Instytut Środowiska Rolniczego i Leśnego PAN, Poznań Życie wśród zadrzewień i lasów śródpolnych: jak mozaika środowisk wpływa na zgrupowania gatunków, długoterminowe trendy liczebności populacji oraz behawior osobniczy ptaków Krzysztof Kujawa
Wstęp Wiodąca rola człowieka w kształtowaniu się warunków życia na Ziemi (Vitousek i in. 1997, Foley i in. 2005): skala lokalna (np. zastępowanie jednego ekosystemu drugim w celach gospodarczych) skala regionalna (np. melioracje na dużą skalę) skala globalna (np. udział w globalnym ociepleniu, zanieczyszczanie oceanów). Paul Crutzen (laureat nagrody Nobla): ostatnie 200 lat historii Ziemi - antropocen (Crutzen i Stoermer 2000).
Wstęp Zmiany w okresie antropocenu : zmiany w chemizmie gleby, wody i atmosfery wzrost udziału pewnych typów środowisk (np. pól uprawnych i terenów zabudowanych) spadek udziału innych (np. lasów naturalnych i mokradeł) fragmentacjaśrodowisk (ekosystemów) Fragmentacja środowisk (ekosystemów) powstawanie nieciągłości, podział danego fragmentu na części.
Wstęp Model możliwych zmian w środowisku Utrata siedlisk Fragmentacja Utrata siedlisk Fragmentacja Wg Franklin et al. 2002
Wstęp Utrata siedlisk Fragmentacja Większa niejednorodność Wg Franklin et al. 2002
Wstęp Niski stopień fragmentacji, jednorodność. Puszcza Notecka Wysoki stopień fragmentacji, ale i silna niejednorodność. PK im. gen. Chłapowskiego
Wstęp Zakres referatu: cechy zgrupowań ptaków mozaiki pól i zadrzewień mechanizmy kształtujące awifaunę mozaiki pól i zadrzewień śródpolnych ocena efektywności ochrony różnorodności ptaków na terenach rolniczych poprzez utrzymywanie mozaikowatej struktury krajobrazu Park Krajobrazowy im. gen. D. Chłapowskiego (Wielkopolska)
Teren, metody PARK KRAJOBRAZOWY IM. GEN. D. CHŁAPOWSKIEGO
Teren, metody PARK KRAJOBRAZOWY IM. GEN. D. CHŁAPOWSKIEGO
Teren, metody Okres lęgowy Lata 1964-66 i 1988-2008 Metody: kartograficzna (prawie 100 powierzchni) transektowa (dziesiątki kilometrów) punktowa (setki punktów) Materiały opublikowane i nieopublikowane własne i kilku innych autorów
Liczba gatunków i zagęszczenie ptaków w mozaice środowisk krajobrazu rolniczego
Liczba gatunków Problemy z porównaniem liczby gatunków Znaczenie wielkości powierzchni i długości okresu badań (Tryjanowski i in. 2009) 90 80 70 60 50 40 30 20 10 11 2 1 1 1 1 3 4 2 r = 0,61; p = 0,06 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 1 1 Powierzchnia (km 2 )
Cały obszar Parku (tereny rolnicze, większe kompleksy leśne oraz tereny podmokłe): 119 gatunków lęgowych, duże zróżnicowanie przestrzenne badania: 4 wycinki krajobrazu po 4 km 2, z różnym udziałem lasów i zadrzewień (3, 8, 21 i 41%), po 30 punktów w każdym wycinku.
Związek między udziałem lasów i zadrzewień a bogactwem awifauny w krajobrazie rolniczym
Ścieżki powstawania zadrzewień: fragmentacja lasów, spontaniczny rozwój (np. wzdłuż cieków) tworzenie przez człowieka Znaczenie: zwiększanie się różnorodności mozaiki środowisk miejsca rozrodu, żerowania lub schronienia
Awifauna zadrzewień położonych wśród terenów uprawnych Zadrzewienia: las bez jego wnętrza, strefa brzeżna: znaczne prześwietlenie rozwój runa i podszytu, bezpośredni kontakt z terenami przyległymi, np. polami lub innymi agrocenozami. Gatunki dwuśrodowiskowe Gatunki brzegu lasu, gniazdujące w podszycie lub runie
Kępy Pasy Aleje Grupa 74 zadrzewień, lata1991-1994: 68 gatunków ptaków średnie zagęszczenie ok. 15 par/ha Grupa ok. 80 zadrzewień, lata: 1964-2008 97 gatunków (Kujawa, dane niepubl.).
Liczba gatunków i zagęszczenie ptaków w różnych rodzajach zadrzewień Kępy (N=21) Pasy (N=33) Aleje (N=20) Liczba gatunków 60 51 32 Liczba gatunków/ha 14,1 16,8 7,6 Zagęszczenie(pary/ha) 14,9 18,3 9,8
Współczynnik korelacji Pearsona i istotność statystyczna w zależności między wymiarami zadrzewień a bogactwem awifauny Aleje Liczba gatunków Liczba par/ha Liczba par/km Pasy Liczba gatunków Liczba par/ha Liczba par/km Kępy Liczba gatunków Liczba par/ha Długość Szerokość Powierzchnia 0,38 0,23 0,12 0,43* 0,10 0,03 0,003-0,20 0,18 0,55 *** -0,36 * 0,64 *** 0,36 0,12 0,19 0,67 *** -0,15 0,37 * 0,74 ** -0,63 **
Drzewostan: stopień pokrycia zagęszczenie drzew różnorodność gatunkowa Podszyt: stopień pokrycia Runo: stopień pokrycia Znaczenie struktury roślinności dla ptaków Różne zestawy w/w zmiennych w różnych typach zadrzewień
Zależność między powierzchnią lasu a liczbą par ptaków: prawdziwa dla dużych zakresów zmienności i całej awifauny, ale czy także w przypadku zadrzewień małych, typowych dla silnie wylesionych terenów rolniczych? niezależna od gatunku?
Współczynnik korelacji Spearmana i istotność statystyczna w zależności między liczbą terytoriów a wielkością zadrzewienia (N=66, powierzchnia 0,1-3,2 ha) Gatunek r s P Gatunek r s P Szczygieł 0,26 <0,05 Modraszka 0,61 <0,001 Dzwoniec 0,30 <0,05 Bogatka 0,67 <0,001 Trznadel 0,76 <0,001 Mazurek 0,02 n. i. Ortolan 0,31 <0,05 Pierwiosnek 0,66 <0,001 Zięba 0,90 <0,001 Szpak 0,46 <0,001 Zaganiacz 0,28 <0,05 Kapturka 0,74 <0,001 Gąsiorek 0,06 n. i. Cierniówka 0,24 n. i. Słowik rdzawy 0,33 <0,01 Kos 0,62 <0,001 Muchołówka 0,62 <0,001 Śpiewak 0,67 <0,001 szara
Wielkość współczynnika korelacji (Spearmana) między liczbą terytoriów a wielkością zadrzewienia - w grupach środowiskowych 0,8 0,7 0,6 0,5 Fragmentacja a niejednorodność r s 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 Ekotonowe Leśne (wszędobylskie) Leśne (skraj) Gatunki (grupy środowiskowe) Średnia Średnia±Błąd std Przedz. ufn.
W przypadku zadrzewień małych (<3 ha) nie dla każdego gatunku sprawdza się teza im większe zadrzewienie, tym lepsze. Np. dla mazurka (r s =0,02): 1ha 10 par 3,3ha 3 pary
Wpływ struktury roślinności w zadrzewieniach na liczebność gatunków Dla części gatunków (jak np. mazurek, gąsiorek, cierniówka, szpak, szczygieł, ortolan i dzwoniec) struktura zadrzewień ma znikome znaczenie (R 2 < 30%) Współczynnik determinacji modelu zależności między liczebnością ptaków a strukturą zadrzewień: Ekotonowe Pozostałe Wsp. determ. R 2 0,2 0,47-0,50 P<0,05
Progowa powierzchnia środowiska jedno z kluczowych zagadnień problematyki fragmentacji środowiska i jednocześnie ochrony przyrody. Konsekwencje istnienia progowej wartości dla rozmieszczenia i liczebności gatunku: sumaryczny udział danego środowiska wysoki a liczebność związanych z nim gatunków zerowa Przedmiot wielu badań nad awifauną lasów i zadrzewień (np. Love i in. 1985, Cieślak i Dombrowski 1993, Hinsley i in. 1995, Kurlavicius 1995, Mason 2001, Kujawa 2006)
Próg zasiedlania zadrzewień przez ptaki lęgowe w PKDCh Gatunek Min. pow. N zajętych Gatunek Min. pow. N zajętych zadrzewienia zadrzewień zadrzewienia zadrzewień Zięba 0,06 63 Pierwiosnek 0,29 23 Wróbel 0,06 2 Słowik szary 0,30 3 Trznadel 0,06 59 Śpiewak 0,32 25 Bogatka 0,06 47 Sroka 0,36 1 Szczygieł 0,07 36 Piecuszek 0,44 10 Raniuszek 0,07 13 Świergotek drzewny 0,44 10 Modraszka 0,08 40 Czarnogłówka 0,45 4 Szpak 0,08 29 Sierpówka 0,62 3 Kapturka 0,08 49 Strzyżyk 0,63 6 Kos 0,08 53 Pełzacz ogrodowy 0,72 13 Gajówka 0,09 13 Pełzacz leśny 0,86 3 Mazurek 0,12 22 Grzywacz 0,86 7 Zaganiacz 0,12 44 Siniak 0,87 1 Potrzeszcz 0,12 8 Uszatka 0,87 2 Gąsiorek 0,14 20 Rudzik 0,88 11 Cierniówka 0,14 20 Dzięcioł duży 1,10 13 Piegża 0,14 7 Kowalik 1,10 8 Jarzębatka 0,14 4 Grubodziób 1,10 12 Ortolan 0,15 24 Dzięcioł czarny 1,12 1 Dzwoniec 0,18 21 Srokosz 1,44 2 Myszołów zwyczajny 0,18 11 Sójka 1,61 3 Słowik rdzawy 0,18 26 Wilga 1,77 5 Muchołówka szara 0,20 33 Mysikrólik 2,35 2 Sikora uboga 0,20 8 Krętogłów 2,46 1 Wrona siwa 0,20 2 Kwiczoł 2,46 1 Kulczyk 0,26 4 Pokrzywnica 3,10 1
Minimalna powierzchnia zasiedlonych zadrzewień w grupach środowiskowych 2,0 Najmniejsza powierzchnia zasiedlanych zadrzewień 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 Średnia Średnia±Błąd std Przedz. ufn. 0,0 Ekotonow e Leśne (skraj) Leśne (w szędobylskie) Leśne (w nętrze) Grupa środowiskowa
Czy gatunki bardziej plastyczne w zasiedlaniu małych zadrzewień są częstsze niż inne?
Zależność między minimalną wielkością zadrzewień, w których gniazdował dany gatunek, a % zasiedlonych zadrzewień 100 Model: y=a/x + b % zadrzewień zajętych przez dany gatunek 80 60 40 20 0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Najmniejsza wielkość (ha) zasiedlonego zadrzewienia
Problem: część gatunków może swoim terytorium obejmować kilka zadrzewień jednocześnie (Gromadzki 1970, zmienione) 100m
Znaczenie środowisk w bezpośrednim sąsiedztwie zadrzewień śródpolnych dla zgrupowań ptaków. Żerowanie Gniazdowanie
Schemat prowadzenia badań Zgrupowania ptaków Struktura zadrzewień?? Struktura sąsiedztwa (do 50m)
Badania nad znaczeniem otoczenia kęp dla ptaków: analiza statystyczna związków (regresja krokowa) 18 najliczniejszych gatunków dla pięciu gatunków związki istotne statystycznie: trznadel: mozaikowatość środowiska ortolan, mazurek i cierniówka - przewaga pól uprawnych względem łąk, słowik rdzawy i łozówka: obecność rowów (wilgotność? dobrze rozwinięta roślinność zielna?)
Wpływ struktury krajobrazu (tzw. kontekst krajobrazowy) wokół zadrzewień na awifaunę zadrzewień??
Schemat prowadzenia badań Zgrupowania ptaków Struktura zadrzewień?? Struktura sąsiedztwa (do 50m)? Struktura krajobrazu (do 1.5 km)
Badania nad znaczeniem struktury krajobrazu wokół zadrzewień: Zięba i trznadel - w prawie wszystkich zadrzewieniach, brak wpływu krajobrazu Dla pozostałych 31 najpospolitszych gatunków - porównano strukturę krajobrazu między zadrzewieniami z i bez danego gatunku (analiza dyskryminacji) Wpływ struktury krajobrazu istotny dla ponad 40% gatunków Najistotniejsze: obfitość lasów i zadrzewień oraz ich bliskość w stosunku do badanego zadrzewienia - dodatni dla kosa, kapturki, bogatki, modraszki, muchołówki szarej, śpiewaka, ortolana, dzięcioła dużego i grubodzioba, - ujemny dla myszołowa i łozówki.
Liczba gatunków ptaków z poszczególnych grup środowiskowych, dla których struktura krajobrazu miała istotne znaczenie w zasiedlaniu zadrzewień (Tak) oraz nie miała takiego znaczenia (Nie). 8 7 Nie Tak 6 5 4 3 2 1 0 Ekotonowe Leśne (skraj) Leśne (wszędobylskie) Leśne (wnętrze)
Podsumowanie analiz znaczenia czynników środowiskowych na zgrupowania ptaków zadrzewień: struktura zadrzewień, struktura środowiska w sąsiedztwie zadrzewień, czy struktura krajobrazu? STRUKTURA ZADRZEWIEŃ LICZB A GATUNKÓW STRUKTURA ZADRZEWIEŃ ŁĄCZNA LICZB A PAR LICZBA GATUNKÓW EKOTONOWYCH LICZBA PAR GATUNKÓW EKOTONOWYCH LICZBY GATUNKÓW SKRAJU LASU LICZBA PAR GATUNKÓW SKRAJU LASU LICZBA GATUNKÓW GENERALISTÓW LEŚNYCH STRUKTURA KRAJOBRAZU LICZBA PAR GATUNKÓW GENERALISTÓW LEŚNYCH STRUKTURA KRAJOBRAZU LICZBA GATUNKÓW WNĘTRZA LASU STRUKTURA ŚRODOWISKA W BEZPOŚREDNIM SĄSIEDZTWIE LICZBA PAR GATUNKÓW WNĘTRZA LASU STRUKTURA ŚRODOWISKA W BEZPOŚREDNIM SĄSIEDZTWIE
Żerowanie w mozaice środowisk????
Średnia wielkość stada szpaków w wybranych środowiskach w poszczególnych miesiącach okresu lęgowego (Bogucki 1977) Obornik Ściernisko Drzewa owocowe IV V VI VII Okopowe, kukurydza Koszone użytki zielone Uprawy do 15 cm Zaorane pola Drogi, przydroża Łąki, pastwiska 0 10 20 30 40 50 60 70
Rozkład przestrzenny lotów po pokarm dla młodych (przykłady wg Wuczyńskiego i Grzesiaka, mat. niepubl.) Niejednorodność środowiska stwarza duże możliwości mijania się różnych gatunków podczas żerowania, a dzięki temu zapewne zmniejsza konkurencję Gąsiorek Trznadel
Wpływ rozdrobnienia pól na ich awifaunę N=43 6,2 par/punkt 7,0 par/punkt
Liczba gatunków ptaków i wskaźnik zagęszczenia (liczba par na punkt) były dodatnio związane zarówno z liczbą typów upraw jak ze wskaźnikiem różnorodności H 3 r=0,42, P<0,01 Liczba gatunków 2 6 1 5 4 0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 3 H' 2 LIczba par/punkt 1 r=0,39, P<0,01 0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 H'
Wpływ zadrzewień na awifaunę pól uprawnych Zagęszczenie vs. odległość: r=0,30; P<0,05 Blisko (5,9 par/punkt) Daleko (7,3 par/punkt)
Wpływ zadrzewień na awifaunę pól uprawnych
Wpływ zadrzewień na liczbę gatunków i zagęszczenie ptaków na polach uprawnych 100 10 80 Pary/100ha Gatunki 8 Zagęszczenie 60 40 6 4 Liczba gatunków 20 2 0 Z dala Przy młodych Przy rozwiniętych 0
Dwojakie znaczenie zadrzewień dla ptaków krajobrazu rolniczego: pozytywny dla gatunków leśnych oraz ekotonowych, negatywny dla ptaków typowych dla pól uprawnych. Zatem: zakładanie zadrzewień śródpolnych może być wręcz nie wskazane, gdy bilans zysków (dla ptaków leśnych i ekotonowych) i strat (dla ptaków polnych) okaże się ujemny w konfrontacji z ustalonymi celami działań na rzecz ochrony awifauny.
Drapieżnictwo w mozaice środowisk Fot.Michał Jastrzębski
Wg Panka 2005 Średnie zagęszczenie lisa (os/100ha) i kuropatwy (par/100ha) w Polsce na przełomie wieków XX i XXI 80 70 60 50 40 12 10 8 6 30 4 20 10 Lis (lewa oś) 2 Kuropatwa (prawa oś) 0 0 1990 1995 2000 2005 Czy wnioski z badań nad kuropatwą są prawdziwe także dla całych zgrupowań ptaków?
Metody: Lis: lokalizacja nor: przeszukanie terenu badań z powietrza (przy użyciu motolotni) i ziemi (przy użyciu roweru, samochodu i pieszo) określenie statusu nor: analiza tropów, resztek pokarmowych i kału
Zagęszczenie ptaków (reszty modelu) w zadrzewieniach bez nor (N=42) i z norami (N=22) w grupach gniazdowych 0,5 0,4 Wysoko 0,5 0,4 Na ziemi 0,3 0,2 p>0.6 0,3 0,2 p>0.4 0,1 0,1 0,0-0,1 0,0-0,1-0,2-0,3-0,4-0,2-0,3-0,4-0,5 0 1-0,5 0 1 0,5 0,4 Dziuple 0,5 0,4 Nisko 0,3 0,2 p>0.8 0,3 0,2 p>0.5 0,1 0,1 0,0 0,0-0,1-0,1-0,2-0,2-0,3-0,3-0,4 0 1-0,4 0 1
Zagęszczenie ptaków (z 95% przedz. ufn.) w grupie zadrzewień (N=23) w latach gdy były one zajęte przez lisy i w latach, gdy używanych nor w nich nie było 9 8 7 6 5 4 3 2 Z norami Bez nor P- test Wilcoxona 1 0 P>0.1 P>0.2 P>0.7 P>0.5 Wysoko Dziuple Nisko Na ziemi
Mozaikowatość krajobrazu kluczowa dla zachowania wysokiej różnorodności biologicznej (Ryszkowski i in. 2002). Benton i in. (2003): zachowanie różnorodności siedlisk jako uniwersalny sposób zapobiegania spadkowi różnorodności biologicznej w krajobrazie rolniczym.
1994 Ciągniki/100ha, pszenica (t/ha) NPK (kg/ha) 1952 Zmiany w dawkowaniu NPK, liczbie ciągników i plonie pszenicy w byłym woj. leszczyńskim 350 12 NPK 300 10 Pszenica 250 Ciągniki 8 200 6 150 4 100 2 50 0 0 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Zagęszczenie (p/ha) ptaków lęgowych w zadrzewieniach śródpolnych (N=23) w latach 60. i 90. 1964-1966 1991-1994 Gatunki GKR krajobrazu GKR bez szpaka Gatunki GLleśne rolniczego (GKR)
18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Zagęszczenie ptaków w zadrzewieniach (N=10) w latach 1991-2006 "Leśne" "Polne" Razem 1991-94 1999 2000 2001 2002 2005 2006 test Friedmanna: Leśne : chi-kwadrat ANOVA=10,0, p>0,1 Polne : chi-kwadrat ANOVA=19,2, p<0,01
LIczba gatunków/zadrzewienie 10 8 6 4 2 0 Porównanie liczby gatunków ptaków w zadrzewieniach w latach 2000-02 oraz 2005-06 (test t dla par powiązanych) 2000-02 2005-06 t=2,9 P<0,01 t=2,8 P<0,01 t=2,8 P<0,001 "Leśne" "Polne" Wszystkie 12% 12% 13%
Zagęszczenie (pary/ha) 16 12 8 4 Porównanie zagęszczenia ptaków w zadrzewieniach (N=55) w latach 2000-02 oraz 2005-06 (test Wilcoxona) 2000-2002 2005-2006 Z=2,6 P<0,01 t=1,6 P<0,1 Z=2,7 P<0,001 0 Leśne Polne Razem 17% 18% 17%
Zmiany w awifaunie zadrzewień śródpolnych w latach 1964-2006: 1. Obniżenie się o 20-25% liczby gatunków ptaków (rozpoczęło się ono na przełomie wieków) 2. Stały trend spadkowy zagęszczenia ptaków związanych z polami 3. Początkowo wzrost, ale w wieku XXI spadek zagęszczenia ptaków leśnych 4. Udział ptaków typowych dla krajobrazu rolniczego zmniejszył się z ok. 40 do 30%
Podsumowanie i wnioski Mozaika pól i zadrzewień zróżnicowana awifauna, znaczne zagęszczenia populacji, w tym gatunków leśnych Powierzchnia zadrzewień cechą kluczową dla liczby gatunków i liczby gniazdujących par, ale jej wpływ jest zróżnicowany: Dla części gatunków wpływ ma otoczenie zadrzewień,- zróżnicowanie i rozdrobnienieśrodowiska oraz struktura krajobrazu (im więcej lasów i zadrzewień oraz im mniejsze odległości między nimi, tym lepiej) Mozaikowatość środowiska - efektywny wybór dogodnego żerowiska oraz mijanie się gatunków
Podsumowanie i wnioski Awifauna polna korzystne rozdrobnienie pól, niekorzystna obecność zadrzewień śródpolnych; Znikome znaczenie lisa jako czynnika kształtującego całe zgrupowania jest znikome; Analiza zmian długoterminowych: zadrzewienia śródpolne nie są w pełni skuteczne w łagodzeniu skutków intensyfikacji rolnictwa; wobec tego konieczne jest podjęcie działań także w obrębie pól uprawnych (ekstensyfikacja i zwiększanie heterogenności pól).
Podziękowania: Koleżankom i kolegom ze Stacji Badawczej w Turwi za wszechstronną pomoc, i innym osobom, które przyczyniły się do rozwoju badań w latach 1988-2008 oraz Dr Andrzejowi Wuczyńskiemu za mapy żerowania trznadli i gąsiorków,. Dziękuję za uwagę!