Oleoresin pressure in boreal Scots pine, and its connections to environment, tree’s water balance and monoterpene emissions from the trunk

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201507212225
Title: Oleoresin pressure in boreal Scots pine, and its connections to environment, tree’s water balance and monoterpene emissions from the trunk
Author: Rissanen, Kaisa
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Forest Sciences
Publisher: Helsingfors universitet
Date: 2014
Language: eng
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201507212225
http://hdl.handle.net/10138/135466
Thesis level: master's thesis
Discipline: Skoglig ekologi och resurshushållning
Forest Ecology and Management
Metsien ekologia ja käyttö
Abstract: As most conifers, pine trees produce and store oleoresin in their resin ducts. Oleoresin is a defensive secondary metabolite that protects trees mainly against bark beetles and herbivores. The oleoresin of pine trees consists of different hydrocarbons, such as terpenes and resin acids. Inside the resin ducts, the pressure of oleoresin varies from 3 to 12 bars depending on the tree species, individual tree and environmental conditions. Traditionally, oleoresin has been studied because of its defensive features, since it has an important role in preventing insect-induced damage in coniferous forest .The pressure of oleoresin in pine trees has been a subject for excessive studies especially in 1960s and 1970s due to large epidemics of bark beetles, for example Dendroctonus frontalis, in United States of America. As a result, oleoresin pressure has been linked to the water balance of a tree. Since the changes in the tension of water inside water conducting tracheids affect the diameter of xylem, the diurnal pattern of oleoresin pressure and the diameter of xylem have been recorded to be similar. The connections between oleoresin pressure and other physiological processes of a tree have nevertheless been neglected, although there may be a strong relation between the pressure of oleoresin and the BVOC (biogenic volatile organic compound) -emissions from the trunk of a tree. The constituents of oleoresin, for example monoterpenes, form a part of the BVOC emissions that pine forests emit. Estimating the BVOC emissions from tree trunks and from forests and understanding the mechanisms behind monoterpene emissions would be essential, because BVOCs have been detected to contribute to the cloud formation and thus to the climate. In addition, the studies on oleoresin pressure are relatively old and conducted mostly in Southern USA where the climate is mainly subtropical. In boreal forests of Northern Europe, the pressure of oleoresin has not been extensively studied before the summer of 2012, when the preliminary study for this study was conducted. The results of the preliminary study were contrary to the earlier studies conducted in Southern USA. The maximum pressures of oleoresin pressure were recorded in the afternoon and minimum pressures before sunrise, whereas according to the literature the pressure of oleoresin is highest in the early morning and lowest in the afternoon. Hence, in this study the diurnal variations in oleoresin pressure of Scots pine (Pinus sylvestris) are measured at the SMEAR II station in Southern Finland. A pressure gauge system similar to that of Vité (1961) and Perrakis (2008) is employed. The variations in oleoresin pressure are compared to environmental variables (temperature, VPD and PAR) and physiological variables (the diameter of xylem, transpiration and photosynthesis). Furthermore, the connection between oleoresin pressure and monoterpene emissions from a pine trunk is analysed by the means of EFRA - approach. The results on the diurnal pattern of oleoresin pressure are throughout the summer of 2013 similar to the results of the preliminary study. The pressure of oleoresin is highest during the warmest time of a day and lowest during the coldest time of a day. According to the results, temperature is the single variable that explains the changes in oleoresin pressure the best. However, temperature fails to explain all the changes in oleoresin pressure, so there appears to be other influences that are outshadowed by the effect of temperature. These influences could be generated by water balance and VPD, as explained in literature, since the diameter of xylem is the single variable that explains best the changes in temperature corrected oleoresin pressure. Furthermore, a relation between monoterpene emissions and oleoresin pressure is detected, although temperature appears to affect both the emissions of monoterpenes and the pressure of oleoresin.Kuten useimmat havupuut, männyt tuottavat ja varastoivat pihkaa pihkatiehyissään. Pihka on puolustukseen käytettävä sekundäärimetaboliitti jonka pääasiallinen funktio on suojella puuta mm. kaarnakuoriaisia ja herbivoreja vastaan. Pihka muodostuu hiilivedyistä, kuten terpeeneistä ja pihkahapoista. Pihkan paine tiehyissä vaihtelee 3 ja 12 baarin välillä, riippuen mäntylajista ja yksilöstä niin, että paine on suurimmillaan aamuyöllä ja pienimmillään iltapäivällä. Pihkaa on perinteisesti tutkittu sen puolustusominaisuuksien takia, sillä se on tärkeä osa havumetsien suojautumista mm. hyönteistuhoja vastaan. Pihkan painetta on tutkittu laajasti 1960 ja 1970 -luvuilla, sillä silloin mm. Dendroctonus frontalis -kaarnakuoriaisen aiheutti laajoja hyönteistuhoja Yhdysvalloissa. Tällöin pihkan paine yhdistettiin puun vesitasapainoon. Veden jännityksen muutokset vettä kuljettavissa trakeideissa vaikuttavat puun ksyleemin läpimittaan, ja ksyleemin läpimitan muutoksilla ja pihkan paineella on havaittu olevan samanlainen vuorokausirytmi. Pihkan paineen yhteyksiä muihin puun fysiologisiin ominaisuuksiin ei kuitenkaan ole tutkittu, vaikka pihkan paineen ja männyn rungon BVOC (biogenic organic compounds) -emissioiden välillä on mahdollisesti vahvakin yhteys. Pihkan ainesosat, esimerkiksi monoterpeenit ovat olennainen osa mäntymetsien BVOC -emissioita. BVOC –emissioiden estimoiminen runko- ja metsikkötasolla, ja monoterpeeniemissioiden syntymekanismien ymmärtäminen on olennaista, sillä BVOC:ien on havaittu vaikuttavat pilvien syntyyn ja siten koko ilmastoon. Lisäksi, pihkan paineesta tehdyt tutkimukset ovat melko vanhoja ja tehty suurimmaksi osaksi Yhdysvaltojen eteläosissa, missä ilmasto on subtrooppinen. Skandinavian boreaalisissa metsissä pihkan painetta ei juuri ollut tutkittu ennen kesää 2012, jolloin tehtiin tämän tutkimuksen esitutkimusta metsämäntyjen (Pinus sylvestris) pihkan paineesta. Esitutkimuksen tulokset olivat vastakkaisia verrattuna aiempiin, Yhdysvalloissa tehtyihin tutkimuksiin. Pihkan paineen havaittiin olevan suurimmillaan iltapäivillä, ja pienimmillään hieman ennen auringonnousua. Näin ollen, tässä tutkimuksessa metsämännyn pihkan paineen vuorokausirytmin seuraamista jatketaan Etelä-Suoemssa Hyytiälän metsäaseman SMEAR II -asemalla. Painetta mitataan samanlaisella painemittarisysteemillä kuin VIté (1961) ja Perrakis (2008) tutkimuksissaan käyttivät. Pihkan paineen vaihteluita verrataan lisäksi ympäristömuuttujiin (lämpötilaan, VPD:n ja PAR:n) ja fysiologisiin muuttujiin (ksyleemin läpimitan muutoksiin, haihduttamiseen ja fotosynteesiin). Lisäksi, pihkan paineen vaikutusta rungon monoterpeeniemissioihin analysoidaan EFRA -analyysillä. Tutkimuksen tulokset osoittavat pihkan paineen vuorokausirytmin olevan läpi kesän 2013 samanlainen kuin kesällä 2012. Pihkan paine on siis suurimmillaan päivän lämpimimpään aikaan ja suurimmillaan kylmimpään aikaan. Tulosten mukaan lämpötila on paras yksittäinen selittäjä pihkan paineen muutoksille. Lämpötila ei kuitenkaan selitä kaikkea vaihtelua pihkan paineessa, joten lämpötilan vaikutuksen varjossa tuntuu olevan muitakin tekijöitä, jotka vaikuttavat pihkan paineeseen. Näitä tekijöitä voivat olla vesitasapainon muuttujat ja VPD, kuten kirjallisuudessa esitetään, sillä ksyleemin läpimitta on paras selittäjä lämpötilakorjatulle pihkan paineelle. Lisäksi, rungon monoterpeeniemissioiden ja pihkan paineen välillä havaitaan yhteys, vaikka lämpötilalla vaikuttaa tulosten mukaan olevan myös suuri vaikutus sekä monoterpeeniemissioihin että pihkan paineeseen.
Subject: oleoresin pressure
Scots pine
Pinus sylvestris
VOC -emissions
monoterpenes
water tension
xylem diameter change
metsämänty
VOC -emissiot
monoterpeenit
veden jännitys
ksyleemin läpimitta
pihkan paine


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Rissanen.pdf 2.352Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record