Określenie stref zagrożeń lasów Polski przez wybrane czynniki abiotyczne i biotyczne

Transkrypt

1 137 Określenie stref zagrożeń lasów Polski przez wybrane czynniki abiotyczne i biotyczne Tomasz Jabłoński 1, Grzegorz Tarwacki 1, Sławomir Ślusarski 1 1 Instytut Badawczy Leśnictwa, Zakład Ochrony Lasu 1. Wstęp Lasy Polski należą do grupy najsilniej zagrożonych w Europie. W okresie powojennym można wyróżnić dwa okresy charakteryzujące się zróżnicowanym poziomem zagrożenia drzewostanów ze strony owadów. Pierwszy okres, przypadający na lata , cechował względnie niski poziom zagrożenia. Powierzchnia chemicznych zabiegów ochronnych w drzewostanach iglastych nie przekraczała rocznie 50 tys. ha, zaś miąższość posuszu usuniętego w ramach cięć sanitarnych wynosiła 2-3 mln. m 3 rocznie. Zróżnicowanie zagrożenia ze strony szkodliwych owadów leśnych w poszczególnych latach było niewielkie i odnosiło się zwykle do kilku głównych gatunków szkodników pierwotnych. Drugi okres, trwający praktycznie do chwili obecnej, zapoczątkowany został w roku 1979, być może pod wpływem zmian o charakterze klimatycznym. Zmienne oddziaływanie na środowisko leśne klimatu atlantyckiego z zachodu i kontynentalnego ze wschodu wyraziło się kolejno następującymi po sobie anomaliami występowania ekstremalnych czynników termicznych i wilgotnościowych. Po tzw. zimie stulecia ( ) nastąpiło znaczne obniżenie odporności wielu drzewostanów na terenie całego kraju. W kolejnych latach nastąpiły gwałtowne zmiany stosunków wodnych - początkowo nadmiar wody w glebie w okresie wiosennym 1980 i 1981 roku, a następnie jej skrajny niedobór w okresie letnim 1982 i 1983 roku. W 1978 r. zaczęła gwałtownie rozwijać się gradacja brudnicy mniszki (tzw. wielka mniszka ). Okres ten cechował wysoki poziom uszkodzeń lasu - zarówno ze strony szkodników pierwotnych (w 1982 roku chemicznymi zabiegami ochronnymi objęto drzewostany iglaste na sumarycznej powierzchni ponad 2,3 mln. ha - ok. 30% całkowitej powierzchni kraju), jak i szkodników wtórnych (w 1983 roku w ramach cięć sanitarnych usunięto ponad 15,5 mln. m 3 posuszu iglastego). Dominującym czynnikiem kształtującym zagrożenie lasów w tym okresie była cykliczność zjawisk szkodotwórczych. Gradacje różnych gatunków owadów leśnych powtarzały się regularnie w 6-8 lub 13-letnich odstępach i trwały przeciętnie 2-5 lat. Gradacje szkodników pierwotnych miały miejsce w latach i , natomiast gradacje szkodników wtórnych - w latach oraz Obecny poziom zagrożenia lasów przez szkodliwe owady jest w dalszym ciągu wysoki. Na stałym (wysokim) poziomie utrzymuje się zagrożenie

2 138 drzewostanów sosnowych przez szkodniki pierwotne (brudnicę mniszkę, barczatkę sosnówkę, strzygonię choinówkę i boreczniki). Rokrocznie przeciwko tej grupie szkodników wykonywane są chemiczne zabiegi ochronne na powierzchni tys. ha (72 tys. ha w roku 2007). W osłabionych przez długotrwałą suszę drzewostanach liściastych na przestrzeni ostatnich kilku lat rozwijała się gradacja opiętka (szkodnik wtórny) powodując zamieranie drzewostanów dębowych na terenie całego kraju. Tylko w latach usunięto w ramach cięć sanitarnych ponad 1 mln. m 3 posuszu dębowego. Na południu kraju, w drzewostanach świerkowych, dynamicznie rozwijała się gradacja kolejnego bardzo groźnego szkodnika wtórnego - kornika drukarza. W ramach cięć sanitarnych z drzewostanów świerkowych zaatakowanych przez tego szkodnika usunięto w latach ponad 3 mln. m 3 posuszu. Zachodzące w ostatnim okresie czasu zmiany klimatyczne mające niejednokrotnie bardzo dynamiczny lub wręcz katastrofalny przebieg (susze, powodzie, huragany, itp.) nie pozostają bez wpływu zarówno na kondycję drzewostanów jak również stan populacji szkodników leśnych. Powszechnie przyjmuje się, że właśnie czynnik abiotyczne są jednym z trzech głównych czynników (oprócz czynników biotycznych i antropogenicznych) kształtujących kondycję i odporność lasów. Uwzględniono to, m.in. w modelu choroby spiralnej, w którym przyjęto, że klimat, zaburzone stosunki wodne w glebie, czy też zanieczyszczenia powietrza działają przez długie lata jako czynniki predyspozycyjne wpływając na obniżenie kondycji drzew. Na skutek tego drzewostany stają się podatne na przymrozki, suszę wiatr, inwazje owadów liściożernych a więc na czynniki inicjujące, które zwykle są krótkotrwałe, ale prowadzą do jeszcze większego osłabienia kondycji drzewostanu (Rykowski 1990). Dalszym skutkiem tego osłabienia jest łatwe zasiedlenie drzew przez grzyby chorobotwórcze lub owady rozwijające się w drewnie, tzw. szkodniki wtórne klasyfikowane jako czynniki współuczestniczące lub dobijające (np. ww. kornik drukarz lub opiętek dwuplamkowy). Niekorzystne zjawiska atmosferyczne są rezultatem znacznego zróżnicowania warunków klimatycznych panujących na terenie kraju. Zróżnicowanie to wynika głównie stąd, że Polska leży w strefie ścierania się wpływów klimatu kontynentalnego z klimatem morskim. Dodatkowo, na warunki klimatyczne terenów górskich wpływa wysokość nad poziomem morza i wystawa stoków. Różnorodność warunków klimatycznych wskazuje na potrzebę opracowania rejonizacji kraju pod kątem występowania szkód abiotycznych. Zagadnienie to było wielokrotnie tematem dyskusji w środowiskach naukowych od lat 50-tych. Zwracano uwagę na konieczność wyodrębnienia rejonów kraju o różnym zagrożeniu lasów ze strony szkodliwych czynników abiotycznych, w których potrzebne byłoby zróżnicowane postępowanie hodowlano-ochronne umożliwiające powstanie względnie stabilnych drzewostanów. W 1951 r. Nunberg zaproponował podział kraju na 3 strefy zdrowotności lasów (lasy o niskiej odporności, lasy o średniej odporności, lasy odporne) które

3 139 zostały wyodrębnione głównie w oparciu o dane dotyczące występowania szkodników pierwotnych sosny, należących do szerokiej grupy tzw. czynników biotycznych (Koehler 1985). W 1971 r. Koehler opracował nowe strefy zagrożenia lasów Polski, z uwzględnieniem dwóch podstawowych grup szkodników pierwotnych sosny i wtórnych świerka. Utrzymany został podział na trzy główne strefy zaproponowane przez Nunberga, natomiast zmiany dotyczyły granic poszczególnych stref i wyróżnienia w ramach każdej ze stref tzw. wiodącej roli szkodników pierwotnych lub wtórnych. Nie uwzględniono natomiast czynników abiotycznych jak elementu mogącego mieć istotny wpływ (związek) z występowaniem zwłaszcza szkodników wtórnych drzewostanów świerkowych (Koehler 1985). Kolejną próbę wyznaczenia stref zagrożenia lasów w Polsce podjął w 1987 r. Rykowski. Przyjęta metodyka oceny uwzględniała efekt współdziałania wielu czynników sprawczych reprezentujących trzy podstawowe grupy: predysponujące, inicjujące i współuczestniczące (dobijające) zgodnie z wspomnianą powyżej teorią choroby spiralnej. Wśród czynników predysponujących uwzględniono przede wszystkim dwa czynniki abiotyczne, mianowicie długotrwałe susz i imisje przemysłowe. Pominięto natomiast wpływ huraganowych wiatrów i opadów mokrego śniegu w grupie czynników współuczestniczących. Rezultatem przeprowadzonej analizy wieloczynnikowej był podział lasów na pięć grup różniących się nasileniem występowania czynników szkodotwórczych i trzy makroregiony, które wyodrębniono na podstawie różnic w zdrowotności lasów położonych na ich terenie (Rykowski 1987). W 1991 r. powstała rejonizacja kraju dzieląca Polskę na strefy zagrożenia przez wiatr i śnieg opracowana przez Zajączkowskiego. Niestety nie uwzględniała ona szeregu czynników biotycznych, które były brane pod uwagę przy pracach innych ww. autorów nad rejonizacją lasów Polski (Zajączkowski 1991). Ostatnią, jak dotychczas, rejonizację zagrożenia lasów Polski przeprowadzono w 1996 r. W przeprowadzonej analizie uwzględniono dwie główne grupy zagrożeń: entomologiczne (zarówno szkodniki pierwotne, jak również wtórne) i fitopatologiczne. Podjęto również próbę określenia związków pomiędzy tymi grupami a wybranymi czynnikami środowiskowymi (m.in. wiekiem drzewostanu, głównym gatunkami drzew oraz opadami i temperaturami panującymi w analizowanym okresie). Nie uwzględniono natomiast częstotliwości i siły występowania katastrofalnych zjawisk atmosferycznych i ich związku z występowaniem czynników biotycznych (Kolk i in. 1996). 2. Cel badań Analiza literatury przedmiotu wskazuje na znaczną złożoność i wzrastające znaczenie (zarówno poznawcze jak i utylitarne) problematyki

4 140 wyznaczenia rejonów kraju o różnym zagrożeniu lasów ze strony szkodliwych czynników abiotycznych i biotycznych, w których potrzebne byłoby zróżnicowane postępowanie hodowlano-ochronne umożliwiające powstanie stabilnych drzewostanów. Niestety dostępna na ten temat wiedza jest niepełna. Istnieje więc potrzeba dokładnego rozpoznania podstawowych zależności charakteryzujących, pomijane dotychczas, związki pomiędzy powtarzającymi się zjawiskami atmosferycznymi o charakterze klęskowym i grupą szkodników wtórnych, najsilniej powiązaną troficznie z pojawiającymi się na terenach poklęskowych uszkodzonymi drzewami i drzewostanami. Wynikający z przedstawionych wyżej przesłanek podstawowy cel badań zakładał opracowanie rejonizacji (podziału) terenu Polski na strefy obciążone w różnym stopniu przez wybrane czynniki abiotyczne i biotyczne. Celem pobocznym, wynikającym niejako z postawionego powyżej celu głównego, było określenie przydatności gromadzonych dotychczas danych (agregacja dla poszczególnych nadleśnictw) jako wskaźnika poziomu zagrożenia drzewostanów w różnych rejonach kraju. 3. Metodyka badań W badaniach wykorzystano dostępne materiały liczbowe pochodzące z rokrocznie przesyłanych przez Lasy Państwowe do Instytutu Badawczego Leśnictwa raportów dotyczących powierzchni występowania [ha] głównych czynników abiotycznych i biotycznych oraz miąższości drewna [m 3 ] zniszczonego przez ww. czynniki w drzewostanach w wieku powyżej 20 lat na terenie poszczególnych nadleśnictw w latach W ramach wykonanej analizy uwzględniono przede wszystkim 3 główne gatunki lasotwórcze (sosna, świerk i dąb) oraz szkodniki wtórne (grupę najsilniej powiązaną z występowaniem zjawisk atmosferycznych o charakterze klęskowym) w układzie: drzewostany sosnowe przypłaszczek granatek, drzewostany świerkowe zespół korników świerkowych, drzewostany dębowe opiętki. Analiza wpływu ekstremalnych zjawisk atmosferycznych na wspomniany powyżej układ roślina żywicielska szkodnik objęła: wiatr, śnieg, zakłócenia stosunków wodnych (podtopienia, powodzie), pożary, niskie i wysokie temperatury, grad, imisje przemysłowe. Analizę zgromadzonych danych oparto o wielowymiarowe techniki eksploracyjne z wykorzystaniem hierarchicznych [grupowanie metodą aglomeracyjną z wykorzystaniem metody Warda] i niehierarchicznych metod grupowania - grupowanie metodą k-średnich. Analizę statystyczną przeprowadzono dwuetapowo (A ustalenie optymalnej liczby grup metodą aglomeracyjną; B określenie przynależności poszczególnych nadleśnictw do grup określonych w kroku A metodą k- średnich), w trzech wariantach:

5 141 I wyłącznie powierzchnia występowania czynników abiotycznych, II wyłącznie miąższość drewna zniszczonego przez czynniki abiotyczne i biotyczne, III razem powierzchnia występowania czynników abiotycznych i miąższość drewna zniszczonego przez czynniki abiotyczne i biotyczne. Ze względu na różnomianowość porównywanych danych [ha, m 3 ], przed przystąpieniem do analiz statystycznych przeprowadzono ich standaryzację umożliwiającą porównywanie rozkładu wartości dla wielu zmiennych i wielu grup niezależnie od ich miana. Wykorzystane metody analityczne nie uwzględniały sąsiedztwa poszczególnych obiektów (nadleśnictw). Wszystkie obliczenia statystyczne wykonano oprogramowanie STATISTICA firmy StatSoft. Wizualizację wyników przeprowadzonych analiz wykonano metodami interpolacyjnymi pomiędzy centroidami poligonów odpowiadających granicom nadleśnictw. Za pomocą metody IDW (metoda odwrotnej odległości) przedstawiono dane dotyczące powierzchni występowania poszczególnych czynników abiotycznych i miąższości drewna zniszczonego przez czynniki abiotyczne i szkodniki wtórne z podziałem na gatunki drzew. Kriging prosty (uwzględniający sąsiedztwo obiektów) zastosowano do wizualizacji wyników III wariantu opisanej powyżej analizy statystycznej. Dodatkowo, celem poprawy czytelności podziału na strefy, każdej z przyjętych grup przyporządkowano rangę zagrożenia ranga 4 (zagrożenie bardzo silne), ranga 3 (zagrożenie silne), ranga 2 (zagrożenie średnie), ranga 1 (zagrożenie słabe), ranga 0 (brak zagrożenia). Wszystkie analizy przestrzenne wykonano przy pomocy oprogramowania ArcGis firmy Esri. 4. Wyniki badań Analiza sumarycznej powierzchni występowania wybranych czynników abiotycznych wykazała znaczna zmienność tego parametru zarówno w poszczególnych nadleśnictwach, jak również w zależności od typu czynnika. Spośród siedmiu analizowanych czynników abiotycznych, największe znaczenie miały trzy: huraganowe wiatry, okiść śniegowa i lodowa oraz zakłócenia stosunków wodnych (głównie powodzie i podtopienia). W przypadku silnych (huraganowych) wiatrów wyraźnie widoczny jest korytarz (aleja) ciągnący się od południowego zachodu (RDLP we Wrocławiu i Poznaniu) przez centralną Polskę (RDLP w Łodzi) do północnego wschodu Polski (RDLP w Olsztynie i Białymstoku) w którym sumaryczna powierzchnia drzewostanów w wieku powyżej 20 lat uszkodzonych przez huraganowe wiatry w latach w większości nadleśnictw wahała się w przedziale od 3 tys. ha do ponad 20 tys. ha. Widoczne są również pojedyncze nadleśnictwa na terenie RDLP w Zielonej Górze (zachód), RDLP

6 142 w Lublinie (wschód) i RDLP w Krakowie i Krośnie (południe), w których odnotowano od 3 tys. do 20 tys. ha uszkodzonych drzewostanów (rycina 1.). Rycina 1. Sumaryczna powierzchnia drzewostanów w wieku powyżej 20 lat, w których stwierdzono szkody spowodowane przez silne wiatry w latach (dla nadleśnictw) Odmienny układ przestrzenny widoczny jest w przypadku powierzchni drzewostanów uszkodzonych przez śnieg i lód. Wyraźnie widoczne są trzy odizolowane od siebie rejony Polski silnie obciążone tego typu szkodami. Pierwszy rejon obejmuje południową i południowo-zachodnią część kraju (RDLP we Wrocławiu i Katowicach), drugi wschód (RDLP w Lublinie) i trzeci północny zachód (RDLP w Olsztynie i Białymstoku). W ww. rejonach sumaryczna powierzchnia drzewostanów w wieku powyżej 20 lat uszkodzonych przez okiść śniegową i lodową w latach w większości nadleśnictw kształtuje się na poziomie od 500 ha do ponad 10 tys. ha (rycina 2.). Należy również zaznaczyć, że lasy RDLP we Wrocławiu, Olsztynie i Białymstoku były często nękane w analizowanym okresie przez huraganowe wiatry. W przypadku kategorii zakłócenia stosunków wodnych można zaobserwować wyraźną koncentrację powierzchni drzewostanów podtopionych i zalanych w dorzeczach górnej Wisły (RDLP w Katowicach), górnej i środkowej Odry i Warty (RDLP we Wrocławiu i Poznaniu) oraz w mniejszej skali w dorzeczu Wieprza (RDLP w Lublinie) i środkowej Wisły (RDLP w Warszawie). W ww. rejonach sumaryczna powierzchnia drzewostanów w wieku powyżej 20 lat podtopionych lub zalanych w latach w większości nadleśnictw przyjmowała wartości od 3 tys. ha do ponad 20 tys. ha (rycina 3.).

7 143 Rycina 2. Sumaryczna powierzchnia drzewostanów w wieku powyżej 20 lat, w których stwierdzono szkody spowodowane przez śnieg i lód w latach (dla nadleśnictw) Rycina 3. Sumaryczna powierzchnia drzewostanów w wieku powyżej 20 lat, w których stwierdzono szkody spowodowane zakłócenie stosunków wodnych w latach (dla nadleśnictw). Biorąc pod uwagę wyłącznie dane dotyczące powierzchni występowania ww. czynników abiotycznych wszystkie nadleśnictwa można podzielić na 4 główne grupy wyraźnie różniące się powierzchnią występowania szkód powodowanych przede wszystkim przez huraganowe wiatry, okiść śniegową i lodową i zakłócenia stosunków wodnych (rycina 4.). Drugim elementem podlegającym analizie w niniejszej pracy była miąższość drewna zniszczonego przez poszczególne czynniki abiotyczne i

8 144 zasiedlonego przez wybrane szkodniki wtórne z podziałem na trzy główne gatunki lasotwórcze (sosnę, świerka i dąb). Stwierdzono znaczne podobieństwo w rozmieszczeniu przestrzennym szkód powodowanych przez analizowane czynniki abiotyczne i biotyczne u wszystkich trzech gatunków drzew. W drzewostanach sosnowych największe szkody, przekraczające 50 tys. m 3 dla nadleśnictwa stwierdzono w dwóch rejonach kraju na południu i południowym zachodzie (RDLP w Katowicach i Wrocławiu) oraz na wschodzie i północnym wschodzie Polski (RDLP W Lublinie, Białymstoku i Olsztynie). Maksymalna miąższość drewna usuniętego z drzewostanów uszkodzonych przez czynniki abiotyczne i zasiedlonego przez szkodniki wtórne w latach przekraczała 400 tys. m 3 odrębnie dla każdej z ww. grup (czynniki abiotyczne i biotyczne rycina 5.) *Odl/Odl.maks Runowo Kozienice Łopuchówko Syców Wielbark Wipsowo Góra Śląska Krasnystaw Chełm Piaski Włoszczowa Zawadzkie Leśny Dwór Lądek Zdrój Babki Bartoszyce Jugów Spała Milomłyn Iława Węgierska Góra Ostrowiec Korpele Pomorze Olkusz Żołędowo Ujsoły Ostrów Mazowiecka Lesko Przemków Józefów Świętoszów Pieńsk Chrzanów Borki Zdrojowa Góra Złocieniec Koniecpol Andrychów Szczecinek Radzyń Podlaski Poddębice Łosie Szczebra Rózanna Międzychód Orneta Gromnik Osusznica Drawno Krasiczyn Marcule Rudka Smardzewice Strzelce Kraj. Krzyż Rokita Rymanów Bierzwnik Łupawa Łagów Młynary Piotrków Woziwoda Turek Lidzbark Węgliniec Lubartów Gościeradów Mircze Parciaki Lubliniec Jastrowie Pisz Zagnańsk Jeleśnia Miradz Kalisz Pom. Głogów Przytok Siedlce Złoty Potok Supraśl Kościerzyna Bełchatów Rybnik Solec Kujawski Rozwadów Gdańsk Gniezno Herby Spychowo Rudziniec Łomża Lutowiska Niepołomice Nowogród Lubin Świdwin Jędrzejów Łąck Zielona Góra Oborniki Chotyłów Bytnica Krościenko Włodawa Zdroje Brzeziny Browsk Przysucha Oleśnica Śląska Kobiór Olsztynek Dąbrowa Waliły Międzyrzec Szprotawa Krynki Nurzec Zwierzyniec Karczma Borowa Choczewo Turawa Prudnik Olsztyn Kwidzyn Szubin Międzyzdroje Sokołów Grójec Krosno Torzym Chocianów Wronki Dobrocin Chojnów Łuków Olecko Rycina 4. Grupowanie nadleśnictw metodą hierarchiczną wg powierzchni występowania wybranych czynników abiotycznych (czerwoną linią zaznaczono poziom tzw. siły wiązania dla której przyjęto podział na grupy). Poziom szkód odnotowanych w latach w drzewostanach świerkowych był znacznie wyższy i kształtował się na poziomie ponad 1,5 mln. m 3 dla nadleśnictwa (wartości maksymalne ryc. 6.). Najwyższy poziom uszkodzeń wyrażony masą drewna zniszczonego przez czynniki abiotyczne i zasiedlonego przez szkodniki wtórne koncentrował się na północy (RDLP w Białymstoku, Olsztynie, Gdańsku i Szczecinku) i południu kraju (RDLP we Wrocławiu, Katowicach i Krakowie). Odmiennie przedstawiało się nasilenie i rozkład szkód powodowanych przez czynniki abiotyczne i biotyczne w drzewostanach dębowych. Widoczny jest przede wszystkim jeden rejon kraju charakteryzujący się wyraźnie wyższym poziomem szkód powodowanych przez czynniki abiotyczne

9 145 A B Rycina 5. Sumaryczna miąższość złomów i wywrotów (A) oraz drewna zasiedlonego przez szkodniki wtórne (B) usunięta z drzewostanów sosnowych w latach (dla nadleśnictw). A B Rycina 6. Sumaryczna miąższość złomów i wywrotów (A) oraz drewna zasiedlonego przez szkodniki wtórne (B) usunięta z drzewostanów świerkowych w latach (dla nadleśnictw). (RDLP we Wrocławiu) w którym maksymalna miąższość drewna zniszczonego w latach , dla nadleśnictwa, przekraczała 100 tys. m3. Na pozostałym terenie kraju maksymalne wartości tego parametru nie przekraczały 25 tys. m3, w analogicznym okresie. Wzmożona aktywność szkodników wtórnych widoczna jest natomiast w dwóch rejonach Polski zachodniej i południowej (RDLP w Poznaniu i Wrocławiu) oraz wschodniej i północnowschodniej (RDLP w Lublinie, Warszawie, Białymstoku i Olsztynie). W ww. regionach maksymalna masa drewna dębowego zasiedlonego przez szkodniki wtórne przekraczała 100 tys. m 3 dla nadleśnictwa (rycina 7).

10 146 A B Rycina 7. Sumaryczna miąższość złomów i wywrotów (A) oraz drewna zasiedlonego przez szkodniki wtórne (B) usunięta z drzewostanów dębowych w latach (dla nadleśnictw). Na podstawie analizy podobieństw pomiędzy nadleśnictwami uwzględniającej wyłącznie miąższość drewna zniszczonego przez czynniki abiotyczne (łącznie) i usuniętego w ramach cięć sanitarnych drewna zasiedlonego przez szkodniki wtórne z podziałem na trzy gatunki lasotwórcze (sosnę, świerka i dąb) można je (nadleśnictwa) podzielić na 8 grup różniących się przede wszystkim wielkością szkód w drzewostanach sosnowych, świerkowych i dębowych (rycina 8.) *Odl/Odl.maks Ruszów Chocianów Choszczno Barycz Włoszakowice Marcule Pieńsk Brzeziny Grodzisk Koło Garwolin Kraśnik Henryków Dębica Kańczuga Lubsko Goleniów Międzyzdroje Opoczno Pińczów Skwierzyna Radziwiłłów Czersk Ostrołeka Międzychód Karwin Stąporków Kłodawa Wronki Złoty Potok Brzózka Spychowo Tomaszów Miradz Bogdaniec Kutno Krucz Starachowice Radomsko Świerczyna Bobolice Trzebielino Konin Dąbrowa Cierpiszewo Bełchatów Złocieniec Parciaki Lutowiska Limanowa Bircza Kolbuszowa Nowy Sącz Gromnik Andrychów Nawojowa Wisła Kamienna Góra Lwówek Śl. Śnieżka Jugów Bystrzyca Myślenice Kolbudy Suwałki Czerwony Dwór Lębork Supraśl Wejherowo Krościenko Krotoszyn Pułtusk Jabłonna Rudka Syców Wołów Kudypy Przedbórz Rudy Raciborskie Rudziniec Zawadzkie Janów Lubelski Olesno Giżycko Żednia Drygały Szczecinek Czarne Człuch. Bielsk Bierzwnik Szubin Wyszków Poddębice Łąck Ciechanów Włodawa Międzyrzec Czarniejewo Sarnaki Sokołów Zaporowo Mircze Gołdap Strzałowo Gubin Rybnik Krzeszowice Karnieszewice Dobrocin Niepołomice Tułowice Prószków Mrągowo Zwierzyniec Kaliska Okonek Tuczno Trzcianka Babimost Antonin Kozienice Kalisz Pom. Włocławek Rózanna Krosno Rytel Bolewice Ostrowiec Jastrowie Osusznica Lubichowo Kościerzyna Białogard Gościno Świerklaniec Starogard Waliły Płaska Rycina 8. Grupowanie nadleśnictw metodą hierarchiczną wg miąższości drewna zniszczonego przez czynniki abiotyczne i biotyczne (czerwoną linią zaznaczono poziom tzw. siły wiązania dla której przyjęto podział na grupy).

11 147 Stwierdzone w trakcie analizy różnice w liczbie grup (w zależności od zestawu danych źródłowych) nie pozwoliły zatem jednoznacznie ustalić liczby grup do którą można przyjąć jak punkt wyjścia w drugim etapie analizy statystycznej (zastosowanie niehierarchicznych metod grupowania). Zatem w trzeciej turze grupowania nadleśnictw, uwzględniającej zarówno dane dotyczące powierzchni występowania ww. czynników abiotycznych, jak również miąższości drewna zniszczonego przez czynniki abiotyczne wyodrębniono dwa warianty różniące się liczbą grup nadleśnictw (ryc. 9.). W wariancie I liczba grup nadleśnictw wyniosła 6, natomiast w wariancie II 8. Do dalszych analiz statystycznych przyjęto liczbę grup nadleśnictw = 8 (przede wszystkim ze względu na znaczne różnice w udziale drzewostanów sosnowych, świerkowych i dębowych w poszczególnych nadleśnictwach). Grupowanie nadleśnictw metodą k-średnich pozwoliło określić liczebność każdej z 8 grup, przyjętych w poprzednim etapie analizy, oraz ich charakterystykę pod kątem przeciętnego obciążenia przez abiotyczne i biotyczne czynniki szkodotwórcze. W tab. 1 różnymi kolorami oznaczono grupy od najsilniej (kolor ciemnoczerwony) do najsłabiej obciążonych (kolor ciemnozielony) częstym występowaniem szkód powodowanych przez czynniki abiotyczne i biotyczne. Najliczniejsza jest grupa 3 obejmująca 304 nadleśnictwa należące do 17 rdlp i stanowiąca swego rodzaju tło dla pozostałych grup. Jest to jednocześnie grupa najsłabiej obciążona szkodami powodowanymi przez analizowane grupy czynników. Przeciętna powierzchnia występowania czynników abiotycznych w latach dla tej grupy wynosi 382 ha, a przeciętna miąższość drewna usuniętego z drzewostanów *Odl/Odl.maks Wisła Żmigród Piaski Oleśnica Śląska Katowice St. Jabłonki Przedbórz Kamienna Góra Przemków Lesko Ostrów Mazowiecka Jagiełek Cybinka Pieńsk Chrzanów Zawadzkie Pomorze Złotoryja Kościan Borki Świdnica Śnieżka Ustroń Jeleśnia Bielsko Gdańsk Chełm Rudka Durowo Radzyń Podlaski Siedlce Szczebra Zaporowo Strzelce Gołdap Kozienice Henryków Krasnystaw Strzałowo Korpele Głeboki Bród Czerwony Dwór Rudziniec Miastko Ełk Prudnik Jarosław Namysłów Włoszczowa Brodnica Złoczew Giżycko Przasnysz Brzeziny Browsk Gniezno Szczecinek Lipusz Żednia Drygały Bielsk Gryfino Grodzisk Szprotawa Skwierzyna Stąporków Trzebież Łagów Rymanów Dynów Strzyżów Dębica Andrychów Trzebielino Toruń Lubniewice Wolsztyn Karwin Drawno Turek Płytnica Biłgoraj Ostrołeka Krucz Starachowice Rudnik Manowo Kaczory Chocianów Przymuszewo Bełchatów Lipinki Bydgoszcz Kalisz Rozwadów Lutowiska Płońsk Swiebodzin Szklarska Poręba Babki Brzózka Koło Kutno Łupawa Knyszyn Bardo Piwniczna Łosie Koniecpol Białowieża Białogard Rokita Człuchów Osusznica Olsztynek Krynki Golub-Dobrzyń Rytel Czarnobór Okonek Sarbia Trzcianka Człopa Gniewkowo Połczyn Zdrój Choszczno Olsztyn Marcule Przytok Bierzwnik Złotów Gościeradów Antonin Biała Podlaska Narol Kluczbork Płaska Kaliska Rycina 9. Grupowanie nadleśnictw metodą hierarchiczną wg powierzchni występowania wybranych czynników abiotycznych i miąższości drewna zniszczonego przez czynniki abiotyczne i biotyczne (zieloną linią zaznaczono wariant I podziału na grupy nadleśnictw, natomiast czerwoną linią zaznaczono wariant II podziału na grupy nadleśnictw).

12 miąższość [m3] powierzchnia [ha] 148 uszkodzonych przez czynniki abiotyczne i biotyczne kształtowała się na poziomie 8029 m 3. Głównymi czynnikami wpływającymi na wielkość szkód w tej grupie są huraganowe wiatry i zakłócenia stosunków wodnych (kategoria woda w tab.1.). Uszkadzane są przede wszystkim drzewostany sosnowe - w równym stopniu przez czynniki abiotyczne i biotyczne (szkodniki wtórne). Najwyższym poziomem szkód powodowanych przez analizowane czynniki charakteryzują się trzy grupy nadleśnictw: grupa 1, grupa 6 i grupa 8. W grupie 1 znajduje się 5 nadleśnictw: Przedbórz (RDLP w Łodzi), Iława, Miłomłyn, Kudypy i Stare Jabłonki (RDLP w Olsztynie ryc. 10.) charakteryzujących się przeciętną powierzchnią występowania czynników w analizowanym okresie na poziomie 2005 ha i przeciętną miąższością drewna zniszczonego przez czynniki abiotyczne i biotyczne wynoszącą m 3. Głównymi czynnikami kształtującymi poziom szkód w tej grupie była okiść śniegowa i lodowa oraz, w mniejszym stopniu, huraganowe wiatry. Największe szkody dotyczyły drzewostanów sosnowych oraz świerkowych. Największe szkody odnotowano w drzewostanach sosnowych spowodowane przede wszystkim przez czynniki abiotyczne (tabela 1). Tabela 1. Charakterystyka nadleśnictw pod kątem średniej powierzchni występowania wybranych czynników abiotycznych i średniej miąższości drewna zniszczonego przez czynniki abiotyczne (czab) i szkodniki wtórne (szwt) w latach grupa 1 grupa 6 grupa 8 grupa 4 grupa 7 grupa 2 grupa 5 grupa 3 grad imisje temp pożary śnieg wiatr woda Suma So_szwt So_czab Św_szwt Św_czab Db_szwt Db_czab Suma liczba nadleśnictw

13 149 Grupa 6 składała się również z 5 nadleśnictw: Herby, Olesno (RDLP w Katowicach) i Wołów, Legnica, Żmigród (RDLP we Wrocławiu ryc. 10.). Podstawą do wyróżnienia tej grupy, oprócz różnic w przeciętnej powierzchni i miąższości, była odmienna hierarchia głównych abiotycznych czynników szkodotwórczych, mianowicie: zakłócenia stosunków wodnych (głównie powodzie), huraganowe wiatry i okiść śniegowa i lodowa. Odmienny był również udział szkód w trzech typach analizowanych drzewostanów dominowały szkody w drzewostanach sosnowych i dębowych (w obu przypadkach głównie abiotyczne). Przeciętną powierzchnia występowania analizowanych czynników w latach kształtowała się na poziomie 1497 ha, a przeciętna miąższość drewna zniszczonego przez czynniki abiotyczne i biotyczne m 3 (tabela 1). Trzecią najsilniej obciążoną szkodami abiotycznymi i biotycznymi była grupa 8 obejmująca 3 nadleśnictwa: Ujsoły, Węgierska Górka i Wisła należące do RDLP w Katowicach. Głównymi czynnikami wpływającymi na wielkość szkód w tej grupie są niskie i wysokie temperatury, zakłócenia stosunków wodnych (głównie susze) i huraganowe wiatry. Uszkodzenia dotyczyły prawie wyłącznie drzewostanów świerkowych w których głównym czynnikiem szkodotwórczym były szkodniki wtórne (kornik drukarz) powodujący niszczący średniorocznie m 3 drewna w nadleśnictwie. Przeciętna powierzchnia występowania czynników abiotycznych w latach dla tej grupy wynosi 924 ha, a przeciętna miąższość drewna zniszczonego przez czynniki abiotyczne i biotyczne kształtowała się na poziomie m 3 (tabela 1). Rycina 10. Rozmieszczenie nadleśnictw należących do 8 grup zagrożenia przez czynniki abiotyczne i biotyczne (0 brak danych). W grupach: 4, 7, 2 i 5 znajdują się nadleśnictwa na terenie których zagrożenie ze strony analizowanych czynników abiotycznych i biotycznych

14 150 kształtuje się w przedziale od średniego grupa 4 i grupa 7 do słabego grupa 2 i grupa 5 (tab. 1.). Grupa 4 obejmuje 30 nadleśnictw należących do 9 rdlp. Na terenie RDLP we Wrocławiu znajduje się 11 nadleśnictw należących do tej grupy. Pozostałe nadleśnictwa znajdują się na terenie RDLP w Olsztynie 5, RDLP w Pile 3, RDLP w Szczecinie 3, RDLP w Zielonej Górze 3, RDLP w Katowicach 2 i po 1 nadleśnictwie na terenie RDLP w Krakowie, Łodzi i Poznaniu (rycina 10.). Grupa 7 obejmuje 13 nadleśnictw należących do 4 rdlp. W tym, na terenie RDLP we Wrocławiu i Katowicach znajdują się po 4 nadleśnictwa należące do tej grupy. Pozostałe nadleśnictwa należące do tej grupy znajdują się na terenie RDLP w Gdańsku 3 nadleśnictwa i po 1 nadleśnictwie na terenie RDLP w Krakowie i Szczecinku (rycina 10). Grupa 2 obejmuje 39 nadleśnictw należących do 7 rdlp. Większość nadleśnictw położona jest na terenie RDLP we Wrocławiu i Białymstoku odpowiednio 12 i 11 nadleśnictw. Na terenie RDLP w Katowicach 4 nadleśnictwa i po 3 nadleśnictwie na terenie RDLP w Krakowie, Olsztynie, Gdańsku i Szczecinku (rycina 10). Grupa 5 obejmuje 14 nadleśnictw należących do 4 rdlp. Z czego zdecydowana większość na terenie RDLP w Katowicach 10 nadleśnictw. Pozostałe nadleśnictwa znajdują się na terenie RDLP w Białymstoku 2 nadleśnictwa i po 1 nadleśnictwie na terenie RDLP w Poznaniu i Wrocławiu (ryc. 10.). Jednym z głównych ograniczeń zastosowanej niehierarhicznej metody grupowania jest brak możliwości uwzględnienia sąsiedztwa grupowanych obiektów (nadleśnictw), dlatego też do wyznaczenia granic rejonów kraju różniących się poziomem zagrożenia ze strony abiotycznych i biotycznych czynników szkodotwórczych użyto zaawansowanej metody interpolacyjnej, tzw. krigingu prostego, który uwzględnia również ten element. Rezultat wykonanej w ten sposób analizy przedstawiono na rycinie 11. Rycina 11. Strefy zagrożenia lasów Polski przez wybrane czynniki abiotyczne i biotyczne.

15 151 Widoczne są znaczne różnice w poziomie zagrożenia poszczególnych regionów kraju, przede wszystkim bardzo wysokie obciążenie szkodami powodowanymi przez czynniki abiotyczne i biotyczne południowej i południowo zachodniej Polski oraz wschodniej i północnej części kraju. Od północnego zachodu, poprzez Polskę środkową, do południowo-wschodnich krańców kraju przebiega charakterystyczny pas stosunkowo niskiego zagrożenia. Do grupy nadleśnictw zagrożonych bardzo silnie (ranga 4) zaliczono wszystkie nadleśnictwa z grup: 1, 6 i 8, zagrożenie silne (ranga 3) obejmuje nadleśnictwa: 4 i 7, grupy nadleśnictw 2 i 5 są zagrożone przez zespół analizowanych czynników abiotycznych i biotycznych w stopniu średnim, natomiast zagrożenie słabe (ranga 1) obejmuje całą grupę 3. Nie stwierdzono nadleśnictw niezagrożonych (ranga 0). Do najbardziej zagrożonych rdlp można zaliczyć (w kolejności od najbardziej zagrożonych): RDLP we Wrocławiu, RDLP w Katowicach, RDLP w Olsztynie, RDLP w Gdańsku i RDLP w Białymstoku (rycina 11). 5. Omówienie wyników badań Czynniki abiotyczne w istotny sposób oddziałują negatywnie na planową i wielofunkcyjną gospodarkę leśną. Oprócz bezpośredniego wpływu polegającego na niszczeniu, niejednokrotnie znacznych zasobów leśnych, są niewątpliwie ważnym czynnikiem indukującym powstawanie i rozwój szeroko rozumianych zjawisk chorobowych w uszkodzonych przez nie drzewostanach, m.in. przyczyniają się do powstawania tzw. bazy lęgowej dla rozwijających się na uszkodzonych drzewach szkodników wtórnych. Niestety zjawiska atmosferyczne są w zasadzie nieprzewidywalne w dłuższej perspektywie czasowej, co uniemożliwia podjęcie racjonalnych i efektywnych działań zapobiegających rezultatom ich wystąpienia. Dlatego też istotne znaczenie ma rejonizacja kraju pod kątem obciążenia poszczególnych nadleśnictw, rdlp i całych regionów Polski przez ww. czynniki abiotyczne która może być podstawą do tworzenia planów hodowlano-ochronnych ukierunkowanych na tworzenie względnie stabilnych drzewostanów lub tzw. rozpraszanie ryzyka. W niniejszej pracy podjęto próbę opracowania rejonizacji kraju w oparciu o dostępne dane dotyczące powierzchni występowania wybranych czynników abiotycznych i miąższości drewna zniszczonego przez wspomniane czynniki oraz przez wybrane gatunki szkodników wtórnych należące do grupy tzw. czynników biotycznych. Przeprowadzona analiza wykazała wzajemne podobieństwo szeregu nadleśnictw, które połączono w 8 grupach różniących się od siebie nasileniem występowania analizowanych czynników abiotycznych i biotycznych. Końcowym rezultatem przeprowadzonego postępowania badawczego było określenie regionów Polski zagrożonych w stopniu słabym, średni, silnym i bardzo silnym. Postawione cele badawcze zrealizowano przy użyciu nie stosowanych dotychczas w tej dziedzinie narzędzi analizy skupień, która służy do

16 152 eksploaracyjnej analizy danych, czyli ułożenie obiektów w grupy w taki sposób, aby stopień powiązania obiektów z obiektami należącymi do tej samej grupy był jak największy, a z obiektami z pozostałych grup jak najmniejszy. Analiza skupień może być więc wykorzystywana do wykrywania struktur w danych bez ich wcześniejszej interpretacji/wyjaśnienia (wykrywa struktury w danych bez wyjaśniania dlaczego one występują). Zastosowana metoda, oprócz niezaprzeczalnych zalet, posiada również szereg ograniczeń polegających m.in. na uznaniowym (arbitralnym) ustalaniu liczby grup przez badacza (w metodzie k-średnich), które zostały w znacznym stopniu wyeliminowane przez odpowiednie ustalenie kolejności analiz rozpoczynających się od hierarchicznego ustalenia liczby grup i ich niehierarhicznej analizie ww. metodą k-średnich. Istotny wpływ na uzyskane wyniki miał również zakres danych włączonych do analizy. Ze względu na stosunkowo krótki okres (lata ) objęty badaniami widoczny jest silny wpływ największych zjawisk klęskowych, które miały miejsce w tym czasie na terenie kraju. Należy tu wymienić przede wszystkim huragan Cyryl który w styczniu 2007 r. przeszedł nad Polską wywracając i łamiąc ponad 4,4 mln m 3 drewna. Wysoki poziom szkód stwierdzono praktycznie we wszystkich 17 rdlp jednak najbardziej ucierpiały drzewostany w południowej części kraju (głównie świerkowe). Na terenie RDLP we Wrocławiu masa złomów i wywrotów osiągnęła wartość 2 mln m 3. Znaczne szkody odnotowano również na terenie RDLP w Katowicach (459 tys. m 3 ) oraz Szczecinie (286 tys. m 3 ) i Poznaniu (270 tys. m 3 Kolk i in. 2009). W sierpniu 2008 roku przez teren południowo-zachodniej i centralnej i północno-wschodniej Polski przeszedł wyjątkowo silny huragan połączony z trąbą powietrzną (tornadem). Na podstawie powstałych zniszczeń oszacowano, że jej siła osiągnęła wartość F4/T8, co odpowiadało wiatrowi wiejącemu z prędkością km/h. Sumaryczna wielkość szkód spowodowanych przez to zjawisko atmosferyczne przekroczyła 0,5 mln m 3. Największe szkody odnotowano na terenie 3 rdlp w: Katowicach (356 tys. m 3 ), Olsztynie (116 tys. m 3 ) i Białymstoku (30 tys. m 3 ), w pozostałych rdlp nie przekroczyły kilku tys. m 3. Na terenie RDLP w Katowicach szkodami objętych zostało 1550 ha w 7 nadleśnictwach (Kolk i in. 2010). Do zdarzeń o charakterze klęskowym w 2010 r. należy zaliczyć przede wszystkim styczniową silną okiść śniegową i lodową która miała miejsce w północno-wschodniej części RDLP w Katowicach na powierzchni 27,8 tys. ha. Efektem tego zjawiska atmosferycznego były szkody oszacowane na ponad 1,6 mln m 3 zniszczonego surowca drzewnego (wywroty i złomy). Drugim czynnikiem, który przyczynił się do znacznych szkód na terenie całego kraju była katastrofalna powódź z maja i czerwca 2010 r. Największe szkody odnotowano na terenie nadleśnictw należących do RDLP we Wrocławiu, natomiast łącznie na terenach RDLP w Krakowie, Katowicach, Krośnie i Wrocławiu zniszczeniu uległo 8600 ha drzewostanów, upraw i szkółek leśnych (Kolk i in. 2011).

17 153 Uzyskane wyniki badań potwierdzają znaczne zróżnicowanie terenu kraju pod kątem zagrożenia ze strony wybranych czynników abiotycznych i biotycznych. Bardzo silne i silne zagrożenie na północno-wschodnim i południowo-zachodnim krańcach Polski i pas niskiego zagrożenia rozdzielający obie strefy. Częściowo potwierdzają to badania Zajączkowskiego dotyczące odporności lasu na szkodliwe działanie wiatru i śniegu, w których jako najbardziej zagrożone dwoma ww. czynnikami wskazano północną i południową część kraju (Zajączkowski 1991). Odmienne wyniki uzyskał natomiast Kolk klasyfikując jako najbardziej zagrożoną przez czynniki biotyczne północno-zachodnią i południową Polskę (Kolk i in. 1996). Główną przyczyną powstałych różnic jest różny zakres danych użytych do rejonizacji, o których wspomniano we wstępie niniejszej pracy. Odnotowane rozbieżności w kolejnych rejonizacjach (klasyfikacjach) i uboga literatura przedmiotu w tym zakresie wskazują, z jednej strony na znaczną dynamikę zmian środowiska przejawiającą się m.in. wzrastającą częstotliwością gwałtownych zjawisk pogodowych, z drugiej na potrzebę opracowania metodyki kompleksowej oceny zagrożenia (obciążenia) lasów przez główne grupy czynników szkodotwórczych jako narzędzia wspomagającego podejmowanie decyzji w warunkach wymagających analizy wielu czynników i mających niejednokrotnie różny charakter. 6. Wnioski Zgromadzone dane (dla nadleśnictw) i zastosowane metody analityczne pozwoliły na wyodrębnienie 8 grup nadleśnictw i 4 rejonów Polski różniących się obciążeniem lasów przez czynniki abiotyczne i szkodniki wtórne do których. Głównymi czynnikami różnicującymi ww. grupy i rejony były huraganowe wiatry, intensywne opady śniegu i oblodzenia oraz zakłócenia stosunków wodnych (susze i powodzie). Wzmożone występowanie szkodników wtórnych koncentruje się na terenach najsilniej obciążonych szkodami powodowanymi przez ww. czynniki abiotyczne. W celu potwierdzenia i precyzyjnego wyznaczenia granic poszczególnych stref zagrożenia wskazane jest uwzględnienie danych obejmujących dłuższy okres czasu oraz uwzględniających skład gatunkowy drzewostanów w poszczególnych nadleśnictwach i powierzchnię występowania szkodników wtórnych. Wyznaczenie stref obciążenia przez czynniki abiotyczne i szkodniki wtórne jest podstawą do opracowania lokalnych (nadleśnictwo) lub regionalnych (rdlp) programów postępowania hodowlanoochronnego w drzewostanach permanentnie zagrożonych przez zespół czynników abiotycznych i biotycznych.

18 154 Istnieje uzasadniona potrzeba weryfikacji opracowanych dotychczas rejonizacji obciążenia drzewostanów przez szkodliwe czynniki abiotyczne i biotyczne i opracowania nowej metodyki takiej rejonizacji (klasyfikacji), która może być wykorzystana jako narzędzie wspomagające podejmowanie decyzji w warunkach wymagających analizy wielu czynników i mających niejednokrotnie różny charakter. Literatura Koehler W., 1985: Zarys Hylopatologii. Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Kolk A., Lech P., Sierota Z., 1996: Określenie stref zagrożeń lasów Polski przez czynniki biotyczne. Państwowa Inspekcja Ochrony Środowiska, Biblioteka Monitoringu Środowiska, 136 pp. Kolk A., Grodzki W., Jabłoński T., Jachym M., Jaworski T., Małecka m., Plewa R., Pudełko M., Sierota Z., Stocka T., Ślusarski S., Tarwacki G., Wolski R., Woreta D., 2009: Krótkoterminowa prognoza występowania ważniejszych szkodników i chorób infekcyjnych drzew leśnych w Polsce w 2009 roku. Instytut Badawczy Leśnictwa, Kolk A., Grodzki W., Jabłoński T., Jachym M., Jaworski T., Małecka M., Mykhayliv O., Plewa R., Pudełko M., Sierota Z., Stocka T., Ślusarski S., Tarwacki G., Wolski R., Woreta D., 2010: Krótkoterminowa prognoza występowania ważniejszych szkodników i chorób infekcyjnych drzew leśnych w Polsce w 2010 roku. Instytut Badawczy Leśnictwa, Kolk A., Grodzki W., Jabłoński T., Jachym M., Jaworski T., Małecka M., Plewa R., Pudełko M., Sierota Z., Stocka T., Ślusarski S., Tarwacki G., Wolski R., Woreta D., 2011: Krótkoterminowa prognoza występowania ważniejszych szkodników i chorób infekcyjnych drzew leśnych w Polsce w 2011 roku. Instytut Badawczy Leśnictwa, Rykowski K., 1987: Prognoza stanu zdrowotnego lasów w okresie W: Narodowy Program Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej do 2010 r. Problem 5; Cz. III, t. 1. Instytut Badawczy Leśnictwa. Rykowski K., 1990: Diagnoza i prognoza zagrożenia stanu zdrowotnego lasów Polski. Instytut Badawczy Leśnictwa. Zajączkowski J., 1991: Odporność lasu na szkodliwe działanie wiatru i śniegu. Wydawnictwo Świat,