Koncepty dynamiky přirozených lesů temperátní zóny Evropy Tomáš Vrška Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a Státním rozpočtem ČR InoBio CZ.1.07/2.2.00/28.0018
SCHÉMA PŘEDNÁŠKY A - BIOMY temperátní versus boreální MALÝ a VELKÝ vývojový cyklus Kam zařadit horské lesy na starém kontinentu z hlediska dynamiky B - Koncepty dynamiky MALÉHO vývojového cyklu průvodce jejich vývojem C - Identifikace stadií - objektivizace přístupů Dynamika a proměnlivost ploškovitosti stadií v prostoru a čase Základní charakteristiky vývojových stadií Jak se poznají stadia in situ? 2
A BIOMY temperátní versus boreální OPADAVÝ ŠIROKOLISTÝ LES - TEMPERÁTNÍ VŽDYZELENÝ JEHLIČNATÝ LES BOREÁLNÍ více druhů dřevin, zejm. listnaté klíčový konkurenční faktor: světlo jemnější textura růstový prostor více vyplněn (souboj o světlo) typ: smíšené lesy středních a nižších poloh ve střední Evropě méně druhů dřevin, zejm. jehličnaté klíčový konkurenční faktor: teplo hrubší textura růstový prostor volnější (sluneční záření k povrchu půdy teplo) typ: horské lesy stř. Evropy?, severské lesy až tajga 3
A MALÝ a VELKÝ vývojový cyklus CYKLY velký malý výběrná fáze horské lesy stř. Evropy 4 (Míchal et Petříček 1999)
A Kam zařadit horské lesy ve střední Evropě? ekologická stabilita původní lesy temperátní zóny v Evropě steady state ary malý velký desítky arů; hektary původní horské lesy v temperátní zóně hektary až stovky ha plošný rozsah disturbancí 5
B Koncepty dynamiky MALÉHO vývojového cyklu Vývoj teorie Leibundgut 1959 (pouze fáze), 1978 (fáze, úvaha o stadiích) Zukrigl 1963 (pouze fáze) Mayer et al. 1987 (pouze fáze) Koop 1989 aplikace Korpeľa pro listnaté lesy (bučiny) Korpeľ 1978, 1989, 1995 (3 stadia, každé dělené na 1-3 fáze) Tabaku 1999, Drössler 2006 (jenom fáze) Král et al. 2010 (stadia a fáze vč. Steady state) a další!!!
B Koncepty dynamiky MALÉHO vývojového cyklu Teoretické východisko Vývojová dynamika klimaxových, smíšených temperátních lesů může být popisována jako víceméně uzavřený vývojový cyklus, který je charakterizován sousledností ploch v různých stadiích a jejich dílčích fázích, vytvářejících v prostoru relativně jemnou mozaiku. Jednotlivá stadia, příp. jejich dílčí fáze se zřetelně liší okamžitou zásobou a trendem pohybu živého i tlejícího dřeva, jejich vzájemným poměrem a jsou také charakterizována specifickou prostorovou a věkovou strukturou. 7
B Koncepty dynamiky MALÉHO vývojového cyklu Model vývojového cyklu (Korpel 1978, 1995) N m 3 timber volume 1000 750 500 250 N 0 d 1,3 0 m 50 25 0 100 200 300 400 time years 0 d 1,3 0 1 st cycle Stage of Disintegration phase of expiration N 2 nd cycle 3 rd cycle Stage of Growth Stage of Optimum Stage of Disintegration phase of regeneration phase of expiration Stage of Growth (Korpel 1978,1995) 0 8 d 1,3
B Koncepty dynamiky MALÉHO vývojového cyklu Zukrigl 1963 9
B Koncepty dynamiky MALÉHO vývojového cyklu Leibundgut 1978 10
B Koncepty dynamiky MALÉHO vývojového cyklu Korpeľ 1989, 1995 11
B Koncepty dynamiky MALÉHO vývojového cyklu Koop 1989 12
B Koncepty dynamiky MALÉHO vývojového cyklu Leibundgut 1993 13
B Koncepty dynamiky MALÉHO vývojového cyklu Tabaku et al. 1999 Drössler et al. 2006 14
B Koncepty dynamiky MALÉHO vývojového cyklu Emborg et al. 2000 15
B Koncepty dynamiky MALÉHO vývojového cyklu Christensen et al. 2007 16
B Koncepty dynamiky MALÉHO vývojového cyklu Stadia charakterizují vývoj množství a vzájemného poměru živého/tlejícího dřeva a hlavní růstový proces na plošce Fáze vyjadřují různé formy vývoje uvnitř stadií a jsou charakterizované mj. různým typem porostu, determinovaným v první řadě ekotopem jsou schopny postihnout různé stanovištní podmínky. Studované parametry: 1) Objem živého/tlejícího dřeva, vzájemný poměr, trend změny objemu i poměru 2) Délka trvání stadií a celého vývojového cyklu 3) Velikost, tvar, distribuce v území (textura porostu) 17
C Případová studie identifikace stadií objektivizace přístupů Studované plochy Měření pozic stromů na celé ploše pralesů (stromové mapy) DBH 10cm, živé i mrtvé stromy; stojící i ležící stromy; 52 000 stromů měřených 70-tých, 90-tých a nultých letech. Salajka 19 ha; Žofín 72 ha; Boubín 45 ha Boubín 930 1110 m Žofín 735 825 m Salajka 715 815 m
Metoda moving filter Live trees: d 1,3 [cm] Dead trees: d 1,3 [cm] Mooving Circle: (21m) 150 250 600 300 150 350 500 120 120 300 200 250 250 400 200 150 200 90 300 150 90 150 100 100 200 100 60 60 100 30 50 50 30 0 live live live live live dead dead dead dead dead 1-2 1-2 3-4 5-6 7-8 9-16
Metoda moving filter Live trees: d 1,3 [cm] Dead trees: d 1,3 [cm] Mooving Circle: (21m) 150 250 600 300 150 350 500 120 120 300 200 250 250 400 200 150 200 90 300 150 90 150 100 100 200 100 60 60 100 30 50 50 30 0 live live live live live dead dead dead dead dead 1-2 1-2 3-4 5-6 7-8 9-16
Klasifikace pomocí umělých neuronových sítí (ANN) Live trees: d 1,3 [cm] Dead trees: d 1,3 [cm] Stage: Growth Optimum Breakdown Steady State
Přesnost klasifikace pomocí ANN FÁZE Growth / expiration Growth, initial Growth, advanced Optimum, typical Optimum, ageing Breakdown, initial Breakdown / regeneration Steady State STADIUM Growth Optimum Breakdown (Disintegration) Steady State 86 % 91 % Kral,K., Vrska,T., Hort,L., Adam,D., Samonil,P., 2010: Developmental phases in a temperate natural spruce-fir-beech forest: determination by a supervised classification method. European Journal of Forest Research 129, 339-351.
Salajka European beech > 80% Silver fir and Norway spruce < 10% each Altitude: 715-815 m a.s.l. Strictly protected since 1937; 19 ha Legend: Growth Optimum Breakdown Steady State 1974 1994 2007 ± silver fir dieback silver fir dieback m 0 25 50 100 150 200
Žofín European beech 65% Norway spruce 33% and silver fir < 2% Altitude: 735-830 m a.s.l. Strictly protected since 1838; 72 ha! Legend: Growth Optimum Breakdown Steady State 1975 1997 2008 ± 2007 Kyrill m 0 50 100 200 300 400
Boubín European beech 54% Norway spruce 44% and silver fir < 2% Altitude: 930-1110 m a.s.l. Strictly protected since 1858 45 ha 1972 1996 2010 Legend: 2008 Emma Growth Optimum Breakdown Steady State ±
Velikost plošek (Patch size) Stage Proportion [%] Patch Analyst 5.1 Zastoupení stádií je variabilní dle typu stanoviště a mění se s časem Stádium dorůstání zaujímá obvykle 30 40 % Stádium rozpadu zaujímá obvykle 10-20 % Zastoupení stádia nejvyšší stability roste s nadmořskou výškou a pohybuje se v rozpětí 18 -> 38 % plochy Střední velikost plošky je téměř neměnná napříč lokalitami na celé mozaice vývojových stádií. 50% 40% 30% 20% 10% 0% 1974 1994 2007 1975 1997 2008 1972 1996 2010 Salajka Žofín Boubín Growth Optimum Breakdown Steady State Total Mean Patch Size [m] 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 1974 1994 2007 1975 1997 2008 1972 1996 2010 Salajka Žofín Boubín
C Základní charakteristiky stadií MALÉHO vývojového cyklu N Optimum Breakdown 0 DBH N N 0 DBH N Growth 0 DBH Steady state living trees dead trees 0 DBH 27
C Základní charakteristiky stadií malého vývojového cyklu Počet stromů na 1 ha ve vývojových stadiích 400 trees per hectare (pcs) 300 200 100 0 Stage of growth Optimum stage Stage of disintegration living trees dead trees total Objem kmenů na 1 ha ve vývojových stadiích 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 t im b e r v o lu m e p e r 1 h a (m 3 ) Stage of growth Optimum stage Stage of disintegration living trees dead trees total 28
C Základní charakteristiky stadií malého vývojového cyklu m 3 1000 timber volume 750 500 250 50 0 0 100 200 300 400 years time délka trvání jednotlivých stadií 25 1 st cycle 0 Stage of Disintegration phase of expiration 2 nd cycle Stage of GrowthStage of Optimum Stage of Disintegration phase of expiration 3 rd cycle phase of regeneration Stage of Growth (Korpel 1989,1995) 29
C Jak se poznají stadia in situ? stadium dorůstání, fáze dožívání 30
Determination of classes Stage of growth, phase of expiration Stage of growth Stage of optimum Stage of optimum, terminal phase Stage of disintegration Stage of disintegration, phase of regeneration Steady state N / ha BA /ha 600 500 400 300 200 100 0 35.0 30.0 25.0 20.0 15.0 10.0 5.0 0.0 live dead 1-2 3-4 5-6 7-8 9-16 1-2 3-4 5-6 7-8 9-16 d 1,3 class live dead d 1,3 class 31
C Jak se poznají stadia in situ? stadium dorůstání 32
Determination of classes Stage of growth, phase of expiration Stage of growth Stage of optimum Stage of optimum, terminal phase Stage of disintegration Stage of disintegration, phase of regeneration Steady state N / ha BA /ha 300 250 200 150 100 50 0 40.0 35.0 30.0 25.0 20.0 15.0 10.0 5.0 0.0 live dead 1-2 3-4 5-6 7-8 9-16 1-2 3-4 5-6 7-8 9-16 d 1,3 class live dead d 1,3 class 33
C Jak se poznají stadia in situ? stadium dorůstání pokročilejší fáze 34
Determination of classes Stage of growth, phase of expiration Stage of growth Stage of optimum N / ha 350 300 250 200 150 100 50 0 live dead 1-2 3-4 5-6 7-8 9-16 Stage of optimum, terminal phase Stage of disintegration Stage of disintegration, phase of regeneration BA /ha 35.0 30.0 25.0 20.0 15.0 10.0 5.0 0.0 live d 1,3 class dead Steady state 1-2 3-4 5-6 7-8 9-16 d 1,3 class 35
C Jak se poznají stadia in situ? stadium optima 36
C Jak se poznají stadia in situ? stadium optima 37
Determination of classes Stage of growth, phase of expiration N / ha 150 120 90 live dead Stage of growth 60 30 Stage of optimum 0 1-2 3-4 5-6 7-8 9-16 Stage of optimum, terminal phase Stage of disintegration BA /ha 50.0 40.0 30.0 d 1,3 class live dead 20.0 Stage of disintegration, phase of regeneration 10.0 0.0 1-2 3-4 5-6 7-8 9-16 Steady state d 1,3 class 38
C Jak se poznají stadia in situ? stadium optima, fáze terminální 39
Determination of classes Stage of growth, phase of expiration Stage of growth N / ha 150 120 90 60 live dead Stage of optimum Stage of optimum, terminal phase Stage of disintegration Stage of disintegration, phase of regeneration BA /ha 30 0 40.0 35.0 30.0 25.0 20.0 15.0 10.0 5.0 0.0 1-2 3-4 5-6 7-8 9-16 d 1,3 class 1-2 3-4 5-6 7-8 9-16 live dead Steady state d 1,3 class 40
C Jak se poznají stadia in situ? stadium rozpadu 41
Determination of classes Stage of growth, phase of expiration Stage of growth N / ha 150 120 90 60 live dead Stage of optimum Stage of optimum, terminal phase Stage of disintegration Stage of disintegration, phase of regeneration Steady state BA /ha 30 0 40.0 35.0 30.0 25.0 20.0 15.0 10.0 5.0 0.0 1-2 3-4 5-6 7-8 9-16 d 1,3 class live dead 1-2 3-4 5-6 7-8 9-16 d 1,3 class 42
C Jak se poznají stadia in situ? stadium rozpadu fáze zmlazování; st. optima v pozadí 43
C Jak se poznají stadia in situ? stadium rozpadu, fáze zmlazování 44
C Jak se poznají stadia in situ? stadium rozpadu fáze zmlazování 45
Determination of classes Stage of growth, phase of expiration N / ha 150 120 90 live dead Stage of growth 60 30 Stage of optimum 0 1-2 3-4 5-6 7-8 9-16 Stage of optimum, terminal phase Stage of disintegration BA /ha 50.0 40.0 30.0 d 1,3 class Stage of disintegration, phase of regeneration 20.0 10.0 0.0 live dead 1-2 3-4 5-6 7-8 9-16 Steady state d 1,3 class 46
C Jak se poznají stadia in situ? nejvyšší stabilita zonální stanoviště 47
C Jak se poznají stadia in situ? nejvyšší stabilita zonální stanoviště 48
Determination of classes Stage of growth, phase of expiration N / ha 250 200 150 live dead Stage of growth 100 50 Stage of optimum 0 1-2 3-4 5-6 7-8 9-16 Stage of optimum, terminal phase Stage of disintegration BA /ha 60.0 50.0 40.0 30.0 d 1,3 class live Stage of disintegration, phase of regeneration 20.0 10.0 0.0 dead Steady state 1-2 3-4 5-6 7-8 9-16 d 1,3 class 49
C Jak se poznají stadia in situ? nejvyšší stabilita??? ovlivnění vodou 50
C Jak se poznají stadia in situ? blokovaná sukcese; st. rozpadu, fáze zmlazování 51