Vedoucí: doc. Mgr. Jiří Doležal, Ph.D.

Lidé ׀ Grantové projekty ׀ Publikace

Výzkumná témata

• Život rostlin na horní hranici jejich rozšíření (Západní Himálaj, Equadorské Andy)
• Funkční vlastnosti rostlin druhově bohatých luk
• Dendrochronologie a vliv klimatických změn na růst dřevin
• Funkční ostrovní biogeografie
• Polinační systémy

Vybrané výsledky z posledních let

1/ Fenotypová diverzita ovlivněná transponovatelným prvkem zvyšuje produktivitu a odolnost vůči konkurentům v populacích rostlin

V této průkopnické studii byly zkoumány ekologické důsledky fenotypové diverzity indukované transponovatelným prvkem (TE) v populacích Arabidopsis thaliana. Zaměřením na různé linie Arabidopsis charakterizované různým počtem inzercí retrotranspozonu ONSEN jsme pozorovali, že zvýšení variace zprostředkované TE koreluje se zvýšením fenotypové diverzity. To se odrazilo ve funkčních vlastnostech souvisejících s využitím zdrojů. Je pozoruhodné, že taková zvýšená diverzita v těchto populacích vedla ke zvýšení jejich produktivity a současnému snížení výkonnosti mezidruhových konkurentů. To je významné zjištění, protože je to poprvé, co byl prokázán efekt diverzity generovaný různými liniemi TE. Náš výzkum podtrhuje ekologický význam diverzity řízené TE a nabízí nové poznatky o tom, jak biologická rozmanitost ovlivňuje fungování ekosystému. Tato studie nejen přispívá k našemu porozumění genetické a fenotypové rozmanitosti, ale také otevírá nové cesty pro zkoumání role genetických prvků, jako jsou TE, v ekologických procesech.

• Latzel V., Puy J., Thieme M., Bucher E., Götzenberger L. & de Bello F. 2023: Phenotypic diversity influenced by a transposable element increases productivity and resistance to competitors in plant populations. Journal of Ecology 111, 2376 – 2387. doi:1111/1365-2745.14185

 

 

2/ Změna druhové skladby a prostorové struktury lesa: Jak hlavní složky změn vegetace ovlivňují podobu potravních sítí?

Zatímco rozloha lesů v Evropě dlouhodobě roste, jejich biodiverzita klesá. Za hlavní příčiny tohoto poklesu je považována homogenizace lesní vegetace, konkrétně změna její prostorové struktury a druhového složení. Relativní příspěvek těchto dvou hlavních komponent změn lesní vegetace není znám, i když jeho znalost je s ohledem na zachování biodiverzity nezbytná ke kvalifikované péči o lesy v chráněných územích i lesy hospodářské. Studovali jsme proto význam prostorové struktury porostu pro rostliny a bezobratlé živočichy užitím observačního přístupu jednak v polootevřeném keřovém porostu a jednak v hustěji zapojeném stromovém porostu. Vyšší diverzita trofických interakcí byla nalezena v heterogenních podmínkách vzrostlých keřů, které se vyznačovaly lepšími světelnými podmínkami, důležitými pro koexistenci rozmanitých druhů rostlin i bezobratlých.

Spolupracující subjekt: Entomologický ústav AV ČR, Biologické Centrum, České Budějovice 

• Lanta V., Lilley T. M., Rinne V., Čížek L., Doležal J. & Norrdahl K. 2023: Not invasive status but plant overstory matters: open shrub canopies support greater plant and arthropod diversity and more complex food web structures compared to shady tree canopies. Arthropod-Plant Interactions 17, 863 – 889. doi:1007/s11829-023-09993-6

Druhová bohatost v ranných fázích sukcese lesa je vyšší než ve fází dospělého lesa, kdy stromový pokryv redukuje světelné podmínky.

 

3/ Dlouhodobá aktivita tropických cyklón formuje strukturu lesa a snižuje druhovou bohatost stromů v temperátních lesích východního USA

S využitím dat o >3 milionech stromů jsme zjistili, že vyšší aktivita tropických cyklón způsobuje sjednocení struktur lesa a snížení druhové bohatosti stromů v přirozených temperátních lesích východní části USA. Lze tak očekávat snížení druhové diverzity stromů v důsledku měnící se aktivity tropických cyklón.

Spolupracující subjekt: Laboratory of Tree-Ring Research, University of Arizona, Tucson, AZ 85721, USA; Department of Earth and Spatial Sciences, University of Idaho, Moscow, ID 83843, USA; Department of Geography, Indiana University, Bloomington, IN 47408, USA

• Fibich P., Black B. A., Doležal J., Harley G .L., Maxwell J. T. & Altman J. 2023: Long-term tropical cyclones activity shapes forest structure and reduces tree species diversity of U.S. temperate forests. Science of the Total Environment 884, 1 – 8. doi:1016/j.scitotenv.2023.163852

Disturbance způsobené tropickým cyklónem v temperátním lese jihovýchodní části USA.

 

4/ Mikrobiální společenstvo druhově bohaté louky podporuje rostlinné specialisty při obnově louky

Vlastnosti půdy spolu s půdním mikrobiálním společenstvem mohou významně ovlivnit rostliny, zejména v narušených ekosystémech. Abychom odlišili vliv chemických a fyzikálních vlastností půdy a vliv mikrobiálního společenstva na rostliny, založili jsme mikrokosmový experiment, kde jsme manipulovali půdním mikrobiálním společenstvem. Do sterilizované půdy pocházející ze zachovalé druhově bohaté louky a z půdy louky obnovené na orné půdě dali inokulum o různé diverzitě (manipulované ředěním extraktu mikrobiálního společenstva) z těchto půd. Obecně byla biomasa rostlinných lučních specialistů větší u inokula ze zachované louky než u inokula z obnovené louky, a měla tendenci být větší v půdě z obnovené louky. Luční generalisté byly na manipulaci s půdou méně citliví. Celková nadzemní biomasa rostlin nebyla zásahy ovlivněna, ale celková podzemní biomasa byla větší v přítomnosti inokula ze zachované louky a toto zvýšení bylo větší v půdě obnovené louky než v půdě zachované louky. Naše výsledky ukázaly, že luční specialisté rostou lépe v přítomnosti vhodného půdního mikrobiálního společenstva, což může vysvětlovat, proč jsou na loukách obnovených na orné půdě vzácní.

• Ardestani M.M., Mudrák O., Vicena J., Sun D.Q., Veselá H. & Frouz J. 2022: Microbial community from species rich meadow supports plant specialists during meadow restoration. Functional Ecology 36, 1573 – 1584. doi:1111/1365-2435.14052

Louka obnovená na orné půdě.

 

5/ Květní a reprodukční znaky jsou samostatnou dimenzí v rámci rostlinného ekonomického spektra střední Evropy

Zatímco vegetativní nadzemní a podzemní znaky byly stále více pokryty a uznávány jako nedílné součásti funkčních strategií rostlin, znaky související s opylováním a sexuální reprodukcí jen zřídka přitahovaly pozornost mimo klasičtější studie související s biologií opylení. Váha semen a fenologie květů se často používají jako jediné zástupce pro „reprodukční“ vlastnosti. Ukázali jsme, že vlastnosti květů, jako je tvar a barva a typ opylení, jsou skutečně důležitou složkou obecného spektra rostlinné formy a funkce. Navíc se zdá, že to má jen málo společného s ekonomickým spektrem listů. Naproti tomu jiné sexuální reprodukční charakteristiky, jako je stupeň vnějšího křížení, jsou spojeny se znaky souvisejícími s listy a velikostí, a proto poskytují potenciální spojení mezi znaky květů a jinými vegetativními znaky. Z toho vyplývá, že soubor květních vlastností by měl být integrován do budoucích linií výzkumu, které se chtějí plněji zabývat tím, jak rostlinné druhy reagují na změny prostředí a jak ovlivňují procesy a služby ekosystémů.

• E-Vojtkó A., Junker R. R., de Bello F. & Götzenberger L. 2022: Floral and reproductive traits are an independent dimension within the plant economic spectrum of temperate central Europe. New Phytologist 236, 1964 – 1975. doi:10.1111/nph.18386

Analýza hlavních komponent funkční variability vlastností a korelačních sítí vlastností.

 

6/ Tropické cyklóny přesouvající se do boreálních lesů: Vztahy mezi narušenými oblastmi a environmentálními faktory

Tropické cyklóny (TC) jsou běžnými disturbancemi v tropických a subtropických zeměpisných šířkách. S globálním oteplováním se TC začaly přesouvat do severních zeměpisných šířek s ničivými účinky na boreální lesy. Zůstává však nejasné, kde a kdy k těmto mimořádným událostem dochází a jak ovlivňují strukturu lesa a fungování ekosystému. V říjnu 2015 zasáhla katastrofa TC Dujuan ostrov Sachalin na ruském Dálném východě. S rychlostí větru 63 m·s−1 se stal nejsilnějším větrem zaznamenaným na Sachalinu a s různou intenzitou poškodil více než 42 000 ha původních lesů. Použili jsme satelitní snímky RGB s vysokým rozlišením, geomorfologické vzory odvozené z DEM a konvoluční neuronovou síť, abychom kvantifikovali poškozenou oblast ve specifických kategoriích terénu a typu lesa. Zjistili jsme, že velké holiny (>1 ha) představovaly >40 % poškozené plochy, zatímco malé gapy (<0,1 ha) představovaly pouze 20 %. Zaznamenané holiny jsou pro jižní boreální les velmi velké. Zjistili jsme, že aspekt (expozice svahu) byl nejdůležitější pro vysvětlení poškozené oblasti, následovaný topografií terénu. Jehličnaté lesy s uzavřeným zápojem na strmých, západně orientovaných svazích (typické pro konvexní reliéfy, jako jsou horské hřebeny a vrcholy) jsou vystaveny mnohem vyššímu riziku narušení TC než otevřené horské březové lesy nebo jehličnaté lesy a listnaté břehové lesy v konkávních reliéfech, jako jsou dna údolí.

• Korznikov, K., Kislov, D., Doležal, J., Petrenko, T. & Altman, J. 2022: Tropical cyclones moving into boreal forests: Relationships between disturbance areas and environmental drivers. Science of the Total Environment 844, 1 – 8. doi: 10.1016/j.scitotenv.2022.156931

Rozdělení lesů a holin mezi třídami tvarů terénu a příklady segmentace holin.

 

7/ Dynamika růstu a reprodukce alpinských rostlin v oteplujícím se světě

Oteplování klimatu má vliv na růst a přežívaní horských rostlin. V Tatrách vytváří šťovík alpský v důsledku oteplování třikrát delší oddenky a dvakrát více listů než před 40 lety. Vysoké letní teploty ovšem vedou k nedostatku vody v hustých porostech a zvýšené konkurenci. Výsledky výzkumu v Himálaji naznačují, že reakce vyvolané oteplováním budou stanovištně specifické, proměnlivé v čase a prostoru a budou záležet na fyziologické toleranci druhů ke klimatickým změnám.

• Doležal J., Kurnotová M., Šťastná P. & Klimešová J. 2020. Alpine plant growth and reproduction dynamics in a warmer world. New Phytologist 228: 1295-1305. Doi: 10.1111/nph.16790.
• Liancourt P., Song X., Macek M., Šantrůček J. & Doležal J. 2020. Plant’s-eye view of temperature governs elevational distributions. Global Change Biology 26: 4094-4103. Doi: 10.1111/gcb.15129.

 
Ilustrace monodominantních lokalit štovíku alpského v Nízkých Tatrách na Slovensku, ve střední Evropě, s podzemním systémem oddenků a měřenými růstovými parametry: roční délka segmentu, jizvy po listech a květenství.

 

8/ Vztah mezi stabilitou a diverzitou rostlinných společenstev

Pochopení toho, jak rozmanitost ovlivňuje stabilitu ekosystému, je zásadní pro predikci důsledků pokračujícího úbytku stanovišť a biologické rozmanitosti na celkové fungovaní ekosystémů. Dlouhodobá stabilita produktivity v rostlinných společenstvích je často spojena s většími druhovou bohatostí, fylogenetickou nebo funkční rozmanitostí, nebo vyšší asynchronicitou fluktuací četností jednotlivých druhů (kompenzační dynamika), což vše potenciálně zvyšuje odolnost společenstva vůči narušení. Relativní význam těchto stabilizačních mechanizmů je však nedostatečně probádán. Analýza dlouhodobých časových řad o primární produkci rostlinné biomasy z různých biomů a stanovišť, ukázala, že stabilita, měřená jako časová stabilita celkové produkce, byla silněji spojena se stupněm synchronizace než s druhovou bohatostí (Valencia et al., 2020a, Valencia et al. 2020b, Dolezal et al. 2020). Tyto výsledky zdůrazňují význam biotických faktorů pro stabilitu ekosystému s potenciálem dalších environmentálních faktorů změnit složité vztahy mezi druhovou bohatostí, synchronizací a stabilitou. Zvažování těchto různých faktorů stability je zásadní pro definování potenciálu spolešenstev zůstat stabilní v kontextu globálních změn.

• Valencia E., de Bello F., Lepš J., Galland T., E-Vojtko A., Conti L., Danihelka J., Dengler J., Eldridge D. J., Estiarte M., García-González R., Garnier E., Gómez D., Harrison S., Herben T., Ibáñez R., Jentsch A., Juergens N., Kertész M., Klumpp K., Louault F., Marrs R. H., Ónodi G., Pakeman R. J., Pärtel M., Peco B., Peñuelas J., Rueda M., Schmidt W., Schmiedel U., Schuetz M., Skálová H., Šmilauer P., Šmilauerová M., Smit C., Song M.-H., Stock M., Val J., Vandvik V., Wesche K., Woodcock B. A., Young T. P., Yu F.-H., Zobel M. & Götzenberger L. 2020. Directional trends in species composition over time can lead to a widespread overemphasis of year-to-year asynchrony. Journal of Vegetation Science 31: 792-802.

• Valencia E., de Bello F., Galland T., Adler P., Lepš J., E-Vojtko A., van Klink R., Carmona C. P., Danihelka J., Dengler J., Eldridge D. J., Estiarte M., García-González R., Garnier E., Gómez-García D., Harrison S. P., Herben T., Ibáñez R., Jentsch A., Juergens N., Kertész M., Klumpp K., Louault F., Marrs R. H., Ogaya R., Ónodi G., Pakeman R. J., Pardo I., Pärtel M., Peco B., Peñuelas J., Pywell R. F., Rueda M., Schmidt W., Schmiedel U., Schuetz M., Skálová H., Šmilauer P., Šmilauerová M., Smit C., Song M.-H., Stock M., Val J., Vandvik V., Ward D., Wesche K., Wiser S. K., Woodcock B. A., Young T. P., Yu F.-H, Zobel M. & Götzenberger L. 2020. Synchrony matters more than species richness in plant community stability at a global scale. Proceedings of the National Academy of Sciences of The United States of America 117: 24345-24351.

• Doležal J., Fibich P., Altman J., Lepš J., Uemura S., Takahashi K. & Hara H. 2020. Determinants of ecosystem stability in a diverse temperate forest. Oikos 129: 1692-1703.

 
Strukturální modelování ukazující přímé a nepřímé účinky více abiotických a biotických faktorů na stabilitu v 79 souborech dat (Valencia et al. 2020a).

 

9/ Růstové odpovědi stromů na globální změny a vylepšení dendrochronologických technik

Stanovení dlouhodobých časoprostorových odpovědí růstu je zásadní pro pochopení dynamiky lesů a jejich reakci na globální změny. Nicméně stále se ví poměrně málo o tom, jak změny klimatu ovlivňují lesní ekosystémy podél gradientu nadmořské výšky a jaký má toto dopad na interakci mezi různými druhy. Letokruhovou analýzou jsme zjišťovali klimatu na růst listnáče (Quercus mongolica) a jehličnanu (Abies koreana) podél 800m výškového gradientu na ostrově Jeju v Jižní Koreji (Altman et al. 2020). Nedávné oteplování pozitivně ovlivňovalo růst dubu, zatímco růst jedle byl negativně ovlivněn vysokými teplotami.

Ke standardizaci metodických přístupů k rekonstrukci narušení s využitím letokruhů, a tím umožnění srovnání mezi různými studiemi a regiony, poskytuje Altman (2020) komplexní přehled těchto technik. Kromě toho předkládá metodického průvodce pro interdisciplinární studie a stanovuje několik možných budoucích využití.

Nakonec jsme se zaměřili na přesné vymezení mezi jarním a letním dřevem (Samusevich et al. 2020). Navrhovaná metodika je univerzální a může pomoci za určitých podmínek kalibrovat kritéria pro vymezení jarního a letního dřeva.

• Altman J. (2020) Tree-ring-based disturbance reconstruction in interdisciplinary research: Current state and future directions. Dendrochronologia 63: 125733.
• Altman J., Treydte K., Pejcha V., Cerny T., Petrik P., Srutek M., Song J.S., Trouet V. & Dolezal J. (2020) Tree growth response to recent warming of two endemic species in Northeast Asia. Climatic Change 162: 1345-1364.
• Samusevicha A., Lexa M., Vejpustková M., Altman J. & Zeidler A. (2020) Comparison of methods for the demarcation between earlywood and latewood in tree rings of Norway spruce. Dendrochronologia 60: 125686.

Hlavní vědecké obory s velkým potenciálem pro využití letokruhů jako informace o historii disturbance.

 

10/ Ekologie obnovy narušených stanovišt

Testovali jsme vliv krajinných parametrů, jako je krajinný pokryv okolí zarůstajícího místa, a abiotického prostředí (makroklima, substrát) na vývoj vegetace v průběhu sukcese. Ukázalo se, že i když všechny tyto faktory vývoj vegetace ovlivňují, abiotické faktory mají větší vliv. Tradiční dělení na primární a sekundární sukcesi mělo na vývoj vegetace jen malý vliv (Vítovcová et al. 2020). Výzkum cíleně zalesněných a spontánně zarostlých pískoven ukázal, že i když má průběh sukcese podobný průběh v obou typech stanovišť, tak ve spontánně zarostlých pískovnách se nachází z přírodního hlediska cennější stanoviště (Šebelíková et al. 2020). Aby ale tyto cenné a druhově bohaté písčité stanoviště nedegradovali, je potřeba je pravidelně narušovat (Řehounková et al. 2020a). Význam narušených a spontánně zarůstajících ploch pro biodiverzitu potvrdila i studie Řehounková et al. (2020b), která ukázala, že 14% ohrožených druhů České Republiky se vyskytuje právě na narušených stanovištích.

• Vítovcová K., Tichý L., Řehounková K. & Prach K. (2020) Which landscape and abiotic site factors influence vegetation succession across seres at a country scale? Journal of Vegetation Science, doi: 10.1111/jvs.12950
• Řehounková K., Jongepierová I., Šebelíková L., Vítovcová K. & Prach K. (in press) Topsoil removal in degraded open sandy grasslands: can we restore threatened vegetation fast? Restoration Ecology, doi: 10.1111/rec.13188
• Řehounková K., Vítovcová K. & Prach K. (2020) Threatened vascular plant species in spontaneously revegetated post-mining sites. Restoration Ecology, 28, 679–686.

Těžbou narušená krajina v okolí města Sokolov, SZ České republiky