Cedrus libani ve Pinus nigra subsp. pallasiana ağaçlandırma alanında kurak dönemde ağaç-su ilişkisi değişimleri

Abstract

Bu çalışmada; Isparta il merkezinde bulunan ortalama 22 yaşındaki Toros sediri (Cedrus libani A. Rich) ve Anadolu karaçamı [Pinus nigra Arn. subsp. pallasiana (Lamb.) Holmboe] ağaçlandırma sahasında yaz kuraklığı döneminde ağaçların su ilişkilerinde ve biyokimyasal özelliklerinde oluşan değişimler incelenmiştir. Haziran-eylül ayları arasında toprak nem içeriği ve sıcaklığı, su ilişkileri parametreleri [solma noktasındaki osmotik potansiyel (ΨπTLP), tam doygun haldeki osmotik potansiyel (Ψπ100), kuru ağırlık oranı (DWF), birim kuru ağırlık başına düşen simplastik su oranı (Vo/DW) ve relatif su içeriği (RWC)], toplam çözünebilir şeker ve prolin içeriği araştırılmıştır. Çalışmamızda toprak nem içeriği ve sıcaklığı dönemsel bir değişim göstermiştir. Ölçüm dönemlerinin toprak nem içeriği ve sıcaklığı üzerinde anlamlı etkisi vardır. Anadolu karaçamında ölçüm dönemlerinin ΨπTLP, Ψπ100 ve DWF üzerindeki etkisi istatistiksel anlamda önemsiz bulunmuştur. Toros sedirinde ölçüm dönemlerinin ΨπTLP, Ψπ100 ve RWC üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğu belirlenmiştir. Solma noktasındaki osmotik potansiyel eylül ayında en düşük değerini almıştır. Toros sediri eylül ayında Anadolu karaçamına göre daha düşük solma noktasındaki osmotik potansiyele sahiptir. Anadolu karaçamında en yüksek toplam çözünebilir şeker içeriği haziran ayında tespit edilmiştir. Prolin içeriğinde ise, hem Anadolu karaçamında hem de Toros sedirinde ölçüm dönemlerinin etkisi bulunmamaktadır. Ağaç türleri arasında da toplam çözünebilir şeker ve prolin içeriği bakımından anlamlı bir farklılık tespit edilmemiştir. Toros sediri ve Anadolu karaçamı ağaçlandırma sahasında, çalışma yılında yapılan ölçüm sonuçlarına göre Eylül ayında Toros sedirinin Anadolu karaçamına göre kuraklığa karşı daha toleranslı olduğu söylenebilir.

Keywords

• Kuraklık,Ağaç,Su durumu,Toplam çözünebilir şeker,Prolin

Tree-water relations variations in dry season in Cedrus libani and Pinus nigra subsp. pallasiana afforestation area

Abstract

In this study, changes in water relations and biochemical characteristics of trees during summer drought in 22- year-old Taurus cedar (Cedrus libani A. Rich.) and Anatolian black pine [Pinus nigra Arn. subsp. pallasiana (Lamb.) Holmboe] afforestation area located in central of Isparta were investigated. Soil water content and soil temperature, water relation parameters [osmotic potential at turgor loss point (ΨπTLP), osmotic potential at full turgor (Ψπ100), dry weight fraction (DWF), symplastic water at saturated point per dry weight of the shoot (Vo/DW) and relative water content (RWC)], total soluble sugar and proline content were determined between June and September. Soil water content and soil temperature showed a periodical change in our study. Measurement periods have a significant effect on soil water content and soil temperature. The effect of measurement periods on ΨπTLP, Ψπ100 and DWF was found to be insignificant in Anatolian black pine. Taurus cedar has a significant effect on the measurement periods as to ΨπTLP, Ψπ100 ve RWC. The osmotic potential at turgor loss point has the lowest value in September. Taurus cedar has lowest osmotic potential at turgor loss point than Anatolian black pine in September. The highest total soluble sugar content in Anatolian black pine was determined in June. There were no significant effects on measurement periods both Anatolian black pine and Taurus cedar in proline content. No significant differences were found between tree species as to total soluble sugar and proline content. According to measurement results in the studying year, in Taurus cedar and Anatolian black pine afforestation area, it can be said that Taurus cedar against drought is more tolerant than Anatolian black pine in September.

Keywords

• Drought,Tree,Water status,Total soluble sugar,Proline

References

1. Anjum, S. A., Xie, X. Wang, L., Saleem, M. F., Man, C., Lei, W., 2011. Morphological, physiological and biochemical responses of plants to drought stress. African Journal of Agricultural Research, 6(9): 2026-2032.
2. Aranda, I., Gil, L., Pardos, J., 1996. Seasonal water relations of three broadleaved species (Fagus sylvatica L., Quercus petraea (Mattuschka) Liebl. and Quercus pyrenaica Willd.) in a mixed stand in the centre of the Iberian Peninsula. Forest Ecology and Mnagement, 84: 219-229.
3. Bartlett, M.K., Scoffoni, C., Sack, L., 2012. The Determinants of leaf turgor loss point and prediction of drought tolerance of species and biomes: A global meta-analysis. Ecology Letters, 15: 393-405.
4. Bartlett, M.K., Zhang, Y., Kreidler, N., Sun, S., Ardy, R., Cao, K., Sack, L., 2014. Global analysis of plasticity in turgor loss point, a key drought tolerance trait. Ecology Letters, doi: 10.1111/ele.12374.
5. Bates, L.S., Waldren, R.P., Teare, I.D., 1973. Rapid determination of free proline for water-stress studies. Plant Soil, 39: 205– 207.
6. Bucci, S.J, Scholz, F.G., Goldstein, G., Meinzer, F.C., Franco, A.C, Zhang, Y., Hao, G., 2008. Water relations and hydraulic architecture in cerrado trees: adjustments to seasonal changes in water availability and evaporative demand. Brazilian Journal of Plant Physiology, 20(3):233-245.
7. Buras, A., Schunk, C., Zeiträg, C., Herrmann, C., Kaiser, L., Lemme, H., Straub, C., Taeger, S., Gößwein, S., Klemmt, H.J., Menzel, A., 2018. Are Scots pine forest edges particularly prone to drought-induced mortality?. Environmental Research Letters. 13: 1-11.
8. Çepel, N., 1995. Orman Ekolojisi. İstanbul Üniversitesi Yayınları, İstanbul. Çalıkoğlu, M., 2002. Anadolu karaçamı (Pinus nigra Arnold ssp. pallasiana Lamb. Holmboe) orijinlerinin kuraklığa karşı reaksiyonlarının ekofizyolojik analizi. Doktora Tezi, İstanbul Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.

9. Çırak, C., Esendal, E., 2006. Soyada kuraklık stresi. OMÜ Ziraat Fakültesi Dergisi, 21(2): 231-237.
10. DaCosta, M., Huang, B., 2006. Osmotic adjustment associated with variation in bentgrass tolerance to drought stress. J. Amer. Soc. Hort. Sci. 131(3): 338-344.
11. David, T.S., Henriques, M.O., Kurz-Besson, C., Nunes, J., Valente, F., Vaz, M., Pereira, J.S., Siegwolf, R., Chaves, M.M., Gazarini, L.C., David, J.S., 2007. Water-use strategies in two co-occurring Mediterranean evergreen oaks: surviving the summer drought. Tree Physiology, 27: 793-803.
12. Deligöz, A., 2011. Seasonal changes in the physiological characteristics of Anatolian black pine and the effect on seedling quality. Turk. J. Agric. For., 35: 23–30.
13. Deligöz, A., Bayar E., 2017. Kuraklık stresli Quercus cerris fidanlarının fizyolojik ve biyokimyasal özelliklerindeki değişimler. Turkish Journal of Forestry, 18(4):269-274.
14. Deligöz, A., Cankara, F.G., 2019. Differences in physiological and biochemical responses to summer drought of Pinus nigra subsp. pallasiana and Pinus brutia in a natural mixed stand. J. For. Res. https://doi.org/10.1007/s11676-018-00876-8.
15. Dichio, B., Xiloyannis, C., Angelopoulos, K., Nuzzo, V., Sabino, A., Celano, B., Celano, G., 2003. Drought-induced variations of water relations parameters in Olea europaea. Plant and Soil, 257: 381-389.
16. Dirik, H., 1999. Dikim mevsiminde Anadolu karaçamı (Pinus nigra Arnold ssp. pallasiana Lamb. Holmboe) fidanlarındaki fizyolojik değişimler ve bunun dikim başarısı üzerindeki etkileri. İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi, 49(2):59-74.
17. Dirik, H., 2000. Farklı biyoiklim kuşaklarını temsil eden kızılçam (Pinus brutia Ten.) orijinlerinin kurak dönemdeki su potansiyellerinin basınç-hacim (pv) eğrisi ile analizi. İstanbul Üniversitesi, Orman Fakültesi Dergisi, 50(2): 93-103.
18. Dubois, M., Gilles, K.A., Hamilton, J.K., Rebers, P.A., Smith, F., 1956. Colorimetric method for the determination of sugars and related substances. Annals of Chemistry, 28(3): 350–356.
19. Eilmann, B., Zweifel, R., Buchmann, N., Fonti, P., Rigling, A., 2009. Drought-induced adaptation of the xylem in Scots pine and pubescent oak. Tree Physiology, 29: 1011-1020.
20. Ertekin, M. Özel, H.B., 2010. Çorum yöresi erozyonla mücadele kapsamında yapılan karaçam (Pinus nigra Arnold.) ve sedir (Cedrus libani A. Rich.) ağaçlandırmaları. Bartın Orman Fakültesi Dergisi, 12(18): 77-85.
21. Huang, X.M., Huang, H.B., Gao, F.F., 2000. The growth potential generated in citrus fruit under water stress and its relevant mechanisms. Scientia Horticulturae, 83: 227-240.
22. İmal, B., 2015. Bazı Anadolu karaçamı (Pinus nigra Arn. subsp. pallasiana [Lamb.] Holmboe) orijinlerinin dona ve kuraklığa karşı dayanıklılıklarının ekofizyolojik olarak belirlenmesi. Doktora Tezi, İstanbul Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
23. Johnson, D.M., Berry, Z.C., Baker, K.V., Smith, D.D., McCulloh, K.A., Domec, J.C., 2018. Leaf hydraulic parameters are more plastic in species that experience a wider range of leaf water potentials. Functional Ecology,1-10.
24. Kaçar, B., Katkat, V., Öztürk, S., vd., 2013. Bitki Fizyolojisi. Nobel Akademik Yayıncılık, Ankara.
25. Kozlowski, T.T., 1992. Carbohydrate sources and sinks in woody plants. The Botanical Review, 58(2): 107-222.
26. Krasensky, J., Jonak, C., 2012. Drought, salt, and temperature stress-ınduced metabolic rearrangements and regulatory networks. Journal of Experimental Botany, 63(4): 1593-1608.
27. Lähdesmäki, P., Pietiläinen, P., 1988. Seasonal variation in the nitrogen metabolism of young Scots pine. Silva Fennica, 22(3): 233-240.
28. Landhäusser, S.M., Lieffers, V.J., 2003. Seasonal changes in carbohydrate reserves in mature northern Populus tremuloides clones. Trees, 17: 471-476.
29. Lansac, A. R., Zaballos, J. P., Martin, A., 1994. Seasonal water potential changes and proline accumulation in mediterranean shrubland species. Vegetatio, 113: 141-154.
30. Major, J. E., Johnsen, K. H., 1999. Shoot water relations of mature black spruce families displaying a genotype x environment interaction in growth rate. II. temporal trends and response to varying soil water conditions. Tree Physiology, 19: 375-382.
31. Marcińska, I., Czyczyło-Mysza, I., Skrzypek, E., Filek, M., Grzesiak, S., Grzesiak, M. T., Janowiak, F., Hura, T., Dziurka, M., Dziurka, K., Nowakowska, A., Quarrie, S. A., 2013. Impact of Osmotic Stress on Physiological and Biochemical Characteristics in Drought-Susceptible and Drought- Resistant Wheat Genotypes. Acta Physioliae Plantarum, 35: 451-461.
32. Merchant, A., Arndt, S.K., Rowell, D.M., Posch, S., Callister, A., Tausz, M., Adams, M.A., 2010. Seasonal changes in carbohydrates, cyclitols, and water relations of 3 field grown Eucalyptus species from contrasting taxonomy on a common site. Ann. For. Sci., 67 (104): 1-7.
33. Misson, L., Limousin, J.M., Rodriguez, R., Letts, M.G., 2010. Leaf physiological responses to extreme droughts in Mediterranean Quercus ilex forest. Plant, Cell & Environment, 33: 1898-1910.
34. Morin, X., Fahse, L., Jactel, H., Scherer-Lorenzon, M., García-Valdés, Bugmann, H., 2018. Long-term response of forest productivity to climate change is mostly driven by change in tree species composition. Scientific Reports, 8: 5627, DOI:10.1038/s41598-018-23763-y.
35. Mundree, S.G., Baker, B., Mowla, S., Peters, S., Marais, S., Willigen, C.V., Govender, K., Maredza, A., Muyanga, S., Farrant, J.M., Thomson, J.A., 2002. Physiological and molecular insights into drought tolerance. African Journal of Biotechnology,1(2):28-38.
36. Näsholm, T., Ericsson, A., 1990. Seasonal changes in amino acids, protein and total nitrogen in needles of fertilized Scots pine trees. Tree Physiology, 6: 267-281.
37. Newton, R.J.F., Funkhouser, E.A., Fonkg F., and Tauer, C.G., 1991. Molecular and physiological genetics of drought tolerance in forest species. Forest Ecology and Management, 43:225-250.
38. Nortes, P.A., Pérez-Pastor, A., Egea, G., Conejero, W., Domingo, R., 2005. Comparison of changes in stem diameter and water potential values for detecting water stress in young almond trees. Agricultural Water Management, 77: 296-307.
39. Otieno, D.O., Kurz-Besson, C., Liu, J., Schmidt, M. W.T., Vale-Lobo do, R., David, T.S., Siegwolf, R., Pereira, J.S., Tenhunen, J.D., 2006. Seasonal variations in soil and plant water status in a Quercus suber L. stand:roots as determinants of tree productivity and survival in Mediterranean-type ecosystem. Plant and Soil, 283: 119-135.
40. Rhizopoulou, S., Meletiou-Christou, M.S., Diamantoglou, S., 1991. Water relations for sun and shade leaves of four Mediterranean evergreen sclerophylls. Journal of Experimental Botany, 42(238): 627-635.
41. Sankar, B., Jaleel, C.A., Manivannan, P., Kishorekumar, A., Somasundaram, R., Panneerselvam, R., 2007. Drought-induced biochemical modifications and proline metabolism in Abelmoschus esculentus (L.) Moench. Acta Bot. Croat., 66(1): 43-56.
42. Semerci, A., 1994. Doğu ladini (Picea orientalis L. Link.) fidanlarında su potansiyeli bileşenlerinde oluşan dönemsel değişimler. Yüksek Lisans Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Trabzon.
43. Semerci, A., 2002. Sedir (Cedrus libani A. Rich.) Fidanlarına ait Bazı Morfolojik ve Fizyolojik Karakteristikler ile İç Anadolu’daki Dikim Başarısı Arasındaki İlişkiler. İç Anadolu Ormancılık Araştırma Enstitüsü Yayınları, Teknik Bülten, No:279, Ankara. Serrano, L., Peñuelas, J., Ogaya, R., Savé, R., 2005. Tissue-water relations of two co-occurring evergreen mediterranean species in response to seasonal and experimental drought conditions. Journal of Plant Research, 118: 263–269.
44. Tognetti, R., Raschi, A., Jones, M. B., 2000. Seasonal patterns of tissue water relations in three mediterranean shrubs co-occurring at a natural CO2 spring. Plant, Cell and Environment, 23: 1341–1351.
45. TTKMS, 2013. Türkiye tarımsal kuraklıkla mücadele stratejisi ve eylem planı (2013-2017). Gıda, Tarım ve Hayvancılık Bakanlığı, Ankara. https://www.tarimorman.gov.tr/TRGM/Belgeler/Duyurular/2013_2017_Kuraklik_Eylem_Plani.pdf, Erişim:25.06.2019.
46. Turan, E.S., 2018. Türkiye’nin iklim değişikliğine bağlı kuraklık durumu. Artvin Çoruh Üniversitesi, Doğal Afetler ve Çevre Dergisi, 4(1): 63-69.
47. Tüfekçioğlu, A., Tüfekçioğlu, M., 2018. Kuraklık ve orman ekosistem dinamikler etkileşimi. Türkiye Ormancılık Dergisi, 19(1):103-108.
48. Türkan, İ., 2008. Bitki Fizyolojisi (Ed. Taiz, L., Zeiger, E.). Palme Yayıncılık, Ankara.
49. Ürgenç, S., 1986. Ağaçlandırma Tekniği. İ.Ü. Orman Fakültesi Yayını, Yayın No: 3314/375, İstanbul.
50. Vaz, M., Pereira, J. S., Gazarini, L. C., David, T. S., Rodrigues, A., Maroco, J., Chaves, M. M., 2010. Drought-induced photosynthetic ınhibition and autumn recovery in two mediterranean oak species (Quercus ilex and Quercus suber). Tree Physiology, 30: 946-956.
51. Wong, B. L., Baggett, K. L., Rye, A. H., 2003. Sseasonal patterns of reserve and soluble carbohydrates in mature sugar maple (Acer saccharum). Canadian Journal of Botany, 81: 780-788.
52. Yavaş, İ., Akgül, H.N., Ünal, A., 2016. Bitkilerin kuraklığa dayanıklılığını arttırmaya yönelik uygulamalar. Türk Tarım-Gıda Bilim ve Teknoloji Dergisi, 4(1): 48-57.
53. Zhu, W-Z., Cao, M., Wang, S-G., Xiao, W-F., Li, M-H., 2012. Seasonal dynamics of mobile carbon supply in Quercus aquifolioides at the upper elevational limit. Plos One, 7(3): e34213.