Epidemiology and the effects of Heterobasidion root rot at the landscape level in Finland – a modelling approach
| Title: | Epidemiology and the effects of Heterobasidion root rot at the landscape level in Finland – a modelling approach |
| Author(s): | Ahokas, Aarne |
| Contributor: | University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry |
| Degree program: | Master 's Programme in Forest Sciences |
| Specialisation: | Forest ecology and management |
| Language: | English |
| Acceptance year: | 2022 |
| Abstract: |
Juurikääpä (Heterobasidion annosum) on yksi boreaalisten metsien havupuiden merkittävimmistä taudinaiheuttajista. Juuristotaudit heikentävät metsän kasvua, ja ne yleistyvät ilmastonmuutoksen myötä. Taudit voivat vähentää metsiin sitoutunutta hiiltä jopa enemmän kuin metsäpalot tai laajat tuhohyönteisten esiintymät, mikä entisestään vaikuttaa ilmastoon. Juurikääpä voi levitä laajalle ilman puiden ulkoisia oireita, joten sen laaja-alainen tutkimus on vaikeaa. Mallintamista voidaan käyttää juurikäävän maisematason vuorovaikutusten tutkimiseen. Mallit auttavat ymmärtämään systeemejä paremmin, sekä ennustamaan niiden toimintaa. Satunnaiset kartat ovat neutraaleja maisematason malleja, jotka eivät eroa merkittävästi oikeista maisemista. Niistä kuitenkin puuttuvat maisemaa muovaavat rakenteet, kuten vesistöt, ihmisen toiminnan vaikutus ja pinnanmuodot. Satunnaiset kartat keskittyvät kuvaamaan kartan solujen elinympäristöjä, sekä niiden käyttöastetta ja yhdistyneisyyttä maisematasolla. Neutraalit maisematason mallit soveltavat perkolaatioteoriaa maisemaekologiassa, siksi yhdistyneisyys ja satunnaisuus ovat tärkeitä. Juurikäävän itiölevintä maisematasolla on erityisen kiinnostava aihe, sillä tutkimuksen painopiste on usein ollut juuriyhteyksien kautta leviämisessä. Tässä tutkielmassa Motti ja iLand ohjelmistoilla tehtyjä simulaatioita verrataan keskenään, arvioidaan juurikäävän leviämisen vaikutusta puustotunnuksiin maisematasolla, sekä tutkitaan eri itiölevinnän enimmäisetäisyyksien vaikutusta uusien juurikääpäpesäkkeiden muodostumiseen ja puiden tilavuuteen hehtaaritasolla. Metsän kasvua simuloitiin Motti-ohjelmistolla, metsien dynamiikkaa simuloitiin iLand-ohjelmistolla, joka hyödyntää neutraalia maisematason mallia, ja juurikäävän dynamiikkaa simuloitiin BITE-ohjelmistokehyksellä, joka toimii yhdessä iLandin kanssa kasvillisuus- ja ympäristödataa hyödyntäen. iLand aliarvioi koivun (Betula pendula) puustotunnuksia Mottiin verrattuna pohjapinta-alaa lukuunottamatta. Männyn (Pinus sylvestris) ja kuusen (Picea abies) tapauksessa ei havaittu selvää kehitystä eri mallien kohdalla. Kaiken kaikkiaan iLand yliarvioi eniten pohjapinta-alaa ja aliarvioi eniten pituutta. Yksittäinen puustotunnus saattoi noudattaa erilaista kehitystä Motissa ja iLandissa metsän kiertoajan aikana. Juurikäävän vaikutus puustotunnuksiin maisematasolla todettiin vähäiseksi. Juurikääpä muodosti eniten uusia pesäkkeitä kun sen suurin leviämisetäisyys asetettiin suureksi.
The root rot fungus Heterobasidion annosum is one of the worst conifer pathogens in the boreal forests. Root diseases decrease forest growth, and their abundance could increase with climate change. Disease can reduce the carbon stored into forests even more than wildfires or pest outbreaks, further impacting the climate. Widespread Heterobasidion root rot can develop within the stem of susceptible trees without external symptoms. Therefore, research on the pathogen is difficult on a large extent and its dynamics at the landscape level could be researched with models. A model may be used to understand a system better or to predict its behaviour. Random maps are neutral landscape models, and they are not always significantly different from real random landscapes, except that things shaping real landscapes, such as waterways, human activities, or topography, are missing and the focus is on map cells representing habitats, their occupancy and connectivity across the landscape. Neutral landscape models are an application of percolation theory within landscape ecology; therefore, the connectivity and randomness are important. Heterobasidion spread by sporulation at the landscape level is of interest, as the focus of research has been on the spread by root contacts. In this study, simulations made with Motti and iLand software are compared, the effects of Heterobasidion spread on the dimensional variables of trees at the landscape level are evaluated, and the effects of various maximum dispersal distances on the number of new Heterobasidion colonies and the tree volume per hectare are studied. Forest growth and management practices were simulated with the Motti software, forest dynamics were simulated with the iLand software that uses a neutral landscape model, and Heterobasidion dynamics were simulated with the BITE modelling framework that was connected to iLand for the vegetation and environmental data. Betula pendula had a trend of underestimated values of the dimensional variables except for the basal area in iLand when compared to Motti. There was no clear trend for Picea abies or Pinus sylvestris. Overall, the change in basal area was overestimated the most and height was the most underestimated variable by iLand. A single dimensional variable could have different trends during a forest growth cycle in Motti and iLand. The effect of Heterobasidion on the dimensions of trees at the landscape level was minimal. Larger maximum dispersal distances resulted in more Heterobasidion colonies than shorter distances.
|
| Keyword(s): | Heterobasidion root rot landscape simulation model neutral landscape model iLand BITE |
Files in this item
| Files | Size | Format | View |
|---|---|---|---|
| Ahokas_Aarne_maisterintutkielma_2022.pdf | 2.918Mb |