Krajinná ekologie nebo ekologie krajiny? Základní literatura. Moderní směry v krajinné ekologii. Program. Tomáš Kučera Botanický ústav AV ČR.

Transkript

1 Základní literatura Moderní směry v krajinné ekologii Tomáš Kučera Botanický ústav AV ČR :// Bissonette J.A. (1997): Wildlife and Landscape Ecology. Effects of Pattern and Scale. Springer, 410 p. Farina A. (1998): Principles and Methods in Landscape Ecology. Chapman & Hall, 288 p. Forman R.T.T. (1995): Land Mosaics. The Ecology of Landscapes and Regions. Cambr. Univ. Press, 632 p. Klopatek J.M. & Gardner R.H. [eds.] (1999): Landscape Ecological Analysis. Issues and Applications. Springer, 400 p. Turner M.G. & Gardner R.H. [eds.] (1991): Quantitative Methods in Landscape Ecology. In: Ecol. Studies 82, Springer, 536 p. Turner M.G., Gardner R.H. & O Neill R.V. (2001): Landscape Ecology in Theory and Practice. Pattern and Processes. Springer, 401 p. Wiens J.A. & Moss M.R. [eds.] (1999): Issues in Landscape Ecology. ed. IALE, 151 p. Program Krajinná ekologie nebo ekologie krajiny? 1) Vymezení krajinné ekologie a její vztah k příbuzným (hraničním) oborům - geoekologii, geobotanice, geomorfologii, atd. Časoprostorová měřítka a škály. Základní paradigmata krajinné ekologie. 2) Struktury krajinné mozaiky - popis, klasifikace a kvantifikace. Základní indexy pro popis krajinných struktur a jejich použití. 3) Funkce krajinné mozaiky a její význam pro organismy (ekotony, perkolační teorie, teorie metapopulací). 4) Uspořádání a procesy v krajině na různých časoprostorových škálách. Disturbance, fragmentace, spojitost. Intenzifikace vs. opuštění krajiny. 5) Prostorové statistiky versus měřítka mozaiky krajinného pokryvu 1

2 6) Zdroje environmentálních dat a otázky jejich zpracování (funkce GIS, transformace a interpolace dat). Digitální model terénu a jeho aplikace. DPZ. Interpretace a výpovědní schopnost. 7) Funkce vegetace v krajině 1. Makroenergetika krajiny, Holistický přístup. 8) Funkce vegetace v krajině 2. Prostorové charakteristiky, mnohaúrovňový přístup. 9) Návaznosti krajinné ekologie: krajinná archeologie, kr. architektura, historické proměny krajiny. 10) Krajinná ekologie v domácí praxi - mapování krajinného pokryvu, krajinářské hodnocení, ochrana krajinného rázu. Cvičení 1) Základní zdroje dat o krajině. Interpretace leteckých snímků. 2) Metody klasifikace a interpretace družicových dat. 3) Ukázka GISového zpracování jednoduché úlohy. 4) Závěrečný seminář na zadané téma Krajina a krajinná ekologie Krajina je celkový charakter regionu (A. von Humboldt) Krajinná ekologie (konec 30. let, C. Troll) Krajina je mozaikou heterogenních krajinných forem, vegetačních typů a využití půdy (Urban et al. 1987) Krajinná ekologie je syntetickým propojením mnoha příbuzných oborů zaměřeným na prostorové a časové uspořádání krajiny (Risser 1987) Základní principy princip jednoty struktury a funkce krajiny (= indikační hodnota krajinného pokryvu) princip biotické rozmanitosti (= heterogenita & betadiverzita) princip toků organismů (migrace, čtení krajiny) princip přerozdělování (redistribuce) živin princip toku energií princip krajinných změn (shifting mosaics) princip stability krajiny (resistence a resilience po disturbanci) Forman & Godron 1986 Vnímání krajiny lidské krajina je prostředím přežití, osídlení geobotanické krajinný pokryv (vegetace), ekologie zvířecí množství měřítek podle životního prostoru Whittaker 1956, Great Smoky Mts. Mapování krajinných charakteristik a modely vývoje Aplikace krajinných charakteristik na příkladu Nizozemí (Canters et al. 1991) Kultivace krajin (man-made made) antropogenní přeškálování vznik nových hranic a koridorů perturbace homogenizace krajinného pokryvu obhospodařování zdrojů Yellowstone NP 2

3 Klasifikace krajin a krajinná typologie nomenklatura pro hierarchickou klasifikaci krajin (Klijn & de Haes 1994) Teorie hierarchie Uspořádání (pattern) (1) vývoj (mozaikování plošek), (2) organizace (škály disturbancí, druhového šíření, faktorů prostředí, fyziognomie vegetace), (3) udržitelnost (př. disturbance a jejich absorbce) Hierarchicky organizované systémy mohou být děleny nebo slučovány na samostatné funkční komponenty operující na různých škálách -- (a) hierarchická struktura komponenty jsou v hierarchickém systému organizovány do úrovní podle funkčních škál. Př. Canopy dynamics na úrovních pater (organizace druhového složení, produkce, vztahů atd.) -- (b) vysvětlující mechanismy. Př: růstová rychlost, životní strategie, ekol. nároky prostředí -- (c) omezující podmínky a kontext okolí Delcourt et al Bissonette 1997 Fraktální geometrie Fraktální geometrie II Gleick J. (1987): Chaos: Making a New Science. (Český překlad 1996). 3

4 Fraktální geometrie III a+b: D=1.26 Fraktální geometrie IV d = ln A / ln P, resp. D = ln P / ln A (D=1/d) kde d (D) je fraktální dimense, A je plocha a P je např. obvod D=0 D=0,4 c+d: D= ,4 2 2,4 Mapa půdních typů, Burrough 1986 malé útvary mají nižší d (D) než velké (Krummel et al. 1987) Jak členité je pobřeží Norska? hodnota fraktální dimenze vystihuje členitost pobřeží d=1,8 Struktury krajinné mozaiky RESURS 1 d=1,5 d=1,2 Základní charakteristiky Plošky (patches): tvar, izolovanost, rozptyl, hranice (ekoton) Koridory: hustota, křivolakost, spojitost (počet uzlů) Matrice: četnost složek, poréznost, spojitost sítě Heterogenita: kontrast, mozaikovitost, zrnitost Forman & Godron, Krajinná ekologie, p Forman R.T.T., 1995, Land Mosaics. Cambr. Univ. Press, p , , Měřitelné parametry krajinné mozaiky distribuce velikostí plošek forma hranic (spojitost, linearita, délka) poměr obvod:plocha (tvar) orientace plošek kontext (matrix) kontrast spojitost (konektivita) bohatost typů a vyrovnanost pokryvu prediktabilita (prostorová autokorelace) 4

5 Nulové modely krajinné matrice Ekologická heterogenita Heterogenita heterogenity deterministická chaotická náhodná prostorová a časová kontinuální, diskontinuální, homogenní heterogenita funkční heterogenita a její měřítka Heterogenita - ploškovitost Ekotony délka, šířka, tvar, strmost, vnitřní heterogenita hustota, fraktální dimenze, mozaikovitost stabilita, resilience, funkční kontrast, porozita Koncept posunové mozaiky Perkolační teorie původně difůze roztoků náhodně proudících skrz médium, do kr. ekol. zavedena jako vysvětlení neutrálních modelů (Gardner et al. 1987) kritická hodnota

6 Metapopulační modely vztah species-area a species-isolation menší plošky mají menší pravděpodobnost výskytu než plošky větší v mnohadruhovém prostředí má každý druh svou prahovou hodnotu modely vymírání (Kareiva 1998) Systém zdroj spotřeba (source-sink) populační ekologie populace zdrojové (natalita, emigrace) a sink p. (mortalita, imigrace) krajina zdrojová ploška obsahuje zdrojovou populaci, etc. neboli populace je kontrolována kvalitou krajinné mozaiky (mat. modely) pseudosink (paradox, kdy source je dotován imigrací tak, že se jeví jako sink ) stabilní maladaptace (příklad: duby a sýkorky) ekologické invaze Dynamika plošek shifting mosaics (Clark J.S., Ecology 72: , 1991) gap dynamics edge effect (abiotic, direct biol. & indirect biol.) Fragmentace Změny strukturální velikost plošek, tvar, stupeň izolace, vlastnictví Historie pasečného hospodaření Efekt fragmentace na ekosystémové procesy: změna toků radiace, větru, vody a živin podmiňuje i změny vegetace redukce plochy změny obsahové a strukturní změny živočišné složky, zejména půdní bioty, dekompozitorů invaze nepůvodních druhů (včetně savců) změna režimu disturbancí (včetně obhospodařování) RHODONIA Disturbance ploškovitost (gap dynamics) velikost, tvar, rozšíření, heterogenita dostupnost zdrojů perioda rotace (dlouhodobé rotace refugia, reinvaze) intenzita disturbance (síla, frekvence, rozsah) disturbanční režim Působení disturbancí na stukturu systému (typ, intenzita, koexistence) zdrojovou základnu životní strategie (life-history) kompetiční schopnosti krajinné charakteristiky (identita, velikost, isolace, skladba, mozaika...) 6

7 Přírodní disturbance Mozaika vytvořená v roce 1988 po požáru v Yellowstone NP A polom B-D, F-G lesní požár E hurikán H záplavy Shugart 1999 Environmentální data, GIS a DPZ Data jsou nezbytná... typ dat: objektová, kategoriální a kontinuálně proměnlivá (trend) prostorové vyjádření: bod - linie - polygon (+ databáze atributů) grafické vyjádření: rastr - vektor numerické vyjádření: boolovské (0/1), integer, real vstup dat: rastrový x vektorový systém metody interpolace dat (body - kontinuální proměnná) Data objekty kontinuální, ordinální gradient (trend) povrch kategoriální Environmentální data: vodní toky výškopis komunikace půdní poměry krajinný pokryv / využití půdy geografická referenční síť a mnoho dalších => tématické vrstvy Bernhardsen

8 Prostorové modelování mnohorozměrné a prostorové statistiky Bayessovská pravděpodobnost Markovské přechodové matice ekosystémové modelování Historie krajiny Vegetation Distribution Climate Soils y x 1 x 2 Model = f(c, s, t) Probability of Archeologie krajiny, krajinná architektura, historický vývoj krajinného pokryvu a využití půdy Topography x 3 Krajinná archeologie aneb dějepis v lokálním měřítku archeologické objekty (středověk): zděné budovy, cesty, vesnice, pole pedologie kulturní půdy využití půdy a vývoj krajinného pokryvu regionalizace krajiny, umístění sakrálních staveb, cestní síť pohřbené středověké vesnice vývoj půdorysu vesnice a polního systému Vývoj vesnického osídlení od mezolitu po středověk Metody, data GIS, RS geostatistiky, prostorové statistiky, land metrics vždy důležitá topologie Aplikace ochrana přírody, ES management prostorové plánování udržitelný život Souhrn Vlastní náplň časo-prostorová ploška, koridor, mozaika disturbance, fragmentace tématická vrstva land cover / land use funkčně ekologická ekol. povodí regionální ekologické jednotky (incl. DEU) 8

9 Užitečné odkazy McGarigal stránka krajinné ekologie (Fragstat) eco_schedule.html D. Mladenoff M. Turner T. Milne D.L.Urban Hanski odkazy a software na metapopulace iale Otevřená témata 1) Teorie hierarchie v krajinné ekologii a krajinná... úroveň (level)? Neboli: slova matou. 2) Škála (scale) v krajinné ekologii. 3) Rovnováha vs. nerovnováha v krajině. 4) Integrace ekologických a geografických principů. 5) Perspektivy využití dat o krajinném pokryvu (land cover) 6) Krajinné uspořádání (pattern): kontext a procesy. 7) Prostorové modelování v krajinné ekologii. 8) Experimentální krajinná ekologie. 9) Paleoekologická analýza jako dědictví minulých krajin. 10) Časový rozměr: kulturní půdy a prostorové uspořádání časných krajin. 11) Disturbance v krajině. 12) Globální změny a krajina 13) Ekologie obnovy (restoration) a krajina 14) Ochrana krajiny nový program konzervační biologie 15) Konzervační krajinné plánování na krajinné úrovni. 16) Přírodní management a krajinná ekologie. 17) Lesní hospodaření a krajinná ekologie. 18) Krajinná ekologie integruje uspořádání a procesy v říčních systémech. 19) Příroda dolních toků řek hledání říční identity. 20) Územní plány krajinného pokryvu. 21) Farmaření a farmy v krajině 22) Kulturní aspekty krajinné ekologie. 23) Politicko-ekonomické dimenze v Krajinné ekologii. 24) Kdy je důležitý krajinný rozměr? 9