Akademia Rolnicza im. Hugona Kołłątaja w Krakowie Wydział Leśny, Katedra Ekologii Lasu Laboratorium GIS i Teledetekcji

Akademia Rolnicza im. Hugona Kołłątaja w Krakowie Wydział Leśny, Katedra Ekologii Lasu Laboratorium GIS i Teledetekcji MARCIN GUZIK ANALIZA ZMIAN SZATY ROŚLINNEJ TATR PRZY WYKORZYSTANIU TECHNIK GEOMATYCZNYCH NA PRZYKŁADZIE DOLINY BYSTREJ I SUCHEJ STAWIAŃSKIEJ Praca wykonana pod kierunkiem dr inż. Piotra Wężyka KRAKÓW 2001 1

Podziękowania Bardzo serdecznie dziękuję mojemu promotorowi dr inż. Piotrowi Wężykowi, że mogłem pod jego kierunkiem zdobywać wiedzę i doświadczenie. Dziękuję za dziesiątki godzin, które razem spędziliśmy na Kasprowym i przed komputerem, a także za pomoc i wskazówki przy tworzeniu tej pracy. mgr inż. Krystianowi Koziołowi za pomoc na którą zawsze mogłem liczyć. dr inż. Pawłowi Skawińskiemu za cenne wskazówki i pomoc podczas badań terenowych. Dyrekcji Tatrzańskiego Parku Narodowego za pozwolenie na prowadzenie badań oraz zakup zdjęć lotniczych, a także pracownikom Parku dr inż. Zbigniewowi Krzanowi, mgr inż. Lesławowi Oporowskiemu, mgr inż. Józefowi Chowańcowi za okazaną pomoc. Praca powstała dzięki dotacji Wojewódzkiego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej. 2

Dziękuję mojej kochanej żonie za wyrozumiałość i życzliwość okazywaną mi podczas pisania pracy 3

SPIS TREŚCI SPIS TREŚCI... 4 1. WSTĘP I CEL PRACY...6 2. TEREN BADAŃ... 7 14 2.1. Lokalizacja 8 2.2. Szata roślinna 10 2.3. Rys historyczny 12 2.4. Naturalne czynniki kształtujące szatę roślinną oraz wywołujące jej zmiany. 2.4.1. Klimat...14 2.4.2. Gleby...19 2.5. Czynniki antropogeniczne kształtujące szatę roślinną. 21 2.5.1. Pasterstwo...21 2.5.2. Hutnictwo i przemysł...24 2.5.3. Narciarstwo...26 2.5.4. Turystyka piesza...29 3. MATERIAŁ I METODA... 32 3.1. Fotogrametria cyfrowa 32 3.1.1. Materiały fotogrametryczne...32 3.1.2. Orientacja zdjęć lotniczych...34 3.1.3. Opracowanie fotogrametryczne przy użyciu VSD-AGH...34 3.2. Globalny System Pozycjonowania (GPS) 36 3.2.1. Kartowanie uszkodzeń pokrywy glebowej i kosodrzewiny...38 3.3. Geograficzne Systemy Informacyjne (GIS) 39 3.3.1. Leśna mapa numeryczna...40 3.3.2. Cyfrowy Model Terenu (CMT)...40 3.4. Sprzęt i oprogramowanie 41 4. WYNIKI I DYSKUSJA... 43 4.1. Leśna mapa numeryczna Doliny Bystrej i Suchej Stawiańskiej 43 4.1.1. Transformacja map analogowych...43 4.1.2. Leśna numeryczna mapa gospodarcza...44 4

4.2. Opracowanie fotogrametryczne 47 4.2.1. Błędy orientacji bezwzględnej zdjęć lotniczych...48 4.2.2. Analiza opracowania fotogrametrycznego Doliny Bystrej i Suchej Stawiańskiej...49 4.2.3. Porównanie opracowania fotogrametrycznego Doliny Bystrej i Suchej Stawiańskiej z 1964 roku z mapą fotogrametryczną WIG z 1934 r...72 4.3. Pomiary DGPS zasięgu użytkowania narciarskiego Kotłów Goryczkowego i Gąsienicowego. 74 4.4. Kartowanie szkód w Kotle Goryczkowym z wykorzystaniem technik DGPS i opracowania fotogrametrycznego zdjęć lotniczych z 1999 roku. 81 4.4.1. Kartowanie uszkodzeń pokrywy glebowej...81 4.4.2. Kartowanie uszkodzeń kosodrzewiny...83 4.4.3. Oddziaływanie turystyki pieszej na kopułę szczytową Kasprowego Wierchu oraz szlak Myślenickie Turnie- Kasprowy Wierch....87 4.5. Analizy przestrzenne z wykorzystaniem Cyfrowego Model Terenu 89 4.5.1. Analiza występowania poszczególnych kategorii obiektów w zależności od wysokości n.p.m....91 4.5.2. Analiza występowania poszczególnych kategorii obiektów w zależności od ekspozycji terenu....99 4.5.3. Analiza występowania poszczególnych kategorii obiektów w zależności od spadku terenu...107 5. WNIOSKI... 114 6. LITERATURA... 117 6.1. SPIS TABEL 125 6.2. SPIS RYCIN 127 5

1. WSTĘP I CEL PRACY Tatry są po to,by zmieniać Ciebie, nie po to, byś Ty zmieniał Tatry... (z Mirek 1996a) Zachwyt i zauroczenie Tatrami istnieje od momentu pojawienia się człowieka w ich pobliżu. Majestat tych gór zawsze przyciągał ludzi oraz budził respekt i ciekawość poznania. Człowiek poznawał je powoli, zdobywał, badał i od samego początku korzystał z darów jakie mu ofiarowała przyroda. Rozpoczął od działalności pasterskiej tj. karczowania lasów i kosodrzewiny, a następnie eksploatował surowiec drzewny i rudy metali. Działalność ta miała charakter niekontrolowany i rabunkowy czego następstwa są widoczne po dzień dzisiejszy. W ten sposób zmieniony został: naturalny skład gatunkowy, struktura drzewostanów oraz układ wysokościowy pięter roślinnych w Tatrach. Tym samym pojawiły się nowe zagrożenia wynikające z podatności monokultur świerkowych na czynniki abiotyczne i biotyczne (Fabijanowski, Dziewolski 1996). Obszarem w Tatrach, na którym w sposób szczególny człowiek odcisnął swe piętno jest Dolina Bystrej. To właśnie w tej dolinie znajdowały się największe na ówczesne czasy zakłady przemysłowe: kopalnie rud, huty i papiernie. Przez setki lat na poszerzonych halach i polanach w okresie letnim wypasano zwierzęta. Kilkadziesiąt lat temu powstał w tym rejonie największy ośrodek narciarski Tatr Polskich. Tempo degradacji przyrodniczej obszaru Tatr zostało przyhamowane w 1954 roku przez powołanie do życia w tym rejonie Parku Narodowego. Fakt ten, nie oznacza jednak braku jakiejkolwiek ingerencji człowieka w ekosystemy Tatr. Antropogeniczne oddziaływanie trwa po dzień dzisiejszy, choć jego zakres i intensywność zmienił się diametralnie. W chwili obecnej największy wpływ na góry wywiera turystyka górska i narciarska. Celem prezentowanej pracy było określenie charakteru i dynamiki przestrzennoczasowej (4D) zmian szaty roślinnej w obszarze Doliny Bystrej i Suchej Stawiańskiej, (w tym szczególnie rejonu Kotłów Goryczkowego i Gąsienicowego) przy wykorzystaniu technik geomatycznych. Geomatykę uważa się za nową gałąź nauki, która obejmuje dziedziny zajmujące się zbieraniem, przechowywaniem, przetwarzaniem, analizą, prezentacją i rozpowszechnianiem danych dotyczących geometrii i pokrycia powierzchni Ziemi. Techniki geomatyczne pozwalają na porównanie obrazów zarejestrowanych w przeszłości z ich stanem obecnym, oraz prognozowanie przyszłości (Olenderek et al. 2000, Wężyk 2000). 6

2. TEREN BADAŃ... Jądrem niejako gór Karpackich są Tatry, z których tylko niższa część należy do Galicyi. Wysokie szczyty, przepaściste drogi, piękne górskie jeziora, malownicze doliny dziwnie uroczym czynią ten kąt ziemi... (Limanowski 1892) Tatry to pasmo górskie o powierzchni 78 500 ha, leżące na granicy Polski i Słowacji. Po polskiej stronie znajduje się tylko 22,3 % ich całkowitej powierzchni tj. 17 500 ha. Gerlach wznoszący się na wysokość 2663 m n.p.m. jest najwyższym szczytem Tatr, a także największym wzniesieniem pomiędzy Alpami a Kaukazem oraz Bałkanami i górami północnej Skandynawii. Łańcuch Tatr ma przebieg równoleżnikowy, a jego rozpiętość w linii prostej w kierunku E-W wynosi 56,3 km, natomiast w kierunku N-S tylko 19,0 km. Dla polskiego fragmentu Tatr wartości te wynoszą: 26,8 km E-W oraz 12,0 km N-S. Współrzędne zwartego obszaru TPN przedstawiono poniżej (Rycina 1). Tatrzański Park Narodowy 49 20 05 20 08 00 19 45 36 49 10 42 Rycina 1. Współrzędne skrajnych punktów zwartego obszaru Tatrzańskiego Parku Narodowego. Według podziału geobotanicznego (Mirek 1996b) Tatry podzielono na cztery jednostki (Rycina 2): pasmo Siwego Wierchu- leżące całkowicie po stronie Słowackiej z najwyższym szczytem Siwym Wierchem (1805 m n.p.m.), Tatry Zachodnie- które ciągną się od Przełęczy Palenica aż po Przełęcz Liliowe, z najwyższym szczytem Bystrą (2248 m n.p.m.), 7

Tatry Wysokie- od Przełęczy Liliowe do Przełęczy pod Kopą, z najwyższym szczytem Tatr- Gerlachem, oraz Polski- Rysami (2499 m n.p.m.), Tatry Bielskie- leżące całkowicie po stronie Słowackiej i kulminujące w Hawraniu (2152 m n.p.m.). Podział geobotaniczny Tatr Rycina 2. Podział geobotaniczny Tatr. a) Pasmo Siwego Wierchu, b) Tatry Zachodnie (część słowacka), c) Tatry Zachodnie (część polska), d) Tatry Wysokie (część słowacka), e) Tatry Wysokie (część polska), f) Tatry Bielskie, g) granice podokręgów, h) granica państwa (Mirek 1996b). 2.1. Lokalizacja... nie skręciliśmy na lewo do Jaworzynki, tylko prosto w głębie Tatr szliśmy ponurym wąwozem. Po kwadransie, koło polany Kalatówki wąwóz się rozszerzył, poweselał i niedługo wspaniałe źródło Białego Dunajca zaszumiało... (Łapczyński 1866) Teren będący przedmiotem niniejszej pracy, znajduje się całkowicie na obszarze Tatr Zachodnich i graniczy od wschodu z Tatrami Wysokimi. W jego skład wchodzi Dolina Bystrej oraz Dolina Sucha Stawiańska wraz z przyległymi terenami znajdującymi się na zachód od szlaku turystycznego Przełęcz Liliowe- Hala Gąsienicowa Przełęcz między Kopami (Beskid, Gładkie Stawiańskie, Stawiański Upłaz). Powierzchnia terenu badań wynosi 1 797 ha (Rycina 3). 8

Teren badań 1 2 Rycina 3. Lokalizacja terenu badań. 1) Tatrzański Park Narodowy, 2) teren badań. Dolina Sucha Stawiańska to górna część Doliny Gąsienicowej, która jest jednym z rozgałęzień Doliny Suchej Wody Gąsienicowej. Oś doliny wyznaczona jest przez linie: Sucha Przełęcz (1949,5 m n.p.m.) - dolna stacja wyciągu krzesełkowego w rejonie Szałasisk (wysokość 1600-1650 m n.p.m.) i ma kierunek NW-SE. Powierzchnia Doliny wraz z przyległymi terenami wynosi 147,52 ha. Geograficzny podział terenu badań Dolina Goryczkowa pod Zakosy Dolina Sucha Kasprowa Dolina Sucha Stawiańska KW Dolina Goryczkowa Świńska KK Dolina Sucha Kondracka G Dolina Kondratowa Dolina Stare Szałasiska Dolina Jaworzynka DOLINA BYSTREJ Rycina 4. Geograficzny podział Doliny Bystrej na doliny boczne. Rzut izometryczny na cyfrowy model terenu obszaru badań z kierunku NE (KW- Kasprowy Wierch, KK- Kopa Kondracka, G- Giewont). 9

Dolina Bystrej zajmuje powierzchnię 16,5 km 2, dzieląc się w górnej części na regularny wachlarz siedmiu dolin bocznych (Dolina Jaworzynka, Dolina Stare Szałasiska, Dolina Sucha Kasprowa, Dolina Goryczkowa pod Zakosy, Dolina Goryczkowa Świńska, Dolina Sucha Kondracka, i Dolina Kondratowa). Najwyższym punktem doliny jest wierzchołek Kopy Kondrackiej (2004,6 m n.p.m.), natomiast wylot doliny znajduje się w rejonie Kuźnic na wysokości ok. 890 m n.p.m. (Rycina 4). 2.2. Szata roślinna...droga zamieniła się w ścieżkę, potem ścieżka rozstąpiła się pod nogami, i łożyskiem wyschłego potoku przeskakując z kamienia na kamień, zszedłem w tak cudowne zielone groty, świerkowemi gałęźmi sklepione, mchami i paprocią zasłane... (Łapczyński 1866) W okresie ostatniego zlodowacenia Tatry, pokryte lodowcami pozbawione były całkowicie drzew. Zaraz po ich ustąpieniu pojawiła się na tym terenie sosna, która w Młodszym Dryasie ustąpiła miejsca modrzewiowi i limbie. Kolejno wraz ze zmieniającymi się warunkami klimatycznymi pojawiały się nowe gatunki: brzoza karpacka, świerk, leszczyna, buk i jodła. Wahaniom klimatu towarzyszyły również zmiany wysokości górnej granicy lasu (Tabela 1) (Obidowicz 1996). Tabela 1. Zmiany wys. górnej granicy lasu w m n.p.m. w Tatrach w okresie poglacjalnym (Obidowicz 1996). Okres 11800-11000 10000 lat 8000-5000 lat 3600 lat 3000 lat przed B.P. lat przed B.P. przed B.P. przed B.P. przed B.P. B.P. wys. n.p.m. 1150-1200 m 1100 m 1700 m 1700 m 1500-1550 m 1550 m W Tatrach mamy do czynienia z najpełniej w całym łuku Karpat wykształconym strefowym układem roślinności (Rycina 5). Zasięg wysokościowy naturalnych pięter roślinności na tle podziału geologicznego w Tatrach przedstawiono poniżej (Tabela 2). Tabela 2. Piętra roślinności naturalnej (Pawłowska 1955). Piętra roślinne Przeciętna górna granica pięter w m n.p.m. Podłoże wapienne Podłoże granitowe regiel dolny 1250 jedno piętro regiel górny 1550 reglowe po 1550 piętro kosodrzewiny 1800 1800 piętro alpejskie (2154) 2300 piętro turniowe (2663) 10

Piętra roślinne Tatr Rycina 5. Rozkład poziomy pięter roślinnych w Tatrzańskim Parku Narodowym. 1) regiel dolny, 2) regiel górny, 3) piętro kosówki, 4) piętro halne, 5) piętro turniowe (Mirek 1996b). W reglu dolnym panują z natury lasy jodłowo-bukowe, a przewodnim zespołem jest buczyna karpacka Dentario glandulosae- Fagetum. Na glebach cięższych rozwijają się płaty żyznej jedliny Galio-Abietetum, a na ubogich występuje dolnoreglowy bór jodłowoświerkowy Plagiothecio- Piceetum. Skrajnie ubogie podłoże granitowe w Tatrach Wysokich porasta zespół Plagiothecio-Piceetum. Innymi zespołami leśnymi spotykanymi w tym piętrze to: Alnetum incane, Caltho-Alnetum, Sorbo-Aceretum oraz Vario-Pinetum (Piękoś-Mirkowa, Mirek 1996). Klimaksowym zbiorowiskiem regla górnego jest bór świerkowy, który występuje w dwóch zespołach (w zależności od podłoża): Plagiothecio-Piceetum tatricum na podłożu krystalicznym oraz Polysticho-Piceetum na wapieniu. W wąskim pasie wysokościowym przy górnej granicy lasu, napotyka się czasami na reliktowy bór limbowy Cembro-Piceetum (Piękoś-Mirkowa, Mirek 1996). Pinetum mughi carpaticum to główne zbiorowisko roślinne piętra kosodrzewiny, które dzieli się w zależności od podłoża na dwa podzespoły: P.m.c.calcicolum i P.m.c.silicicolum (Piękoś-Mirkowa, Mirek 1996). 11

Piętro alpejskie zdominowane jest przez murawy wysokogórskie, które w zależności od podłoża dzielą się na: zespół situ skuciny i boimki dwurzędowej Oreochloo distichae - Juncetum trifidi, który występuje na podłożu kwaśnym oraz jedno z najbogatszych zbiorowisk tatrzańskich- zespół kostrzewy pstrej Festuco versicoloris - Seslerietum tatrae- na wapieniu (Piękoś-Mirkowa, Mirek 1996). W najwyższych rejonach Tatr występuje piętro turniowe. Jest to strefa dominacji roślin zarodnikowych (porostów, mchów i wątrobowców) oraz luźnych, rozrzuconych wśród nagich skał i ubogich w gatunki, niskich muraw. Głównym zbiorowiskiem jest tu zespół boimki dwurzędowej Oreochloetum distichae subnivale (Piękoś-Mirkowa, Mirek 1996). 2.3. Rys historyczny Pierwszymi ludźmi, którzy pojawili się w Tatrach byli najprawdopodobniej myśliwi i poszukiwacze skarbów. Ich śladem podążyli górnicy, którzy już w XIV wieku rozpoczęli wydobywanie rud z głębi tatrzańskiego górotworu. Na przełomie XVI-XVII wieku pojawiło się w Tatrach pasterstwo, a mniej więcej 100 lat później przemysł hutniczy. Po upadku hutnictwa, jego miejsce zajął przemysł papierniczy, który zakończył swą działalność pod koniec XIX wieku. Za pierwszą tatrzańską turystkę, uważa się Beatę z Kościeliskich-Łaska, która w 1565 odbyła wycieczkę do Zielonego Stawu Kieźmarskiego (Nyka 1994) inaugurując w ten sposób erę turystyki pieszej, która swój szczyt osiągnęła w drugiej połowie XX wieku. Według Piękoś-Mirkowej (1981) ślady działalności człowieka w postaci przekształconej szaty roślinnej, widoczne są na większej części terenu Doliny Bystrej (Rycina 6). Równolegle z działaniami powodującymi niszczenie przyrody tatrzańskiej, trwały prace nad objęciem ochroną tego wyjątkowego zakątka Polski. Historia starań o ochronę Tatr sięga pierwszej połowy XVII wieku, wtedy to dochodziło do sporów pomiędzy starostami a chłopami, którzy nadmiernie wycinali i pustoszyli lasy. Komisja królewska z 1765 roku ostrzegała przed szkodliwością wypasu owiec w lasach i marnotrawstwem drewna przez pasterzy. Jednakże z tych ostrzeżeń nie wyciągnięto żadnych wniosków i w protokole z 1775 roku, pisze się nadal o pustoszeniu lasów przez chłopów (Paryski 1984). Pierwszym, który wystąpił z ideą ochrony przyrody tatrzańskiej był Ludwik Zejsznerwybitny polski geolog. W latach 1839-1851 pisał on, o nadmiernym wyniszczeniu lasów tatrzańskich, o niszczeniu limb, kozic i świstaków. Te apele pełniły bardzo ważną rolę w społeczeństwie polskim, wzbudzały one szerszą świadomość zagrożenia przyrody 12

tatrzańskiej. Kolejnymi ochroniarzami Tatr byli dwaj przyrodnicy: Eugeniusz Janota i Maksymilian Nowicki. Oni to, swoimi staraniami doprowadzili do uchwalenia w 1968 roku przez sejm galicyjski ustawy o ochronie kozicy i świstaka (Paryski 1984). Przekształcenia szaty roślinnej Tatr Rycina 6. Przekształcenia szaty roślinnej Tatrzańskiego Parku Narodowego (Piękoś-Mirkowa 1981). 1) zbiorowiska naturalne, 2) wtórnie powstałe zbiorowiska murawowe o składzie zbliżonym do naturalnego, 3) zbiorowiska leśne o wyraźnie wtórnie przekształconych drzewostanach, 4) zbiorowiska na wpół naturalne, 5) większe skupiska roślinności synantropijnej. Pod koniec XIX wieku powstało Towarzystwo Tatrzańskie, zwane później Polskim Towarzystwem Tatrzańskim (PTT), które jako swój cel statutowy miało ochronę Tatr. W roku 1912 w TT powstaje Sekcja Ochrony Tatr, która stworzyła najszerszy jak na owe czasy program ochrony przyrody tatrzańskiej (Paryski 1984). Zaraz po odzyskaniu niepodległości, w okresie międzywojennym szybko rozwinęła się akcja utworzenia Parku Narodowego. Rozpoczęto akcję wykupu gruntu w Tatrach, uzyskując w tym celu specjalne fundusze od rządu. Mimo starań Mariana i Stanisława Sokołowskich, Walerego Goetla i Władysława Szafera, nie udało się w tym okresie powołać do życia Tatrzańskiego Parku Narodowego, powstała natomiast jego namiastka, tj. Park Przyrody, który obejmował swym obszarem jedynie tereny lasów państwowych. Po II wojnie światowej zaistniały korzystniejsze warunki dla rozwoju idei ochrony przyrody w Tatrach. W 1947 roku Minister Leśnictwa powołał jednostkę administracyjną Lasów Państwowych o nazwie Park Tatrzański, a w 1948 powstał pierwszy ścisły rezerwat przyrody na Hali Pysznej. Kulminacją starań w dziedzinie ochrony tego najpiękniejszego zakątka Polski, podsumowaniem pracy wielu pokoleń ochroniarzy Tatr, była decyzja Rady 13

Ministrów z października 1954 (z mocą od 1 stycznia 1955) o utworzeniu Tatrzańskiego Parku Narodowego, obejmującego całe Polskie Tatry (Paryski 1984). 2.4. Naturalne czynniki kształtujące szatę roślinną oraz wywołujące jej zmiany. Do czynników naturalnych, które obecnie wpływają na kształtowanie przebiegu górnej granicy lasu, a także obraz całej szaty roślinnej Tatr, zalicza się: klimat, gleby, ukształtowanie terenu, lawiny oraz konkurencję zbiorowisk roślinnych (Sokołowski 1928). 2.4.1. Klimat Tatry charakteryzują się wyraźnym zróżnicowaniem klimatycznym w profilu pionowym. Kierując się zależnością średniej temperatury roku i wysokością nad poziomem morza oraz współzależnością między średnią roczną temperaturą a wieloma innymi elementami i wskaźnikami klimatu można wyróżnić w tym rejonie sześć pięter klimatycznych (Rycina 7): zimne, umiarkowanie zimne, bardzo chłodne, chłodne, umiarkowanie chłodne, umiarkowanie ciepłe (Hess 1974). Z powodu znacznej wysokości bezwzględnej podnóży Tatr, nie stwierdzono tu piętra umiarkowanie ciepłego, charakterystycznego dla całych Karpat Zachodnich. Rycina 7. Piętra klimatyczne w Tatrach. 1) zimne, 2) umiarkowanie zimne, 3) bardzo chłodne, 4) chłodne, 5) umiarkowanie chłodne, 6) umiarkowanie ciepłe, 7) odmiana klimatu kotlin (Hess 1974). 14

Zależności między wysokością nad poziomem morza a wartościami poszczególnych elementów klimatu wg. Hessa (1974) przedstawiono poniżej (Tabela 3). Tabela 3. Zależność elementów klimatycznych od wysokości nad poziomem morza wg. Hessa (1974). Czynnik klimatyczny Podnóża Tatr Szczyty Tatr Zmiana Średnia temperatura roku + 6 0-4 0 0,5 0 / 100 m Liczba dni z silnym mrozem 30 > 120 4 dni / 100 m Liczba dni z mrozem 50 > 200 7 dni / 100 m Liczba dni z pokrywą śnieżną 100 290 10 dni / 100 m Średnia roczna prędkość wiatru 2 m/s 6 m/s Liczba dni z wiatrem silnym * 20 200 *- szczególnie gwałtowne wiatry występują w pasie 1400-1600 m n.p.m. tj. w rejonie, gdzie występuje górna granica lasu (g.g.l.) W Tatrach zaobserwowano (Hess 1974) istnienie bardzo silnego związku dwustopniowych przedziałów średniej temperatury powietrza z granicami poszczególnych pięter roślinnych (górna granica hal pokrywa się z izotermą -2 0 C, górna granica piętra kosodrzewiny z izotermą 0 0 C, górna granica lasu (regla górnego) z izotermą +2 0 C oraz górna granica regla dolnego z izotermą +4 0 C). Tatry należą do obszarów o największej w Polsce ilości opadów atmosferycznych. Opady zarówno śniegu jak i deszczu zależą przede wszystkim od wysokości nad poziomem morza, ekspozycji wietrznej, wysokości względnej grzbietów oraz kierunku przebiegu dolin. Gwałtowne deszcze przyczyniają się do uruchomienia szybkich ruchów masowych. Ponad górną granicą lasu są to spływy gruzowe, a w piętrach leśnych spływy ziemnogruzowe, płytkie osuwiska i złaziska. Największe szlaki spływów gruzowych w Tatrach Wysokich mają długość 2 km, a masa gruzu przemieszczanego może osiągnąć do 25 000 m 3 (Kotarba 2000). Wielkość opadów atmosferycznych obserwowanych na Kasprowym Wierchu oraz na stacji meteorologicznej w Zakopanem przedstawiono poniżej (Tabela 4). Tabela 4. Średnie i ekstremalne sumy roczne, miesięczne i dobowe opadów (mm) w Zakopanem i na Kasprowym Wierchu (Hess 1996). Nazwa Wys. Rok Styczeń Lipiec Max. dobowe stacji n.p.m. [m] Śr. Max. Min. Śr. Max. Min. Śr. Max. Min. I VII Zakopane 844 1138 1564 771 52 123 18 183 438 27 42,8 172,3 Kasprowy Wierch 1991 1876 2418 1408 104 178 63 235 481 70 33,5 124,5 15

Na Kasprowym Wierchu notuje się około 260 kg/m 2 osadów, co razem z opadem w postaci deszczu lub śniegu daje około 2130 mm produktów kondensacji pary wodnej (Hess 1996). Śnieg pojawia się w najwyższych partiach Tatr czasami już w połowie III dekady sierpnia, a zdarza się, że zanika dopiero z końcem II dekady lipca. Pojawianie się pokrywy śnieżnej jesienią i jej zanik na wiosnę odbywa się z przeciętną szybkością 4-5 dni na 100 m spadku lub wzrostu wysokości. Wraz z wysokością zmienia się także grubość pokrywy śnieżnej (Hess 1996). Charakterystycznym zjawiskiem dla chłodnej pory roku, związanym z obfitym zaleganiem pokrywy śnieżnej, są lawiny. Lawiny swym podmuchem i masą śnieżną wywracają lub łamią drzewa i porywają je ze sobą w dół (Rycina 8). Siłę lawin śnieżnych porównuje się w wybuchem 25 kg trotylu. Często poruszają się one z prędkością 350 m/sek. Powstawanie lawin jest uzależnione od ukształtowania terenu oraz stosunków klimatycznych (Myczkowski 1965). Nie bez znaczenia jest obecność i rodzaj występującej szaty roślinnej. obszary terenu badań zagrożone lawinami przedstawiono na rycinie (Rycina 9). W literaturze (Fabijanowski, Dziewolski 1996) spotyka się opis lawiny, która spadła z Wołoszyna w okolicy Wodogrzmotów Mickiewicza dnia 1 lutego 1911 roku, niszcząc drzewostan w pasie długości 250 m i szerokości 100 m. W rejonie Wolarni zniszczony został las o powierzchni 3 ha. Rycina 8.Kartowanie DGPS obszaru połamanych drzew na skutek zejścia lawiny śnieżnej w rejonie Polany Kondratowej (maj 2000, fot. M.Szczygielski). 16

Przyczyną częstego występowania lawin w Tatrach wg. Sokołowskiego (1928) było wyniszczenie lasów górnoreglowych i zbiorowisk kosodrzewiny. Lawiny w sposób dość widoczny wpływają na obniżenie górnej granicy drzewostanu, szczególnie w żlebach, które są naturalnymi torami ich ruchu. Akumulując olbrzymie zwały śniegu (miąższość ich dochodzi nieraz do 10 m) w znaczący sposób opóźniają wegetację roślinności. Tereny zagrożone lawinami Rycina 9. Obszary terenu badań zagrożone lawinami (wg. WZKart.). Kolejnym czynnikiem kształtującym i modyfikującym szatę roślinną jest wiatr. Wiatr wpływa na wygląd drzewostanów (sztandarowe formy świerka), ich cykl życiowy (pojedyncze i masowe wypady), zasięg (przenoszenie nasion, obniżenie g.g.l.), a nawet na strukturę gleby (Sokołowski 1928). Dla północnych zboczy Tatr charakterystyczna jest przewaga wiatrów kierunku zachodniego nad wschodnim we wszystkich wysokościach oraz przewaga kierunku południowego nad północnym, słabnąca w miarę wznoszenia się od Rowu Podtatrzańskiego ku szczytom. We wnętrzu Tatr kierunki i prędkość wiatru są uwarunkowane skomplikowaną rzeźbą terenu (Hess 1996). Poniżej prezentowany jest rozkład kierunków wiatrów (Rycina 10) na Kasprowym Wierchu oraz prędkość w poszczególnych miesiącach obserwacji (Tabela 5). 17

Tabela 5. Średnia prędkość wiatrów na Kasprowym Wierchu (Michalczewski 1955). Miesiąc I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII prędkość wiatru m/s. 8,8 8,6 7,9 6,6 5,2 5,4 5,3 5,4 6,0 6,5 9,2 8,0 N 20 W NW 15 10 5 0 NE E SW SE S % udział kierunków wiatrów Rycina 10. Średni roczny rozkład kierunków wiatrów na Kasprowym Wierchu (Michalczewski 1955). Najwyższe wartości prędkości wiatru notowane są wiosną i jesienią, co wiąże się z częstymi w tym okresie wiatrami halnymi. Wiatr halny jest jednym z najbardziej charakterystycznych wiatrów lokalnych w tym rejonie. Jest to wiatr typu fenowego i powstaje gdy izobary przebiegają prostopadle do osi podłużnej Karpat północnych (wyż atmosferyczny znajduje się na wschodzie, a obszar niżu na zachodzie od Karpat północnych), a ponad Tatrami dochodzi do ruchu powietrza skierowanego od południa ku północy. Wiatr halny odznacza się wielką prędkością i porywistością. Na szczytach osiąga prędkość 60-70 m/s, a w dolinach jego porywy osiągają wartość 30 m/s i więcej (Hess 1996). Ciepłe i suche powietrze halnego powoduje szybki zanik pokrywy śnieżnej, a na wiosnę przyspiesza rozwój wegetacji. Słabszy wiatr łamie lub wywraca pojedyncze drzewa, natomiast silny powoduje powstawanie dużych wiatrowałów (Rycina 11). Według zapisów archiwalnych szalejący od 25 do 27 listopada 1898 roku halny wywrócił na terenie rewirów Poronina i Bukowiny około 62 000, zaś w majątku Zakopiańskim 32 000 drzew (Fabijanowski 1955, Marchlewski 1950). W 1902 r. ofiarą wiatru halnego padło 15 000, a 3 sierpnia 1925 roku aż 80 000 drzew, prawie wyłącznie świerków. Największe spustoszenie spowodował jednak halny w roku 1968. Jego prędkość na Kasprowym Wierchu wynosiła około 288 km/h, a w Zakopanem około 144 km/h. Powałom i złomom uległy wówczas drzewa na powierzchni ponad 450 ha w masie około 150 000 m 3. Stosunkowo duże zniszczenia wystąpiły jeszcze na przełomie lat 1974 i 1975, kiedy ofiarą wiatru padło około 40 000 m 3 drzew (Fabijanowski, Dziewolski 1996). 18

Rycina 11. Powierzchnia wiatrołomowa w okolicach Myślenickich Turni (lipiec 2000, fot. P.Wężyk). 2.4.2. Gleby W Tatrach przestrzenne zróżnicowanie gleb jest ściśle powiązane z rzeźbą terenu i podłożem geologicznym, a także z warunkami klimatyczno-roślinnymi i niekiedy z gospodarczą działalnością człowieka. Wyróżniono tu następujące jednostki taksonomiczne gleb (Komornicki, Skiba 1996): gleby litogeniczne- budowa ich profilu, właściwości chemiczne i skład mineralny uwarunkowane są cechami litologicznymi skał macierzystych (litosole, regosole, rankery, rędziny i pararędziny), gleby autogeniczne- o dobrze wykształconym profilu glebowym, wykazującym wyraźne powiązania z warunkami klimatycznymi i roślinnością (gleby bielicowe, gleby brunatne) gleby napływowe - powstające w wyniku rozwoju dolin rzecznych (mady) oraz procesów stokowych (gleby deluwialne), gleby semihydrogeniczne i hydrogeniczne- silnie powiązane z warunkami hydrologicznymi środowiska. W granicach Tatrzańskiego Parku Narodowego gleby inicjalne i słabo wykształcone zajmują około 30% powierzchni, rędziny i pararędziny ok. 30%; bielice ok. 20%; gleby brunatne ok. 10%, a pozostałe (mady, deluwialne, glejowe, murszowe i torfowe) około 5% powierzchni. 19

Na obszarze terenu badań reprezentowane są następujące typy gleb (Skiba 1997): z grupy gleb litogenicznych wykształconych ze skał bezwęglanowych: litosole, regosole, regosole bielicowe i bielice oraz rankery bielicowe i rankery butwinowe, z grupy gleb litogenicznych wykształconych ze skał węglanowych: rędziny inicjalne, rędziny próchniczne, rędziny butwinowe oraz rędziny brunatne, grupę gleb autogenicznych reprezentują: gleby brunatne właściwe typowe i wyługowane, gleby brunatne kwaśne a także gleby bielicowe i bielice, niewielkie fragmenty powierzchni zajmowane są przez gleby z grupy semihydrogenicznych i hydrogenicznych: gleby torfowo bielicowe oraz gleby torfowe, a w pobliżu dużych potoków występują gleby napływowe- mady właściwe i brunatne (Rycina 12). Mapa gleb TPN Rycina 12. Mapa glebowa Tatrzańskiego Parku Narodowego. 1) Litosole, 2) Regosole, 3) Regosole bielicowe i Bielice, 4) Rankery bielicowe, 5) Rankery butwinowe i Rankery bielicowe, 6) Rędziny inicjalne, 8) Rędziny próchniczne, 9) Rędziny butwinowe i Rędziny próchnicze, 10) Rędziny brunatne, 11) Gleby brunatne właściwe i wyługowane, 12) Gleby brunatne kwaśne, 13) Gleby bielicowe i bielice, 14) Gleby gruntowo-glejowe, 15) Gleby torfowo-bielicowe, 16) Gleby torfowe, 19) Mady właściwe, 20) Stawy (Skiba 1997). 20

2.5. Czynniki antropogeniczne kształtujące szatę roślinną. Człowiek gospodaruje w Tatrach od ponad pięciu wieków, polując, karczując lasy i wycinając kosodrzewinę. Miejsca niegdyś pokryte drzewostanem lub kosówką długo użytkował pastersko. Skutkiem jego oddziaływań jest zmiana składu gatunkowego drzewostanów, obniżenie górnej granicy lasu, a także ograniczenie liczebności rzadkich tatrzańskich gatunków roślin i zwierząt. Największe zmiany w składzie roślinności rejonu górnej granicy lasu spowodowało pasterstwo, natomiast obszar reglowy uległ presji przemysłu hutniczego i papierniczego. 2.5.1. Pasterstwo... doleciał mnie dźwięk dzwonków, zwolna się przybliżał, aż wychyliły się pomiędzy świerków owcze kudłate głowy i cały kierdel wytoczył się z lasu, a za kierdlem, jakby deus ex machina, poświstujący juhas. (Łapczyński 1866) Do najstarszych form użytkowania ziemi w Dolinie Bystrej należy pasterstwo, a dokumenty potwierdzające ten fakt pochodzą z XVII wieku. Z tego okresu istnieje poświadczenie wypasu owiec przez wsie: Pieniążkowice, Zakopane, Pyzówka, Szaflary, Biały Dunajec i Poronin (Moździerz, Skawiński 1997). Najprawdopodobniej teren ten był już wcześniej użytkowany pastersko, gdyż ta forma działalności człowieka w łatwiej dostępnych dolinach północnych skłonów Tatr była stwierdzona już na przełomie XVI i XVII wieku (Skawiński 1993). W początkowym okresie, gdy ludności było mało a gospodarstwa były zasobne w grunty, stada nielicznych owiec wypędzano na hale w momencie gdy trawa dostatecznie podrosła. Kolejno wypasano poszczególne polany, posuwając się w miarę rozwoju roślinności coraz wyżej w górę, niekiedy aż po same szczyty i granie. Ten sposób gospodarki pasterskiej nie wyrządzał znacznych szkód. Taka sytuacja trwała mniej więcej do końca XVIII wieku (Kolowca 1954). W 1868 roku przestało obowiązywać prawo o niepodzielności gruntów, hale, które do tego czasu były własnością co najwyżej kilkunastu baców, w szybkim okresie stały się obiektem zainteresowania dużej liczby rodzin. Polany zaczęły być eksploatowane w nadmierny sposób, na zimę ściągano z gór siano oraz nawóz wyprodukowany przez zwierzęta, doprowadzając w ten sposób do zubożenia łąk. Bacowie coraz wcześniej rozpoczynali wypas na górskich halach, które często nie zdołały jeszcze wyprodukować 21