai és ökofiziológiai megközelítések  részletek

súgó  nyomtatás 
vissza »
 

Projekt adatai

  
azonosító
125652
típus SNN
Vezető kutató Mészáros Ilona
magyar cím A klimatikus és a defóliációs stressz hatásai a fák növekedésére és egészségi állapotára elegyes tölgyállományokban: dendroökológiai és ökofiziológiai megközelítések
Angol cím : Effects of climatic and defoliation stresses on the growth and vitality of trees in mixed oak forests: dendroecological and ecophysiological approaches
magyar kulcsszavak klímaváltozás, defóliáció, radiális növekedés, évgyűrű szélesség, d13C, d18O
angol kulcsszavak climate change, defoliation damage, radial growth, tree ring width, 13C, 18O
megadott besorolás
Erdészet (Komplex Környezettudományi Kollégium)80 %
Ortelius tudományág: Erdei ökoszisztéma
Növényi stresszbiológia (Komplex Környezettudományi Kollégium)10 %
Erdészet (Komplex Környezettudományi Kollégium)10 %
zsűri Komplex agrártudomány
Kutatóhely TTK Növénytani Tanszék (Debreceni Egyetem)
résztvevők Adorján Balázs
Csóka György
Hirka Anikó
Manninger Miklós
Oláh Viktor
projekt kezdete 2017-11-01
projekt vége 2022-04-30
aktuális összeg (MFt) 31.581
FTE (kutatóév egyenérték) 6.35
állapot lezárult projekt
magyar összefoglaló
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A projektben a kocsánytalan tölgy (Quercus petraea (Matt.) Liebl.) radiális törzsnövekedésének jelenlegi és múltbéli variabilitását vizsgáljuk az egészségi állapottal és környezeti stresszekkel összefüggésben különböző termőhelyeken. Multiproxy megközelítést alkalmazunk a klimatikus és a defóliációs stresszorok (és interakciójuk) felléptekor a radiális növekedésben bekövetkező csökkenésekhez és, akár a fa pusztulásához vezető fiziológiai változások megismerésére. A kutatási programot három work package-be rendeztük (WP) a következő célkitűzésekkel:
WP 1: adatok gyűjtése, amelyek alapján magyarázhatóak a kocsánytalan tölgy vitalitásának termőhelyek szerinti eltérései, a fák múltbeli és jelenlegi egészségi állapotának az összefüggései.
WP 2: a hagyományosan használt évgyűrű sajátosságok alapján felderíti a radiális növekedés időbeli variabilitásának az eltéréseit a különböző vitalitású csoportok között, és a múltban történt állománystruktúra-változások, abiotikus és biotikus stresszek hatásait
WP 3: azt célozza, hogy a 13C és 18O stabil izotóp vizsgálatával kiegészített multiproxy évgyűrű elemzés fényt deríthet-e a hosszú-távú radiális növekedés időbeli variabilitásában közrejátszó tényezőkre és háttérfolyamatokra a különböző vitalitású csoportokban, és azok hatásai milyen mértékben különíthetőek el.

Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A klímaváltozásnak köszönhetően egyre gyakoribbak az szélsőséges időjárási jelenségek - hőhullámok és aszályok-, amelyek komolyan veszélyeztetik az erdő állományaikat. A klimatikus stressz hatására gyakrabban és nagyobb tömegességgel jelentkeznek a fák lombját fogyasztó (fitofág) szervezetek gradációi is. Ezek a változások különösen veszélyeztetik a tölgyeseket, a produktivitásukban csökkenés várható, ráadásul több évtizeden keresztül nagymértékű fapusztulást szenvedtek el. Hazánkban a tölgyfajok közül a klímaváltozás várhatóan a legkedvezőtlenebbül a kocsánytalan tölgyet befolyásolja.
A tervezett kutatási program a kocsánytalan tölgy fáinak jelenlegi és múltbéli vastagsági (radiális) növekedése, egészségi állapota és a környezeti tényezők összefüggéseinek megismerésére irányul.
A következő hipotéziseket teszteljük:
Hipotézis 1: A kocsánytalan tölgy fáinak jelenlegi radiális növekedési rátája az egyedi vitalitással változik, így az abiotikus és biotikus stresszorok indikátora.
Hipotézis 2: A gyengébb vitalitású fák törzsében a szijácsban raktározott szénhidrátkészletek mennyisége kisebb, a múltbéli aszály és defóliációs események, de különösen az utóbbi miatt.
Hipotézis 3: A klimatikus stressz és a defóliációs (főként a tavaszi) stressz eltérően befolyásolja a szerves vegyületeknek a növekedésre történő allokációját, az interakciójuk pedig várhatóan nagyobb mértékű és hosszabb ideig tartó csökkenést okoz a radiális növekedésben, aminek a mértéke függ a fák vitalitásától.
Hipotézis 4: az évgyűrűk méret, anatómiai sajátosságai és a stabil szén és oxigén izotóp összetétel specifikus összefüggést mutatnak az egyes múltbéli stresszorok típusával és intenzitásával.

Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A klimatikus szélsőségek és a defóliációs stressz, és különösen az interakciójuk, nagy kihívást jelentenek az állományalkotó fafajaink, és különösen a kocsánytalan tölgy, számára. Emiatt egyre nagyobb igény van a klímaváltozás hatásainak az előrejelzésében megfelelően használható indikátorok felderítésére. A törzs radiális növekedésének időbeli változása jó indikátor, integráltan tükrözi a környezeti feltételek változásait, és évgyűrű-vizsgálati megközelítést alkalmazva retrospektív módon hosszú időszakokra vizsgálható. Ezt a megközelítés megbízhatóan használtuk egy sok fafajra kiterjedő nemzetközi projektben a mortalitási események előrejelzéséhez. Sok esetben elegendő, a teljes évgyűrűszélesség mérése és ez alapján az éves növekedési ráta számolása. A klimatikus és a defóliációs stressz radiális növekedést befolyásoló hatásait tekintve azonban fontosnak tartjuk a fiziológiai szempontból releváns évgyűrű szignálok mérését „multiproxy” analízis alkalmazásával, amellyel az évgyűrű méretparamétereit, az anatómiai sajátosságait és a stabil szén (δ13C) és oxigén (δ18O) izotóp összetételét szimultán vizsgáljuk. A három szignálcsoport indikátor értéke azonban eltérő. Az anatómiai tulajdonságok jól tükrözik a fa hidraulikus alkalmazkodását a környezeti változásokhoz (pl. aszály). A δ13C (cellulóz) jól alkalmazható proxy a vízhasznosítási efficienciára (WUEi), széles körben használják. A δ13C mellett az δ18O mérése lehetővé teszi, hogy a fotoszintézis biokémiai és sztómatikus limitációját elkülöníthessük. Az ún. vitalitás megközelítést használunk, a radiális növekedés és az évgyűrű szignálok variabilitását vitalitási csoportonként külön elemezzük. A fák vitalitására, a defóliációs és az aszály eseményekre vonatkozó adatbázis fontos háttere a radiális növekedés variabilitásának a retrospektív vizsgálatához.
Az eredményeink hozzájárulhatnak a kocsánytalan tölgy egészségállapotában és pusztulásában közrejátszó tényezők megismeréséhez, és a hazai erdőtakaróban betöltött jövőbeni sorsának az előrejelzéséhez. A projekt kapcsolódik a COST Action CA15226 CLIMO akcióhoz.

A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A klímaváltozás hatásaival összefüggésben egyre gyakrabban jelentkeznek szélsőséges időjárási jelenségek, hőhullámok és aszályok, amelyek komolyan veszélyeztetik az erdő állományainkat. A klimatikus stressz hatására gyakrabban és nagyobb tömegességgel jelentkeznek a fák lombját fogyasztó (fitofág) szervezetek gradációi is. A klimatikus stressz és a gradációkkal együtt járó lombvesztés (defóliáció) külön-külön és együtt megjelenve a fák törzsének vastagodási növekedését gyengítik, hosszabb távon pedig akár a pusztulásukat is okozhatja. Ennek jól látható tünetei a szélsőséges években a törzsben megfigyelhető vékony évgyűrűk. A kutatási programban arra keressük a választ, hogy kocsánytalan tölgy, a klímaváltozás által leginkább veszélyezett állományalkotó fafajunk, növekedését és egészségi állapotát az ismételten fellépő klimatikus szélsőségek (aszály) és a rovar gradációk, és interakciójuk hogyan befolyásolják. A vizsgálatokban évgyűrű-elemzésekkel összekapcsolt ún. retrospektív (visszatekintő) megközelítési módot használunk. Az évgyűrű a fák vastagsági növekedését és egészségi állapotát befolyásoló környezeti hatásoknak (abiotikus, biotikus) az integráns indikátora, a tulajdonságainak a vizsgálatával információt nyerhetünk a képződési év környezeti feltételeiről. A vizsgálatainkban a hagyományosan használt méret és anatómiai paraméterek mellett, az ökofiziológiai szempontból jobban értelmezhető 13C és 18O izotóp diszkrimináció vizsgálatát is tervezzük. A vizsgálati eredmények hozzájárulhatnak a kocsánytalan tölgy egészség állapotában és pusztulásában közrejátszó tényezők megismeréséhez, és a faj jövőbeni sorsának az előrejelzéséhez.
angol összefoglaló
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
The project aims to study the relationship between temporal variability of radial growth rate and individual vitality of sessile oak (Quercus petraea (Matt.) Liebl.) trees across different sites. Special focus will be on understanding the potentially contributing physiological processes leading to reduction of radial growth under climatic and defoliation stresses and their combined occurrence by using multiproxy analysis with anatomical and 13C and 18O stable isotope signatures. The proposed research has been arranged into three work packages with specific aims:
WP1 Survey of variability in health state (vitality) of sessile oak and its potential drivers
Aims: to collect information for estimation of how the health condition of sessile oak varies across sites and whether the past damages to vitality has a relevance in the current state of trees.
WP 2 Temporal variation in radial growth rate related to health condition of trees and at different time resolution.
Aims: to estimate whether the traditionally used tree ring signatures indicate differences in temporal variability of long-term radial growth among trees from different vitality classes in the selected sites and how the past changes in stand structure and past abiotic and biotic stress events are reflected.
WP3 Detection of main drivers in temporal variability of growth rate in vitality classes using multiproxy analysis
Aims: to estimate whether the multiproxy analysis including 13C and 18O stable isotope signatures of tree rings provide better understanding of causes and background processes of temporal variability in long-term radial growth of trees from different vitality classes in the selected sites.

What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
Due to the climate change intensity and frequency of climatic extremes, heatwaves and severe drought events, are increasing that has a serious threat to forests’ health. Climatic stresses are also assumed to act as a primary factor triggering more frequent and extensive insect outbreaks that also may lead to growth reduction of defoliated trees. These changes may particularly impact the oak-dominated forests,that are currently at risk of climate-induced growth reduction and have experienced oak decline for decades. In Hungary sessile oak (Quercus petraea (Matt.) Liebl.) is the most threatened species among oaks. The proposed research will focus on the past and current variability of radial growth of sessile oak in relation to changes in health state and environmental stresses.
The following hypotheses will be tested:
Hypothesis 1: the current radial growth rates vary with the individual vitality of sessile oak therefore possess an indicative role under abiotic and biotic stresses.
Hypothesis 2: sessile oak trees with less vitality are depleted in carbon reserves stored in the sapwood due to past drought and defoliation events, more seriously to the latter ones.
Hypothesis 3: climatic and defoliation (mostly in spring) stresses influence differently the carbon allocation to growth, their combined onset would cause larger and longer-lasting growth reduction depending on the vitality class.
Hypothesis 4: anatomical and stable isotope signatures extracted from tree rings would be related specifically to the type and intensity of past stresses.

What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
Climatic extremes and defoliation, especially their combinations are great challenges for forest trees, therefore there is a need to find adequate stress indicators to predict the effects of climate change.
In this context, temporal variation of stem radial growth has a special indicative role since it integrates the effects of change in environmental conditions and resource availability. Use of a tree-ring approach offers powerful tools for long-term and retrospective quantification of annual growth rate on large-size data. We have already used this approach in a comprehensive international project for predicting mortality events. In many cases it is sufficient to measure the total tree ring width and use it to calculate annual growth rate. However, in context of climatic stress and defoliation on radial growth we consider important to extract physiologically relevant signals from the tree rings and apply a multiproxy analysis including measurements of anatomical and stable isotope signatures (δ13C and δ18O) in tree rings. These two groups of signatures have different indicator values. The former ones reflect ability of trees to hydraulically adjust to the environmental change (e.g. drought). δ13C of wood (cellulose) is a valuable proxy for intrinsic water use efficiency (WUEi) and has been used thoroughly. However, we will apply the dual isotope technics too, as an important strength of this project, including measurement of δ18O since it allows better discrimination between biochemical and stomatal limitations to photosynthesis. We use a vitality approach and study the variation of radial growth rate and tree ring signatures across vitality classes. A long-term database with records on tree vitality, defoliation events, drougth events provides a background for the retrospective analysis of variability in radial growth rate.
The project results will increase our knowledge on the radial growth responses of sessile oak to the climatic and biotic stresses, that may lead to a more accurate and reliable prediction on the future of the sessile oak in Hungary. The project is connected to the COST Action CA15226 Climate-Smart Forestry in Mountain Regions too.

Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Due to the climate change intensity and frequency of climatic extremes, heatwaves and severe drought events, are increasing that has a serious threat to forests’ health. Climatic stresses are also assumed to act as a primary factor triggering more frequent and extensive insect outbreaks, and the inherent defoliation of trees. Climatic stress and defoliation stress alone and in their interaction decreases the radial growth of trees, and in longer-term may lead to tree death. The visible symptoms of these changes are the thin tree rings or lack of tree ring in the stem. The project aims to study how the repeated climatic extremes and periodic insect outbreaks might affect the radial growth and vitality of sessile oak, our most threatened forest tree species under the changing climate. In the proposed research project we will apply a so-called retrospective approach and utilize the potentials of tree ring analysis. The tree ring is an integrated indicator of the environmental factors influencing the radial growth and vitality of trees therefore the analysis of ring traits provide information on conditions of year when it is formed. Beside the traditionally used tree ring traits (widths, anatomy) investigation of physiologically more relevant traits, will also be included, namely the composition of stable carbon δ13C and oxygen (δ18O) isotopes. The results hopefully help to the understanding the role of factors that contribute to the change in growth and vitality of sessile oak, the future fate of this species in Europe.




 

Zárójelentés

  
kutatási eredmények (magyarul)
A projekt keretében négy észak-magyarországi termőhelyen vizsgáltuk a Quercus petraea radiális növekedésének múltbeli és jelenlegi változékonyságát a fák egészségi állapotával és a környezeti feltételekkel való összefüggésben. A növekedést és a fiziológiai háttérfolyamatait retrospektív megközelítéssel vizsgáltuk és multi-proxi elemzést alkalmaztunk, amihez az évgyűrű méretparamétereit (TRW:teljes évgyűrű szélessége, EW:korai pászta szélesség, LW: késői pászta szélessége) és az évgyűrűk stabil C és O izotóp összetételét (δ13C és δ18O) használtuk fel. Elkészítettük a Q. petraea eltérő vitalitás-csoportjaira a TRW, EW, és LW kronológiákat (80-110 év) a négy termőhelyre. Kimutattuk, hogy a különböző vitalitás-csoportok radiális növekedés mintázata 1970 után eltért. A radiális növekedést befolyásoló fő klimatikus tényező a csapadék és a hőmérsékletnek a szerepe másodlagos. A radiális növekedést az aktuális növekedési év és az azt megelőző év időjárási viszonyai egyaránt befolyásolják. A LW és TRW érzékenyen reagál az aktuális év tavaszi-nyári időszakának az időjárási feltételeire, míg az EW az előző év késő nyári-őszi időszakában (aug-szept) érzékenyebb. Kimutattuk, hogy a levegő CO2-koncentrációjának 1960 óta megfigyelt emelkedése növelte a Q. petraea d13C alapján számolt vízhasznosítási hatékonyságát (iWUE). A nagyobb iWUE radiális növekedést fokozó hatását azonban befolyásolja a fa egészségi állapota, a termőhelyi viszonyok és a száraz-nedves időszakok.
kutatási eredmények (angolul)
In this project we studied the past and current variability of radial growth of Quercus petraea in relation to changes in tree health status and environmental stresses across four sites in N-Hungary. We performed a multiproxi analysis of tree-rings for retrospective assessment of radial growth pattern and the background physiological processes, using tree-ring size variables (EW: earlywood width, LW: latewood width, TRW:full tree ring width), stable C and O isotope composition (δ13C és δ18O). We were able to set up long length (80-110yr) chronologies of TRW, EW and LW of Q. petraea separately for tree vitality classes in four sites. We observed an increasing divergence among growth patterns of different tree vitality classes after 1970. In all sites, precipitation was the major growth-limiting factor for Q. petraea, having positive influence. Temperature proved to have a secondary influential role in growth. Radial growth was influenced by the climate conditions of both the actual year and the preceding year in the study sites. LW and TRW were more vulnerable to the climatic conditions in current spring-summer period, while EW to those in late summer-autumn period (Aug-Sept) of preceding year. We found rising air CO2 concentration since 1960 increased the increasing intrinsic water use efficiency (iWUE) derived from δ13C. However, translation of the higher iWUE into enhanced tree radial growth depended on the tree vigour, the site conditions and across dry-wet years.
a zárójelentés teljes szövege https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=125652
döntés eredménye
igen





 

Közleményjegyzék

  
Adorján, B., Oláh, V., Kanalas, P. Nyitrai, B., Mészáros, I.: Az állománystruktúra és a levélfelület index térbeli mintázatának vizsgálata a síkfőkúti cseres-tölgyes mintaterületen, Természetvédelmi Közlemények 24, 2018
Cailleret, M. et al. (+50 authors): Early-warning signals of individual tree mortality based on annual radial growth., Frontiers in Plant Science, 2018
Mészáros, I. Nyitrai, B., Kanalas, P., Oláh, V., Adorján, B.: Long-term radial growth and growth-climate relationships of Quercus petraea (Matt.) Liebl. and Quercus cerris L. in a xeric low elevation site from Hungary., Battipaglia, G., Marzaioli, R. (eds.) Proceedings of TRACE 2019: TREE-RINGS IN ARCHAEOLOGY, CLIMATOLOGY AND ECOLOGY, 7-11 MAY 2019, San Leucio-Caserta, Italy., p. 172, 2019
Cailleret, M. et al. (+50 authors): Early-warning signals of individual tree mortality based on annual radial growth., Frontiers in Plant Science https://doi.org/10.3389/fpls.2018.01964, 2019
Adorján, B., Oláh, V., Csóka, G., Manninger, M., Levanic, T., Mészáros I.: Intra-annual stem radial changes of mature sessile oak (Quercus petraea) trees in relation to climate, Szigyártó, I-L., Szikszai, A. (eds.) XV. Kárpát-medencei Környezettudományi Konferencia, 2019. április 3-6., Kolozsvár. Ábel Kiadó ISSN 1842-9815. pp.32-37, 2019
Adorján, Balázs ; Oláh, Viktor ; Kanalas, Péter ; Nyitrai, Balázs ; Mészáros, Ilona: Az állománystruktúra és a levélfelület index térbeli mintázatának vizsgálata a síkfőkúti cseres-tölgyes mintaterületen., TERMÉSZETVÉDELMI KÖZLEMÉNYEK 24 pp. 1-14. Paper: DOI: 10.17779/tvk-jnatconserv.2018.24.1, 2018
Kattge J., Bönisch G., Díaz S., Lavorel S., Prentice I. C. et al.: TRY plant trait database - enhanced coverage and open access, Global Change Biology DOI 10.1111/gcb.14904, 2020
Poyatos, R., Granda, V., Flo, V., ..... Adorján, B.,........Mészáros,I., … Martínez-Vilalta, J. (: Global transpiration data from sap flow measurements: The SAPFLUXNET database., Earth System Science Data, 13(6), 2607–2649., 2021
Michal Bosela, Katarína Merganičová, Chiara Torresan, Paolo Cherubini, Marek Fabrika, Berthold Heinze, Maria Höhn, Milica Kašanin-Grubin, Matija Klopcic, Ilona Mészáros, Maciej Pach, Katarina Strelcova, Christian Temperli, Giustino Tonon, Hans Pretzsch, and Roberto Tognetti: Modelling Future Growth of Mountain Forests Under Changing Environments, R. Tognetti et al. (eds.), Climate-Smart Forestry in Mountain Regions, Managing Forest Ecosystems 40,, 2021
Móricz N., Illés G., Mészáros I., Garamszegi B., Berki I., Bakacsi Z., Szabó O.,Rasztovits E., Cseke K. Németh T. M.,: Different drought sensitivity traits of young sessile oak (Quercus petraea (Matt.) Liebl.) and Turkey oak (Quercus cerris L.) stands along a precipitation gradient in Hu, FOREST ECOLOGY AND MANAGEMENT, 492 DOI: 10.1016/j.foreco.2021.119165, 2021
Mészáros I 1, Adorján B, Oláh V, Csóka G, Hirka A, Manninger M, Levanic T: A nem-strukturális szénhidrátok (NSC) és a radiális törzsnövekedés szezonális dinamikája kocsánytalan tölgyfákban, XIII. Magyar Növénybiológiai Kongresszus, Szeged, 2021. augusztus 24-27. Programfüzet (előadás), 2021
Mészáros, I. Adorján, B., Nyitrai, B., Kanalas, P. Oláh, V., Levanic, T.: Long-term radial growth and climate-growth relationships of Quercus petraea (Matt.) Liebl. and Quercus cerris L. in a xeric low elevation site from Hungary  , Dendrochronologia, 2022




 

Projekt eseményei

  
2018-02-14 16:20:29
Résztvevők változása



vissza »