Analýza zdravotního stavu lesních porostů ve vztahu k abiotickému prostředí

Transkript

1 MENDELOVA ZEMĚDĚLSKÁ A LESNICKÁ UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta Ústav ekologie lesa Analýza zdravotního stavu lesních porostů ve vztahu k abiotickému prostředí Diplomová práce Brno 2007 Bc. Petr Pazdera

2 ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ: Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma: Analýza zdravotního stavu lesních porostů ve vztahu k abiotickému prostředí zpracovával sám a uvedl jsem všechny použité prameny. Souhlasím, aby moje diplomová práce byla zveřejněna v souladu s 47b Zákona č. 111 / 1998 Sb., o vysokých školách a uložena v knihovně Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně, zpřístupněna ke studijním účelům ve shodě s Vyhláškou rektora MZLU o archivaci elektronické podoby závěrečných prací. Autor kvalifikační práce se dále zavazuje, že před sepsáním licenční smlouvy o využití autorských práv díla s jinou osobou (subjektem) si vyžádá písemné stanovisko univerzity o tom, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity a zavazuje se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla dle řádné kalkulace. V Brně, dne: Bc. Petr Pazdera

3 PODĚKOVÁNÍ: Děkuji vedoucímu diplomové práce RNDr. Pavlu Hadašovi z Ústavu ekologie lesa Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně za metodické a cíleně orientované vedení při plnění úkolů realizovaných v návaznosti na diplomovou práci. 2

4 Analýza zdravotního stavu lesních porostů ve vztahu k abiotickému prostředí Bc. Petr Pazdera ABSTRAKT: Předkládaná práce se zabývá vlivy abiotických faktorů na zdravotní stav lesních porostů na území PLO 01 Krušné hory za rok Předmětem této analýzy je soubor abiotických faktorů vázaných na klima a na vstup škodlivin do ovzduší v této oblasti. K charakteristice zdravotního stavu lesních porostů je použita hodnota defoliace lesních porostů ve vztahu k abiotickým činitelům. Průměrné roční sumy defoliace jehličnatých porostů jsou získány z družicových snímků LANDSAT. Určená oblast je definována odvozenou sítí gridů s krokem 1 x 1 km. Vztah mezi defoliací porostů a abiotickými faktory je hodnocen pomocí aplikace statistických metod, kterými jsou korelační analýza a regresní analýza. The analysis of healthy condition of forest stands in relationship to abiotic factors Bc. Petr Pazdera ABSTRACT: Submitted thesis deals with influence of abiotical factors on condition of forest growth on PLO 01 Krušné hory territory for year Subject of this analysis is collection of abiotical factors related to climate and input of harmful substances into atmosphere within this region. To characterize condition of forest growth sum of defoliation of forest growth related to abiotic factors has been used. Average number of annual sum of coniferous forest growth defoliation was obtained from pictures recorded by LANDSAT satellite. Selected area is specified by derived net of grids with step 1 by 1 km. Relation between defoliation of growths and abiotic factors is evaluated by statistical methods, such as correlative analysis and regress analysis. 3

5 POUŽITÉ ZKRATKY: zkratka vysvětlivky jednotka Defoliace Defoliace jehličnatých porostů % H+ sum. Celková kyselá podkorunová depozice mol.ha rok H+ krit. Překročení kritické dávky podkorunové kyselé depozice mol.ha rok NOx_Ør Průměrné roční hodnoty NO x µg m-3 NOx_Øz Průměrné hodnoty NO x za zimní období µg m-3 N_pk Podkorunová depozice dusíku kg ha rok N_vp Depozice dusíku na volné ploše kg ha rok O3_Ør Průměrné roční hodnoty ozónu µg m-3 O3_5-8 Průměrné hodnoty ozónu za květen až srpen µg m-3 O3_max.d Maximální denní hodnoty ozónu µg m-3 O3_min.d Minimální denní hodnoty ozónu µg m-3 Pokryvnost Pokryvnost plochy jehličnatými dřevinami % S1 - S12 Měsíční sumy srážek - leden až prosinec mm SO2_Ør Průměrné roční hodnoty SO 2 µg m-3 SO2_Øz Průměrné hodnoty SO 2 za zimní období µg m-3 S_pk Podkorunová depozice síry kg ha rok S_Rok Roční sumy srážek mm S_vp Depozice síry na volné ploše kg ha rok T1 - T12 Průměrná měsíční teplota vzduchu - leden až prosinec C T_Rok Průměrná roční teplota vzduchu C X Souřadnice gridu m Y Souřadnice gridu m Z Nadmořská výška gridu m.n.m 4

6 OBSAH: 1 ÚVOD CÍLE PRÁCE CHARAKTERISTIKA ÚZEMÍ ÚVOD DO PROBLEMATIKY DEFOLIACE Vývoj defoliace v České republice Porovnání vývoje defoliace s pásmy ohrožení VLIV ABIOTICKÝCH FAKTORŮ NA ZDRAVOTNÍ STAV LESNÍCH DŘEVIN Reakce jehličnanů na podmínky prostředí MONITORING ZDRAVOTNÍHO STAVU LESŮ Dálkový průzkum Země (DPZ) Podmínky pro získání dat Klasifikační stupnice VYMEZENÍ ZVOLENÝCH ZPŮSOBŮ ŘEŠENÍ ODVOZENÍ METEOROLOGICKÝCH DAT A IMISNÍCH KONCENTRACÍ Odvození meteorologických dat Odvození imisních koncentrací SO 2 a NO x Sběr a zpracování dat pomocí metody DPZ ZPRACOVÁNÍ A VYHODNOCENÍ VZÁJEMNÉ ZÁVISLOSTI DAT Regresní a korelační analýza VSTUPNÍ DATA CHARAKTERISTIKA ŘEŠENÍ Stručná charakteristika použitých lesních vegetačních stupňů Zdravotní stav lesů v roce Imisní limity VÝSLEDKY A DISKUSE CELKOVÝ VLIV ABIOTICKÝCH FAKTORŮ DLE JEDNOTLIVÝCH LVS Vliv abiotických faktorů na defoliaci působících jednotlivě Vliv abiotických faktorů na defoliaci jednotlivě za celý soubor

7 6.1.3 Vliv SO Vliv NO x Vliv kyselé depozice H Vliv dusíku Vliv síry Vliv ozónu Vliv teplot Vliv srážek CELKOVÝ VLIV ABIOTICKÝCH FAKTORŮ VE VZÁJEMNÝCH INTERAKCÍCH Vliv abiotických faktorů na defoliaci působících jednotlivě Vliv abiotických faktorů na defoliaci při spolupůsobení Vyjádření regresního modelu ZÁVĚR ASPEKTY PRÁCE SHRNUTÍ CONCLUSION LITERATURA PŘÍLOHY

8 1 Úvod V nedávno minulé a současné době dochází v důsledku hospodaření k vysoké produkci škodlivých látek znečišťujících ovzduší, což má zásadní vliv na zdravotní stav lesních porostů. Česká republika se řadí mezi evropské země s nejvyšší imisní zátěží a také s nejvíce poškozenými lesními porosty v důsledku škodlivého působení těchto imisí. Je proto důležité kontrolovat stav lesních ekosystémů a snažit se nalézt způsoby zjišťování a odhadu možných škod působených abiotickými vlivy, případně jejich interakcí s klimatickými vlivy a mezi sebou navzájem. Sledování na monitorovacích plochách zahrnuje širokou škálu komplexních šetření o stavu lesních ekosystémů. Nedílnou součástí systému monitorování změn v lesních ekosystémech je hodnocení zdravotního stavu lesních porostů metodou dálkového průzkumu Země ( DPZ ). V současné době se v PLO 01 Krušné hory provádí šetření na monitorovacích plochách základní sítě 1 x 1 km, které jsou rozmístěny rovnoměrně na daném území podle lesnatosti. Plochy jsou umístěny v lesních porostech tak, aby dobře charakterizovaly dané stanovištní a porostní podmínky. Způsob i míra poškozování a odumírání porostů je závislý na mnoha fyzikálních, chemických, biologických a stanovištních faktorech, které jsou označovány jako soubor abiotických a biotických faktorů. Předmětem této diplomové práce je soubor abiotických parametrů v ovzduší a jejich vliv na poškozování lesních porostů v PLO 01 Krušné hory, který se projevuje změnou jejich zdravotního stavu. Jedením z nejdůležitějších ukazatelů zdravotního stavu lesa je defoliace, která je definována jako relativní ztráta asimilačního aparátu v korunách stromů v porovnání se stromy zdravými rostoucími za stejných porostních podmínek na shodných stanovištních. Defoliace jako důsledek poškození je výsledkem působení více škodlivých faktorů, které mohou působit samostatně či společně při existenci vzájemných interakcí. Zjistit vliv jednotlivých složek a jejich váhu je však dosti obtížné. Nelze oddělovat vliv imisí od jiných nepříznivých faktorů působících na lesy. Hodnocení příčin poškození lesních dřevin je dále komplikováno skutečností, že charakter a množství škodlivých faktorů podléhá stálým změnám a lesní ekosystémy mohou na tyto vlivy reagovat s určitým zpožděním. Existuje několik hypotéz důvodů odumírání a poškozování porostů, ale konkrétní příčina na konkrétním místě je obvykle kombinací více mechanismů, jež jsou obtížně definovatelné. 3

9 2 Cíle práce Lesní porosty jsou v současné době vystaveny neustálému působení vlivu abiotických činitelů, na něž reagují různou měrou citlivosti. V této práci budeme vycházet z předpokladu, že výsledným projevem vlivu abiotických faktorů je různě silná míra poškození lesních porostů. Míra citlivosti lesních ekosystémů je značně heterogenní, projevuje se v ní vliv geologického podloží, vlastnosti půd, klimatických poměrů daných nadmořskou výškou a expozicí lesních porostů, dále vlivy proměnlivé úrovně imisní zátěže a depozice, pufrovací kapacity půdy, dřevinné skladby a struktury porostu. Cílem této diplomové práce je snaha zjistit, jakým způsobem působí vybrané abiotické faktory, ať již samostatně, či ve vzájemných interakcích, na zdravotní stav lesních porostů, reprezentovaný mírou defoliace na území PLO 01 Krušné hory pro rok 2002 (Obr. 1). Obr. 1: Poloha území PLO 01 Krušné hory (vyznačená oblast ). 4

10 3 Charakteristika území Krušné hory je pohoří na severozápadě Čech podél hranice s Německem. Tvoří souvislé horské pásmo o délce cca 130 km, přičemž jeho většina leží v Sasku. Tab. 1: Charakteristika PLO 01 Krušné hory PLO jméno oblasti celková plocha (ha) porostní plocha (ha) lesnatost (%) 1 Krušné hory , , Geografická charakteristika Z hlediska geomorfologického se vlastní Krušné hory dělí na Klínoveckou a Loučenskou hornatinu. Na českém území zaujímají rozlohu km 2 a náleží do tzv. Krušnohorské soustavy, ke které patří mimo vlastní Krušné hory také Smrčiny na jz., Slavkovský les na jz., dále Podkrušnohorská pánev na jv., ta je rozdělená Doupovskými horami na část západní a východní a lemovanou při svém jv. okraji sopečnými vrcholy Českého středohoří a nakonec Děčínské mezihoří. Úzký hřbet Krušných hor je na jv. omezený m vysokým příkrým svahem. Jeho nejvyššími vrcholy jsou postupně od JZ k SV : Počátecký vrch (821 m), Kraslický špičák (991 m), Plešivec (1 028 m) Božídarský Špičák (1 115 m), Klínovec (1 244 m, nejvyšší vrchol), Jelení hora (994 m), Medvědí skála (924 m), Loučná (956 m), a Komáří hůrka (808 m). Na sever Krušné hory sestupují pozvolna a stupňovitě, k jihu však spadají velmi prudce do podkrušnohorských pánví. Výškový rozdíl dosahuje místy až 700m. Geologie Geologická historie Krušných hor začíná v předprvohorním období, kdy se patrně vytvořily nejstarší usazeniny a vyvřeliny, později změněné vlivem tlaků a tepla v hloubce zemské kůry na tzv. šedé a červené ruly. Geomorfologický vývoj celé soustavy byl silně ovlivněn až třetihorní zlomovou tektonikou, která způsobila silné poklesy na jv. straně pohoří a vznik jezerních depresí, jako např. Komořanské jezero na Mostecku. Pohyb na zlomových liniích, které se několikrát opakovaly, usnadnily také práci povrchové vodě a přispěly tak k vzniku hlubokých příčných údolí v Krušných horách a mocných kamenitých sutí a jiných zvětralin na horských svazích. Hydrologie Česká strana Krušných hor je odvodněna k jihu do Ohře a Bíliny. Hlavní vodní osou je Ohře, která vstupuje do Krušných hor v Chebské pánvi. Má na svém horním toku značný spád a až teprve v oblasti Žatce se stává její tok pozvolným. Mosteckou pánev odvodňuje Bílina, která pramení na úbočích hor severozápadně od Chomutova. Přijímá řadu dalších přítoků jak z hor tak i během svého dalšího toku. 5

11 Nejvýchodnější část je odvodňována Jílovským potokem, který Jílovským údolím teče k východu a v Děčíně se vlévá do Labe. Na horských potocích se nachází několik umělých nádrží, mezi ty největší patří Přísečnická, Flájská a Křimovská přehrada, sloužící jako zásobárny pitné vody. V pánvi je to pak vodní nádrž Nechranice, která je využívána i pro rekreaci. Nerostné suroviny V horách se odedávna těžily rudy obsahující měď, cín, stříbro, olovo a železo. Později se k nim přidaly ještě kobalt, nikl, wolfram a ve 20. století také uran. Mezi nejvýznamnější ložiska patří: Cínovec, Měděnec, Přísečnice a Kovářská. Z dalších surovin je nejvýznamnější hnědé uhlí v podkrušnohorských pánvích, dále jsou to jíly v podloží hnědouhelných slojí a třetihorní keramické jíly (např. ve Skalné u Chebu). Z uvedeného je patrné, že v oblasti je silně rozvinut těžký průmysl se všemi svými dopady, které přináší. Významné jsou také krušnohorské rašeliny, které představují přirozenou zásobárnu i zdroj vody (jsou chráněny). Mezi těžbu můžeme zařadit i využívání minerálních pramenů vyskytující se v podkrušnohorském prolomu, a to Teplice, Bílina, Karlovy Vary. Průmysl a zemědělství Mezi nejvýznamnější centra v oblasti Krušných hor v podkrušnohorské pánvi patří od jihozápadu k severovýchodu Sokolov, Karlovy Vary, Ostrov nad Ohří, Klášterec nad Ohří, Kadaň, Chomutov, Bílina, Duchcov, Teplice, Ústí nad Labem a Děčín. Významná místa přímo v horách jsou Jáchymov, Nejdek, Kraslice, Měděnec, Cínovec. Průmysl: v oblasti podkrušnohorské pánve se nejvíce těží hnědé uhlí, které tvoří palivo-energetickou základnu ČR. Největší doly jsou v Mostecké pánvi, menší a méně kvalitní pak v Sokolovské a Chebské. Hnědé uhlí je zde okamžitě využíváno pro tvorbu tepelné a elektrické energie. Velké elektrárny jsou v Tušimicích, Prunéřově a Bílině. Kvůli těžbě hnědého uhlí zaniklo v rozmezí let přes 100 vesnic a město Most. Dalším významným průmyslem je chemický, který je soustředěn ve městech Litvínov (Chemopetrol) a Ústí nad Labem (Spolchemie, Setuza). Dále je rozšířen sklářský průmysl v Teplicích (Glaverbel Czech a.s.) a Ústí nad Labem, také se zda vyskytují porcelánky - v Karlových Varech nebo v Klášterci nad Ohří. Zemědělství: Hlavními plodinami jsou brambory, oves a krmiva. Značný je rozsah luk, pastvin a lesů. V živočišné výrobě převládá chov skotu. Klimatické podmínky Podnebí v oblasti hřebene je drsnější, s prudkými bouřemi, s větry zejména na podzim a v zimě, se studenou zimou, s krátkým několikatýdenním létem, které je však poměrně teplé. Průměrné teploty ve výšce 900 m jsou kolem 4 C, v m je to kolem 2,5 C. Sněhová pokrývka dosahuje místy až 4 m. Sníh tu padá až 100 dní v roce (ve výšce m je to až 214 dní). Mrazíky se vyskytují i v červnu a v září. 6

12 Celkově v Krušných horách převládají severní a západní větry, vlhké a studené, které přinášejí rychlou změnu počasí, dlouhodobé zimní mlhy, které se vyskytují ve výšce kolem 700 m n.m., a to 90x -124x do roka. Množství srážek odpovídá poloze Krušných hor a jejich výšce. Na hřebenech tu ročně spadne až mm vody, v nižších polohách méně (více na německé straně). Krušné hory jako celek způsobují tzv. srážkový stín v oblasti podkrušnohorských pánví, tyto srážky pak dopadají až ve středních Čechách, ročně spadne tedy v pánevní oblasti jen kolem 500 mm srážek. Fauna Rostlinstvo Krušných hor se v poslední době výrazně změnilo. Původní pralesovité porosty, tvořené smíšenými lesy, byly většinou během intenzivní těžby a zpracování rud vykáceny a nahrazeny smrkovými monokulturami, které byly koncem 20. století těžce poškozeny průmyslovými imisemi a následným přemnožením hmyzích škůdců, vichřicemi se silnou námrazou. To vedlo k postupné likvidaci velké části lesů. Tyto holiny jsou v poslední době systematicky zalesňovány dřevinami, které lépe snášejí zdejší klimatické podmínky a imisní stres, a to břízami, modříny (Larix decidua) a stříbrnými smrky. Plocha lesů zaujímá v Krušných horách 75 %, nejrozšířenější dřevinou tu je smrk (Picea abies), ten vystupuje až do nejvyšších poloh (kleč je zde velmi vzácná), na velmi rozsáhlých plochách krušnohorských rašelinišť se daří v hojné míře borovicím, břízám a vřesu. Tab. 2: Podíly ploch a zásob dřevin v procentech na PLO 01 Krušné hory (2000) Podíly ploch a zásob dřevin v procentech dle věkových stupňů Věkové Plocha Zásoba celkem stupně jehličn. listnáče jehličn. listnáče celkem 1 11,2 4,3 15,6 0,0 0,0 0,0 2 9,8 5,7 15,5 0,1 0,2 0,3 3 6,8 3,7 10,4 2,0 0,7 2,8 4 7,7 2,8 10,5 6,3 1,5 7,7 5 5,0 2,0 7,0 5,6 1,5 7,1 6 4,1 1,0 5,1 5,9 1,0 7,0 7 4,6 0,8 5,4 7,8 1,0 8,8 8 5,7 0,7 6,3 11,2 0,9 12,2 9 6,1 0,7 6,8 13,3 1,1 14,3 10 5,5 0,6 6,1 13,1 1,0 14,1 11 3,2 0,6 3,9 7,8 1,3 9,0 12 2,1 0,5 2,6 4,7 1,1 5,8 13 1,4 0,4 1,8 3,0 0,9 3,9 14 0,8 0,3 1,1 1,7 0,8 2,5 15 0,5 0,2 0,8 0,8 0,6 1,4 16 0,2 0,3 0,5 0,3 0,8 1, ,1 0,7 0,8 0,1 1,9 2,0 Celkem 74,7 25, ,7 16,

13 4 Úvod do problematiky 4.1 Defoliace Jedním z nejdůležitějších parametrů, sledovaných při monitorování stavu lesa, je defoliace, která je definována jako relativní ztráta asimilačního aparátu v koruně stromu v porovnání se zdravým stromem, rostoucím ve stejných porostních a stanovištních podmínkách. Defoliace je ztráta, která je způsobena především vlivem nepříznivých změn prostředí lesních ekosystémů, jako důsledku dlouhodobého a nadměrného znečištění ovzduší různými škodlivinami (SO 2, NOx, F, Cl, O 3, těžké kovy, prachové částice aj.). Defoliace koruny stromu je nespecifický symptom poškození, který je způsobený zpravidla více škodlivými faktory. Ty mohou působit samostatně či společně, a přitom navíc vstupovat do vzájemných interakcí. Určit podíl jednotlivých faktorů na rozsahu poškození a jejich prioritu je ve většině případů velmi obtížné. Proto nelze oddělovat vliv imisí a klimatických vlivů od jiných nepříznivých faktorů působících na zdravotní stav lesů a současně je nezbytné sledovat veškeré změny v lesních ekosystémech. Vliv znečištění ovzduší na zdravotní stav lesa je zpravidla primární, vede k jeho oslabení a takové porosty pak snadno podlehnou zvýšenému působení jakéhokoliv dalšího škodlivého činitele. Hodnocení příčin poškození lesních dřevin je komplikováno skutečností, že charakter a množství škodlivých vlivů podléhá stálým změnám a lesní ekosystémy reagují na tyto změny s určitým zpožděním. Tyto okolnosti mohou mít vliv na určité odchylky stupně poškození od dlouhodobého průměru Vývoj defoliace v České republice U hospodářsky nejvýznamnějších jehličnatých druhů je dynamika vývoje defoliace u porostů starších než 59 let výrazně odlišná v průběhu konce osmdesátých let, kdy došlo k prudkému zhoršování zdravotního stavu porostů, a v následujícím období devadesátých let s výrazným poklesem této dynamiky. Ve sledovaném období dosáhla průměrná hodnota defoliace smrku a borovice výrazného kulminačního bodu v roce Následovala stagnace, v roce 1996 průměrná defoliace těchto dřevin opět stoupla a dosáhla maximální hodnoty (SM 33,9 %, BO 38,3 %). V dalších letech následoval pokles a od roku 1998 průměrná defoliace mírně stoupá (hodnoty nad 30 %). V jednotlivých regionech ČR jsou v dlouhodobém vývoji defoliace jehličnanů patrné určité rozdílnosti. Za relativně vyrovnaný lze označit trend defoliace (součet tříd defoliace 2 4, tj. defoliace větší než 25 %) v Ústeckém, Karlovarském, Olomouckém a Moravskoslezském kraji. Převážně stoupající dlouhodobý trend defoliace jehličnanů se vyskytuje v Libereckém, Královéhradeckém a Pardubickém kraji. V kraji Vysočina došlo k postupnému zvyšování defoliace do roku 1996 a v následujících letech defoliace stagnovala. Stoupající trend defoliace s výrazným poklesem po roce 1996 a opětovným vzestupem se vyskytl ve sledovaném období v Plzeňském, Jihočeském a Středočeském kraji. Největší rozkolísanost ve vývoji defoliace, pravděpodobně ovlivněné především nerovnoměrností v průběhu klimatických podmínek, byla sledována v kraji Jihomoravském a Zlínském. 8

14 Vývoj průměrné defoliace SM a BO v ČR ( ) % SM BO rok Obr. 2: Vývoj průměrné defoliace smrkových a borových porostů v ČR ( ) U listnáčů stejné věkové kategorie (porosty 60ti leté a starší) je dlouhodobý vývoj defoliace trochu odlišný. Ve sledovaném období dosáhla defoliace listnáčů nejvyšší úrovně v roce 1993 (průměrná defoliace dubu 43,0 % a buku 22,5 %), v dalších letech klesala až na nejnižší úroveň v roce 1998 (průměrná defoliace dubu 27,8 % a buku 14,6 %), následoval vzestup a od roku 2000 defoliace stagnuje. Mezi jednotlivými druhy jsou výrazné rozdíly. Dub má z pohledu dlouhodobého vývoje větší rozkolísanost a vyšší úroveň defoliace než buk. K postupnému snížení defoliace (v letech ) a následnému zvýšení došlo v Jihomoravském, Středočeském a Zlínském kraji a v kraji Vysočina. V ostatních krajích s významným zastoupením listnatých druhů je vývoj defoliace poměrně rozkolísaný. [12] Výraznou změnu lze sledovat u jehličnatých dřevin u procentického zastoupení jednotlivých tříd defoliace (Tab. 1). Třída defoliace 0 (0 10 %) poklesla z 51,3 % v roce 1986 na 13,1 % v roce V dalších letech docházelo k mírnějšímu poklesu až na nejnižší hodnotu 1,2 % v roce Součet tříd 2 4 (defoliace %) naopak stoupl z 23,2 % v roce 1986 na nejvyšší úroveň 74,9 % v roce V roce 1998 došlo k významnému zlepšení stavu v porovnání s předcházejícími dvěma roky, zastoupení tříd 2 4 kleslo na 58,3 % a současně třída 0 mírně stoupla na hodnotu 3,8 %. Tento posun byl nejvýraznější u borovice [1]. Tab. 3: Třídy defoliace stupeň defoliace žádná slabá střední silná mrtvý strom třída defoliace procento defoliace < U hlavní dřeviny smrku (Picea abies) v kategorii porostů 60letých a starších nedošlo již od roku 2001 k žádným výrazným změnám. U smrkových porostů věkové kategorie do 59 let došlo k mírnému zlepšení zvýšením procentického zastoupení stromů v třídě defoliace 1 (11 25 %) a současně snížením zastoupení stromů ve vyšších třídách defoliace 2 4 ( %). 9

15 Obr. 3: Zdravotní stav lesů v roce 2002 na území ČR K nevýrazným změnám došlo u borovice (Pinus sylvestris) a modřínu (Larix decidua) obou věkových kategorií nepatrným zvýšením zastoupení třídy 2 (26 60 %). K nejvýraznějším změnám došlo u jedle (Abies alba) v porostech věkové kategorie do 59 let, kde se zvýšilo zastoupení střední defoliace z nuly na 35,0 % na úkor zastoupení slabé defoliace. U jedle v porostech 60letých a starších došlo stejně jako v předcházejícím roce ke zlepšení, zvýšilo se zastoupení defoliace třídy 0 (0 10 %) a 1 při současném poklesu defoliace třídy 2, který ale nebyl tak výrazný jako v roce U hlavních listnatých druhů (Quercus sp. a Fagus sylvatica) obou věkových kategorií nedošlo v porovnání s minulým rokem k žádným výrazným změnám. Zastoupení stromů s defoliací větší než 25 % (třída 2 4) je u porostů dubu starších než 59 let stále velmi vysoké, v roce 2005 dosáhlo hodnoty 67,4 %. U stejné věkové kategorie bukových porostů toto zastoupení mělo hodnotu 18,0 %. [12] Porovnání vývoje defoliace s pásmy ohrožení Pásma ohrožení lesních porostů imisemi jsou území se stejnou dynamikou zhoršování zdravotního stavu lesních porostů podle stupně jejich poškození stanovených dle Vyhlášky č. 78 Ministerstva zemědělství ze dne 18. března Stupeň poškození smrkových porostů je určen podílem středně poškozených (defoliace %) a silně poškozených (defoliace %) stromů z celkového počtu stromů v lesním porostu. Podle dynamiky zhoršování zdravotního stavu, resp. změny stupně poškození, se lesy zařazují do pásem ohrožení A, B, C a D. 10

16 Obr. 4: Mapa pásem ohrožení lesů imisemi v PLO 01 Krušné hory Stupně poškození smrkových porostů podle uvedené vyhlášky byly stanoveny za období let na monitorovacích plochách, rozdělených do skupin podle polohy jednotlivých ploch v příslušném pásmu ohrožení (v pásmu A se žádná plocha nevyskytovala). Ve skupině ploch v relativně nejvyšším pásmu ohrožení B je výrazně vyšší podíl středně a silně poškozených stromů a zhoršení ze stupně II na stupeň IIIa v roce Ve skupině ploch v nižším pásmu ohrožení C je nižší podíl středně a silně poškozených stromů a zhoršení ze stupně I na stupeň II v roce Ve skupině ploch v nejnižším pásmu ohrožení D je také zhoršení ze stupně I na stupeň II v roce 1988, podobně jako u pásma C, ale je zde nejnižší podíl středně a silně poškozených stromů [1]. 4.2 Vliv abiotických faktorů na zdravotní stav lesních dřevin Negativní působení činnosti člověka na lesní ekosystémy je závažný škodlivý vliv v celém regionu střední Evropy. Skládá se z mnoha dílčích aspektů, ze kterých nás bude nejvíce zajímat depozice atmosférických znečištěnin. Chemické látky tvořené plynnými a pevnými produkty ze spalovacích a technologických procesů při vstupu do ŽP (ovzduší) označujeme jako emise. Na emise v ovzduší pak následně působí procesy fyzikální (rozptyl a transport ve směru větru, sedimentace atd.) a procesy chemické (slučování, redukce atd.). Vlivem těchto procesů můžeme například v prostředí lesního ekosystému pomocí měřícího zařízení stanovit v určitém objemu vzduchu váhové množství chemických látek, které označujeme jako imisní koncentrace - imise. Imise zachycená nebo uložená na zemském povrchu či v lesním ekosystému je označována jako depozice. [2] Z hlediska ochrany lesa lze říci, že v posledních letech klesá evidované poškození lesních porostů imisemi. Naopak narůstá vliv tzv. novodobých typů poškození, ať již jde o poškození lesních porostů podél komunikací (především působením splachů či rozstřiků posypových solí v zimním období), nebo různých výživových deficiencí pramenících z poškození půd předchozí silnou imisní zátěží v kombinaci s nepříznivými meteorologickými situacemi. [3] 11

17 Defoliace jako symptom poškozování lesních ekosystémů je způsobena více škodlivými faktory, které mohou působit samostatně či společně a přitom působit ve vzájemných interakcích. Celý mechanismus poškozování lesních porostů se vzájemně prolíná a doplňuje. Řetězec účinků postupuje dvěma směry. První směr účinků je vyvolán kombinací teplotně nepříznivého vývoje počasí na přelomu zimy a jara se současným vnosem depozic do korun stromů. Hodnotíme-li příčinnou souvislost teplotních výkyvů a depozicí (resp. imise) na defoliaci, pak je zřejmé, že v prostředí čistého ovzduší by k takovému poškozování nedocházelo. Smrk i další dřeviny, které se přirozeně vyskytují v tvrdých boreálních podmínkách, jsou nepochybně na podobné teploty zvyklé a během evoluce se jim přizpůsobily. Avšak při spolupůsobení těchto teplot spolu s vlivem depozic k silnému poškození jehličí dochází. V případě, že do korun stromů vstupuje depozice síry, dochází úměrně k depozičnímu toku a k poškození průduchů. V prostoru korun se jedná o vnos silně kyselých dešťových kapek, mlhy a tzv. suché depozice. Stromy nejsou schopny probíhající transpiraci přes průduchy regulovat. Je tak narušen vodní systém stromu. Strom v důsledku poškození průduchů depozicemi síry nedokáže průduchy uzavřít, probíhající výpar vyčerpává velké množství vody z jehličí, což v konečném důsledku vede k prosychání jehličí doprovázené zvýšenou defoliací. Dle Mrkvy (2000) jde o důsledek přímého, avšak i nepřímého působení imisí. Příčinu je totiž třeba hledat v oslabení stromů na mrazuvzdornost, např. v důsledku ovlivnění poměru chlorofylu A ku B a také omezené možnosti tvorby anthokyanumu, který podporuje mrazuvzdornost. Rovněž již zmíněné narušení vodního provozu a zejména neregulovaná transpirace je jednou z vážných příčin poškození jehličí, která byla již v minulosti popsána jako fyziologická (mrazová) sypavka. Vzhledem k prvotní příčině vzniku poškození asimilačního orgánu nelze toto poškození přisuzovat výskytu nízké, záporné či nadměrně vysoké teplotě vzduchu, ale jako přímý důsledek působení depozičních toků síry (imisních koncentrací SO 2 ). Mechanismus poškození průduchů trvá velmi krátkou dobu. Při vhodném počasí stačí k akutnímu poškození, končící i odumřením stromu, desítky minut [5]. Druhý směr účinků je vyvolán vniknutím depozic síry a dusíku do půdy. Po vniknutí depozice do půdy se rozbíhá řetězec reakcí vedoucí k okyselování půd, který se označuje jako půdní acidifikace. Bylo zjištěno, že kyselé depozice jsou hlavní příčinou nepřímého (sekundárního) poškozování lesních porostů. Výsledkem rostoucí kyselosti půdy jsou iontové sloučeniny půdních minerálů (Al, Mn, Fe), těžkých kovů a metaloidů, které označujeme jako kationtové kyseliny. Tyto mohou vytvářet v reakci s vodou protony, které představují potenciální buněčné jedy [6, 7]. Způsob poškození může být následující: Zakyselení půdy způsobí poškození mikroorganismů zúčastňujících se rozkladných procesů důležitých při výživě kořenového systému a výhonů. Přitom může být za půdní procesy odpovědný vnos kyselé depozice a depozice S a N, za poškození výhonů SO2 a NOx. Poškození výhonů může být spojeno s extrémním počasím, které způsobí vysoký vnos škodliviny a nebo vytvoří na listech a kůře mechanické předpoklady pro vniknutí škodliviny do rostlinných pletiv. Řetězec účinků může začít také poškozením korun a s následným snížením fotosyntézy dojde ke špatné výživě kořenů, a tím k jejich dalšímu poškození atd. 12

18 Kyselá depozice je rovněž zodpovědná za ochuzení půd o živiny, které jsou z nich vyplavovány. V důsledku zakyselení dochází k vyplavování Mg a K do hloubky nepřístupné pro kořeny dřevin a zároveň je uvolňován hliník, resp. hydroxid hlinitý. Ten je toxický pro kořeny, ohrožuje zejména aktivní části kořenů (kořenové čepičky) a jejich mykorhízu. Mimo to se za velmi škodlivé považují nelineární (rázové) reakce ve vztahu baze kyselina, jejichž dopady se promítají do zásobení dřevin živinami. Popsané půdní změny mají ve svém globálním účinku za následek úbytek jemných kořínků v hlubším profilu půdy a všeobecné zhoršení jejich funkce. To negativně ovlivňuje příjem vody a živin, jichž je v takto postižených půdách nedostatek. Poškozeny jsou však také silnější kořeny, kdy vznikají poruchy ve větvení kořenů a velmi časté je jejich napadení parazitickými houbami. Narušení kořenového systému pochopitelně významně ovlivňuje statickou stabilitu stromů. Popsané půdní změny ovlivňují již primárně tvorbu kořenového systému, který je pak plochý a založen ve vyšších horizontech půdy. Následkem toho jsou porosty často postihovány i krátkodobými epizodami sucha, které mají za následek vysychání povrchových horizontů půdy. Podstata vlivu kyselých depozičních toků síry a dusíku na defoliaci je vyvolána tím, že je vyčerpán odolnostní potenciál ekosystému lesních porostů, tzn. že je snížena mrazuvzdornost, pufrovací schopnosti půdy, je poškozen vodní provoz dřevin a kořenový systém. Vstup kyselých depozic síry a dusíku v kombinaci s nepříznivými krátkodobými meteorologickými situacemi (sucho, výkyvy teplot v předjaří, atd.) způsobuje další prohlubování procesu poškozování lesních porostů. Výsledkem poškozování je ztráta asimilačních orgánů dřevin defoliace. Avšak hodnocení příčin defoliace smrkových porostů je komplikováno skutečností, že charakter a množství škodlivých faktorů podléhá stále rychleji změnám a lesní ekosystémy reagují na tyto změny s určitým zpožděním [10] Reakce jehličnanů na podmínky prostředí Z hlediska největšího procentuelního zastoupení je brán smrk jako reprezentativní dřevina v rámci jehličnanů pěstovaných v podmínkách střední Evropy. Největší problémy způsobuje pěstování smrku na nevhodných stanovištích. Smrk je horskou dřevinou s mělkým kořenovým systémem, je uvyklý na chlad a velké množství srážek. Jeho vysazování v nižších a středních polohách znamenalo vážné poškození těchto lesů. Smrk není na toto prostředí přizpůsoben, nemá dostatek vody, kterou neumí získat z hlubších vrstev půdy, chřadne a odumírá, protože snadno podléhá různým tzv. škůdcům. Tento stav se bude nadále zhoršovat, pokud dojde k předpokládané změně klimatu. [8] Nepřirozené smrkové monokultury rovněž degradují lesní půdu. Rozklad jehličí totiž - na rozdíl od listů a dřeva - dává kyselou reakci, a tak acidifikuje půdu. Proto ačkoli došlo k omezení kyselého spadu z průmyslových emisí oxidu siřičitého a oxidů dusíku, smrkové monokultury nadále udržují půdy silně kyselé a se změněným chemickým složením. Způsobuje to několik faktorů: nepříznivý obsah živin v jehličí, pomalejší koloběh látek v půdě jehličnatého lesa, účinnější zachytávání síry a dusíku ze vzduchu jehlicemi ve srovnání s listy, horší rozklad jehličí, což dále snižuje množství živin v půdě, a slabší schopnost lesů zpracovat nadměrné množství dusíku v ovzduší. 13

19 Rozklad jehličí, které není promíchané s listy, je navíc zpomalen, vrstvy se hromadí a zhutňují lesní půdu. [9] Problém se v příštích desetiletích pravděpodobně ještě zhorší postupným oteplováním. Klimatické podmínky, ve kterých smrk už není schopen růst, se posunou do větších nadmořských výšek. Přestože míru stresu, kterým stromy budou trpět, zmírní vyšší koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře, očekává se posun vegetačních pásem a postupné odumírání i smrkových porostů ve vyšších polohách, kde měly doposud dobré podmínky k růstu: zejména v důsledku jejich neschopnosti odolávat v sušším klimatu hmyzím a houbovým škůdcům. [8] 4.3 Monitoring zdravotního stavu lesů Monitoring zdravotního stavu lesů je soustředěn zejména na pozemní šetření na monitorovacích plochách a na dálkový průzkum z družicových snímků. Z důvodů odlišné metodiky nemusí dojít vždy k úplné shodě mezi výsledky zjištěnými oběma uvedenými způsoby. Stav lesů v ČR se hodnotí pozemním šetřením již od roku 1986 na monitorovacích plochách I. úrovně Mezinárodního kooperativního programu Evropské hospodářské komise při OSN, zkráceně označovaného jako ICP Forests, který se zabývá sledováním a vyhodnocováním vlivu znečištění ovzduší na lesy (International Cooperative Programme on Assess-ment and Monitoring of Air Pollution Effects on Forests). [3] Dálkový průzkum Země (DPZ) Hodnocení zdravotního stavu lesa metodou dálkového průzkumu Země (DPZ) s využitím družicových snímků má v České republice již dvacetiletou tradici. K vyhodnocování těchto informací se využívají zejména digitální obrazová data ze skeneru Landsat TM/ETM+. Plná scéna snímku zachycuje území o rozloze přibližně 170 x 180 km v sedmi spektrálních pásmech v oblasti viditelného a infračerveného záření. Snímek má obrazové rozlišení 30 m. Pohyb družice na dráze je synchronní a perioda snímkování téhož území ze stejné dráhy je v současné době 16 dní. V obrazových datech snímků, zejména v infračervené oblasti záření, jsou obsaženy informace, které umožňují obecně hodnotit stav vegetace. Při aplikaci na lesní porosty se prokázalo, že data obsahují smíšenou informaci o množství asimilačního aparátu v korunách porostu (faktor korespondující se stupněm poškození defoliací porostu) a o jeho celkovém fyziologickém stavu, zejména o obsahu vody (faktor korespondující s mortalitou porostu). Údaje o zdravotním stavu lesů vyhodnocené z družicových snímků zobrazují komplexní zdravotní stav porostů. Neumožňují blíže identifikovat jednotlivé činitele, které jej zapříčinily (např. imise, klimatické změny, biotické škůdce, stanovištní podmínky, pěstební zásahy). Výhodou hodnocení zdravotního stavu lesů z družicových snímků je jednotnost a synchronnost klasifikace na území velkého rozsahu, neovlivněná subjektivními faktory lidského hodnotitele, a zachycení komplexního výsledného obrazu zdravotního stavu lesů. Data zdravotního stavu lesů z družicových snímků se vyhodnocují statisticky. 14

20 4.3.2 Podmínky pro získání dat Mezi nejdůležitější podmínky korektní klasifikace patří dostatečná hustota zápoje korun stromů v porostu (větší než 70 %) a homogenita dřevinné skladby (větší než 80 %). Při nízké hustotě zápoje je spektrální charakteristika lesního porostu ovlivňována podrostem. Při klasifikaci porostu s větším procentem příměsi jiných dřevin než dřeviny klasifikované vzniká obvykle zkreslení, neboť každá dřevina má svou vlastní spektrální charakteristiku a rozsah hodnot. Tyto závislosti jsou však při znalosti dřevinné skladby porostů do určité míry korigovatelné. Identifikovat dřevinnou skladbu porostů z dat družicového snímku v jeho plném plošném rozsahu není možné. Z tohoto důvodu jsou klasifikační stupnice jehličnanů nastaveny pro smrkové porosty. Klasifikační stupnice listnatých porostů je nastavena obecně na celou třídu. Při standardních podmínkách klasifikace (smrkové porosty starší než 30 let s minimálně 80 % zastoupením a 70 % zapojením v ploše) je směrodatná odchylka mezi pozemním hodnocením a klasifikací z družicového snímku přibližně 0,6 stupně u stupnice poškození a mortality jehličnatých porostů a 10 % u stupnice defoliace a mortality jehličnatých porostů. Jeden obrazový bod družicového snímku typu LANDSAT-TM/ETM+ zachycuje plochu 30 x 30 m v území. Na okrajích a u úzkých pruhů porostů proto může dojít k nesprávnému vyhodnocení (ke smíšení obrazu lesa s okolním terénem). Tyto části porostů je nutno ověřit v terénu. Vlivem expozice svahů může dojít k místním nepřesnostem v rozlišení listnatých a jehličnatých dřevin. Data mohou v určitém procentu plochy zachycovat i vegetaci mimo les (keřové, travnaté porosty, zemědělské plodiny) a případně i abiotické prvky, které při klasifikaci nelze vždy zcela vyloučit. Klasifikace některých míst snímku může být z důvodů výskytu oblačnosti, stínů od mraků, silnějšího oblačného oparu, mlhy a smogu záměrně potlačena Klasifikační stupnice Pro kvantifikaci hodnocení zdravotního stavu lesů z družicových snímků se v současnosti používají dvě klasifikační stupnice. Historicky starší stupnicí je: "Stupeň poškození a mortalita lesních porostů. Vychází z klasifikace poškození jehličnatých porostů imisemi, zavedené v lesním hospodářství České republiky (stupně poškození porostu: O, O/I, I, II, IIIa, IIIb, IVa, IVb). Stupnice je založena zejména na hodnocení úbytku jehličí (listí) a jako pomocný faktor je posuzován jeho stav. Tyto dva parametry jsou velmi blízké informaci, kterou lze získat zpracováním dat družicového snímku Landsat jako veličinu určující kvantitativně zdravotní stav lesa. Druhou, novější stupnicí je: Defoliace a mortalita jehličnatých porostů. Tato klasifikační stupnice je desetistupňová s dělením: 0%, 1-10%, 11-20%, 21-30%, 31-40%, 41-50%, 51-60%, 61-70%, 71-80%, % a hodnotí průměrnou defoliaci jehličnaté dřeviny v porostu. Defoliační stupnice poskytuje jemněji odstupňovanou klasifikaci a lepší shodu mezi klasifikací ze snímku a kontrolním pozemním šetřením. Je to dáno zejména skutečností, že informace obsažené v datech družicového snímku jsou z fyzikálního hlediska bližší hodnocení defoliace než speciální stupnici hodnocení imisního poškození jehličnanů. [3] 15

21 5 Vymezení zvolených způsobů řešení Způsob řešení je složen ze tří základních částí. Prvním krokem je měření a sběr potřebných dat v terénu (imisní koncentrace, klimatická data) v síti staničního měření a referenčních ploch, nebo získávání a zpracování dat z družicového monitorování zdravotního stavu lesních porostů. Tato část metodického přístupu je zdrojem základních vstupních dat, nutných jako výchozích údajů pro zpracování. Druhá část metodického přístupu je založena na aplikaci geostatistických metod a modelových výpočtů. Úkolem této fáze hledání řešení je poskytnout potřebná data v lokalitách, ve kterých některý z faktorů abiotického prostředí není v referenční ploše (resp. na nejbližší stanici) přímo měřen. Jde o prostorové interpolace parametrů klimatu a modelové výpočty plošného rozložení imisních koncentrací a depozicí. Úkolem třetí části metodického přístupu je data z první a druhé části v rámci prostorového a časového měřítka zpracovat a vyhodnotit vzájemné závislosti. Jedná se o jednoduché i vícenásobné lineární korelační analýzy, regresní analýzy a analýzy shlukové. Cílem této části je definovat vzájemnou závislost mezi použitými parametry abiotického prostředí a defoliací, která pro tyto účely přímo charakterizuje zdravotní stav lesních porostů, vhodnou lineární regresní funkcí. 5.1 Odvození meteorologických dat a imisních koncentrací Metoda výpočtu klimatických parametrů spočívá v tom, že prostorové změny měřených hodnot meteorologických parametrů (např. denní, měsíční průměrné teploty, úhrny srážek atd.) z klimatologických a srážkoměrných stanic byly pomocí orografické interpolace převedeny do sítě gridů, reprezentující reliéf studovaného území. Orografická interpolace je založena na systému polynomických funkcí, pomocí kterých se vyjadřuje závislost použitých meteorologických parametrů na nadmořské výšce. Je zřejmé, že polynomické funkce aproximují sledovanou závislost vždy z určitou odchylkou residua od naměřené hodnoty v místě stanice. Pro zvýšení přesnosti jsou odvozená residua hodnot klimatických parametrů stanic pomocí metody inverze vzdáleností interpolovány do souřadnic sítě gridů (resp. referenčních bodů). Interpolace residuí představuje horizontální interpolaci a jejím výsledkem je zvýšení nebo snížení vypočítané hodnoty příslušného klimatického parametru podle systému polynomických funkcí v příslušném gridu. Prvním krokem metodického přístupu je definování pravidelné i nepravidelné sítě gridů, které v rámci zvoleného měřítka s určitou přesností reprezentují reliéf studovaného území. Pro studované území PLO 01 Krušné hory bylo definováno celkem gridů. Každý grid je definován zeměpisnými souřadnicemi zeměpisnou délkou, šířkou a nadmořskou výškou. Pomocí výše uvedeného postupu lze pro libovolný počet gridů (i jeden grid) odvodit potřebné klimatické parametry. [27] 16

22 5.1.1 Odvození meteorologických dat Pro posouzení vlivu klimatu na zdravotní stav lesa byly analyzovány průběhy průměrných měsíčních teplot, srážek a stupňů poškození jehličnatých porostů v okolí meteorologických stanic. Pro plošnou analýzu vlivu klimatu na zdravotní stav lesa byly pro studované území zpracovány datové vrstvy měsíčních úhrnů srážek a průměrných teplot v síti bodů 5 x 5 km. Odvození meteorologických parametrů jako jsou průměrné měsíční a roční sumy teplot vzduchu a atmosférických srážek. V těchto nadmořských výškách byly zpracovávány měsíce s průměrnou měsíční teplotou vzduchu T 5 C (duben - říjen), což je tzv. teplota biologického minima (biologická nula) - teplota, při které rostliny zahajují vegetaci, v našich podmínkách je obecně vyjádřena teplotou T = 5 C [10]. Pro hodnocení vlhkostních poměrů lesních porostů na území Krušných hor byly použity stanice, na kterých probíhá pravidelné denní měření úhrnů atmosférických srážek, buď na území Krušných hor nebo v jejich okolí. Jedná se o stanice Fichtelberg, Hof a Cheb. Hodnocení vlhkostních poměrů lesních porostů je provedeno z pohledu konkrétního stavu v roce 2001, tak z pohledu vývoje vlhkostních poměrů za období na území Krušných hor. K posuzování vlhkostních poměrů je použito několik ukazatelů jako nástrojů, pomocí kterých lze hodnotit vlhkostní stav lesních porostů, množství srážek a vznik možného klimatického stresu v důsledku nedostatku srážek a jeho vliv na poškození lesních porostů v roce K posouzení dostatečnosti množství srážek je použit ukazatel množství srážek jako suma za roční období a za období vymezené měsícem květen až srpen. Podle provedených studií se za spodní limitní hodnotu např. pro pěstování smrku ve středoevropských podmínkách považuje 300 mm (Mráček a Pařez, 1986). Proto se předpokládá, obdobně jako v práci Škvarenina et al (1995), že množství srážek nedosahující či nepřesahující limitní hodnotu 300 mm za období květen-srpen může vyvolávat klimatický stres vyvolaný nedostatkem vláhy. K posouzení období bez výskytu srážek je použit ukazatel bezsrážkového období. Bezsrážkové období stanovuje časový interval počtu dnů za sebou, ve kterém se nevyskytly žádné, ani neměřitelné (0.1 mm) atmosférické srážky jakéhokoliv druhu (Havlíček a kol., 1986). Bezsrážkové období charakterizuje dobu trvání sucha. Při posuzování klimatického stresu v důsledku nedostatku srážek bylo provedeno vyhodnocení počtu bezsrážkových období, která se vyskytla 5 a více dnů za sebou, 10 a více dnů za sebou a nejdelší počet bezsrážkových dnů vyskytujících se za sebou během vegetačního období (tzn. od 1.4. do 30.9). [14] Odvození imisních koncentrací SO 2 a NO x K odvození imisní zátěže - imisních koncentrací SO 2 a NO x je použit Gaussův rozptylový model. Jeho základem je metodika určená pro kontrolu emisních a technických parametrů zdrojů a metodický pokyn MŽP ČR odboru ochrany ovzduší k výpočtu znečištění ovzduší z bodových a mobilních zdrojů (Systém modelování stacionárních zdrojů). Modelový výpočet je dále doplněn o procesy chemické transformace, dálkového transportu emisí s využitím trajektoriového modelu [10]. 17

23 5.1.3 Sběr a zpracování dat pomocí metody DPZ Ke zjišťování zdravotního stavu lesa z družicových snímků se využívají zejména digitální obrazová data ze skenerů Landsat TM a ETM+. Plná scéna satelitního snímku zachycuje území o rozloze přibližně 170 x 180 km v sedmi spektrálních pásmech v oblasti viditelného a infračerveného záření. Hlavní používaná spektrální pásma mají obrazové rozlišení 30 m. Pohyb družice na dráze je synchronní a perioda snímkování téhož území ze stejné dráhy je 16 dní. Snímky pořizuje Ministerstvo zemědělství a jejich zpracování provádí firma Stoklasa Tech. ve spolupráci s Ústavem pro hospodářskou úpravu lesů v Brandýse n. Labem a Výzkumným ústavem lesního hospodářství a myslivosti v Jílovišti-Strnadech. Zdravotní stav lesů (defoliace) je klasifikován ve dvou stupnicích. První stupnicí je stupeň poškození a mortality lesních porostů. Vychází z klasifikace poškození jehličnatých porostů imisemi, zavedené v lesním hospodářství České republiky (stupně poškození lesního porostu: O, O/I, I, II, IIIa, IIIb, IV). Stupnice je založena na hodnocení ztráty jehličí, resp. listí (defoliace) jednotlivých stromů a procentického zastoupení stromů s defoliací vyšší než 50 % v daném porostu. Jako pomocný faktor je posuzován i stav asimilačního aparátu. Tyto dva parametry jsou velmi blízké výše uvedeným dvěma faktorům, jejichž společný souhrnný projev lze získat zpracováním dat družicového snímku Landsat-TM jako veličinu určující kvantitativní zdravotní stav lesa. Druhou stupnicí je defoliace a mortalita jehličnatých porostů. Tato klasifikační stupnice byla zvolena desetistupňová s dělením: 0 %, 1 10 %, %, %, %, %, %, %, %, %. Defoliační stupnice poskytuje jemněji odstupňovanou klasifikaci a lepší shodu mezi klasifikací ze snímku a kontrolním pozemním šetřením. Je to dáno zejména tou skutečností, že informace obsažené v datech družicového snímku jsou z fyzikálního hlediska bližší hodnocení defoliace, než speciální stupnici hodnocení imisního poškození jehličnanů. Metoda klasifikace zdravotního stavu lesů z družicových snímků má své aplikační podmínky a omezení. Mezi nejdůležitější patří potřeba dostatečného zápoje lesního porostu (větší než 70 %) a homogenity dřevinné skladby (větší než 80 %). Při nízkém zápoji je spektrální charakteristika lesního porostu ovlivňována podrostem. Při klasifikaci porostu s větším procentem příměsi jiných druhů dřevin než je dřevina klasifikovaná, vzniká obvykle zkreslení, neboť každá dřevina má svou vlastní spektrální charakteristiku a rozsah hodnot. Tyto závislosti jsou však při znalosti dřevinné skladby porostů do určité míry korigovatelné. Vlivem expozice svahů může dojít k místním nepřesnostem v rozlišení listnatých a jehličnatých dřevin. Zmíněné chybné zařazení však nemá vliv na klasifikaci jejich zdravotního stavu. Mapa může v určitém procentu plochy zachycovat i vegetaci mimo les (keřové, travnaté porosty, zemědělské plodiny) a případně i abiotické prvky, které při klasifikaci nelze vždy zcela eliminovat. Klasifikace některých míst snímku může být z důvodů výskytu oblačnosti, stínů od mraků, silnějšího oblačného oparu, mlhy a smogu potlačena. Charakter informace z družicového snímku je dán fyzikálním principem projevu vegetace v infračervených pásmech záření odraženého od zemského povrchu a současnou technickou úrovní skeneru družice [1]. 18

24 5.2 Zpracování a vyhodnocení vzájemné závislosti dat Regresní a korelační analýza Třetí část zpracování se zabývá odvozením korelačních závislostí a regresních funkcí mezi zdravotním stavem vyjádřeným defoliací a parametry abiotického prostředí lesních porostů. Metody regresní a korelační analýzy slouží k poznání a matematickému popisu statistických závislostí a k ověřování deduktivně učiněných teorií. Jde o hledání, zkoumání a hodnocení souvislostí mezi dvěma a více statistickými znaky. Cílem tohoto zkoumání je hlubší vniknutí do podstaty sledovaných jevů a procesů určité oblasti a tím i přiblížení k tzv. příčinným (kauzálním) souvislostem a závislostem. Při studiu závislostí mezi zdravotním stavem lesních porostů a imisní zátěží, klimatickými faktory a nadmořskou výškou, musíme nejprve určit regrese, tzn. průběh závislosti a tendencí změn zdravotního stavu na základě změn nezávisle proměnných parametrů imisní zátěže a klimatických faktorů prostředí. Rozlišujeme tzv. pevné a volné závislosti: Pevná závislost dvou proměnných stejným hodnotám jedné proměnné odpovídají i stejné hodnoty proměnné druhé. Jde o vztah, který se projeví s jistotou. Volná závislost výskyt jednoho jevu ovlivňuje výskyt druhého v tom smyslu, že se zvýšila pravděpodobnost nastoupení druhého jevu při nastoupení prvního. Dále je vhodné rozlišit jednostranné a vzájemné závislosti: Jednostrannými se zabývá regresní analýza. Vzájemnými (většinou lineárními) závislostmi se zabývá korelační analýza. [16, 17] Regresní analýza Regresní analýza se používá při zkoumání závislostí dvou a více číselných proměnných. Je to souhrn statistických metod a postupů sloužících k odhadu hodnot nebo středních hodnot nějaké proměnné odpovídající daným hodnotám jedné či většího počtu vysvětlujících proměnných. Snahou regresní analýzy je nalézt idealizující matematickou funkci jako takovou, aby co nejlépe vyjadřovala charakter závislosti a co nejvěrněji zobrazovala průběh změn podmíněných průměrů závisle proměnné. Tato svojí podstatou hypotetická funkce se nazývá regresní funkce. Cílem regresní analýzy je co nejlepší přiblížení empirické (vypočítané) regresní funkce k hypotetické regresní funkci. Rozlišujeme: jednoduchá regrese používá se pouze jedna vysvětlující proměnná vícenásobná regrese Od jednoduché regrese se přechází k vícenásobné proto, aby se odhady hodnot či středních hodnot vysvětlované proměnné zlepšily. Funkce η = η(x) se nazývá regresní funkce. Volí se různé funkce známé z matematiky. Podle toho, jestli je funkce lineární z hlediska parametrů, rozlišujeme lineární a nelineární regresní modely. Příkladem lineárních modelů může být například přímka, rovina, parabola, hyperbola nebo logaritmická funkce; nelineárním modelem je např. exponenciální nebo mocninná funkce. Často jsou vhodnými bodovými odhady regresních parametrů odhady pořízené metodou nejmenších čtverců (odhady minimalizující součet čtvercových odchylek) [16, 17]. 19