Effect of climate warming on wood formation of boreal Scots pine (Pinus sylvestris) using high-resolution cambium dynamics (HRCD) monitoring techniques
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Kiefern im borealen Waldgürtel zwischen der nördlichen Verbreitungsgrenze und dem Polarkreis in Finnland dienten als Modell-Baumart für das hier vorgestellte Projekt; zum Vergleich lag einer der vier Standorte in Süd-Finnland nahe Helsinki. Ziel des Projektes war es, die Dynamik der Holzbildung in hoher zeitlicher Auflösung über mehrere Jahre zu beschreiben. Zudem erfolgten Experimente mit Kiefern-Jungpflanzen im Gewächshaus unter verschiedenen Klima-Szenarien, wie z.B. Trockenstress oder erhöhtem CO2-Gehalt der Atmosphäre. Beginn, Dauer und Ende der Kambiumaktivität unterscheiden sich deutlich und systematisch entlang des Nord-Süd-Gradienten zwischen dem südlichsten und dem nördlichsten Standort. Beispielsweise beginnt die Holzbildung in 2008 im Süden Anfang Mai und im Norden Ende Juni und dauert 15 bzw. 5-7 Wochen; demzufolge endet sie Mitte August im Süden und bereits Ende Juli/Anfang August im Norden. Unabhängig von diesen markanten zeitlichen Differenzen folgt die intra-annuelle Zuwachsdynamik einer S-förmig verlaufenden Funktion, deren steiler Anstieg in die zweite Juni-Hälfte und erste Juli-Hälfte fällt. Mit anderen Worten, während dieser vier Wochen werden ca. zwei Drittel des Gesamtzuwachses gebildet. Der Übergang von Frühholz zu Spätholz geschieht zeitgleich mit dem Ende des Höhenwachstums. Übrigens hat ein Vergleich der zeitlichen Abfolge der intra-annuellen Dynamik von Knospenaustrieb, Beginn, Dauer und Ende des Höhenwachstums von jungen und mittelalten Kiefern keine signifikanten Unterschiede ergeben, so dass es möglich erscheint, phänologische Beobachtungen und Messungen an leicht zugänglichen Jungpflanzen auf schwer zugängliche erwachsene Bäume zu übertragen. Auf Zellebene gibt es Hinweise, dass die Lignifizierung der Tracheidenwände, also die letzte Phase im Verlauf der Bildung neuer Holzzellen, am nördlichsten und klimatisch extremsten Standort reduziert zu sein scheint im Vergleich zu weiter südlich liegenden Standorten. Diese Beobachtung muss anhand weiterer Messungen auf eine breitere Datengrundlage gestellt werden. Auf Zellebene wurde ferner beobachtet, dass beispielsweise einige zell-anatomische Variablen wie Durchmesser und Wanddicke der Tracheiden deutliche „Klimasignale“ enthalten, die sich zudem von den „Klimasignalen“ in der Jahrringbreite deutlich unterscheiden. Auch diese Richtung sollte zur Vertiefung und Absicherung der überraschenden Ergebnisse systematisch weiter verfolgt werden, zumal zwischen Ursache (Dezember/Januar-Temperaturen) und Wirkung (Frühholztracheiden-Bildung) mehrere Monate vergangen sind. Möglicherweise hängt dies mit temperaturabhängigen Veränderungen im Speicherstoffhaushalt zusammen. Für eine effizientere Datenerhebung konnten wir die Messung der zell-anatomischen Parameter durch den Einsatz der Fluoreszenzmikroskopie beschleunigen und die Qualität der Messungen deutlich erhöhen. Die Experimente im Gewächshaus haben die Bedeutung von Trockenstress und erhöhtem CO2-Gehalt in der Umgebungsluft untermauert. Kurz gesagt führen beide Einflüsse zur Bildung von Tracheiden mit größeren Lumina und dünneren, möglicherweise weniger stark lignifizierten Wänden. Dies bedeutet, dass die Kiefern unter erhöhtem CO2 nicht nur anatomische, sondern auch chemische Reaktionen zeigen. Dieser Befund weist auf eine verringerte Druckfestigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Pathogene hin.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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2009. Chronological coherence between intra-annual height and radial growth of Scots pine in the northern boreal zone of Finland. International Conference, EuroDendro, 26th – 30th October, Mallorca/Spain, S. 70
J.-W. Seo, H. Salminen, R. Jalkanen, D. Eckstein
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2009. High-resolution cambium dynamics in boreal pine trees at various distances from their northern tree line in view of the anticipated climate warming: introduction into our DFG-Project. Workshop on Monitoring Seasonal Dynamics of Wood Formation. 20th – 22nd April, 2009, Otočec/Slovenia, S. 6
J. Fromm, U. Schmitt, J.-W. Seo, R. Jalkanen, H. Mäkinen
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(2010) Intra-annual variation of cell parameters of Scots pine and its association with climate throughout Finland. The 8th International Conference on Dendrochronology, WorldDendro 2010, 13th –18th June, Rovaniemi/Finland, S. 157
J.-W. Seo, J. Fromm, U. Schmitt, H. Gärtner, R. Jalkanen, H. Mäkinen, D. Eckstein
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(2010) What is triggering the activities of meristematic tissues of Scots pine (Pinus sylvestris L.) during the recent past? The 8th International Conference on Dendrochronology, WorldDendro 2010, 13th–18th June, Rovaniemi/Finland. S. 345
J.-W. Seo, D. Eckstein, R. Jalkanen, U. Schmitt, H. Salminen
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(2011) Cell-component chronologies of Scots pine in subarctic Finland and climate signals recorded therein. International Conference, EuroDendro, 19th–23th September, 2011, Engelberg/Schweiz, S. 61
J.-W. Seo, J. Fromm, D. Eckstein, R. Jalkanen
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(2011) Climatic control of intra- and inter-annual wood-formation dynamics of Scots pine in northern Finland. Environmental and Experimental Botany 72(3):422-431
Seo J-W, Eckstein D, Jalkanen R, Schmitt U
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(2011) Phenophases of bud break and intra-annual height growth dynamics of saplings and pole-stage trees (Pinus sylvestris L.) in Finnish boreal forest. International Conference, EuroDendro, 19th–23th September, 2011, Engelberg/Schweiz, S. 60
J.-W. Seo, T. Aalto, R. Jalkanen , U. Schmitt, J. Fromm
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(2012) Bud break and intraannual height growth dynamics of saplings and pole-stage trees of Scots pine: case study for a boreal forest in northern Finland. Baltic Forestry 18(1):144-149
Seo J-W, Aalto T, Jalkanen R, Eckstein D, Schmitt U, Fromm J
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(2012) Screening various variables of cellular anatomy in Scots pines in subarctic Finland for climatic signals. IAWA Journal 33(4):417-429
Seo J-W, Eckstein D, Jalkanen R
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(2013) Climate control of wood formation: Illustrated for Scots pine at its northern distribution limit. In: Fromm J (ed), Cellular Aspects of Wood Formation. Plant Cell Monographs Vol. 20, 159- 185. Springer, Heidelberg, ISBN 978-3-642-36490-7
Seo J-W, Eckstein D, Olbrich D, Jalkanen R, Salminen H, Schmitt U, Fromm J
