Aktywność bioelektryczna biogrup i pojedynczych drzew świerka pospolitego w okolicy górnej granicy lasu – korelacje z odpowiedzią organizmu na presję środowiska

Harsh mountain climate beyond the level of upper tree line usually eliminates individual trees of Norway Spruce (Picea abies). However, tree clusters, so called biogroup – spatially isolated groups of tightly growing trees can thrive in these conditions. It was assumed that cluster individuals protect each other from harsh environmental conditions. Thus, cooperation between cluster members is probably the most effective way of the increase in survival chances of individual organism. Importantly, tightly growing trees promote formation of root grafts which are often observed between cluster members. The changes in ion distribution, being an effect of ion uptake from the soil and a subsequent ion transport in the xylem path, generate the so called trans - root bioelectric potential (TRP) which can be a parameter used to assess the activity of the xylem transport in root system of the trees in situ. Continuous rcording has included monitoring the TRP to investigate the influence and intensity of atmosphere parameters on the tree clusters and single trees in a population of Picea abies grown c.a. 1200 m a.s.l., in the Western Carpathian Mts. (Southern Poland). The long-term TRP measurements were conducted in the summer seasons of 2013 and 2014, on both selected individual trees and tree cluster members. The weather – related parameters (including insolation, temperature, rainfall, air and soil humidity) were simultaneously monitored accompanied by a portable meteorological station in a long – term mode. Magnetic resonance tomography (MRT) and physiological analysis demonstrated the direct junction of xylems in root grafts formed by different trees. Likely they allow the exchange of molecules and electrical signals between cluster members. Interestingly, from ecophysiological point of view the whole biogroup can be distinguished as a single, highly integrated organism made up of smaller units. The data analysis showed the influence of the atmospheric parameters on TRP measured in trees in situ. The conclusion is the fact that an old tree cluster consists of individuals that are fused together and create one organism by root grafts. A biogroup can serve as a model of the whole stand. Thus, understanding tree cluster physiology is an important issue in the forest ecology, both in the mountains and in the lowlands.

Ekstremalne warunki klimatyczne panujące w okolicy górnej granicy lasu w większości przypadków eliminują pojedynczo rosnące osobniki Świerka pospolitego Picea abies. Jednakże biogrupa świerkowa – izolowana forma przetrwania zwarto rosnących drzew, może przetrwać w trudnych warunkach środowiskowych. Zaobserwowano, że osobniki rosnące na zewnątrz biogrupy chronią pozostałe drzewa przed wpływem czynników atmosferycznych. Dlatego też kooperacja pomiędzy osobnikami jest najefektywniejszym sposobem zwiększenia szans na przetrwanie pojedynczego organizmu. Zaobserwowano tendencje do tworzenia zrostów korzeniowych, które występują pomiędzy drzewami w biogrupie. Zmiany w rozkładzie jonowym są efektem pobierania substancji z gleby i transportowania przez ksylem, generując potencjał bioelektryczny ksylemu (TRP), który jest zależny od pobierania i przepływu soków w pniu drzewa, od systemu korzeniowego do aparatu asymilacyjnego w warunkach in situ. Badania terenowe polegały na ciągłym monitoringu TRP, celem zbadania wpływu intensywności fizycznych parametrów atmosfery na biogrupę rosnącą na wysokości około 1200 m n.p.m. w Karpatach Zachodnich. Długoterminowe pomiary zostały wykonane w roku 2013 i 2014, w obydwu przypadkach, dla drzew pojedynczych i biogrup świerkowych. Do parametrów mierzonych należały: nasłonecznienie, temperatura, opad, wilgotność gleby oraz powietrza, które to podlegały ciągłemu monitoringowi za pomocą stacji meteorologicznej. Rezonans magnetyczny (RM) oraz analiza fizjologiczna przedstawiły możliwość zlania tkanek ksylemowych w zrostach korzeniowych, formowanych przez różne drzewa. Co w konsekwencji może doprowadzić do wymiany cząstek i sygnałów elektrycznych pomiędzy osobnikami rosnącymi w biogrupie. Co więcej, z ekofizjologicznego punktu widzenia struktura biogrupy tworzy wysoce zintegrowany organizm złożony z podjednostek. Analiza danych ukazała wpływ fizycznych parametrów atmosfery na zmianę TRP mierzonego w warunkach in situ. Podsumowując, starsze biogrupy składają się z osobników zrośniętych razem, tworząc tym samym jeden organizm. Zrozumienie fizjologii biogrupy jest ważnym zagadnieniem ekologii leśnej za równo w przypadku leśnych zbiorowisk górskich jak i niżowych, co przypuszczalnie może stanowić model funkcjonowania drzewostanu.