Zagrożenie drzewostanów ze strony huby korzeni w zależności od temperatury gleby i opadów.pdf

DOI: 10.2478/v10111-010-0003-4

Leœne Prace Badawcze ( Forest Research Papers ) , 2010, Vol. 71 (1): 51–59.

ORYGINALNA PRACA NAUKOWA

Oksana Mykhayliv 1 ,Zbigniew Sierota 2

Zagro¿enie drzewostanów ze strony huby korzeni

w zale¿noœci od temperatury gleby i opadów

Threat caused to forests by the root rot Heterobasidion annosum (Fr.) Bref.

in relation to soil temperature and precipitation

Abstract. The statistical analysis of the relationship between the area where the root rot ( Heterobasidion annosum )

occurred and soil temperature and precipitation was performed for averaged values from all over Poland and

additionally, from three regions differing in terms of climate (the Regional Directorates of State Forests in Bia³ystok,

Kraków and Poznañ). The data used for comparison comprises occurrence of the root rot in years 1975-2007, divided

into the age category up to 20 years and over 20 years. The relationship between the area where the root rot occurs in an

n -year and the analysed weather components in years n -l (wherel=0,1,2,3)wasinvestigated with the use of multiple

regression analysis following the SAS Enterprise Guide 4 statistical package (2007).

In most cases the pattern of soil temperature changes in September, October and in December and precipitation

level in June had decisive effects on disease development. The relationship between the root rot and soil temperature

and humidity was of regional character and resulted from the tree stand age category under analysis. The obtained

values of determination coefficient indicate that the impact of the analysed climatic factors on root rot development was

stronger in tree stands over 20 years of age. The strongest correlation relationship was found between the root rot area in

tree stands and the analysed weather components in the previous year

Key words : area of occurrence of disease in forests, predisposition of disease

1. Wstêp

proces chorobowy zachodzi w systemie korzeniowym,

bezpoœrednim œrodowiskiem zewnêtrznym huby korzeni

jest gleba, w której znajduje siê inokulum patogenu oraz

rozwija siê system korzeniowy roœliny-gospodarza. Z

przegl¹du literatury wynika, ¿e analiza oddzia³ywania

temperatury gleby na rozwój choroby nie by³a przedmio-

tem szerszego zainteresowania badaczy.

Celem prezentowanych analiz jest okreœlenie zale¿-

noœci pomiêdzy przebiegiem choroby w drzewostanie a

temperatur¹ i wilgotnoœci¹ gleby na podstawie groma-

dzonych przez nadleœnictwa od 35 lat danych o wystêpo-

waniu huby korzeni w drzewostanach oraz na podstawie

przebiegu wybranych elementów pogody. Przyjêto przy

tym hipotezê, ¿e wp³yw temperatury i wilgotnoœci jest

statystycznie istotny.

Dotychczasowe badania nad wp³ywem czynników

œrodowiska na przebieg huby korzeni, choroby powodo-

wanej przez Heterobasidion annosum (Fr.) Bref., wska-

zuj¹ na istotny wp³yw temperatury powietrza dla kie³ko-

wania zarodników i wzrostu grzybni (Korhonen et Stenlid

1998, Negrutskij 1973). Fedorov (1984), badaj¹c prze-

bieg zarodnikowania Heterobasidion na terenie Bia³orusi,

wykaza³, ¿e œrednia dobowa temperatura powietrza w gra-

nicach 14-20°C stwarza optymalne warunki dla tworzenia

i rozsiewu zarodników patogena. Interesuj¹ce jest rów-

nie¿ to, ¿e upalne lata z temperatur¹ powy¿ej 35°C wp³y-

waj¹ silnie ograniczaj¹co na zaka¿anie pniaków przez

Heterobasidion annosum (Gording et al. 1966). Poniewa¿

National Forestry and Wood Technology University of Ukraine, 79057 Lviv, 103 Gen. Chuprynka str., Ukraine,

Fax: +38 0322352269; e-mail o.mychayliv@gmail.com

Instytut Badawczy Leœnictwa, Zak³ad Ochrony Lasu, ul. Braci Leœnej 3, Sêkocin Stary, 05-090 Raszyn, Poland

O. Mykhayliv et Z. Sierota / Leœne Prace Badawcze, 2010, Vol. 71 (1): 51–59.

2. Materia³ i metody

Stosuj¹c siê do zasad poprawnej konstrukcji modeli

regresji, przyjêto ¿e:

1) w ka¿dym modelu liczba obserwacji (lat) n jest

wiêksza ni¿ liczba szacowanych parametrów k , to jest:

n ≥+1;

2) ¿adna ze zmiennych niezale¿nych nie jest kombi-

nacj¹ innych zmiennych niezale¿nych;

3) reszty s¹ nieskorelowane (w celu weryfikacji tego

za³o¿enia stosowano test W Durbina-Watsona; wartoœæ

statystyki d bliska 2 wskazuje na brak autokorelacji);

4) reszty maj¹ rozk³ad normalny (zgodnoœæ reszt z

rozk³adem normalnym weryfikowano testem Shapiro-

Wilka; je¿eli p s-w > 0,05, nie ma podstaw do odrzucenia

hipotezy o normalnoœci rozk³adu reszt).

W ostatnim etapie eliminacji zmiennych nieistotnych

uzyskuje siê model ze zmiennymi istotnie wp³ywaj¹cymi

na zmienn¹ zale¿n¹. Jakoœæ dopasowania tak uzyskanego

modelu jest okreœlona wysok¹ wartoœci¹ skorygowanego

wspó³czynnika determinacji R 2 (Adj R Sq) przy poziomie

istotnoœci modelu p< 0,05. Wartoœæ wspó³czynnika de-

terminacji R 2 opisuje stopieñ wyjaœnienia zgodnoœci

powierzchni wystêpowania choroby za pomoc¹ ujêtych w

modelu zmiennych klimatycznych.

Wybrane do analiz czynniki: temperatura gleby na

g³êbokoœci 5 cm i opady atmosferyczne, zosta³y zgrupo-

wane w dwa warianty:

I wariant – œredniomiesiêczne temperatury gleby od

stycznia do grudnia oraz miesiêczne sumy opadów od

marca do listopada bie¿¹cego roku;

II wariant – œredniomiesiêczne temperatury gleby od

stycznia do sierpnia oraz miesiêczne sumy opadów od

marca do sierpnia roku bie¿¹cego, a tak¿e temperatura

gleby od wrzeœnia do grudnia i suma opadów od

wrzeœnia do listopada roku poprzedniego.

Z uwagi na rolê inokulum patogenu (materia³u za-

kaŸnego) w inicjowaniu i rozwoju procesu chorobo-

wego, co podkreœla Mañka (2005), do analizy wybrano

równie¿ wymienione czynniki pogodowe z 3 okresów

poprzedzaj¹cych rozwój choroby: a) z roku poprzed-

niego n- 1 (za okres 1974–2006), b) z roku n -2 (odpo-

wiednio za okres 1973–2005) oraz c) z roku n -3 (okres

1972–2004).

Zwi¹zek pomiêdzy powierzchni¹ wystêpowania

huby korzeni w n -tym roku a warunkami pogodowymi

w latach n-l (gdzie l = 0, 1, 2, 3) badano za pomoc¹ ana-

lizy regresji. Do interpretacji wyników wybrano ele-

menty pogody z takiego okresu n-l lat, dla którego

wspó³czynnik determinacji R 2 modelu wyjaœniaj¹cego

powierzchniê wystêpowania choroby za pomoc¹ ujêtych

w modelu zmiennych klimatycznych by³ najwy¿szy.

Z racji zró¿nicowania geograficznego i klimatycz-

nego obszaru Polski, jak równie¿ rejonizacji wystêpo-

wania huby korzeni w drzewostanach na gruntach

porolnych, analizy statystyczne przeprowadzono dla

obszaru ca³ej Polski, a tak¿e dla trzech wybranych

regionów ró¿ni¹cych siê pod wzglêdem klimatycznym.

By³ to obszar regionalnych dyrekcji Lasów Pañstwo-

wych w Bia³ymstoku, w Krakowie i w Poznaniu, dla

których – dziêki sta³oœci ich granic administracyjnych –

dane dotycz¹ce area³u wystêpowania huby s¹ porówny-

walne dla ca³ego badanego okresu.

W badaniach analitycznych wykorzystano dane

wymienionych dyrekcji z lat 1975–2007 o powierzchni

wystêpowania huby korzeni, z podzia³em na drzewo-

stany do 20 lat i powy¿ej 20 lat. ród³em informacji by³y

coroczne krótkoterminowe prognozy wystêpowania

wa¿niejszych szkodników i chorób infekcyjnych drzew

leœnych w Polsce, opracowywane przez Instytut Badaw-

czy Leœnictwa na podstawie informacji z dyrekcji regio-

nalnych LP i zespo³ów ochrony lasu.

Jako elementy pogody do analiz wybrano œredni¹

miesiêczn¹ temperaturê gleby na g³êbokoœci 5 cm,

gruboœæ pokrywy œnie¿nej oraz miesiêczn¹ sumê

opadów atmosferycznych, jako poœredni wskaŸnik

wilgotnoœci gleby. ród³em informacji dla za³o¿enia

bazy danych o przebiegu warunków pogodowych by³y

biuletyny pañstwowej s³u¿by hydrologiczno-meteoro-

logicznej z lat 1972–2007.

Oddzia³ywanie temperatury i opadów atmosferycz-

nych na organizmy ¿ywe ma charakter kompleksowy, a

efekt jest niejednokrotnie synergistyczny, st¹d zastoso-

wano metodê regresji wielokrotnej. W celu redukcji

zmiennych w modelu pos³u¿ono siê metod¹ tzw.

eliminacji wstecznej (eliminacji poprzednich), za po-

moc¹ pakietu statystycznego SAS Enterprise Guide 4

(2007). Dany model opiera siê na ocenie istotnoœci

wp³ywu kilku zmiennych niezale¿nych X na zmienn¹

zale¿n¹ Y , eliminuj¹c z modelu kolejno te zmienne

niezale¿ne, których wp³yw na zmienn¹ zale¿n¹ jest

nieistotny lub najmniej istotny statystycznie.

Liniowym modelem regresji wielokrotnej jest

równanie:

ββ β β

...

i ( i = 1, 2, …, k) – parametry modelu (wspó³-

czynniki regresji) opisuj¹ce wp³yw i -tej zmiennej

(Stanisz A. Przystêpny kurs statystyki z zastosowaniem

STATISTICA PL na przyk³adach z medycyny. Tom 1,

2. Wyd. 3. StatSoft Polska, Kraków. 2007).

=+ + ++

gdzie:

O. Mykhayliv et Z. Sierota / Leœne Prace Badawcze, 2010, Vol. 71 (1): 51–59.

3. Wyniki

W okresie 1972–2007 (ryc. 2) rok 1982 okaza³ siê

najbardziej suchy, gdy¿ suma opadów wynios³a jedynie

435 mm, przy czym na sezon wegetacyjny przypad³o

286 mm. Z kolei w latach 1974 i 2001 odnotowano

najwiêksz¹ sumê opadów rocznych (odpowiednio 798 i

741 mm) i w sezonie wegetacyjnym (odpowiednio 601 i

565 mm).

Najni¿sz¹ œredni¹ roczn¹ temperaturê gleby odnoto-

wano w 1980 r., najwy¿sz¹ natomiast w latach 2000 i

2002; w analizowanym okresie jej wartoœci zawiera³y siê

w przedziale 7,1–10,5°C.

W skali ca³ego kraju, w badanym okresie

1975–2007, pocz¹wszy od roku 1993 r. nastêpowa³

corocznie wzrost powierzchni wystêpowania huby

korzeni (ryc. 1). Najwiêkszy udzia³ tej choroby w

drzewostanach w wieku powy¿ej 20 lat stwierdzono w

latach 2002–2003, kiedy to area³ wystêpowania wynosi³

211–214 tys. ha. Najmniejsz¹ natomiast powierzchniê

wystêpowania korzeniowca wieloletniego w drzewosta-

nach zarejestrowano w latach 1982 i 1985; zawiera³a siê

ona w przedziale 71–75 tys. ha. W uprawach i m³odni-

kach hubê korzeni rejestrowano na znacznie mniejszych

powierzchniach, niemniej szczyt zagro¿enia przypada³

na lata 1982, 1984 i 1987, a powierzchnia drzewostanów

zagro¿onych przez hubê korzeni wynosi³a 23–24 tys. ha.

Wybrane do badañ regiony ró¿ni³y siê warunkami

klimatycznymi (tab. 1). W analizowanym 40-letnim

okresie (lata 1968–2007) œrednia roczna temperatura

powietrza na terenie RDLP w Bia³ymstoku wynosi³a

6,7°C i by³a o 1,1 stopnia ni¿sza od œredniej w skali

ca³ego kraju. Natomiast na terenie RDLP w Poznaniu

wspomniana temperatura powietrza wynosi³a 8,6°C i

by³a wy¿sza o 0,8 stopnia ni¿ w skali ca³ego krajuio1,9

stopnia ni¿ na terenie RDLP w Bia³ymstoku. Jeœli chodzi

o roczn¹ sumê opadów, to by³a ona najwiêksza na terenie

RDLP w Krakowie. W analizowanym okresie œrednia

roczna suma opadów wynios³a 880 mm, co stanowi³o

142% sumy opadów w skali ca³ego kraju i 172% sumy

opadów na terenie RDLP w Poznaniu.

Œrednia roczna temperatura gleby w skali kraju by³a

znacznie zró¿nicowana w analizowanym okresie

(ryc. 2). Wielomianowa linia trendu wykaza³a tendencjê

wzrostow¹ wartoœci œredniej rocznej temperatury gleby.

W przypadku rocznej sumy opadów wahania by³y doœæ

du¿e, a przebieg wielomianowej linii trendu wskazuje na

falowy charakter zmian – po kolejnym wzroœcie sumy

rocznych opadów nastêpowa³o kolejne jej zmniejszenie.

Tabela 1. Œrednie wieloletnie temperatury powietrza i

gleby ( °C ) oraz sumy opadów (mm)

Table 1. Multi-annual averages of air and soil temperatures

(°C) and total precipitation amounts (mm)

Wyszczególnienie

Specification

Roczna suma

opadów atmo-

sferycznych

Annual total

precipitation

amount

1968-2007 620

585

888

502

1968-1977 628

601

903

482

1978-1987 609

586

874

478

1988-1997 596

580

839

510

1998-2007 646

575

937

538

Œrednioroczna

temperatura

powietrza

Average annual

air temperature

1968-2007

7,8

6,7

6,8

8,6

1968-1977

7,5

6,4

6,5

8,2

1978-1987

7,1

5,9

6,3

7,9

1988-1997

8,0

7,0

8,8

1998-2007

8,4

7,5

9,4

Œrednioroczna

temperatura

gleby

Average annual

soil temperature

1968-2007

8,9

8,3

9,1

9,6

1968-1977

8,5

7,9

8,6

9,6

1978-1987

8,3

7,7

8,6

9,1

1988-1997

9,0

8,4

9,3

9,6

1998-2007

9,6

9,1

10,0

10,1

* Regional Directorate of State Forests

Rycina 1. Powierzchnia wystêpowania

huby korzeni w lasach Polski

Figure 1. Area of occurrence of the root

rot in Polish forests

O. Mykhayliv et Z. Sierota / Leœne Prace Badawcze, 2010, Vol. 71 (1): 51–59.

Rycina 2. Œrednie dla kraju wartoœci rocznej temperatury gleby oraz sumy opadów

Figure 2. Multi-annual averages of soil temperature and total precipitation amount on the all-Poland scale

W wykonanych analizach regresji wielokrotnej wy-

soka wartoœæ skorygowanego wspó³czynnika determi-

nacji R 2 , a równoczeœnie istotnego na poziomie p > 0,05,

wskazuje, ¿e niemal ca³a zmiennoœæ powierzchni wystê-

powania huby korzeni mo¿e byæ wyjaœniona przebie-

giem w³¹czonych do modelu wartoœci temperatury gleby

oraz wilgotnoœci gleby, wyra¿onej sum¹ opadów. Jest to

zrozumia³e, gdy¿ z fitopatologicznego punktu widzenia

proces chorobowy przebiega w œrodowisku glebowym.

Rozwój huby korzeni w drzewostanie musi byæ poprze-

dzony silnym os³abieniem systemu korzeniowego

drzew, zwykle spowodowanym przez czynniki abio-

tyczne, co predysponuje korzenie do infekcji i u³atwia

rozwój patogenu w zaatakowanych tkankach.

∑ (III)…(XI) – miesiêczna suma opadów w danym

miesi¹cu

G³êb.œn. – œrednioroczna g³êbokoœæ œniegu, mm;

Licz_dni_O – liczba dni z opademi w sezonie

wegetacyjnym,

( n – 0, 1, 2, 3) – liczba lat przed rokiem wykonania

oceny wystêpowania choroby

Wed³ug tego modelu wraz ze wzrostem temperatury

gleby w maju i grudniu oraz wzrostem opadów atmosfe-

rycznych w czerwcu nastêpuje zwiêkszenie intensyw-

noœci choroby i area³u jej wystêpowania w drzewostanie.

Z kolei „ciep³a zima”, wyra¿ona wy¿sz¹ temperatur¹

gleby w styczniu, wp³ywa ograniczaj¹co na rozprze-

strzenianie siê choroby w m³odych drzewostanach na

tym terenie.

RDLP w Krakowie

Huba korzeni w uprawach i m³odnikach

RDLP w Bia³ymstoku

Przeprowadzone analizy (tab. 2) wykaza³y istotny,

ale niezbyt silny zwi¹zek (niskie wartoœci R 2 ) miêdzy

rozprzestrzenianiem siê huby korzeni w uprawach i

m³odnikach a temperatur¹ gleby i opadami atmosferycz-

nymi. Najbardziej wiarygodny model regresji wielo-

krotnej [1] opisuje oceniane zale¿noœci z dok³adnoœci¹

40% i odnosi siê do zmiennoœci wystêpowania huby

korzeni i warunków meteorologicznych w roku poprze-

dzaj¹cym o 2 lata rok oceny choroby.

R 2 =0,40; p =0,0010; ( p S-W = 0,941; d D-W = 1,641)

Z analiz danych dla terenu RDLP w Krakowie wyni-

ka, ¿e model regresji wielokrotnej [2] opisuje zmiennoœæ

wystêpowania huby korzeni w drzewostanach w wieku

do 20 lat z dok³adnoœci¹ 67%.

R 2 = 0,67; p > 0,0001; ( p S-W = 0,638; d D-W = 2,403)

821 42 1

Tgl

−

(

VI) 19,3

−

Tgl

−

(

VIII) + 20,5

Tgl

−

(

IX) +

+ 35,9

Tgl

−

X) 26,9

−

Tgl

−

(

XII) 1,2 O III)

−

∑

(

−

∑

O IV) + 0,6 O VI)

(

∑

(

−

∑

O VIII)

(

=− −

2597 385 8

Tgl

−

(

I) + 183,1

Tgl

−

(

V) +

+ 1,2

∑ −14

O X)

(

Licz_ dni_ O

+ 299,8 Tgl −

(

XII) + 11,1 O VI)

∑

(

[1]

[2]

gdzie (legenda odnosi siê do wszystkich algorytmów):

Tgl (I) ... (XII) – œrednia temperatura gleby w danym

miesi¹cu,

=−

(

O. Mykhayliv et Z. Sierota / Leœne Prace Badawcze, 2010, Vol. 71 (1): 51–59.

Tabela 2. Wybrane charakterystyki klimatyczne istotnie skorelowane z wystêpowaniem huby korzeni w lasach na terenie

Polski oraz w wybranych regionach (RDLP)

Table 2. Selected climatic features significantly correlated with occurrence of the root rot in forests in Poland and in selected

regions (regionale directorates of State Forests)

WskaŸnik

Index

Uprawy i m³odniki

Plantations and young tree stands

Drzewostany w wieku powy¿ej 20 lat

Tree stands over 20 years of age

Polska

Poland

RDLP

Bia³ystok

RDLP

Kraków

RDLP

Poznañ

Polska

Poland

RDLP

Bia³ystok

RDLP

Kraków

RDLP

Poznañ

Wspó³czynnik determinacji R

0,51

0,40

0,67

0,40

0,71

0,75

0,46

Coefficient of determination R 2

-wartoœci

p -value

<0,0001 0,0010

<0,0001 0,0010 <0,0001 <0,0001 <0,0001 0,0004

G³êbokoœæ œniegu (cm)

Snow depth (cm)

-1

Liczba dni z opadami w okresie wegetacji

Number of days with precipitation in the

vegetation period

-1

Œrednia miesiêczna

temperatura gleby (°C)

Mean monthly soil temperature

(°C)

-2

-1

III

-0

-1

VII

VIII

-1

-2

-1

XII

-2

-1

Miesiêczna suma opadów

atmosferycznych (mm)

Monthly total precipitation

amount

III

-1

VII

-1

VIII

-1

Symbole / Symboles:

0, 1, 2, 3 – liczba lat przed wyst¹pieniem zjawiska chorobowego / number of years before disease occurrence

„+” / „-” – pozytywny lub negatywny wp³yw czynnika na wystêpowanie huby korzeni / positive or negative impact on rot root occurrence

pogrubiona czcionka – zmienna istotna na poziomie p <0,05

bolded – variable significant at p <0,05

Najbardziej wiarygodny model zale¿noœci wystêpo-

wania powierzchni choroby od warunków meteoro-

logicznych uzyskano w przypadku RDLP w Krakowie,

na co wp³ynê³a temperatura gleby oraz opady zarówno w

roku poprzedzaj¹cym wyst¹pienie choroby, jak i 2 lata

wczeœniej. Istotny, dodatni wp³yw na wzrost area³u huby

korzeni mia³a zw³aszcza wysoka temperatura gleby i

opady we wrzeœniu i paŸdzierniku przed dwoma laty

Tgl n-2 (IX) i (X). Negatywne oddzia³ywanie na wyst¹-

pienia patogenu w tym regionie mia³y: wy¿sze od prze-

ciêtnej temperatura gleby i opady atmosferyczne wystê-

puj¹ce w sierpniu. Podobne zale¿noœci (spowolnienie

procesu chorobowego) wynikaj¹ce z modelu 2 odnosz¹

siê do warunków wilgotnego marca i kwietnia w roku

poprzedzaj¹cym wystêpowanie huby korzeni. Uzyskane

wyniki potwierdzaj¹, ¿e dobre zaopatrzenie systemu

korzeniowego w wodê, zw³aszcza na pocz¹tku sezonu

wegetacyjnego, dodaje roœlinie witalnoœci i zwiêksza jej

opornoœæ wzglêdem rozprzestrzeniaj¹cego siê w

korzeniach patogenu.

RDLP w Poznaniu

Dla terenu RDLP w Poznaniu analiza wielokrotna

wykaza³a niezbyt siln¹ ( R 2 =0,40), ale statystycznie

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: