Microsites and tree regeneration dynamics: prolonged storm effects in hemiboreal mixed forest
Laen...
Kuupäev
2013
Kättesaadav alates
Autorid
Ajakirja pealkiri
Ajakirja ISSN
Köite pealkiri
Kirjastaja
Eesti Maaülikool
Abstrakt
Windstorm, among the main natural disturbance agents in central and northern Europe, is found to have controversial effects on the direction of forest succession. Storm severity explains part of the contradiction, but the composition and distribution of biotic and abiotic storm legacies may also play a role. Storm-related microsites consist of the pit and mound complexes caused by uplifted root-plates, and of coarse woody debris (CWD).
This thesis discusses availability and relevant conditions of microsites for tree regeneration development in storm-damaged areas at different successional stages. Furthermore, post-disturbance regeneration performance is evaluated based on a series of field inventories in two mature spruce-broadleaf mixed forests on humid, eutrophic soils in Estonia. Two major storms hit the areas in 2001 and 2002 respectively. Regeneration was investigated in patches with different disturbance severities. The focal species were Norway spruce (Picea abies (L.) Karst.), silver and downy birch (Betula pendula Roth. and B. pubescens Ehrh.), black alder (Alnus glutinosa (L.) J. Gaertn.) and European rowan (Sorbus aucuparia L.).
Heterogeneity in microsite conditions is the result of variation in elevation, vegetation cover, surfacing bare mineral soil, litter and nutrients accumulation or runoff and substrate stability and penetrability. With time since disturbance, light incidence generally decreases while CWD gets more suitable as a germination substrate, which implies that timing of establishment and optimal growth conditions do not always match. Throughout inventories in the two storm areas in Estonia, pits in heavily damaged areas were dominated by birch, pits in moderately damaged areas by black alder and the mounds in heavily and moderately damaged areas by rowan and Norway spruce, respectively. Regeneration species composition turned out most diverse in moderately damaged areas. Harvested sites were significantly most densely populated, with birch as the dominant species, whereas control areas hosted least regeneration. Differences in regeneration density between heavily and moderately damaged areas were not significant. Disturbance severity exerted significant effect on height and height growth of shade-intolerant species throughout the inventories. Past performance, in its turn, was negatively linked to mortality probability. In contrast, more shade-tolerant species only showed impact of past competition on mortality at later stages since disturbance. Factors affecting regeneration mortality probability varied considerably among regeneration species, microsites and inventory moments since disturbance. Soil moisture explains occurrence and good performance of black alder in pits. The roles of CWD can range from sun-blocking in the first years after germination, to protection from ungulate browsing in later stages.
Pre-disturbance management affects future species composition and stand structure. Salvage logging of wind disturbed areas increases the share of shade-intolerant species. Local post-disturbance retention of CWD and targeted pre-commercial thinning are tools to promote certain groups of tree species. The presence of storm-induced microsites is expected to increase long-term tree species diversity on the stand level, due to the species’ preferences. However, future research is necessary to judge whether the observed trends are persistent.
Uurimistulemused tugevate tormide, mis on üheks olulisemaks häiringufaktoriks Põhja-Euroopa metsades, mõjust metsade suktsessioonilisele dünaamikale on küllaltki vastuolulised. Oluline tegur, mis aitab selgitada erinevaid arengustsenaariume on tormi tugevus, samas mängivad suurt rolli tormi käigus tekkinud biootilised ja abiootilised häiringuelemendid, mida nimetatakse mikroaladeks. Mikroalad moodustuvad juureaukudest ja -mätastest, mis tekkivad tormi poolt ümberpaisatud puude juurestike üleskerkimisega pinnasest ning suurte puude lamapuidust. Käesolevas uurimuses käsitletakse tormi poolt mõjutatud metsa mikroalade olemit ja tingimusi looduslikul uuenemisel häiringujärgse arengu eri etappides. Metsa uuenemise jälgimisel on kasutatud kordusmõõtmisi püsiproovialadel kahes erinevas Eesti piirkonnas küpsetes kuuse-lehtpuu segapuistutes. Häiringute näol on tegemist on 2001. ja 2002. aasta tugevate suvetormidega. Uuendust uuriti erineva kahjustusastmega metsaosades. Töö keskendus järgmiste puuliikide uuendusele: harilik kuusk (Picea abies (L.) Karst.), aru- ja sookask (Betula pendula Roth. and B. pubescens Ehrh.), sanglepp (Alnus glutinosa (L.) J. Gaertn.) ja harilik pihlakas (Sorbus aucuparia L.). Varieeruvus uuenduskohtade kõrguses maapinnast, taimkatte olemasolus, mulla mineraalse osa paljastumises ja surnud orgaanilise aine ja toitainete akumuleerumine või minemauhtumine ning idanemise ja kasvusubstraadi stabiilsus ja kättesaadavus taimejuurtele loovad mikroalade väga heterogeense mustri. Tavaliselt valgustatus häiringu järgselt tekkiva uuenduse all väheneb, samas muutub lagunev puit taimedele soodsamaks idanemis- ja kasvupinnaseks. Kasvu mõjutavate erinevate tegurite optimumid ei lange sageli kokku. Kahel tormikahjustatud alal läbi viidud kordusmõõtmised näitavad, et enamlevinud uuenduspuuliigid tugeva kahjustusastmega alade juureaukudes on aru- ja sookask , keskmise kahjustusastmega alade juureaukudes sanglepp ning juuremätastel vastavalt tugeva ja keskmise kahjustusastme korral harilik kuusk ja harilik pihlakas. Kõige liigirikkam oli uuendus keskmise kahjustusastmega aladel. Häiringujärgselt koristatud aladel oli uuendus kõige arvukam ja domineerisid aru- ja sookask. Kõige vähem oli uuendust kontrollaladel . Uuenduse arvukus keskmise ja tugeva kahjustusastmega aladel ei olnud usaldatavalt erinev. Kahjustusastme tugevus avaldas suurt positiivset mõju valgusnõudlike liikide kõrguskasvule ja kõrgusele, puutaimede kõrguskasv oli negatiivses korrelatsioonis suremise tõenäosusega. Varjutaluvatel liikidel hakkas konkurents suremust mõjutama alles koosluse arengu hilisemas faasis. Uuenduse suremust mõjutavad tegurid varieerusid suuresti sõltudes uuenduse liigist, mikroala omadustest ja vaatluse ajast. Sanglepa uuenemine ja hea kasv juureaukudes on põhjustatud paremate niiskustingimuste poolt. Lamapuidu mõju võib olla erinev, vahetult pärast häiringut vähendab suur kogus langenud puid uuenevate taimede valgustatust ning hilisemalt kaitseb see puutaimi metsloomade eest. See, milliselt majandati metsa häiringueelsel perioodil mõjutab häiringujärgse koosluse arengut. Häiringujärgsete alade koristamine (sanitaarraie) suurendab valgusnõudlike liikide osakaalu. Lamapuidu jätmine häiringualale ja harvendusraied häiringueelses metsas soosivad liikide uuendust vastavalt nende kohastumuslikele omadustele. Uuenevatel puuliikidel on erinev nõudlus mikroalade poolt loodavate tingimuste osas, seetõttu suurendab mikroalade olemasolu puurinde liigirikkust pikemas arenguperspektiivis. Edasiste uuringutega on vaja selgitada, kuivõrd püsivad ja millise suunaga on käesolevaks ajaks kirjeldatud arengutrendid.
Uurimistulemused tugevate tormide, mis on üheks olulisemaks häiringufaktoriks Põhja-Euroopa metsades, mõjust metsade suktsessioonilisele dünaamikale on küllaltki vastuolulised. Oluline tegur, mis aitab selgitada erinevaid arengustsenaariume on tormi tugevus, samas mängivad suurt rolli tormi käigus tekkinud biootilised ja abiootilised häiringuelemendid, mida nimetatakse mikroaladeks. Mikroalad moodustuvad juureaukudest ja -mätastest, mis tekkivad tormi poolt ümberpaisatud puude juurestike üleskerkimisega pinnasest ning suurte puude lamapuidust. Käesolevas uurimuses käsitletakse tormi poolt mõjutatud metsa mikroalade olemit ja tingimusi looduslikul uuenemisel häiringujärgse arengu eri etappides. Metsa uuenemise jälgimisel on kasutatud kordusmõõtmisi püsiproovialadel kahes erinevas Eesti piirkonnas küpsetes kuuse-lehtpuu segapuistutes. Häiringute näol on tegemist on 2001. ja 2002. aasta tugevate suvetormidega. Uuendust uuriti erineva kahjustusastmega metsaosades. Töö keskendus järgmiste puuliikide uuendusele: harilik kuusk (Picea abies (L.) Karst.), aru- ja sookask (Betula pendula Roth. and B. pubescens Ehrh.), sanglepp (Alnus glutinosa (L.) J. Gaertn.) ja harilik pihlakas (Sorbus aucuparia L.). Varieeruvus uuenduskohtade kõrguses maapinnast, taimkatte olemasolus, mulla mineraalse osa paljastumises ja surnud orgaanilise aine ja toitainete akumuleerumine või minemauhtumine ning idanemise ja kasvusubstraadi stabiilsus ja kättesaadavus taimejuurtele loovad mikroalade väga heterogeense mustri. Tavaliselt valgustatus häiringu järgselt tekkiva uuenduse all väheneb, samas muutub lagunev puit taimedele soodsamaks idanemis- ja kasvupinnaseks. Kasvu mõjutavate erinevate tegurite optimumid ei lange sageli kokku. Kahel tormikahjustatud alal läbi viidud kordusmõõtmised näitavad, et enamlevinud uuenduspuuliigid tugeva kahjustusastmega alade juureaukudes on aru- ja sookask , keskmise kahjustusastmega alade juureaukudes sanglepp ning juuremätastel vastavalt tugeva ja keskmise kahjustusastme korral harilik kuusk ja harilik pihlakas. Kõige liigirikkam oli uuendus keskmise kahjustusastmega aladel. Häiringujärgselt koristatud aladel oli uuendus kõige arvukam ja domineerisid aru- ja sookask. Kõige vähem oli uuendust kontrollaladel . Uuenduse arvukus keskmise ja tugeva kahjustusastmega aladel ei olnud usaldatavalt erinev. Kahjustusastme tugevus avaldas suurt positiivset mõju valgusnõudlike liikide kõrguskasvule ja kõrgusele, puutaimede kõrguskasv oli negatiivses korrelatsioonis suremise tõenäosusega. Varjutaluvatel liikidel hakkas konkurents suremust mõjutama alles koosluse arengu hilisemas faasis. Uuenduse suremust mõjutavad tegurid varieerusid suuresti sõltudes uuenduse liigist, mikroala omadustest ja vaatluse ajast. Sanglepa uuenemine ja hea kasv juureaukudes on põhjustatud paremate niiskustingimuste poolt. Lamapuidu mõju võib olla erinev, vahetult pärast häiringut vähendab suur kogus langenud puid uuenevate taimede valgustatust ning hilisemalt kaitseb see puutaimi metsloomade eest. See, milliselt majandati metsa häiringueelsel perioodil mõjutab häiringujärgse koosluse arengut. Häiringujärgsete alade koristamine (sanitaarraie) suurendab valgusnõudlike liikide osakaalu. Lamapuidu jätmine häiringualale ja harvendusraied häiringueelses metsas soosivad liikide uuendust vastavalt nende kohastumuslikele omadustele. Uuenevatel puuliikidel on erinev nõudlus mikroalade poolt loodavate tingimuste osas, seetõttu suurendab mikroalade olemasolu puurinde liigirikkust pikemas arenguperspektiivis. Edasiste uuringutega on vaja selgitada, kuivõrd püsivad ja millise suunaga on käesolevaks ajaks kirjeldatud arengutrendid.
Kirjeldus
Märksõnad
segametsad, tormikahjustused, metsaökosüsteemid, metsauuendus, metsamajandus, Eesti, dissertatsioonid