Dendroklimatologie

1. Dendroklimatologie • zabývá se studiem vlivu klimatu na růst dřevin – rekonstrukce klimatických parametrů • výběr stanoviště kde je vliv klimatických parametrů, které mají být rekonstruovány nejsilnější: • populace rostoucí na hranici své ekologické valence (hranice lesa) - dobře definovaný klimatický parametr který limituje růst. - horní hranice - teploty - dolní hranice (aridní) - srážky • stanoviště minimálně ovlivněná „neklimatickými vlivy“ - dost problematické • identifikovat klimatické faktory které významně ovlivňují přírůst - tzv. screening - prostřednictvím tzv. „response function“ nebo korelační funkce • pro jedno období x více období – pohyblivá funkce odezvy – identifikace změn v reakci na klimatické faktory

2. a) Korelace b) Funkce odezvy (mnohonásobná regrese) moving 1945 1995 1940 1990 1935 1985 1930 1980 evolutionary backward forward 1945 1930 1980 1995 1940 1995 1930 1985 1995 1930 1935 1990 1930 1995 1930 1995

3. Korelace + funkce odezvy pro 1 období (Pinus sylvestris Labské pískovce, 1930-96) TEPLOTY SRÁŽKY rok předcházející růstu rok růstu letokruhu

4. (Pinus strobus Polabí, moving korelace) předchozí rok běžný rok předchozí rok běžný rok TEPLOTY SRÁŽKY negativní sig. koeficient nesignifikantní koeficient pozitivní sig. koeficient Korelace + funkce odezvy pro více období

5. vztah mezi přírůstkem, průběhem klimatických podmínek a charakteristikami stanoviště je propojen složitá interpretace výsledků Frittsovy modely působení klimatických vlivů na tvorbu úzkého letokruhu - vliv nízkých srážek a vysokých teplot v daném roce a v předchozím roce

6. 370- 700 - srážky ** 700-1000 - žádný 1000-1400 - teploty * Růst limitující klimatické faktory na výškovém gradientu: • smrk na Bavorské straně Šumavy v nadmořských výškách 370-1420 • mění se růstové reakce se zvyšující nadmořskou výškou ? • lze určit oblast s „optimálními“ klimatickými podmínkami pro růst ?

7. 350 - 700 - srážky ** 700 - 1150 - žádný 1000 -1400 – negativní srážky *, teploty téměř • smrk na České straně Šumavy v nadmořských výškách 350 -1350 stávající rok předchozí rok Negativní vliv teploty téměř na celém gradientu **

8. typ teplý-vlhký typ studený-suchý typ teplý-suchý Růst na ekologickém gradientu – Colorado (Kienast 1985)

9. změna parametrů chronologie na výškovém gradientu (dolní hranice lesa – zapojený les)

10. Dendroklimatologická rekonstrukce srážek pro jižní Moravu Cíl: rekonstruovat srážkové úhrny pro oblast Jižní Moravy Materiál: • standardní chronologie jedle sestavená z letokruhových řad z vybraných lokalit • homogenní řada srážek pro Jižní Moravu živé stromy 1825 - 1996 historické 1376 - 1925 chronologie 1376 - 1996 srážky 1897 - 1996 prům. roční srážky 528 mm

11. srážky vysvětlují 38% variability Výběr klimatických parametrů pro růstový model (screening) Koeficient korelace měsíčních srážek a indexu šířky letokruhů standardizované chronologie. Koeficient korelace měsíčních teplot a indexu šířky letokruhů standardizované chronologie.

12. klouzavý korelační koeficient smrkové a jedlové standardní chronologie Je srážkový signál v letokruzích stabilní ? Co je příčinou poklesu ? ? Docházelo k těmto událostem i dříve ? kalibrace 1897-1956

13. kalibrace modelu verifikace modelu 1897 1926 1956 PSMJ=110,4 + 160,0 RW Kalibrace modelu tloušťkový přírůst x suma srážek duben-červenec

14. Synoptická dendroklimatologie • rekonstrukce klimatických parametrů na síti chronologií

15. Rekonstrukce teploty na S polokouli • síť 387 hustotních a šířkových chronologií jehličnanů • průměrné korelace pro všechny oblasti a) maximální hustoty b) šířky letokruhů sloupec - 1901-50; tečka - 1935-84

16. rekonstrukce teplot za období duben – září pro celé území • v posledních desetiletích klesá citlivost max. hustot k teplotám • možný vliv zvýšených srážek v zimním období – pozdní počátek vegetace – posun sezóny mající vliv na přírůst • změna je však pravděpodobně zapříčiněna jiným (neklimatickým?) vlivem • rekonstrukce meziroční variability je však stabilní pro celé období

17. Další parametry letokruhů nesoucí klimatický signál radiální praskliny • praskliny vznikají v průběhu tvorby následujícího letokruhu • důvodem je patrně napětí ve kmeni vyvolané prudkým smrštěním v průběhu přísušku v září 1992

18. Vnitroletokruhová hustotní variabilita (falešný letokruh) Valis – suchá a vlhká stanoviště – Pinus sylvestris hustotní odchylka

19. M A M J J A S O M A M J J A S O počet dní sucha srážky teploty • hustotní anomálie jsou vyvolány vlhkým a chladným červencem a srpnem • na vlhkých stanovištích je reakce posunuta až do období srpen – září • vlhkému období musí předcházet teplý počátek léta (uspíší tvorbu pozdního dřeva)

20. Použití stabilních izotopů O, H a C k rekonstrukci klimatu • velký rozvoj v poslední době vzhledem k vývoji rychlejších, levnějších a přesnějších metod stanovení (AMS) • podíl izotopů se uvádí jako odchylka od „normálního“ vzorku Rx – podíl izotopů ve dřevě Rref – podíl izotopů v referenčním vzorku • izotopy 12C a 13C rostliny získávají z CO2 • izotopy 1H a 2H z vody • izotopy 18O a 16O z vody CO2 a O2

21. 13C/12C • obecně se předpokládá že se vzrůstající teplotou klesá podíl asimilovaného C13 vůči C12 (studium obsahu 13C na výškových gradientech vzestup o cca 1,2 promile/1000m , 0,1-2 promile/1°C ) • skleníkové experimenty ukazují opačnou reakci (se vzrůstající teplotou klesá podíl asimilovaného 13C) • asimilace 13C závisí na rychlosti příjmu CO2 – pomalý příjem (zavřené průduchy) znamená větší asimilaci 13C • základním problémem je však proces vlastní redistribuce 13C do růstových meristémů

22. variabilita obsahu 13C v letokruzích • velká roční variabilita – 3 fáze • průběh δ13C v letokruzích a listech je podobný, ale letokruhy jsou obohaceny o 13C • ve fázi 1 jsou čerpány především zásobní látky obohacené o 13C („těžší“ uhlík je přednostně ukládán do polysacharidů) • ve fázi 2začíná být využíván asimilovaný 13C – δ13C by měla odpovídat rychlosti příjmu CO2 průduchy • fáze 3 charakterizovaná opětovným vzrůstem δ13C je patrně způsobena opětovným uvolňováním zásobních látek na konci sezóny Obsah 13C je ovlivněn vnitřními růstovými procesy a to i v pozdním dřevě

23. Vliv klimatických faktorů na obsah 13C • vodní stres v červnu a červenci 1957 způsobil relativní zvýšení δ13C • dostatek srážek v roce 1958 mělo za následek rychlejší pokles δ13C (žádný vodní stres) • δ13C se mění v důsledku spalování fosilních paliv (klesá) a na frakcinaci 13C/12C má patrně vliv i růst obsahu CO2 v atmosféře – problém s rekonstrukcí dlouhodobých trendů

24. 16O/18O • obsah H a O izotopů ve srážkové vodě odpovídá teplotě při které dochází ke kondenzaci vody • existuje velmi silná korelace mezi obsahem O18 ve srážkách a přízemní teplotou (platí zejména pro stanice polární a pobřežní) – δ18O 0,7ppm/°C • vliv má původ vzduchových hmot ze kterých srážky vypadávají (lokální x frontální) a dále selektivní vypadávání různě "těžké" vody na geografickém a výškovém gradientu

25. Ukládání izotopů kyslíku a vodíku v letokruzích závisí: • složení vody přijímané stromy • ii) izotopové obohacení v průběhu transpirace • iii) biochemická frakcinace: • v průběhu syntézy asimilátů • v průběhu syntézy celulózy

26. i) složení vody přijímané stromy • vlastnosti stanoviště určují zda je přijímána srážková nebo podzemní voda (nenese klimatickou informaci) • pro zachycení klimatického signálu jsou vhodná stanoviště kde je přednostně přijímána srážková voda • dřeviny s povrchovými kořeny Bern – Fagus sylvatica, teplota duben-červenec

27. ii) izotopové obohacení v průběhu transpirace • při evapotranspiraci se uvolňují převážně molekuly lehké vody - voda užitá při asimilaci je obohacena o 18O • teoreticky by bylo možné využít pro rekonstrukci vlhkosti vzduchu u stromů odebírajících podzemní vodu se stabilním izotopovým složením – zvýšení obsahu O18 ve dřevě odpovídá vyšší hodnotě evapotranspirace δ18O ve větvích a půdě je v průběhu dne stejná

28. v procesu asimilace dochází k ochuzení karbonátů o D (-170promile) a naopak k obohacení o O18 (+140-160 promile) vůči vodě z mezibuněčných prostorů iiia) • z toho vyplývá mnohem vyšší variabilita δ18O než D iiib) • v průběhu transportu karbohydrátů z listů do meristémů nedochází kupodivu ke změnám zastoupení izotopů (i když jsou na počátku čerpány zásobní látky) – pravděpodobně zde funguje jiný mechanizmus • průběh δ18O v letokruhu odpovídá průběhu obsahu ve srážkové vodě ovlivněný výše uvedenými procesy

29. Závěr: • izotopové složení dřeva, stejně jako ostatní parametry letokruhů přímo nereprezentuje změny meteorologických parametrů prostředí • klimatický signál závisí na stanovišti, ze kterého stromy pochází • síla klimatického signálu se v průběhu času mění • vliv klimatických a neklimatických faktorů na růst je možný pouze při kombinaci více proměnných zjišťovaných na letokruzích • klíčové je detailní poznání fyziologických procesů dřevin a jejich propojení s klasickými dendrochronologickými analýzami