Effects of high temperature shocks applications on seed viability and germination in some Anatolian Black Pine [Pinus nigra J.F. Arnold ssp. pallasiana (Lamb.) Holmboe] populations

Abstract

Forest fires are a frequent event in Mediterranean climate-dominated regions and have great importance on succession. This reality, which is also valid for forest trees, facilitates the regeneration of some species and causes some species to lost their presence in the area. Therefore; it is important to know the fire ecology of the each species. To know the effects of the fires on seed viability and germination; will facilitate the development and follow-up of existing species in the area. In this study, different heat shocks (70, 90, 110 and 130 ºC) at different durations (1 and 5 min.) were applied on seeds obtained from 15 different populations of Anatolian black pine [Pinus nigra J.F. Arnold ssp. pallasiana (Lamb.) Holmboe] from four different main breeding zones and germinations was followed. As a result, the treatment of 130°C-5 min. reduced germination ability of seeds. However, it was found that Anatolian black pine seeds can withstand high heat shocks without affecting the germination ability up to 110 ºC. In addition, it was found that 1 min. heat shock application did not decrease the germination ability. Among the populations Sütçüler-Tota (1600 m), Çal-İnceler (1560 m), Alaçam-Gölcük (1050 m) Bursa (950 m) and Domaniç-Dereçarşamba (1400 m) populations have shown the highest germination capacity as general mean. And the treatments of 70ºC-5 min, 90ºC-1 and 5 min, 110ºC-1 min and 130ºC-1 min among the applications increased germination percentage according to the control group.

Keywords

• Germination
• Anatolian black pine
• Population
• Heat shock

Anadolu karaçamının [Pinus nigra J.F. Arnold ssp. pallasiana (Lamb.) Holmboe] bazı popülasyonlarında yüksek sıcaklık şoku uygulamalarının tohum canlılığı ve çimlenmesi üzerine etkileri

Abstract

Orman yangınları, Akdeniz tipi iklimin hakim olduğu bölgelerde sıklıkla görülen ve süksesyon üzerinde büyük öneme sahip bir olaydır. Orman ağaçları için de geçerli olan bu durum, bazı türlerin rejenerasyonunu kolaylaştırırken, bazı türlerin ise alanda varlığını kaybetmesine sebep olmaktadır. Bu sebeple; türe özgü yangın ekolojisinin bilinmesi önem arz etmektedir. Yangınların tohum canlılığı ve çimlenmesi üzerine etkilerinin bilinmesi; alanda var olan türlerin gelişimini ve takibini kolaylaştıracaktır. Bu çalışmada, dört farklı ana ıslah zonundan toplam 15 farklı Anadolu karaçamı [Pinus nigra J.F. Arnold ssp. pallasiana (Lamb.) Holmboe] popülasyonundan temin edilmiş tohumlar üzerine farklı sıcaklık şokları (70, 90, 110 ve 130 ºC) değişik sürelerle (1 ve 5 dk.) uygulanmış ve çimlenmeler takip edilmiştir. Çalışma sonucunda; 130°C ve 5dk. süreli uygulamaların tohumların çimlenme kabiliyetinde kayıplara sebep olduğu tespit edilmiştir. Bununla birlikte, 110 ºC’ye kadar çimlenme kabiliyetinde olumsuz etkilenmeden Anadolu karaçamı tohumlarının yüksek sıcaklık şoklarına dayanabildiği belirlenmiştir. Ayrıca, 1 dk. süreli sıcaklık şoku uygulamasının çimlenme yüzdesini düşürücü etki yapmadığı tespit edilmiştir. Sütçüler-Tota (1600 m), Çal-İnceler (1560 m), Alaçam-Gölcük (1050 m), Bursa (950 m) ve Domaniç-Dereçarşamba (1400 m) populasyonları en yüksek çimlenme kapasitesine sahip popülasyonlar olarak tespit edilmiştir. Uygulamalar arasından 70ºC-5 dk, 90ºC-1 ve 5 dk, 110ºC-1 dk ve 130 ºC-1 dk’lık işlemleri kontrol grubuna göre çimlenme yüzdesini arttırmıştır. 

Keywords

• Çimlenme
• Anadolu karaçamı
• Popülasyon
• Sıcaklık şoku

References

1. Auld, T.D., O’Connell, M.A., 1991. Predicting patterns of post-fire germination in 35 eastern Australian fabaceae. Australian Journal of Ecology, 16:53–70.
2. Alvarez, R., Valbuena, L., Calvo, L., 2007. Effect of high temperatures on seed germination and seedling survival in three pine species (Pinus pinaster, P. sylvestris and P. nigra). International Journal of Wildland Fire, 16:63–70.
3. Ayan, S., Usta, T., 2010. Sıcaklık şoklarının doğal çam türleri tohumlarının canlılığı üzerine etkisi. III. Ulusal Karadeniz Ormancılık Kongresi, 20-22 Mayıs 2010, 2, s.766-774.
4. Ayan, S., Yer, E. N., Gülseven, O., 2017. Evaluation of Taurus cedar (Cedrus libani A. Rich.) afforestation areas in Turkey in terms of climate type. Artvin Çoruh University, Journal of Forestry Faculty, 18(2): 152-161.
5. Ayan, S., Erkan, C., Gülseven, O., Akın, Ş.S., Yılmaz, E., Yer Çelik, E.N., 2019. Effects of high heat shocks on seed germination in Turkish Red Pine (Pinus brutia Ten.) Populations. Turkish Journal of Forestry, 20(4): 312-316.
6. Belen, İ., Battistelli, A., Brand, D., Çağatay, A., Çağlar, S., Garavaglia, V., Metaj, M., Moshe, I., Özden, S., Picard, N., Sözer, B., Türer, A., 2018. State of Mediterranean Forests 2018. FAO of the United Nations and Plan Bleu, Regional Activity Center of UN Environment / Mediterranean Action Plan, Rome. http://www.fao.org/3/CA2081EN/ca2081en.PDF, Accessed:15th January, 2020.
7. Bell, D.T., Plummer, J.A., Taylor, S.K., 1993. Seed germination ecology in South western Western Australia. Botanical Review, 59: 24–73.
8. Cooper, C.F., 1961. The ecology of fire. Scientific American, 204: 150–160.

9. Daskalakou, E.N., Thanos, C.A., 1996. Aleppo pine (Pinus halepensis) post fire regeneration: the role of canopy and soil seed banks. International Journal of Wildland Fire, 6: 59-66.
10. Di Castri, F., Mooney, H.A., 1973. Mediterranean Type Ecosystems: Origin and Structure. Springer-Verlag, New York.
11. Ercan, M., 1997. Bilimsel Araştırmalarda İstatistik. T.C. Orman Bakanlığı, Kavak ve Hızlı Gelişen Orman Ağaçları Araştırma Enstitüsü Müdürlüğü, Çeşitli Yayınlar Serisi No: 6, Müdürlük Yayın No:243, İzmit.
12. Escudero, A., Barrero, S., Pita, J.M., 1997. Effects of high temperatures and ash on seed germination of two Iberian pines (Pinus nigra ssp. salzmannii, P. sylvestris var. iberica). Annales des Sciences Forestieres, 54: 553-562.
13. Gashaw, M., Michelsen, A., 2002. Influence of heat shock and seed germination of plants from regularly burnt savana woodlands and grassland in Ethiopia. Plant Ecology, 159: 83-93.
14. Gill, A.M., Groves, R.H., Noble, I.R., 1981. Fire and The Australian Biota. Australian Academy of Science, Canberra.
15. Habrouk, A., Retana, J., Espelta, J.M., 1999. Role of heat tolerance and cone protection of seeds in there sponse of three pine species to wild fires. Plant Ecology, 145: 91–99.
16. Hanley, M.E., Fenner, M., 1998. Pre-germination temperature and the survivor ship and on ward growth of Mediterranean fire-following plant species. Acta Oecologica, 19: 181-187.
17. Kavgacı, A., Čarni, A., Başaran, S., Başaran, M.A., Košir, P., Marinšek, A., Šilc, U., 2010. Long-term post-fire succession of Pinus brutia forest in the east Mediterranean. International Journal of Wildland Fire, 19(5): 599-605.
18. Kazanis, D., Arianoutsou, M., 2004. Factor determining low Mediterranean ecosystems resilience to fire: the case of Pinus halepensis forests. Proceedings 10th MEDECOS conference, April 25- May 1, Rhodes, Greece, pp.1-12.
19. Keeley, J.E., Morton, B.A., Pedrosa, A., Trotter, P., 1985. Role of allelopathy, heat and charred wood in the germination of chaparral herbs and suffrutescents. Journal of Ecology, 73: 445–458.
20. Keeley, S.C., Keeley, J.E., Hutchinson, S.M., Johnson, A.W., 1981. Post fire succession of the herbaceous flora in southern California chaparral. Ecology, 62: 1608–1621.
21. Keith, D.A., 1996. Fire-driven extinction of plant populations: a synthesis of theory and review of evidence from Australian vegetation. Proceedings of the Linnean Society of New South Wales, 116: 37–78
22. Naveh, Z., 1975. The evolutionary significance of fire in the Mediterranean region. Vegetatio, 29: 199-208.
23. Neyişci, T., Cengiz, Y., 1985. Effects of heat and ash on the germination and seedling growth of Pinus brutia. Doğa Bilim Dergisi, 9(1): 121-131.
24. Nunez, M.R., Calvo, L., 2000. Effect of high temperatures on seed germination of Pinus sylvestris and Pinus halepensis. Forest Ecology and Management, 131: 183-190.
25. Odion, D.C., Davis, F.W., 2000. Fire, soil heating, and the formation of vegetation patterns in chaparral. Ecological Monographs by the Ecological Society of America, 70(1): 149–169.
26. OGM, 2013. Orman Atlası. Orman ve Su İşleri Bakanlığı, Orman Genel Müdürlüğü, Ankara. https://www.ogm.gov.tr/ ekutuphane/Yayinlar/Orman%20Atlasi.pdf, Erişim: 14 Ocak 2020.
27. Stone, E.C., Juhren, G., 1953. Fire stimulated germination: Effect of burning on germination of brush seed investigated in physiological study of chamise. California Agriculture, 7: 13–14.
28. Thanos, G.A., Marcou, S., Chirstodoulakis, P., Yannitsaros, A., 1989. Early post-fire regeneration in Pinus brutia forest ecosystems of Samos island (Greece). Acta Oecologia/Oecologia Plantarum, 10: 79–94
29. Turna, İ., Bilgili, E., 2006. Effect of on seed germination of Pinus sylvestris and Pinus nigra ssp. pallasiana, International Journal of Wildland Fire, 15: 283-286.
30. Trabaud, L., Campant, C., 1991. Difficulte de recolonisation naturelledu Pin de Salzmann Pinus nigra ssp. salzmannii (Dunal) Francoapresincendie. Biological Conservation, 58: 329–343.
31. Ürgenç, S., 1998. Ağaç ve Süs Bitkileri Fidanlık ve Yetiştirme Tekniği. İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Yayını, İstanbul.
32. Valbuena, L., Tarrega, R., 1998. The influence of heat and mechanical scarification on the germination capacity of Quercus pyrenaica seeds. New Forests, 16: 177–183.
33. Wright, B., 1931. The effects of high temperatures on seed germination. Journal of Forestry, 29(5): 679-687.