Leśnictwo w warunkach zagrożenia środowiska

Transkrypt

1 Leśnictwo w warunkach zagrożenia środowiska

2 Stan środowiska

3

4 Zawartość siarki w igłach sosny zwyczajnej Skażenie metalami ciężkimi - na podstawie mchów wskaźnikowych

5

6 Zagrożenie środowiska leśnego w Polsce należy do najwyższych w Europie. Wynika to ze stałego, równoczesnego oddziaływania wielu czynników powodujących niekorzystne zjawiska i zmiany w stanie zdrowotnym naszych lasów. Negatywnie oddziałujące czynniki, określane często jako stresowe, można sklasyfikować z uwzględnieniem: pochodzenia: abiotyczne, biotyczne, antropogeniczne charakteru oddziaływania: mechaniczne, chemiczne; fizjologiczne długotrwałości oddziaływania: chroniczne, okresowe roli, jaką odgrywają w procesie chorobowym: predysponujące, inicjujące, współuczestniczące. W syntetycznej ocenie stanu zagrożenia lasów najbardziej wyrazisty obraz przedstawia analiza uwzględniająca pochodzenie zjawisk stresowych.

7

8 Stan lasów

9 powyżej 50% 46 50% 41 45% 36 40% 31 35% 26 30% 21 25% 16 20% 11 15% poniżej 11% Rys. 65. Poziom uszkodzenia lasów w 2007 r. na podstawie oceny defoliacji na Stałych Powierzchniach Obserwacyjnych I rzędu (Monitoring Lasu) z wyróżnieniem 5- procentowych przedziałów defoliacji (IBL): ciemnozielone <11%, bordowe >50%

10 Stopnie defoliacji (stopnie ubytku aparatu asymilacyjnego) 0 do 10 % % % % %

11 Defoliacja gatunków iglastych i liściastych - dynamika

12 Defoliacja gatunków iglastych i liściastych - stan

13

14

15 Mechanizm zamierania drzew (wg A. Szujeckiego)

16

17 Mechanizmy zamierania drzewostanów (wg różnych modeli)

18 Łańcuchowy model zamierania lasu

19 Spiralny model zamierania lasu

20

21 Cybernetyczny model zamierania lasu

22 Stresowy model zamierania lasu

23 Symptomy zamierania

24

25 Jodła

26

27

28 Świerk

29

30

31 Sosna

32

33

34 Buk

35

36

37

38 Dąb

39

40

41

42 system korzeniowy

43 mikoryza

44 słoje roczne

45 regresja ekologiczna

46 Stopnie defoliacji (stopnie ubytku aparatu asymilacyjnego) 0 do 10 % % % % % Tanne jodła Fichte świerk Kiefer sosna Buche buk Eiche dąb

47

48

49

50 DYNAMIKA DEFOLIACJI I ZAMIERANIA ŚWIERCZYN W SUDETACH I KARPATACH Jerzy Modrzyński Katedra Hodowli Lasu, Wydział Leśny, Akademia Rolnicza w Poznaniu

51 WSTĘP Bory świerkowe stanowią bardzo ważny element przyrody w Sudetach i Karpatach. Jednocześnie są one najbardziej zagrożone spośród wszystkich górskich ekosystemów leśnych. Stąd konieczność długoterminowego monitorowania procesów defoliacji i zamierania świerka w tych regionach.

52 Cele pracy Przedstawienie dynamiki procesu defoliacji starszych drzewostanach świerkowych w Sudetach Wschodnich i Karpatach Zachodnich w latach 1988/ /99. Analiza zależności pomiędzy defoliacją tych drzewostanów i abiotycznymi czynnikami środowiska (opady i temperatura oraz emisja SO 2 i NO x). Próba wyjaśnienia mechanizmu zamierania badanych drzewostanów.

53 MATERIAŁ I METODY Obserwacje przeprowadzono w 48 drzewostanach świerkowych, w wieku lat, położonych w przedziale wysokości m n.p.m. w Sudetach Wschodnich i Karpatach Zachodnich. Systematyczną ocenę defoliacji rozpoczęto w latach 1988/1989 i powtórzono dwukrotnie w odstępach pięcioletnich. Obserwacje dotyczyły wszystkich drzew o pierśnicy powyżej 7 cm, na stałych powierzchniach próbnych o powierzchni 0,33 ha. Zastosowano następującą skalę ubytku aparatu asymilacyjnego: 0 do 10 %, 1 od 11 do 25 %, 2 od 26 do 60 %, 3 od 61 do 99 %, % (drzewa martwe). Przeprowadzono również analizę przebiegu opadów i temperatury oraz emisji SO2 i NOx dla badanych regionów w latach

54 Współrzędne regionu Jednostka administracyjna* i oddział Wzniesienie n.p.m. Azymut stoku Średni wiek drzewostanu Całkowita liczba drzew (m) (º) (lata) SUDETY M 173c L. 128i Długość wsch. L 177f º 46' - 17º 01' L 318b Szerokość płn. M 206d º 11' - 50º 18' L 300b M 163c L 354b M 203a L 175m L. 306d L 358g L 350f L 336l L. 279j L 348a L 352c M. 18b L 343c L 344d L 342c M 198a L. 301c M 217a M 251b M 223a M 221c M. 1a L. 290d

55 Współrzędne regionu Jednostka administracyjna* i oddział Wzniesienie n.p.m. Azymut stoku Średni wiek drzewostanu Całkowita liczba drzew (m) (º) (lata) KARPATY J 132g T 30i Długość wsch. B 4c º 19' - 20º 06' T 235j Szerokość płn. T 173o º 13' - 49º 37' B 10c T 236g J 110a T 12g T 187a T243h J 111c T 46c B 23a B 24a J 107c T 189d T 239l T 46g * Jednostki administr L - Nadleśnictwo Lądek Zdrój - Obręb Strachocin T Tatrzański ParkL. - Nadleśnictwo Lądek Zdrój - Obręb Stronie Śląskie B Babiogórski ParM - Nadleśnictwo Międzylesie - Obręb Międzygórze J - Nadleśnictwo JelM. - Nadleśnictwo Międzylesie - Obręb Międzylesie

56 WYNIKI

57 Sumaryczny udział stopni defoliacji podczas kolejnych ocen Jednostka geograficzna Stopień defoliacji Udział stopni defoliacji wlatach Tendencje wokresach Sudety 0 0,7 0,4 0,5-0,3 0,1-0, ,6 13,2-5,4-8,4-13,8 2 52,8 54,2 43,7 1,4-10,5-9,1 3 11,6 8,2 8,9-3,4 0,7-2,7 4 7,9 15,6 33,6 7, ,7 Karpaty 0 1,3 4,1 4,6 2,8 0,5 3,3 1 31,8 27,6 21,4-4,2-6,2-10,4 2 58,6 47,2 41,1-11,4-6,1-17,5 3 4,9 7,9 9,1 3 1,2 4,2 4 3,4 13,2 23,8 9,8 10,6 20,4

58 S u d e ty [% ] 0 20 K a r p a ty [% ] 0 20 [% ] [% ] [% ] [% ] [% ] [% ] [% ] [% ] [% ] [% ] s to p n ie d e fo lia c ji 0 1 < 1 0 % % % > 6 0 % % s to p n ie d e fo lia c ji 0 1 < 1 0 % % % > 6 0 % % ( m n.p.m.) ( m n.p.m.)

59

60

61 Region Stopień Współczynnik korelacji* defoliacji Opady w poprzednimokresie Temperatura w poprzednimokresie Współcz. hydrotermiczny w poprzednimokresie 5-letnim 10-letnim 5-letnim 10-letnim 5-letnim 10-letnim Sudetey 1-0,864-0,533-0,557-0,999-0,194 0, ,999-0,87-0,096-0,854-0,636 0, ,166 0,308-0,995-0,68 0,629 0, ,909 0,614 0,472 0,988 0,29-0, ,953-0,705-0,363-0,963-0,403 0, ,957-0,715-0,348-0,959-0,417 0, ,949 0,696 0,374 0,966 0,392-0,599 Karpaty 1-0,515 0,121-0,379-0,98-0,318 0, ,219 0,428-0,651-0,993-0,002 0, ,12-0,516 0,724 0,975-0,098-0, ,417-0,23 0,479 0,996 0,21-0, ,331 0,32-0, ,119 0, ,25 0,398-0,626-0,996-0,035 0, ,367-0,283 0,526 0,999 0,157-0,696 * Wszystkie współczynniki powyżej oznaczają istotną korelację na poziomie P=0.05

62 Region Stopień defoliacji Wsoółczynnik korelacji* Emisja SO 2 w poprzedzającym Emisja NO x w poprzedzającym okresie okresie 5-letnim 10-letnim 5-letnim 10-letnim Sudety 1 0,987 0,978 0,874 0, ,793 0,96 0,539 0, ,756 0,466 0,933 0, ,966-0,994-0,822-0, , ,747 0, , ,737 0, , ,755-0,965 0, ,805 0,999 Karpaty 1 2 0,995 0,944 0,951 0, ,906-0,977-0,93 4-0,953-0,992-0,866-0, ,977 0,976 0,909 0, ,991 0,954 0,941 0, ,968-0,984-0,892-0,993 * Wszystkie współczynniki powyżej oznaczają istotną korelację na poziomie P=0.05

63 DYSKUSJA Wydaje się, że wiele drzew w badanych drzewostanach utraciło zdolność reagowania na poprawę warunków na skutek załamania się ich potencjału homeostatycznego, pod wpływem chronicznych zaburzeń w mało stabilnych ekosystemach świerkowych.

64 Niestabilność ekosystemów Grodzki i in. (1999) uważają, że drzewostany świerkowe w Sudetach odznaczają się małą różnorodnością biologiczną i tworzą niestabilne ekosystemy, wrażliwe na działanie szkodliwych czynników zarówno ożywionej, jak i nieożywionej natury. Zdaniem tych autorów niebezpieczne gradacje owadów (Zeiraphera griseana i Cephalcia sp.) zostały wywołane w tych świerczynach głównie z powodu niedostatecznej liczebności zamieszkujących je drapieżnych owadów pasożytniczych.

65 Chroniczne zaburzenia w ekosystemach (1) W ekosystemach leśnych południowej Polski w ciągu wielu dziesiątków lat skumulowały się duże ilości szkodliwych substancji. Kumulacja ta zresztą nadal trwa, ponieważ imisja zanieczyszczeń wprawdzie zmalała, ale nie ustała. Tymczasem chroniczne działanie nawet niedużych stężeń dwutlenku siarki, tlenków azotu, ozonu i innych zanieczyszczeń wywołuje poważne zakłócenia w metabolizmie drzew oraz osłabienie ich odporności m. in. na działanie suszy i mrozu (Zalewska-Gorzelak 1991, Schmieden i Wild 1995).

66 Chroniczne zaburzenia w ekosystemach (2) Kwaśne deszcze i kumulacja szkodliwych substancji w glebie powodują z kolei wymywanie tak ważnych pierwiastków jak Mg, K i Ca, uaktywnienie toksycznych jonów glinu i metali ciężkich, czy obumieranie drobnych korzeni (Białobok 1989, Kuhn i in. 1995). W sytuacji skażenia gleby oraz osłabienia drzew, którego efektem są między innymi zakłócenia transportu węglowodanów do korzeni, następuje rozpad związków mikoryzowych, na co drzewa reagują zarówno redukcją wzrostu, jak i zwiększoną podatnością na infekcję patogenów (Zalewska-Gorzelak 1991, Kieliszewska- Rokicka 1998).

67 Przekroczenie potencjału homeostatycznego (1) Wydaje się, że drzewa raz osłabione poniżej swoistego dla nich progu odporności nie mają już możliwości powrotu do stanu równowagi. Odbywa się to na zasadzie dodatniego sprzężenia zwrotnego, pogłębiającego kryzys organizmu (Larcher 1995, Tesche 1989). Przykładem takiego sprzężenia jest nasilająca się defoliacja, którą Sierota (1995) słusznie traktuje zarówno jako wynik, jak też przyczynę stresu. Osłabiona w procesie defoliacji korona słabiej odżywia korzenie, które z kolei gorzej odżywiają koronę. Stopniowo osłabienie narasta i drzewo się wydziela.

68 Przekroczenie potencjału homeostatycznego (2) Vacek (1987) oszacował, że wewnętrzna równowaga świerka zostaje nieodwracalnie zachwiana po utracie około 50% aparatu asymilacyjnego. Dla starszych drzewostanów świerkowych, narażonych na działanie chronicznego stresu w stale degradowanych ekosystemach górskich próg ten leży prawdopodobnie znacznie niżej. To wyjaśniałoby niepowstrzymane zamieranie badanych drzewostanów oraz brak ich pozytywnej reakcji na zmniejszenie emisji zanieczyszczeń, czy zwiększenie rocznych sum opadów.

69 WNIOSKI Perspektywa wejścia starszych drzewostanów świerkowych w fazę przedwczesnego rozpadu jest w obu badanych regionach bardzo realna. Dlatego trzeba się liczyć z koniecznością ich odnowienia w najbliższej przyszłości. Należałoby przy tym maksymalnie wykorzystać możliwości naturalnego odnowienia oraz szansę przebudowy tych drzewostanów pod kątem naturalizacji ich składu gatunkowego.

70 Podziękowania Jacek Gid, Adam Grzelczak i Jarosław Góral pomagali mi przy zakładaniu powierzchni i pierwszej ocenie defoliacji w latach 1998/89, Andrzej Peter i Krzysztof Jakubiszak wspierali mnie podczas drugiej oceny w latach 1993/94, a Adam Ejchorst i Tomasz Kaczmarek towarzyszyli mi podczas trzeciej oceny w latach 1998/99. Dziękuję im za to i mam nadzieję, że nasze górskie wyprawy dobrze wspominają.

71 Zasady postępowania hodowlanego w warunkach zagrożenia środowiska leśnego (klęski ekologicznej)

72 Jak najszybciej zalesić (nawet gdy szanse przeżycia niewielkie): - ochrona gleby - retencja - inne funkcje ekologiczne

73 Zasada rozproszenia ryzyka: - trudne do przewidzenia zmiany środowiska - sadzimy więcej gatunków (zgodnie z aktualnym siedliskiem + prognozowanym siedliskiem)

74 Rewitalizacja (rekultywacja) gleb: - wapnowanie - nawożenie - mikoryzowanie

75 Uprawa gleby: - unikać zdzierania wierzchniej warstwy gleby (spychacze itp.) - bruzdy, pełna orka (jeśli konieczne) - talerze, dołki, kopczyki (preferowane)

76 Pozostawiać stojące martwe drzewa oraz karpinę: - łagodzenie klimatu - zmniejszona erozja - wolniejszy odpływ wody

77 Wykorzystanie przedplonów : Gatunki pionierskie (Jb, Brz, Md, Os, Wb): - sukcesja naturalna; siew, sadzenie Przedplony sprzyjają gatunkom dalszych ogniw sukcesji: w górach Św, Bk, Jd na niżu - Db, Lp, Kl, Bk

78 Maksymalne wykorzystanie naturalnych odnowień: - wyższość naturalnych odnowień nad sztucznymi, - wykorzystanie płatów odnowień pozostałych po martwych drzewostanach, - stymulowanie odnowień w ginących drzewostanach.

79 Sadzenia: - materiał sadzeniowy: właściwy ekotyp, mocny system korzeniowy, bryłka, mikoryza - wykorzystanie mikrosiedlisk, w których zazwyczaj pojawiają się naturalne odnowienia: zbocza i grzbiety małych zagłębień, nabiegi korzeniowe martwych drzew

80 Ochrona odnowień: - konkurencja traw - gryzonie i zwierzyna - inne zagrożenia

81 Szansa przebudowy: - drzewostany uszkodzone, zniszczone odbudowuje się w pierwszej kolejności - naturalizacja składu gatunkowego (zgodność z siedliskiem)

82 Izery (wrzesień 2005)

83

84

85

86

87

88

89

90 Karkonosze (wrzesień 2005)

91

92

93

94

95

96

97

98

99 No to może by tak znowu w te góry!?

100 Pytania Stan środowiska w Polsce? Czynniki stresowe oddziałujące na środowisko leśne? Regionalizacja uszkodzenia lasów w Polsce? Defoliacja iglastych i liściastych gatunków drzew w Polsce? Stan naszych lasów na tle Europy? Mechanizm zamierania drzew wg A. Szujeckiego? Łańcuchowy model zamierania lasu? Spiralny model zamierania lasu? Cybernetyczny model zamierania lasu? Stresowy model zamierania lasu? Symptomy zamierania głównych gatunków drzew? Ocena defoliacji głównych gatunków drzew? Defoliacja i zamieranie świerka w Sudetach i Karpatach (lata )? Zasady postępowania hodowlanego w warunkach zagrożenia środowiska (klęski ekologicznej)?

101 Aneks

102

103

104 Jesion