Cork oak (Quercus suber L.) root system: a structural-functional 3D approach

Abstract

The last decades have witnessed the decline and sudden death of the cork oak (Quercus suber L.) in Montado. The complexity of this production system management has lead to a large set of solutions which have been absent by scientific based research findings (such as those related with the cork oak root system) deriving mainly from empirical knowledge application. The present integrated research approach permits a better understanding of the production system vulnerabilities that can result in management modification proposals which will be useful in a near future. To contribute to a more realistic and integrated forest management and planning, a study relying on a morphological evaluation of cork oak root system in a Cambissoil soil, using a 3D digitizing method was performed. Cork oak showed a dimorphic root system with a relative high quantity of sinkers distributed all over the soil profile, one root subsystem at a superficial level until 40 cm depth and another at a deeper level, around 1.20 m depth. Tree biomass allocation was similarly distributed between aerial and root systems. Previously, a study on methodologies for roots excavation - profile washing with water and excavation through high pressure air jet – was carried out. Results showed that for sandy soils the most suitable method is the excavation by high pressure air jet. Both methods showed to be inadequate for clayed soils. Following the evidence that soil compaction could be an important factor for root growth, a study was conducted, in a greenhouse, with cork oak seedlings. Results showed that tap root length and total root biomass (coarse and fine roots) are negatively affected by soil compaction in depth. In regard to the low survival rate of cork oaks regeneration that has been observed in Montado, another complementary study was conducted in a greenhouse where fertilisation, inoculation with mycorrhizal fungi and aminoacids supply were tested. It was concluded that seedlings subjected to fertilisation and inoculation had a more equilibrated growth between shoot and root components. It is expected that the research developed in the present thesis can provide an essential tool for future forest planning and management and for the natural and artificial regeneration processes in cork oak stands, ensuring the maintenance of the typical Montado landscape; Sistema Radical do Sobreiro (Quercus suber L.): Uma Abordagem Estrutural Funcional 3D Resumo: Desde as últimas décadas que se tem vindo a testemunhar o declínio e a morte súbita do sobreiro (Quercus suber L.) no Montado. A complexidade da gestão deste sistema de produção engloba um grande conjunto de soluções que, por terem sido ausentes de validação científica (tal como a relacionada com o sistema radical do sobreiro), tem vindo a ser suportado, principalmente, pela aplicação do conhecimento empírico. A presente abordagem integrada permite uma melhor compreensão das vulnerabilidades deste sistema que pode resultar em propostas de alteração de gestão que serão úteis num futuro próximo. De forma a contribuir para uma gestão e planeamento florestal mais realistas e integrados, foi realizado um estudo acerca da avaliação morfológica do sistema radical do sobreiro num cambissolo, usando o método de digitalização 3D. O sobreiro mostrou um sistema radicular dimórfico com uma elevada quantidade relativa de sinkers distribuídos por todo o perfil do solo. Foi observado um subsistema à superfície, até aos 40 cm de profundidade e outro mais profundo, a cerca de 1.20 m. Observou-se também que a biomassa da árvore foi distribuída de forma similar entre os sistemas aéreo e radical. Anteriormente foi conduzido um estudo sobre as metodologias de escavação de raízes - lavagem de perfil com água e escavação por meio de jato de ar de alta pressão. Os resultados mostraram que para solos arenosos, o método mais adequado é o método por meio de jato de ar de alta pressão e, que ambos os métodos mostraram ser inadequados para os solos argilosos. Após a observação de que a compactação do solo pode ser um fator importante para o crescimento das raízes, um estudo foi realizado em ambiente de estufa com plântulas de sobreiro. Os resultados mostraram que o comprimento da raiz principal e a biomassa total de raízes (raízes grossas e finas) foram negativamente afetados pela compactação do solo em profundidade. No que diz respeito à baixa taxa de sobrevivência da regeneração dos sobreiros, outro estudo complementar foi realizado em ambiente de estufa onde a fertilização, a inoculação com fungos micorrizos e o suplemento de aminoácidos foram testados. Concluiu-se que as plântulas submetidas à fertilização e inoculação tiveram um crescimento mais equilibrado entre as componentes aéreas e radicais. Espera-se que a investigação apresentada nesta tese possa proporcionar uma ferramenta essencial para o planeamento e gestão florestal futuros e, contribuir para o sucesso da regeneração natural e artificial dos povoamentos de sobreiro, garantindo a manutenção da paisagem típica do Montado.