Zastosowanie bazy danych CORINE Land Cover 2000 do analiz struktury krajobrazu wybranych obszarów chronionych w Polsce

Transkrypt

1 Klasyfikacja krajobrazu. Teoria i praktyka. Problemy Ekologii Krajobrazu. 2008, t. XX Zastosowanie bazy danych CORINE Land Cover 2000 do analiz struktury krajobrazu wybranych obszarów chronionych w Polsce Application of CORINE Land Cover 2000 database to landscape structure analysises of selected protected areas in Poland Marcin Kozieł Zakład Ochrony Środowiska, Instytut Nauk o Ziemi UMCS Al. Kraśnicka 2 CD, Lublin, Poland, marcinkoziel@o2.pl Abstract. Information about the way of land use or land cover is the basis of contemporary researches concerning dynamics of landscape structure. Receiving reliable data is incredibly difficult and often also work-consuming. The source of knowledge about land cover, which is still underestimated, is CORINE Land Cover (CLC) database. CLC 2000 database provides consistent information of land cover and land cover changes during the past decade across Europe. The information which is based on standardized legend, comes from satellite photos. The reliability of data concerning the area of Poland is estimated by the authors of the data base to be 85%; it is possible to use data for drawing up natural resource management, programs and spatial management plans at national, regional and county level. The author of this study checked the usefulness of the CLC 2000 database in landscape structure analysis of protected areas. The landscape structure of eight national parks representing different types of natural landscape in Poland was examined. Data about areas occupied by land cover categories and obtained from CLC 2000 are coincided with categories in environment protection statistical yearbooks. According to the author, larger number of categories obtained from CLC 2000 allows to do more accurate landscape researches. Patch Analyst 3.1 software was used in the study and allowed to receive metric measures and indicators which helped to appreciate landscape structure of examined areas. It is possible to assess diversity (due to information about changes in land cover categories) and time changeability of examined areas landscape. Among eight national parks, Wigierski National Park is characterized by the largest landscape diversity, whereas the least landscape diversity occurs in Świętokrzyski National Park; in five out of eight examined national parks, the landscape structure changes in the last 10 years were noticed. słowa kluczowe: struktura krajobrazu, Corine Land Cover, obszary chronione key words: landscape structure, Corine Land Cover, protected areas Wprowadzenie Podstawą współcześnie prowadzonych badań nad dynamiką struktury krajobrazu jest informacja o sposobie użytkowania (pokrycia) terenu. Pozyskanie wiarygodnych danych do badań krajobrazowych przysparza wiele problemów, a często jest również bardzo pracochłonne. Podejmujący ten temat muszą posiadać umiejętności zarówno obsługi programów GIS, jak również analizowania map topograficznych, historycznych lub zdjęć 279

2 Kozieł M. lotniczych. Ostatnio coraz częściej wykorzystywanym źródłem danych o pokryciu terenu jest obraz satelitarny. W wielu pracach poświęconych analizie struktury krajobrazu jedynym komponentem branym pod uwagę jest użytkowanie bądź pokrycie terenu, będące czynnikiem determinującym kształt, wielkość oraz częstość występowania jednostek krajobrazowych (np. Fujihara, Hara, Short 2005, Fujihara, Kikuchi 2005). Dane o ewidencji gruntów mogą być źródłem wiedzy o zmianach zachodzących w krajobrazie w czasie i przestrzeni (Łowicki, Mizgajski 2006). Cel i przedmiot badań Wśród dziesięciu form ochrony przyrody przewidzianych w polskim prawodawstwie, parki narodowe posiadają szczególną rangę. Park narodowy to obszar wyróżniający się szczególnymi wartościami przyrodniczymi, naukowymi, społecznymi, kulturowymi i edukacyjnymi, o powierzchni nie mniejszej niż 1000 ha, na którym ochronie podlega cała przyroda oraz walory krajobrazowe (Ustawa o ochronie przyrody 2004). Parki narodowe zajmują ok. 1% całkowitej powierzchni kraju. Ich obszar od kilku lat stale wzrasta pomimo to, że ich liczba pozostaje na stałym poziomie ( Ochrona Środowiska 2006). Autor poszukując szczegółowych danych o sposobie pokrycia terenu w granicach parków narodowych napotkał wiele trudności. Dane takie są nieliczne, a dotarcie do nich przysparza wielu problemów. Jednym z dostępnych źródeł jest baza danych CORINE Land Cover 2000 (CLC 2000) powstała w oparciu o zdjęcia satelitarne. W niniejszej pracy zaprezentowano jeden z wielu możliwych sposobów wykorzystania bazy danych CLC 2000 do badań krajobrazowych wybranych obszarów. W tym celu wybrano osiem parków narodowych reprezentujących różne typy krajobrazów naturalnych Polski (Richling, Dąbrowski 1995) (tab.1). Dzięki zastosowaniu programu ArcView oraz Patch Analyst uzyskano szereg charakterystyk opisujących strukturę krajobrazu parków narodowych. Autor porównał dane o powierzchniach zajmowanych przez kategorie pokrycia terenu wydzielone w bazie CLC 2000 z danymi zamieszczonymi w roczniku ochrony środowiska opublikowanym przez GUS w 2002 roku. Wielkość badanych parków jest zróżnicowana i mieści się w przedziale od 5580,5 ha do 59223,0 ha. Tabela 1. Zestawienie analizowanych parków narodowych w poszczególnych typach krajobrazu naturalnego Polski Table 1. Researched national parks within natural landscape types Typy krajobrazu naturalnego Polski Parki narodowe Krajobraz nizin Wigierski PN, Drawieński PN Krajobraz wyżyn i gór niskich Roztoczański PN, Świętokrzyski PN Krajobraz gór średnich i wysokich Bieszczadzki PN, Karkonoski PN Krajobraz dolin i obniżeń Biebrzański PN, Kampinoski PN Metoda badań W 1999 roku Europejska Agencja Środowiska (EEA) w porozumieniu z Komisją Europejską podjęła decyzję o aktualizacji danych uzyskanych podczas pierwszej inwentaryzacji CORINE Land Cover 1990 (CLC 90). Aktualizację polskiej bazy danych CLC 90 zakończono w 2004 roku. Efektem tych prac jest baza danych CLC 2000, zawierająca informacje o sposobach użytkowania ziemi w 2000 roku oraz o zmianach w pokryciu terenu w latach Dane o pokryciu terenu dla Polski uzyskano w wyniku wizualnej interpretacji zdjęć wykonanych przez satelitę Landsat 7 ETM TM w 2000 roku (± 1 rok) o rozdzielczości przestrzennej 30 m zgodnie z jednolitą dla całej Europy legendą CORINE (CO-oRdination of INformation on the Environmental) Land Cover. Na obszarze Polski występuje 31 form użytkowania ziemi, zaś w całej Europie 44. W bazie danych znajdują się tylko obiekty powierzchniowe. Wielkość najmniejszej kartowanej jednostki wynosi 25 ha, minimalna szerokość wydzieleń (płatów) wynosi 100 m, podobnie jak dokładność prowadzenia granic. Wiarygodność danych odnoszących się do obszaru Polski oceniana jest przez autorów bazy na 85% (Ciołkosz, Bielecka 2005, Bielecka, Szmańda, Luc 2007). 280

3 Zastosowanie bazy... Granice analizowanych parków narodowych uzyskano w wyniku digitalizacji topograficznych map w skali 1: wydanych przez Wojskowe Zakłady Kartograficzne pod koniec lat 90-tych. Ich przebieg był korygowany w oparciu o nowsze, szczegółowe topograficzne mapy turystyczne. Następnie została dokonana transformacja danych warstwy z ośmioma parkami narodowymi w układzie odniesienia 1942 przy użyciu programu Projection Utility do układu odniesienia Dane o pokryciu terenu zgromadzone w bazie CLC 2000 pozwoliły na uzyskanie szeregu miar i wskaźników opisujących zróżnicowanie krajobrazu. Program Patch Analyst 3.1 umożliwia analizę struktury krajobrazu oddzielnie dla każdej kategorii pokrycia terenu (class level) np. las iglasty bądź zbiorniki wodne oraz na poziomie krajobrazu (landscape level) to znaczy całego badanego obszaru. Miary i wskaźniki zastosowane do analiz struktury krajobrazu: - miary powierzchni płatów powierzchnia kategorii (CA), powierzchnia wszystkich badanych kategorii (TLA), - miary gęstości i rozmiaru płatów liczba płatów (NUMP), średnia wielkość płatu (MPS), mediana wielkości płatów (MEDPS), współczynnik wariancji wielkości płatów (PSCOV), odchylenie standardowe wielkości płatów (PSSD), - miary krawędzi łączna długość granic (TE), gęstość granic (ED), średnia długość granic (MPE), - miary kształtu średni wskaźnik kształtu (MSI), średni ważony wskaźnik kształtu (AWMSI), stosunek średniego obwodu do powierzchni płata (MPAR), średni rozmiar fraktalny płata (MPFD), średni ważony rozmiar fraktalny płata (AWMPFD), - wskaźniki różnorodności miara różnorodności płatów Shannona (SDI), miara rozkładu przestrzennego i liczby płatów (SEI). Wyniki Na podstawie danych z bazy CLC 2000 uzyskano dane o powierzchniach zajmowanych przez wydzielone kategorie pokrycia terenu. Wielkości powierzchni gruntów leśnych i gruntów rolnych w sześciu parkach narodowych są w znacznym stopniu zbieżne z danymi zamieszczonymi w roczniku ochrony środowiska z 2002 roku. W przypadku Biebrzańskiego PN i Karkonoskiego PN zanotowano duże różnice we wszystkich kategoriach. Dane pochodzące z GUS są bardziej precyzyjne, gdyż powierzchnie poszczególnych kategorii gruntów zostały określone dokładniejszymi metodami na podstawie materiałów geodezyjnych i kartograficznych. W granicach badanych parków narodowych wydzielono 15 kategorii pokrycia terenu spośród 31 występujących w granicach Polski (tab. 2). Tylko w pięciu spośród ośmiu analizowanych parków narodowych w ciągu 10 lat zaszły zauważalne zmiany struktury krajobrazu. Baza danych CLC 2000 nie zawiera żadnych informacji o zmianach pokrycia terenu w latach w granicach trzech parków narodowych: Roztoczańskiego, Świętokrzyskiego i Wigierskiego. Uzyskane wyniki miar i wskaźników zostały zestawione w tabeli 3. Najbardziej istotne zmiany zaszły w Biebrzańskim PN oraz Karkonoskim PN, gdzie dla odpowiednio: 60 i 25 pojedynczych płatów nastąpiła zmiana kategorii pokrycia terenu. Dla dwóch parków narodowych: Kampinoskiego i Biebrzańskiego odnotowano wzrost liczby kategorii pokrycia terenu. Wg uzyskanych danych najwięcej kategorii pokrycia terenu występuje w Kampinoskim PN 12, najmniej w Świętokrzyskim PN 7. Liczba płatów (NUMP) jest podstawową miarą, która charakteryzuje zróżnicowanie krajobrazu. Największą liczbę płatów odnotowano w Biebrzańskim PN (363 CLC 90, 369 CLC 2000), najmniejszą zaś w Świętokrzyskim PN (81- CLC 90, 71 CLC 2000). Wskaźniki różnorodności: miara różnorodności płatów Shannona (SDI), miara rozkładu przestrzennego i liczby płatów (SEI) są miarami, która znacznie lepiej obrazują zróżnicowanie pokrycia terenu krajobrazu. Wartość wskaźnika Shanonna rośnie wraz ze wzrostem liczby klas oraz równomiernym udziałem procentowym poszczególnych klas w powierzchni jednostki odniesienia. Na podstawie otrzymanych rezultatów można stwierdzić, że najbardziej różnorodnymi parkami narodowymi są Wigierski PN (1,67) i Kampinoski PN (1,66), zaś najmniej zróżnicowanymi Drawieński PN (1,09) oraz Bieszczadzki (1,10). Wzrost miary (SDI) dla Biebrzańskiego PN i Karkonoskiego PN, jaki nastąpił w ciągu 10 lat, związany jest ze zmianą kategorii pokrycia dużej liczby płatów. Dla pozostałych parków narodowych tempo przemian zachodzących w krajobrazie jest niewielkie. Największą stabilnością struktury krajobrazu charakteryzują się: Roztoczański PN, 281

4 Kozieł M. Tabela 2. Kategorie pokrycia terenu występujące w granicach badanych parków narodowych Table 2. Land cover categories within researched national parks POZIOM 1 POZIOM 2 POZIOM tereny przekształcone antropogenicznie 2 - tereny rolne 3 - lasy i ekosystemy seminaturalne 11 tereny zurbanizowane 112 zabudowa rozproszona 131 obszary eksploatacji 13 kopalnie, wyrobiska, budowy odkrywkowej 21 grunty orne 211 grunty orne nienawadniane 23 łąki łąki 242 złożone systemy upraw i działek 24 tereny upraw mieszanych 243 uprawy rolne z udziałem roślinności naturalnej 311 lasy liściaste 31 lasy 312 lasy iglaste 313 lasy mieszane 321 murawy i pastwiska naturalne 32 zespoły roślinności drzewiastej i 322 wrzosowiska i zakrzaczenia krzewiastej 324 lasy i zakrzaczenia w trakcie zmian 33 tereny otwarte, pozbawione roślinności lub o rzadkiej pokrywie 332 odsłonięte skały roślinnej 4 - tereny podmokłe 41 śródlądowe tereny podmokłe 411 bagna śródlądowe 5 - obszary wodne 51 wody śródlądowe 512 zbiorniki wodne Ryc. 1. Liczba kategorii pokrycia terenu w badanych parkach narodowych na podstawie CLC2000 Fig. 1. Number of categories of land cover within the researched national parks according to CLC

5 Zastosowanie bazy... Tabela 3. Porównanie miar i wskaźników na poziomie krajobrazu dla ośmiu badanych parków Table 3. Landscape metrics and indicators for 8 researched national parks NUMP MPS MEDPS PSCOV PSSD PARKI NARODOWE ha ha ha km m/ km/ km/ ha płat ha CORINE Land Cover 1990 Biebrzański ,2 22,5 534,8 958,6 2340,3 36,0 6,45 1,89 4,04 7,06 1,34 1,30 1,51 0,65 Bieszczadzki ,0 41,2 597,4 1642,7 974,4 33,4 9,19 1,90 5,44 0,68 1,33 1,32 1,09 0,52 Drawieński ,0 17,6 440,7 749,3 434,3 37,0 6,29 1,90 3,69 0,84 1,36 1,30 1,12 0,51 Kampinoski ,6 25,2 443,2 521,0 1701,1 44,8 5,27 1,81 2,96 0,74 1,42 1,29 1,65 0,69 Karkonoski 81 68,1 10,2 298,0 203,0 360,3 65,3 4,45 1,81 3,21 0,66 1,35 1,31 1,27 0,53 Roztoczański 89 93,5 3,2 329,3 308,0 345,7 41,5 3,88 1,82 2,57 1,24 1,39 1,28 1,11 0,50 Świętokrzyski 97 78,7 4,1 295,4 232,3 338,6 44,4 3,49 1,88 2,29 2,33 1,32 1,27 1,32 0,68 Wigierski ,9 28,2 338,0 405,3 659,0 45,4 5,45 1,83 2,66 3,19 1,30 1,28 1,67 0,72 NUMP MPS MEDPS PSCOV PSSD TE PARKI NARODOWE ha ha ha m m/ km/ km/ ha płat ha CORINE Land Cover 2000 Biebrzański ,3 23,2 497,6 877,3 2383,8 36,6 6,46 1,89 3,82 6,99 1,34 1,30 1,57 0,65 Bieszczadzki ,0 43,3 608,2 1611,6 991,4 34,0 9,01 1,90 5,42 0,65 1,33 1,32 1,10 0,53 Drawieński ,8 13,1 440,6 783,2 416,6 35,5 6,31 1,91 3,57 0,87 1,36 1,30 1,09 0,50 Kampinoski ,8 25,1 444,7 519,6 1704,2 44,9 5,24 1,81 2,97 0,74 1,42 1,29 1,66 0,67 Karkonoski 71 77,7 16,1 242,1 188,2 392,6 71,1 5,53 1,92 3,54 0,64 1,35 1,32 1,35 0,56 Roztoczański 89 93,5 3,2 329,3 308,0 345,7 41,5 3,88 1,82 2,57 1,24 1,39 1,28 1,11 0,50 Świętokrzyski 97 78,7 4,1 295,4 232,3 338,6 44,4 3,49 1,88 2,29 2,33 1,32 1,27 1,32 0,68 Wigierski ,9 28,2 338,0 405,3 659,0 45,4 5,45 1,83 2,66 3,19 1,30 1,28 1,67 0,72 TE ED ED MPE MPE MSI MSI AWMSI AWMSI MPAR MPAR MPFD MPFD AWMPFD AWMPFD SDI SDI SEI SEI Świętokrzyski PN i Wigierski PN. Wartość miary kształtu (MSI) rozpatrywana na poziomie krajobrazu mieści się w zakresie od 1,81 do 1,90 (CLC 90) oraz 1,82 do 1,92 (CLC 2000). Tak duża wartość (MSI) wskazuje na złożoność kształtu wydzielonych płatów krajobrazowych. Największą wartością łącznej długości granic (TE), badaną na poziomie krajobrazu, cechują się parki o największej powierzchni oraz największej liczbie wydzielonych płatów (Biebrzański PN i Kampinoski PN). Inny parametr będący miarą krawędzi gęstość granic (ED), najwyższą wartość uzyskał dla Wigierskiego PN, najniższą dla Bieszczadzkiego PN. Podsumowanie Baza danych CLC 2000 została utworzona jako źródło danych do opracowywania dokumentów na szczeblu krajowym i regionalnym. Autor sprawdził jej użyteczność do analiz struktury krajobrazu obszarów chronionych. Zbadano strukturę krajobrazu ośmiu parków narodowych reprezentujących różne typy krajobrazu naturalnego Polski. Dane o powierzchniach zajmowanych przez kategorie pokrycia terenu uzyskane z bazy CLC 2000 są w dużym stopniu zbieżne z zamieszczanymi w rocznikach ochrony środowiska. Zdaniem autora znacznie większa liczba kategorii wydzielanych w bazie CLC 2000 pozwala na przeprowadzenie dokładniejszych badań 283

6 Kozieł M. Ryc. 2. Liczba płatów (NUMP), miara różnorodności płatów (SDI) oraz miara rozkładu przestrzennego i liczby płatów (SEI) w badanych parkach narodowych Fig. 2. Number of patches (NUMP), patches diversity (SDI), measure of patch distribution and abundance (SEI) in researched national parks krajobrazowych. Użyteczność bazy CLC 2000 w badaniach terenów chronionych ogranicza się do obszarów o dużej powierzchni (parki narodowe, parki krajobrazowe, obszary chronionego krajobrazu) ze względu na skalę i dokładność bazy (wielkość najmniejszej kartowanej jednostki 25 ha, minimalna szerokość wydzieleń i dokładność prowadzenia granic 100 m). Mniejsze obiekty chronione (rezerwat przyrody, użytek ekologiczny i in.) weszłyby w granice pojedynczego płata kategorii pokrycia terenu. Wykorzystano oprogramowanie Patch Analyst 3.1, w efekcie czego uzyskano miary i wskaźniki pozwalające na poznanie struktury krajobrazu badanych obiektów. Możliwa jest zatem ocena różnorodności i dzięki dołączonej warstwie z informacjami o zmianach kategorii pokrycia terenu zmienności w czasie krajobrazu badanych obiektów. Wśród ośmiu badanych parków narodowych największą różnorodnością krajobrazu charakteryzuje się Wigierski, najmniejszą zaś Świętokrzyski. Dla pięciu spośród ośmiu analizowanych parków narodowych odnotowano zmiany struktury krajobrazu w okresie 10 lat. W przypadku trzech parków narodowych: Roztoczańskiego PN, Świętokrzyskiego PN i Wigierskiego PN nie stwierdzono żadnych różnic w pokryciu terenu między 1990 a 2000 rokiem. W granicach wspomnianych obszarów chronionych nie wydzielono żadnego nowego płatu, nie obserwowano zmian granic płatów oraz nie odnotowano zmian kategorii form pokrycia terenu. Uzyskane rezultaty mogą budzić zdziwienie, gdyż trudno sobie wyobrazić sytuację całkowitego braku zmian pokrycia terenu w ciągu 10 lat na obszarze większym od 5000 ha. Autor podjął opracowanie z pełną świadomością tego, że wielkość pola podstawowego bazy danych CLC 2000 (25 ha) uniemożliwia przeprowadzenie bardzo szczegółowych analiz struktury krajobrazu, pozwala jednak na zaobserwowanie trwałych tendencji. Gdyby wielkość najmniejszej kartowanej jednostki wynosiła np. 5 ha (czy choćby 10 ha), możliwe do uzyskania byłyby dokładniejsze i bardziej wiarygodne rezultaty. Wtedy część zmian krajobrazowych ginących przy polu podstawowym 25 ha zapewne zostałaby zauważona. Do uzyskanych rezultatów należy podchodzić z rezerwą, jednak nawet one pozwalają na wyznaczenie trendów zmian struktury krajobrazu, których potwierdzenie odnajdziemy chociażby w publikowanych w rocznikach statystycznych danych o parkach narodowych według kategorii gruntów. Ogromną zaletą bazy jest fakt, że posiada jednolitą legendę dla całej Europy oraz jest udostępniana do celów niekomercyjnych bezpłatnie. W oparciu o zawarte w niej dane można opracować mapy pokrycia dowolnego fragmentu terenu na większości obszaru Europy. 284

7 Zastosowanie bazy... Literatura Bielecka E., Szmańda J. B., Luc M., Próba oceny zróżnicowania pokrycia terenu w oparciu o kompleksową analizę wielowskaźnikową Doliny Wisły i Odry, stadium przypadku. [W:] Myga-Piątek U. (red.). Doliny Rzeczne. Przyroda krajobraz człowiek. Prace Komisji Krajobrazu Kulturowego PTG, 7. Komisja Krajobrazu Kulturowego PTG. Sosnowiec Ciołkosz A., Bielecka E., Pokrycie terenu w Polsce. Baza danych CORINE Land Cover. Biblioteka Monitoringu Środowiska. Warszawa Fujihara M., Hara K., Short K. M., Changes in landscape structure of yatsu valleys: a typical Japanese urban fringe landscape. Landscape and Urban Planning, Fujihara M., Kikuchi T., Changes in the landscape structure of the Nagara River Basin, central Japan. Landscape and Urban Planning, Łowicki D., Mizgajski A., Zmiany struktury użytkowania ziemi jako wskaźnik rozwoju krajobrazu w Wielkopolsce. [W:] Wołoszyn W. (red.). Krajobraz kulturowy. Cechy Walory Ochrona. Problemy Ekologii Krajobrazu, 18. Zakład Ochrony Środowiska UMCS. Lublin Ochrona Środowiska GUS. Warszawa: Ochrona Środowiska GUS. Warszawa: Patch Analyst, ( Richling A., Dąbrowski A., Typy krajobrazów naturalnych. Atlas Rzeczypospolitej Polskiej. Główny Geodeta Kraju. PPWK. Warszawa. 285

8