Zmiany runa powierzchni monitoringowych w latach jako wyraz reakcji ekosystemów leśnych na czynniki endo- i egzogeniczne

Transkrypt

1 Instytut Geografii i Przestrzennego Zagospodarowania PAN Warszawa, Twarda 51/55 j.solon@twarda.pan.pl Jerzy SOLON Zmiany runa powierzchni monitoringowych w latach jako wyraz reakcji ekosystemów leśnych na czynniki endo- i egzogeniczne

2 Materiał oraz zakres obserwacji i pomiarów Dane pochodzą ze 148 Stałych Powierzchniach Obserwacyjnych II rzędu: Terminy obserwacji: 1998, 2003, 2008, 2013 A. Zdjęcia fitosocjologiczne o powierzchni identyfikacja syntaksonomiczna powierzchni; - bogactwo gatunkowe i różnorodność gatunkowa; - struktura fitosocjologiczna składu gatunkowego; - struktura ekologiczna składu gatunkowego; - stopień synantropizacji składu gatunkowego; - zróżnicowanie geograficzne występowania gatunków runa; - obecność gatunków i fitocenoz rzadkich i chronionych. B. Uproszczone zdjęcia fitosocjologiczne - 25 kwadratów o powierzchni 4 m 2 (razem 100 m 2 w kwadracie 10 m x 10 m). - dynamika populacji wybranych gatunków roślin; - struktura synuzjalna runa. C. Rejestracja dominującej formy pokrojowej w runie na tej samej powierzchni 100 m 2, podzielonej na 100 kwadratów jednometrowych - zróżnicowanie fizjonomiczne runa.

3 Zakres prezentacji Podstawowe zróżnicowanie syntaksonomiczne Zmiany bogactwa gatunkowego Zmiany charakterystyk fitoekologicznych Ellenberga Zmiany występowania Deschampsia flexuosa i Vaccinium myrtillus

4 Podstawowe zróżnicowanie syntaksonomiczne

5 Wyniki zróżnicowanie syntaksonomiczne Obecne zbiorowisko leśne Kod Natura 2000 Bałtycka Mazursko- Podlaska Wielkopolsko -Pomorska Mazowiecko- Podlaska Cladonio-Pinetum 91T0-1 0 (1) Molinio-Pinetum 2 Leucobryo-Pinetum 6 (5) 0 (1) 8 (9) 5 (3) 2 8 (7) Peucedano-Pinetum (1) 1 Calamagrosti villosae-pinetum 0 (1) Querco roboris-pinetum 4 (7) 3 (4) 7 3 (4) 6 (5) 7 (6) 1 (0) Serratulo-Pinetum 2 Abieti-Piceetum montanum (?) (1) 4 Plagiothecio-Piceetum Stellario-Carpinetum typicum (1) Galio sylvatici-carpinetum (2) Tilio-Carpinetum (1) 2 4 (5) 0 (1) 2 (3) 1 Tilio-Acerion* (?) (1) Ficario-Ulmetum campestris 91F0-1 1 Potentillo albae-quercetum 91I0-1 0 (1) Dentario glandulosae-fagetum (3) Luzulo nemorosae-fagetum (3) (3) Luzulo pilosae-fagetum (0) Melico-Fagetum (Galio-Fagetum) Fago-Quercetum (1) 1 (0) Calamagrostio-Quercetum (1) 5 (2) Luzulo-Quercetum (1) 1 zbiorowisko zastępcze z Pinus lub Picea 1 (4) 0 (2) 1 (2) 5 (6) 1 (0) 6 W nawiasach wartości wg identyfikacji w roku 2008 Śląska Małopolska Sudecka Karpacka

6 Wyniki zróżnicowanie syntaksonomiczne SPO II rzędu reprezentują 18 (22) zespoły należące do trzech klas: Vaccinio-Piceetea (78 powierzchni), Querco-Fagetea (44) i Quercetea roboris-petreae (12 powierzchni). 13 zespołów na 61 powierzchniach należy do tzw. siedlisk przyrodniczych podlegających specjalnej ochronie. Buczyny ( kody 9110 i 9130) występują na 21 powierzchniach Grądy (kody 9160, 9170) występują na 22 powierzchniach Kwaśne dąbrowy (9190) występują na 12 powierzchniach

7 Zmiany bogactwa gatunkowego

8 Wyniki bogactwo gatunkowe Na 30 lub więcej powierzchniach wystąpiły we wszystkich okresach siewki i postaci młodociane 8 gatunków drzew i krzewów (Betula pendula, Fagus sylvatica, Frangula alnus, Picea abies, Pinus sylvestris, Quercus petraea, Quercus robur, Sorbus aucuparia) oraz gatunków roślin zielnych. Przy czym we wszystkich okresach powtarzało się 21 gatunków (Agrostis capillaris, Athyrium filix-femina, Calamagrostis arundinacea, Calluna vulgaris, Carex pilulifera, Deschampsia flexuosa, Dryopteris carthusiana, Dryopteris dilatata, Dryopteris filix-mas, Festuca ovina, Luzula pilosa, Maianthemum bifolium, Melampyrum pratense, Moehringia trinervia, Mycelis muralis, Oxalis acetosella, Rubus idaeus, Rumex acetosella, Trientalis europaea, Vaccinium myrtillus, Vaccinium vitisidaea). Ponadto w 1997/1998 Veronica officinalis i Poa nemoralis, w latach 2003, 2008, 2013 Calamagrostis epigejos i Convallaria majalis, tylko w roku 2003 Urtica dioica, tylko w roku 2008 Rubus fruticosus, tylko w roku 2013 Milium effusum i Pteridium aquilinum wszystkie gatunki tylko na 1 powierzchni tylko na 2-10 powierzchniach

9 Wyniki bogactwo gatunkowe Proces Dzielnica brak zmian fluktuacja wzrost spadek Warstwa runa Bałtycka Mazursko-Podlaska Wielkopolsko- Pomorska Mazowiecko-Podlaska Śląska Małopolska Sudecka Karpacka Warstwa krzewów Bałtycka Mazursko-Podlaska Wielkopolsko- Pomorska Mazowiecko-Podlaska Śląska Małopolska Sudecka Karpacka Liczebność powierzchni o określonej dynamice zmian liczby gatunków w latach w dzielnicach przyrodniczo-leśnych i w podziale na grupy zbiorowisk Proces brak zmian fluktuacja wzrost spadek grupy zbiorowisk Warstwa runa Vaccinio-Piceetea razem w tym zbiorowiska zastępcze na siedliskach borowych Quercetea robori-petraeae razem w tym zbiorowiska zastępcze Querco-Fagetea razem w tym zbiorowiska zastępcze i formy spinetyzowane na siedliskach lasowych Warstwa krzewów Vaccinio-Piceetea razem w tym zbiorowiska zastępcze na siedliskach borowych Quercetea robori-petraeae razem w tym zbiorowiska zastępcze Querco-Fagetea razem w tym zbiorowiska zastępcze i formy spinetyzowane na siedliskach lasowych

10 Średnia liczba gatunków runa w płacie Wyniki bogactwo gatunkowe Calamagrostio arundinaceae-quercetum (6 ) Dentario glandulosae-fagetum (6) Leucobryo-Pinetum (29) Luzulo luzuloidis-fagetum (8) Peucedano-Pinetum (9) Querco roboris-pinetum (31) Stellario-Carpinetum (6) Tilio-Carpinetum (14)

11 liczba gatunków runa Wyniki zależności geograficzne Liniowy (1998) Liniowy (2003) Liniowy (2008) Liniowy (2013) długość geograficzna W latach utrzymuje się podobne zróżnicowanie makrogeograficzne bogactwa gatunkowego w borach świeżych i w innych typach lasu, zgodnie z którym przeciętna liczba gatunków jest wyższa na wschodzie niż na zachodzie. Zależność ta jest istotna, choć stosunkowo słaba w sensie statystycznym.

12 Z miana w ciagu pięciolecia Z miana w ciagu pięciolecia Z miana w ciagu pięciolecia Wyniki zależności dynamicznei y = x R 2 = y = x R 2 = y = x R 2 = P oczątkowa liczba gatunków Querco-F agetea trend 1 trend 2 trend y = x R 2 = y = x R 2 = y = x R 2 = P oczątkowa liczba gatunków V accinio-p iceetea trend 1 trend 2 trend 3 W każdym pięcioleciu obserwuje się wyrównywanie bogactwa gatunkowego. Powierzchnie charakteryzujące się na początku pięciolecia wysokim bogactwem ulegają zubożeniu, natomiast na powierzchniach charakteryzujących się niską (poniżej 22) liczbą gatunków, liczba gatunków przeważnie wzrasta. W wyniku zmian liczby gatunków w podobny sposób zmieniają się wskaźniki różnorodności runa. Najsilniej jest to widoczne dla różnorodności form życiowych, nieco słabiej dla różnorodności gatunkowej i najsłabiej, ale również istotnie statystycznie, dla różnorodności syntaksonomicznej y = x R 2 = y = -0.41x R 2 = y = x R 2 = P oczątkowa liczba gatunków Quercetea roboris -petreae trend 1 trend 2 trend 3

13 Zmiany charakterystyk fitoekologicznych Ellenberga

14 Wyniki zmiany wskaźników Ellenberga

15 Wyniki zmiany wskaźników Ellenberga

16 Wyniki zmiany wskaźników Ellenberga

17 Zmiany występowania Deschampsia flexuosa i Vaccinium myrtillus

18 liczba kwadratów Wyniki Deschampsia flexuosa pojaw wzrost spadek zanik bez zmian

19 Wyniki Deschampsia flexuosa

20 Wyniki Deschampsia flexuosa

21 liczba kwadratów Wyniki Vaccinium myrtillus pojaw wzrost spadek zanik bez zmian

22 Wyniki Vaccinium myrtillus

23 Wyniki Vaccinium myrtillus

24 Podsumowanie wyników procesy i zależności 1. Skład gatunkowy runa SPO II rzędu nie był stabilny w analizowanym okresie Niewątpliwie występowały zmiany fluktuacyjne i najprawdopodobniej zmiany o charakterze kierunkowym. 2. Na ponad 30 powierzchniach zmieniła się identyfikacja fitosocjologiczna zbiorowiska roślinnego, co niezależnie od szczegółowych przyczyn świadczy o nieustabilizowanym składzie gatunkowym i zachodzeniu procesów regeneracji w wymiarze lokalnym 3. Przez pierwsze dwa okresy tendencje spadkowe liczby gatunków runa przeważały nad wzrostowymi we wszystkich (poza Karpacką) dzielnicach przyrodniczo-leśnych. W wyniku zmiany kierunku procesów w ostatnim pięcioleciu, po trzech okresach ani dzielnice przyrodniczo-leśne ani grupy typów zbiorowisk nie różnią się istotnie pod tym względem. Interesujące jest przy tym, że jednocześnie na niektórych powierzchniach (głównie zbiorowiska zastępcze oraz bory świeże regenerujące do borów mieszanych) obserwowana była tendencja wzrostu liczby gatunków w warstwie krzewów. 4. W każdym pięcioleciu obserwowano wyrównywanie bogactwa gatunkowego. Powierzchnie charakteryzujące się na początku pięciolecia wysokim bogactwem gatunkowym uległy zubożeniu, natomiast na powierzchniach charakteryzujących się niską (poniżej 22) liczbą gatunków, liczba gatunków przeważnie wzrosła; 5. Niezależnie od zachodzących zmian w liczbie gatunków przez cały analizowany okres utrzymało się podobne zróżnicowanie makrogeograficzne bogactwa gatunkowego runa w borach sosnowych i mieszanych, zgodnie z którym przeciętna liczba gatunków była wyższa na wschodzie niż na zachodzie kraju.

25 Podsumowanie wyników procesy i zależności 6. Podobnie do zmienności czasowej i przestrzennej liczby gatunków zmieniały się wskaźniki różnorodności runa. Najsilniej było to widoczne dla różnorodności form życiowych, nieco słabiej dla różnorodności gatunkowej i najsłabiej, ale również istotnie statystycznie, dla różnorodności syntaksonomicznej; - w ujęciu ogólnopolskim zmiany wskaźników różnorodności runa miały charakter głównie fluktuacyjny i nie wykazywały wyraźnego zróżnicowania regionalnego i nie były związane z określonym typem lasu. Obserwowano jedynie statystycznie istotny trend wyrównywania się wartości wskaźników różnorodności runa pomiędzy powierzchniami o początkowo wysokiej i niskiej różnorodności; - zmiany stopnia synantropizacji runa miały na większości powierzchni charakter fluktuacyjny i wykazywały niewielkie amplitudy. W wymiarze 15 lat nie obserwuje się przy tym różnic między poszczególnymi dzielnicami i typami zbiorowisk. Występowanie niewielkiej liczby powierzchni ze stałym trendem zmian zmniejszania udziału gatunków z poszczególnych grup świadczy o ustąpieniu/ograniczeniu czynników synantropizacji i postępującym procesie regeneracji składu. Procesy te maja jednak charakter lokalny.

26 Podsumowanie wyników procesy i zależności 7. Zróżnicowanie przestrzenne i zmiany wskaźników bioindykacyjnych miały bardzo różny charakter; - zmiany wskaźnika temperatury (Tsr), wilgotności podłoża (Fsr) oraz zawartości azotu w podłożu (Nsr) miały charakter fluktuacyjny przy zachowaniu stałego wzorca zróżnicowania; - zmiany wskaźnika kontynentalizmu (Ksr) miały być może charakter kierunkowy w Polsce północnej (przynajmniej przez dwa pierwsze okresy) i charakter fluktuacyjny w pozostałej części kraju. Szczególnie dzielnice Bałtycka i Wielkopolsko-Pomorska charakteryzowały się stosunkowo wysokim udziałem powierzchni ze spadkową tendencją wartości tego wskaźnika; - zmiany wskaźnika świetlnego (Lsr) miały wyraźnie charakter kierunkowy, będący efektem wzrostu zacienienia dna lasu. Również kierunkowy charakter (obniżenie wartości) miały zmiany wskaźnika kwasowości podłoża (Rsr), co wskazuje na niewielki, ale istotny wzrost zakwaszenia gleby. Tendencje spadkowe wartości wskaźników Lsr i Rsr przeważały nad wzrostowymi we wszystkich dzielnicach przyrodniczo-leśnych.

27 Wnioski Zmiany struktury i charakteru ekologicznego runa, jakie zaszły w ciągu trzech okresów pięcioletnich na powierzchniach monitoringowych są łącznym rezultatem wielu różnych procesów, kierunkowych i bezkierunkowych, zachodzących w różnych skalach przestrzennych i czasowych. Okres 15 lat jest zbyt krótki, aby zmiany o charakterze kierunkowym mogły się w pełni ujawnić. Niemniej jednak możliwa jest próba identyfikacji głównych przyczyn wywołujących zmiany oraz wyróżnienie typów dynamiki powierzchni monitoringowych. W ujęciu ogólnym zmiany runa można zaliczyć do następujących grup: a) zmiany fluktuacyjne, bezkierunkowe, odzwierciedlające zmiany zachodzące z roku na rok w sposób przypadkowy. Mają one zarówno przyczyny wewnętrzne, specyficzne dla każdej powierzchni oddzielnie (np. dynamika populacji poszczególnych gatunków, wpływ zwierząt, przypadkowe uszkodzenia, itd.), jak i zewnętrzne, przejawiające się w skali regionalnej, jak np. warunki pogodowe. Procesy te dominują bezwzględnie na powierzchniach monitoringowych i są w większości przypadków odpowiedzialne za różnice w wynikach otrzymanych w każdych dwóch kolejnych terminach pomiarowych oddzielonych okresem pięcioletnie.najprawdopodobniej do tej grupy należą między innymi zmiany wskaźnika Fsr.

28 Wnioski b) procesy sukcesyjne, o charakterze kierunkowym, związane z dojrzewaniem fitocenoz i obecnie stosowanymi praktykami leśnymi. Tu niewątpliwie należy m.in. większość zmian w stanowisku syntaksonomicznym powierzchni oraz wzrost liczby gatunków krzewów. Częściowo do tej grupy należą zmiany w liczbie i pokrywaniu gatunków charakterystycznych dla klas Querco-Fagetea i Vaccinio-Piceetea. Mniej oczywisty choć prawdopodobny jest związek z procesami sukcesyjnymi zmian liczby gatunków runa oraz zmiany różnorodności gatunkowej, form życiowych i syntaksonomicznej runa wzrost zacienienia dna lasu, przejawiający się spadkiem wartości wskaźnika Lsr. c) reakcja na oddziaływania człowieka, przejawiające się przede wszystkim zmianami stopnia synantropizacji runa. Z perspektywy czterech terminów pomiarowych wydaje się, że we wszystkich lub prawie wszystkich przypadkach mają one charakter lokalny, i nie są związane z procesami wielkoobszarowymi. Tu może jednak mieścić się zmiana wskaźnika azotu, mająca chyba wymiar regionalny.

29 Wnioski d) zmiany o charakterze ogólnopolskim, które, jak zwracano uwagę w opracowaniu z 2010 r., można być może wiązać z globalnymi zmianami klimatycznymi po czterech terminach obserwacyjnych wydają się mniej wyraziste niż poprzednio. W dalszym ciągu ich występowanie należy raczej traktować jako hipotezę roboczą do dalszych badań i analiz, niż jako wyraźnie stwierdzony proces. Obecność tego typu zmian była sugerowana m.in. przez występujący przez dwa pierwsze pięciolecia większy spadek liczby gatunków runa borów świeżych (Leucobryo- Pinetum i Peucedano-Pinetum) oraz borów mieszanych na wschodzie niż na zachodzie, co jest zgodne z modelem prognostycznym przemian runa lasów pod wpływem postępującego ocieplenia (Solon 2000, 2003). W trzecim jednak pięcioleciu takiej zależności nie zaobserwowano. Z drugiej strony utrzymał się przez trzy pięciolecia słabo zarysowany trend większego wzrostu liczby gatunków runa w lasach liściastych na wschodzie niż na zachodzie. Jednak oba procesy można wytłumaczyć specyfiką biogeograficzną zbiorowisk bez odwoływania się do procesów ogólnopolskich. Sugerowana wcześniej słabo zaznaczona, odmienność dynamiki zmian runa między zachodnią częścią kraju (krainy Bałtycka, Wielkopolsko-Pomorska, Śląska i częściowo Małopolska) oraz częścią wschodnią (kraina Mazursko-Podlaska i częściowo Mazowiecko-Podlaska), nie znalazła potwierdzenia w ostatnim pięcioleciu.

30 Dziękuję za uwagę