Zmiany w środowisku przyrodniczym w Europie na podstawie długoterminowych badań w sieci LTER projekt EnvEurope (Life+) Tomasz Staszewski

Transkrypt

1 Zmiany w środowisku przyrodniczym w Europie na podstawie długoterminowych badań w sieci LTER projekt EnvEurope (Life+) Tomasz Staszewski

2 Ekosystemy Adaptacja jest istotną cechą wszystkich żywych organizmów i od niej najczęściej zależy przetrwanie w zmienionym środowisku. Poszczególne gatunki roślin lub zwierząt nie mogą przystosować się do wszystkich możliwych typów środowisk. Dlatego też na pewnych obszarach nie będą w stanie utrzymać się przy życiu.

3 Ekosystemy Tundra lasy borealny - tajga Step Las liściasty strefy umiarkowanej

4 Ekosystemy jezioro oligotroficzne jezioro eutroficzne wody przybrzeżne - rafa Obszary podmokłe Obszary rzeczne

5 Zmiany w ekosystemach Globalne zmiany klimatyczne Antropopresja

6 International Long-Term Ecological Research Network- ILTER ILTER stanowi sieć sieci. Jest ona siecią poligonów badawczych znajdujących się w różnorodnych ekosystemach na całym świecie, która może pomóc w zrozumieniu zmian środowiskowych w skali globalnej.

7 Sieć ILTER Działania NSF, jak również takie wydarzenia jak Konferencja w Rio, czy Agenda 21, doprowadziły pod koniec lat dziewięćdziesiątych do stworzenia krajowych sieci LTER w 28 krajach na świecie. Zostały one formalnie zaakceptowane jako członkowie globalnej sieci ILTER. Obecnie sieć ILTER obejmuje 34 kraje na wszystkich kontynentach.

8 Sieć ILTER Misją organizacji jest, aby ILTER rozwijała się jako sieci jednostek badawczych zajmujących się długookresowymi, opartymi na poligonach badawczych, ekologicznymi i socjoekonomicznymi zmianami w celu lepszego zrozumienia funkcjonowania ekosystemów globalnych i poszukiwania rozwiązań dla aktualnych i przyszłych problemów środowiskowych.

9 LTER Europe LTER-Europe jest siecią poligonów LTER i platform długookresowych badań socjo-ekologicznych (LTSER) w Europie i jest częścią globalnej sieci ILTER. Obejmuje 18 krajów członkowskich i 5 aspirujących, reprezentuje ponad 400 poligonów LTER i 25 platform LTSER.

10 PoLTER

11 LTSER Europe Sieć ekologiczna poświęcona multidyscyplinarnym, długookresowym, w dużej skali przestrzennej, in-situ badaniom i monitoringowi, z uwzględnieniem czynnika ludzkiego. Dla długookresowych badań Socjo-Ecologicznych wprowadzono termin LTSER, aby podkreślić skoncentrowanie na czynniku ludzkim. W Europie: ekosystemy lądowe i wodne.

12 Pytania podstawowe Podstawa naukowa: Jakie czynniki sterują głównymi ekosystemami europejskimi i systemami socjo-ekologicznymi? Informacja dotycząca polityki i zarządzania: Jak można zabezpieczyć w sposób zrównoważony usługi ekosystemów?

13 ENVEUROPE Environmental quality and pressures assessment across Europe: the LTER network as an integrated and shared system for ecosystem monitoring LIFE + Environment Policy and Governance Celem projektu EnvEurope jest integracja działań sieci LTER w krajach beneficjentów, harmonizacja metod badawczych stosowanych na poligonach badawczych Sieci, monitorowanych parametrów, wreszcie porównanie trendów zmian środowiskowych i wyników monitoringu w kontekście gradientów środowiskowych. Integracja podejść badawczych, działań i synteza wyników jest krokiem koniecznym do wzmocnienia zjednoczenia sieci LTER- Europe.

14 ENVEUROPE 16 instytucji z 11 krajów

15 Zróżnicowanie poligonów Długoletnie serie danych dotyczące: Masy i energii lodowców Równowagi hydrologicznej w kontekście zmian klimatycznych Interakcji śniegu i lodu z pogodą i klimatem Depozycji substancji śladowych Transportu pokrywy lodowej i uwalnianie substancji śladowych Hydrologii (mikro,mezo) Mikroklimatu Biologii korzeni Aspektów ochrony przyrody, roślin inwazyjnych

16 Badania wielkoobszarowe Wykorzystanie Europejskiej sieci LTER do oceny przestrzennej integralności ekosystemów i gradientów usług ekosystemów w Europie

17 EI i ESS Wzrasta świadomość społeczeństwa i polityków, że zabezpieczenie funkcjonowania ekosystemów i zachowanie równowagi pomiędzy dostawami usług ekosystemowych (EES) są warunkiem wstępnym dla długoterminowego dobrostanu ludzi. the Habitats directive (Directive 92/43/EEC), the EU water framework directive (Directive 200/60/EC), the European marine strategy framework directive (2008/56/EC).

18 EI i ESS Modelowanie złożonych układów socjoekologicznych jest jednym z głównych wyzwań współczesnych badań transdyscyplinarnych. Wymaga to dużej ilości danych. Integralność ekosystemów (EI) i usługi ekosystemów (ESS) są odpowiednimi modelami konceptualnymi do analizy tych układów w sposób systematyczny i zintegrowany.

19 EI i ESS Odnośnie składnika ekologicznego sprzężonych układów socjo-ekologicznych, zarówno struktury jak i procesy są istotne dla funkcjonowania ekosystemów. Te funkcje ekosystemów mogą być ocenione za pomocą koncepcji EI. Te podejście stosuje się z powodzeniem w opisie wzajemnych relacji pomiędzy funkcjonowaniem ekosystemów, bioróżnorodnością i dostarczaniem usług ekosystemowych.

20 Integralność Ekosystemów Odnosi się do możliwości organizacyjnych systemów ekologicznych, jak również ich zabezpieczenia przeciwko niespecyficznym zagrożeniom ekologicznym. EI różni się w zależności od stadium rozwojowego systemu, jak i od występujących zaburzeń spowodowanych np. przez działania związane z wykorzystaniem terenu lub zmiany powierzchni terenu. Instytut Ekologii Terenów

21 Integralność Ekosystemów Kluczowymi składowymi reprezentującymi EI są: struktury ekosystemowe (takie jak bioróżnorodność, heterogeniczność abiotyczna); procesy zachodzące w ekosystemie związane z: bilansem energetycznym (przechwytywanie egzergii, produkcja entropii, sprawność metaboliczna), bilansem wodnym (biotyczne przepływy wody), bilansem materii (zdolność magazynowania, utrata substancji odżywczych) Instytut Ekologii Terenów

22 Usługi ekosystemowe Dostarczają logicznego powiązania pomiędzy ekosystemami a systemami społecznym i kwantyfikują społeczne wykorzystanie funkcji ekosystemów. W kontekście różnych stopni integralności ekosystemów, możliwości dla dostarczania konkretnych usług mogą znacznie się różnić. Potencjały produkcyjne EES są związane z warunkami naturalnymi np. pokrycie terenu (przede wszystkim roślinność), warunki glebowe, fauna, nachylenie terenu i klimat, jak również wpływ człowieka (natężenie użytkowania terenu, zanieczyszczenia).

23 Usługi ekosystemowe usługi produkcyjne - czyli produkcja dóbr ekosystemowych, takich jak żywność, woda, surowce, zasoby genetyczne, zasoby medyczne i zasoby zdobnicze; usługi regulujące - regulacja jakości powietrza, regulacja klimatu, amortyzacja ekstremalnych zjawisk pogodowych, regulacja cykli hydrologicznych, pochłanianie odpadów, zapobieganie erozji, kontrola płodności gleb i cyklu składników odżywczych, zapylanie i kontrola biologiczna upraw; Instytut Ekologii Terenów

24 Usługi ekosystemowe usługi kulturalne, takie jak bodźce estetyczne, możliwości do rekreacji i turystyki, inspiracja dla kultury i sztuki, duchowe doświadczenia i wspomaganie rozwoju kognitywnego. Instytut Ekologii Terenów

25 CORINE Aby sklasyfikować i porównać ESS na tle większych jednostek przestrzennych wymagane są spójne ramy typów pokrycia terenu, w których można oceniać ESS. CORINE land cover dostarcza takiego zunifikowanego systemu klasyfikacji dla 27 krajów w Europie. Instytut Ekologii Terenów

26 EI i ESS Ze względu na to, że pojęcie EES jest bardzo obszerne należy uwzględnić szeroki zakres informacji w dużej skali przestrzennej. Zebranie danych ilościowych odnośnie wszystkich aspektów EI i ESS jest więc iluzoryczne. Dlatego też w badaniach takich, aby zdobyć wymagane dane wykorzystuje się ustrukturowione oceny lokalnych ekspertów zajmujących się ekosystemami. Takie podejście będzie również wykorzystywane w programie Mapping and Assessment of Ecosystems and their Services in Europe (MAES), które jest jednym z kluczowych działań Strategii Bioróżnorodności UE do roku 2020.

27 LTER Do takich działań bardzo dobrze nadaje się sieć LTER. Lokalni eksperci, którzy monitorują szeroki zakres zmiennych środowiskowych mają doskonały przegląd EI i ESS na swoich poligonach. Dlatego też oceny eksperckie oparte na długoletnim monitoringu powinny dostarczyć więcej wiarygodnych i solidnych danych niż pojedyncze kampanie pomiarowe, które tworzą jedynie informację migawkową. Te oceny lokalnych ekspertów nadają się szczególnie do wykazania rozkładów przestrzennych i gradientów EI i ESS w różnych klasach pokrycia terenu w Europie.

28 LTER Badania oparto na 2 źródłach: aktualnych mapach pokrycia terenu CORINE (CLC) dla Europy i matrycy wiążącej każdą klasę CLC (44 klasy w Europie) z poszczególnymi parametrami EI i ESS (oceniono 39 poszczególnych parametrów). Matryca ta odzwierciedla urangowiony udział (od O: brak zdolności do dostarczania żądanych usług do 5 bardzo duża zdolność do dostarczania żądanych usług ) każdej klasy CLC dla poszczególnych parametrów EI i ESS i opiera się na ocenach eksperckich.

29 LTER Dla każdego uczestniczącego w tym projekcie poligonu LTER wyekstrahowano mapy i stworzono podzbiór z całkowitej matrycy zawierający jedynie klasy CLC występujące w konkretnym poligonie. Mapy i matryce oceniające wysłano do zespołów eksperckich i poproszono ich o wypełnienie matryc w oparciu o ich wiedzę odnośnie EI i ESS kategorii CLC na ich poligonach. Dla ustandaryzowania tego procesu lokalni eksperci postępowali według dostarczonego im protokołu.

30

31 . W badaniach uczestniczyło 28 poligonów LTER z 11 krajów

32 Integralność Ekosystemów EI naturalnych łąk i lasów iglastych wzrastała w kierunku północnym. Intensywność wykorzystania terenu w Europie historycznie rozpoczęła się na południu, skąd rozprzestrzeniała się na północ. Lasy krajów skandynawskich pozostawały raczej naturalne przez ostatnie setki lat. Mimo intensywnej wycinki, skład gatunkowy drzewostanów jest ciągle zbliżony do lasów naturalnych w porównaniu do Środkowej i Południowej Europy. EI dla zabudowy miejskiej luźnej zmniejszała się w kierunku wschodnim. S W Lasy iglaste Zabudowa miejska luźna N E

33 Usługi regulujące ekosystemów Usługi regulujące ekosystemów leśnych zwiększały się w kierunku północnym, oraz zwiększały się w kierunku wschodnim we wszystkich obszarach wodnych i podmokłych (bagna śródlądowe, cieki i zbiorniki wodne). W bardziej kontynentalnym klimacie z cieplejszym latem i chłodniejszą zimą, obszary takie mogą mieć szczególną rolę dla regulacji klimatu lokalnego. S Lasy i roślinność krzewiasta Zbiorniki wodne N W E

34 Usługi produkcyjne Generalnie, usługi produkcyjne zmniejszały się w kierunku północnym. Zależność ta została głównie stwierdzona w terenach rolniczych i lasach, gdzie produktywność jest silnie sprzężona z temperaturą i długością sezonu wegetacyjnego. Jedynym wyjątkiem od tego trendu są zbiorniki wodne, gdzie usługi te zwiększają się w kierunku północnym. Może być to związane z bardziej istotną tam rolą zawodowego i sportowego rybołówstwa, jako że większość wartościowych gatunków ryb słodkowodnych w Europie (łososiowate, siejowate) jest zaadaptowanych do wód zimnych. Wzrost usług produkcyjnych stwierdzono w kierunku wschodnim w lasach iglastych, ciekach i zbiornikach wodnych. We wschodniej części Europy stopień urbanizacji jest mniejszy i ludzie wciąż wykorzystują intensywniej większą różnorodność naturalnych i półnaturalnych siedlisk.(np. zbieranie grzybów i jagód, wędkarstwo, itp.). S W Tereny rolnicze Lasy iglaste E N

35 Usługi kulturalne Usługi kulturowe zabudowy miejskiej luźnej, lasów mieszanych i bagien śródlądowych zmniejszały się w kierunku północnym, a dla lasów liściastych i bagien śródlądowych obserwowano wzrost w kierunku wschodu Europy. Zgodnie z powyższym, usługi kulturowe tych siedlisk, wliczając w to lasy i tereny bagienne były również większe w Europie Wschodniej. Ta większa atrakcyjność i wartość (wycena) naturalnych ekosystemów może być jednym z powodów, że w Europie Wschodniej obszary miejskie wydają się być związane z mniejszym EI niż takie obszary w Europie Zachodniej. S W Bagna śródlądowe Lasy iglaste N E

36 Monitoring długookresowy Czy depozycja azotu wpływa na roślinność dna lasu w skali europejskiej? Podstawa - monitoring długookresowy

37 Depozycja azotu Działalność antropogeniczna dominuje obecnie globalny cykl azotu. Przewiduje się, że zarówno jego emisja jak i depozycja wzrosną dwukrotnie do roku. 2050, zwiększając ilość rejonów narażonych na potencjalnie szkodliwe ilości azotu.wzrost depozycji azotu uważa się za jeden z głównych składników zmian globalnych, zagrażający zarówno strukturze jak i funkcjonowaniu ekosystemów. Kg N ha 1 yr 1 < >

38 Bioróżnorodność Jednym z najbardziej negatywnych oddziaływań jest zagrożenie bioróżnorodności, wynikające z eutrofizacji wrażliwych ekosystemów. Nadmiar azotu faworyzuje kilka gatunków roślin, powodując konkurencyjne wyparcie i w dłuższym okresie utratę mniej konkurencyjnych gatunków.

39 Badania korelacyjne wykazały wyraźną zależność

40 Badania korelacyjne wykazały wyraźną zależność

41 Podsumowując te badania: Trend składu gatunkowego roślin leśnych jest słaby i zmienny. Sygnały N prawdopodobnie nie są związane z depozycją N. Jak dotąd, na podstawie danych z europejskiego monitoringu lasów, nie wykazano jednoznacznie wpływu depozycji N na roślinność leśną.

42 Dane Długookresowe dane dostarczone przez UNECE ICP Integrated Monitoring, ICP Forests i poligony LTER-Europe 28 poligonów leśnych od północnej Finlandii do południa Włoch, na których wykorzystano 1335 stałych leśnych powierzchni badawczych Długookresowe serie danych (głównie pomiędzy 1990 i 2010) Depozycja N (mierzona) Wrażliwość na N (CLs) Klimat (liczby Ellenberga) 42

43 Ładunek krytyczny Ładunek krytyczny jest największą depozycją jednego lub więcej zanieczyszczeń powietrza nie wywołującą zmian chemicznych, prowadzących do długotrwałych, szkodliwych skutków dla struktury i funkcjonowania ekosystemów. Ładunek krytyczny kwasowości dla gleby w Brennej i wartości depozycji kwaśnej w latach 1994 i 2011/12

44 Analiza statystyczna Wykorzystano liczby ekologiczne Ellenberga w odniesieniu do: światła, temperatury, wilgotności podłoża, odczynu, zawartości azotu w podłożu, aby zbadać czy obserwowane zmiany były związane z niszą środowiskową badanych gatunków. Niskie wartości indykatora Ellenberga wskazują na rośliny, które preferują małą dostępność nutrientów (wartość N), kwaśne gleby (wartość R), małą dostępność światła (wartość L), suche siedliska (wartość M) i niższe temperatury powietrza (wartość T). Wysokie wartości tych wskaźników wskazują na przeciwne właściwości. Szczególnie analizowano, czy wzrósł udział gatunków wymagających dużej ilości substancji odżywczych i czy zmalał udział gatunków roślin zaadoptowanych do warunków ubogich w nutrienty.

45 Zmiany pokrycia gatunkowego względem depozycji azotu Wykorzystano 646 gatunków roślin Nie stwierdzono wspólnego trendu dla całej Europy Jest to zgodne z poprzednimi wynikami badań Gatunki oligotroficzne Gatunki eutroficzne Ellenberg N value 45

46 Weighted mean site specific effect Pokrycie gatunków oligotroficznych zmniejsza się gdy N dep > CL emp R²=0.3 p-value = Gatunki oligotroficzne, które preferują miejsca suche i kwaśne gleby wykazują najsilniejszy trend malejący. Gatunki eutroficzne wykazują trend przeciwny, ale p-value =

47 Przykłady gatunków roślin, które wykazały największe obniżenie pokrycia w miejscach badawczych, gdzie wystąpiło największe zmniejszenie występowania gatunków oligotroficznych Bażyna czarna Empetrum nigrum Trzcinnik owłosiony Calamagrostis villosa SPN: Cl exc = 8.7 kg N.ha -1.yr -1 TPN: Cl exc = 8.9 kg N.ha -1.yr -1 Kosmatka śnieżna Luzula nivea Cieciorka powabna Coronilla emerus IT08: Cl exc = 9.8 kg N.ha -1.yr -1 IT12: Cl exc = 13.7 kg N.ha -1.yr -1 47

48 Wnioski Stwierdzono, że pokrycie gatunków roślin, które preferują gleby ubogie (gatunki oligotroficzne) zmniejszało się tym bardziej nim mierzona depozycja N przekraczała ładunek krytyczny (P = 0.002). Chociaż gatunki preferujące gleby żyzne (gatunki eutroficzne) nie wykazywały znaczącego wzrostu pokrycia (P = 0.440), w porównaniu do gatunków oligotroficznych, to stwierdzono, że nieznacznie wzrasta ich udział wśród nowopojawiających się gatunków (P = 0.091). Zaobserwowane stopniowe zastępowanie gatunków oligotroficznych przez eutroficzne w reakcji na depozycję azotu wydaje się być ogólną prawidłowością w skali europejskiej. W przeciwieństwie do zmian w pokryciu, obniżenie bogactwa gatunkowego nie korelowało z przekroczeniem CL (ExCLempN).

49 Zmiany temperatury powietrza

50 Zmiany temperatury powietrza Tatrzański PN Słowiński PN Brenna

51 Pomiary dendrologiczne - zmiany klimatyczne

52 Lata wskaźnikowe Lata wskaźnikowe powiązane są z warunkami termicznymi okresu zimowego i początku wiosny. Niskie temperatury i długotrwała zima powodują spadek szerokości rocznego przyrostu w najbliższym okresie wegetacyjnym. Niedostatek opadów w powiązaniu z wysokimi temperaturami powodują powstanie ekstremalnie wąskich przyrostów. Charakterystyczne wielkości przyrostów odpowiadają okresom z przewagą mroźnych i długich zim oraz ciepłych miesięcy zimowych i szybko rozpoczynającej się wiosny oraz okresom suszy lub niedoborów opadów oraz okresom z równomiernym i wysokim uwilgotnieniem w miesiącach letnich.

53 Chronologia przyrostowa w odniesieniu do naturalnych zaburzeń klimatycznych Ponad 150 serii danych z drzewostanów świerkowych i sosnowych.

54 Zmiany w występowaniu lat wskaźnikowych Bucegi-Piatra Craiului, Rumunia Zobelboden, Austria Tatrzański PN, Polska Litwa

55 Częstotliwość występowaniu lat wskaźnikowych Tajga skandynawska, Finlandia Utena, Litwa Tatry, Polska Zobelboden, Austria Regensburg, Bawaria Bucegi-Piatra Craiului, Rumunia

56 Wnioski Częstotliwość występowania lat wskaźnikowych wolno, ale systematycznie wzrasta w okresie , co świadczy o wzroście występowania zaburzeń klimatycznych. W większości analizowanych lokalizacji roczna suma opadów może być uważana za czynnik ograniczający wzrost drzew; Średnia temperatura roczna jest czynnikiem ograniczającym, szczególnie niskie temperatury zimowe i wysokie temperatury latem; Analiza statystyczna wskazuje, że powyższe parametry wyjaśniają w ponad 60% zmienności wzrostu drzew.

57 Brenna Beskid Śląski Dane meteo Stężenia SO 2, NO 2, O 3 Opad całkowity, podkoronowy, r-r glebowe Chemizm igieł Stan zdrowotny drzew Analiza florystyczna

58 [µg/m 3 ] Badania długookresowe w Brennej Ryc. 6. Średnioroczne stężenia SO 2 i NO 2 w rejonie Brennej w latach Dwutlenek siarki Dwutlenek azotu

59 Badania długookresowe w Brennej

60 Badania długookresowe w Brennej

61 Badania długookresowe w Brennej

62 Zmiany bogactwa gatunkowego na powierzchni badawczej w Brennej Liczba Gat Instytut Ekologii Terenów

63 Frekwencja Dynamika wzrostu gatunków lasotwórczych: świerka, buka, jodły, sosny i brzozy Pic abi/c Pic abi/b Pic abi/a Fag syl/c Fag syl/b Abi alb/c Abi alb/b Pin syl/c Pin syl/b Bet pen/c Bet pen/b Gatunki lasotwórcze Dynamiczny wzrost podrostu gatunków lasotwórczych, głównie świerka i buka. Znaczącą rolę w kształtowaniu tej fitocenozy odgrywa również brzoza, gatunek przedplonowy, który pojawił się naturalnie, na drodze sukcesji. Warstwę podrostu osiągnęła również sztucznie wprowadzona sosna, choć dynamika jej wzrostu jest dużo mniejsza. Podobnie słabymi przyrostami oraz brakiem banku siewek odznacza się jodła.

64 Zmiany udziału gatunków reprezentujących różne grupy ekologiczne Borowe Leśne Porębowe Obce Najbardziej spektakularną a zarazem pozytywną zmianą jest wypadnięcie ze składu gatunkowego gatunków obcych dla fitocenoz leśnych, których udział w wyniku zaburzenia równowagi biologicznej, gwałtownie wzrósł po wycięciu drzewostanu w 2005 roku.

65 Średnia temperatura [ o C] Średni opad [mm] Przestrzenne i ilościowe zróżnicowanie występowania gatunków naturalnego odnowienia świerka i buka w warstwie podszytu (B) i nalotów (C) 250,0 Lata obserwacji florystycznych 200,0 150,0 100,0 50,0 0,0 18,0 16,0 14,0 12, Rok Zima Lato Liniowy (Lato) Liniowy (Zima) ,0 8,0 Lata obserwacji florystycznych 6,0 4,0 2,0 0,0-2, Rok Zima Lato Liniowy (Lato) Liniowy (Zima)

66 Przestrzenne i ilościowe zróżnicowanie występowania sosny w warstwie podszytu (B) i nalotów (C) Nasadzona jako gatunek przedplonowy sosna w większości została zagłuszona przez podrost bukowo-świerkowy

67 Działania strategiczne i rozpowszechnianie wyników Zwoływanie ad hoc spotkań międzynarodowych mających na celu koordynowanie porównywalnych akcji i zapewnienia najlepszej wymiany informacji z: 1) koordynatorami innych pokrewnych międzynarodowych projektów realizowanych w ramach LIFE+; (2) sekretariatami i Panelami Ekspertów z LTER-Europe i Programme Coordination Centres UN/ECE ICP Forests i ICP Integrated Monitoring of Ecosystems; strategicznymi sieciami Europejskimi SEIS i GMES (np. EIONET), (3) istotnymi międzynarodowymi interesariuszami kierownikami monitoringu na poziomie UE (European Environment Agency, EC Joint Research Centre, etc.); 4) innymi związanymi z omawianą problematyką międzynarodowymi sieciami monitoringu środowiska (np. EIONET) i sieciami doskonałości skonsolidowanymi w VI i VII FP (NoE, ALTER-Net, MarBef, etc). Instytut Ekologii Terenów