Comparative growth modelling of genetically improved Norway spruce, Scots pine and silver birch forest stands
Laen...
Kuupäev
2025
Kättesaadav alates
Autorid
Ajakirja pealkiri
Ajakirja ISSN
Köite pealkiri
Kirjastaja
Estonian University of Life Sciences
Abstrakt
ABSTRACT. This doctoral thesis focuses on advancing growth modelling for genetically improved forest reproductive material (FRM) of Norway spruce, Scots pine, and silver birch in the Baltic region. The use of genetically enhanced planting stock has become substantial to sustainable forest management in the region. This research aims to analyse growth patterns for improved FRM and develop individual tree height growth models addressing gaps in understanding of how genetic gains influence on growth dynamics.
The study incorporated a dynamic generalized algebraic difference approach (GADA) form of the King-Prodan height growth functions previously calibrated from the remeasured National Forest Inventory plots in Latvia. The model showed stronger predictive accuracy for improved material compared to the unmodified reference function.
New height growth models were developed for Scots pine and silver birch using dynamic growth functions with FRM-specific parameters. These models improved height predictions across various site qualities up to mid-rotation and demonstrated significant genetic gains in height growth, particularly for “tested” FRM categories.
The clonal effect on Norway spruce growth was assessed using radial increment data, identifying substantial genetic variation in diameter growth. Genetic control of diameter stabilized after age of 40 years. Height growth reconstruction of Norway spruce clones with distinct productivity revealed variation among genotypes to meteorological conditions, such as winter temperature and summer drought. Fast-growing clones showed greater resistance to stress but slower recovery rates.
Practical application of the improved growth models, quantifying the faster early growth of tested and qualified FRM, will benefit in a form of adjusted early thinning schedules. Incorporation of the finding of the genetically determined variation in tree stress response in long-term breeding program is essential for implementation of climate-smart forestry.
LÜHIKOKKUVÕTE. Käesolev doktoritöö keskendub hariliku kuuse, hariliku männi ja arukase geneetiliselt parendatud kultiveerimismaterjali kasvu modelleerimisele Balti regioonis. Olemasolevad kasvumudelid ei arvesta parandatud kultiveerimismaterjali kasutamisest muutunud puude kasvu. Käesoleva uurimistöö eesmärk on analüüsida parendatud kultiveerimismaterjali kasvu ja töötada välja individuaalsed puude kõrguse kasvumudelid. Puude kõrguste baasvanusest sõltumatute kasvumudelite väljatöötamiseks kasutati GADA arvutusmudeleid. Uute mudelite loomiseks tuletati olemasolevatest baasvõrranditest viis dünaamilist mudelit. King-Prodani mudeli GADA kuju kohandati parendatud metsauuendusmaterjali jaoks. Loodud mudel näitas täiustatud materjali puhul suuremat ennustustäpsust võrreldes muutmata mudeliga. Hariliku männi ja kase jaoks töötati välja uued kõrguskasvu mudelid, lisades mudelitele kultiveerimismaterjali põhised parameetrid. Need mudelid parandasid kõrguse prognoose erinevate kasvukohtade puhul kuni poole raieringi vanuses. Ka hinnati klooniti mõju hariliku kuuse kasvule, kasutades radiaalse juurdekasvu andmeid. Diameetri kasvu geneetiline kontroll stabiliseerus pärast 40. kasvuaastat. Valitud kõrge tootlikkusega hariliku kuuse kloonide kõrguse kasvu rekonstrueerimine tõi esile genotüüpide erineva reaktsiooni meteoroloogiliste tingimustele, sh positiivse seose talvise keskmise temperatuuri ja negatiivse seose suvise põua puhul. Modelleerimise tulemused näitavad, et parendatud metsamaterjali kasvutempo on puistu nooremas eas kiirem, mis osutab noorte puistute majandamisviisi muutmisvajadusele. Täiustatud mudelid võimaldavad kavandada harvendusraieid ilma kasvu alahindamisest tingitud viivitusteta. Pikaajaline varieeruvus kõrguse juurdekasvus kirjeldab kuusekloonide tundlikkust ilmastiku suhtes. Ilmastikutingimused mõjutasid kloone erinevalt, seetõttu on puude geneetilise varieeruvuse integreerimine metsade uuendusmaterjali aretusprogrammi kliimatarga metsanduse elluviimiseks väga vajalik.
LÜHIKOKKUVÕTE. Käesolev doktoritöö keskendub hariliku kuuse, hariliku männi ja arukase geneetiliselt parendatud kultiveerimismaterjali kasvu modelleerimisele Balti regioonis. Olemasolevad kasvumudelid ei arvesta parandatud kultiveerimismaterjali kasutamisest muutunud puude kasvu. Käesoleva uurimistöö eesmärk on analüüsida parendatud kultiveerimismaterjali kasvu ja töötada välja individuaalsed puude kõrguse kasvumudelid. Puude kõrguste baasvanusest sõltumatute kasvumudelite väljatöötamiseks kasutati GADA arvutusmudeleid. Uute mudelite loomiseks tuletati olemasolevatest baasvõrranditest viis dünaamilist mudelit. King-Prodani mudeli GADA kuju kohandati parendatud metsauuendusmaterjali jaoks. Loodud mudel näitas täiustatud materjali puhul suuremat ennustustäpsust võrreldes muutmata mudeliga. Hariliku männi ja kase jaoks töötati välja uued kõrguskasvu mudelid, lisades mudelitele kultiveerimismaterjali põhised parameetrid. Need mudelid parandasid kõrguse prognoose erinevate kasvukohtade puhul kuni poole raieringi vanuses. Ka hinnati klooniti mõju hariliku kuuse kasvule, kasutades radiaalse juurdekasvu andmeid. Diameetri kasvu geneetiline kontroll stabiliseerus pärast 40. kasvuaastat. Valitud kõrge tootlikkusega hariliku kuuse kloonide kõrguse kasvu rekonstrueerimine tõi esile genotüüpide erineva reaktsiooni meteoroloogiliste tingimustele, sh positiivse seose talvise keskmise temperatuuri ja negatiivse seose suvise põua puhul. Modelleerimise tulemused näitavad, et parendatud metsamaterjali kasvutempo on puistu nooremas eas kiirem, mis osutab noorte puistute majandamisviisi muutmisvajadusele. Täiustatud mudelid võimaldavad kavandada harvendusraieid ilma kasvu alahindamisest tingitud viivitusteta. Pikaajaline varieeruvus kõrguse juurdekasvus kirjeldab kuusekloonide tundlikkust ilmastiku suhtes. Ilmastikutingimused mõjutasid kloone erinevalt, seetõttu on puude geneetilise varieeruvuse integreerimine metsade uuendusmaterjali aretusprogrammi kliimatarga metsanduse elluviimiseks väga vajalik.
Kirjeldus
A Thesis for applying for the degree of Doctor of Philosophy in Forestry.
Väitekiri filosoofiadoktori kraadi taotlemiseks metsanduse erialal.
Väitekiri filosoofiadoktori kraadi taotlemiseks metsanduse erialal.
Märksõnad
dissertations, growth modelling, tree breeding, clonal effect, height model, genetic effect, Green University (thesis is related to EMÜ Green University iniciative’s aims)