GRUBY RUMOSZ DRZEWNY W CIEKACH GÓRSKICH FORMY WYSTÊPOWANIA, WARUNKI DEPOZYCJI I ZNACZENIE ŒRODOWISKOWE

117 FOLIA GEOGRAPHICA SERIES GEOGRAPHICA-PHYSICA Vol. XXXIII XXXIV 2002 2003 PL ISSN 0071-6715 Bart³omiej Wy ga 1, Ryszard J. Kaczka 2, Joanna Zawiejska 3 GRUBY RUMOSZ DRZEWNY W CIEKACH GÓRSKICH FORMY WYSTÊPOWANIA, WARUNKI DEPOZYCJI I ZNACZENIE ŒRODOWISKOWE Deponowane w ciekach drzewa i krzewy oraz ich wiêksze fragmenty okreœla siê jako gruby rumosz drzewny. Formami jego wystêpowania s¹: k³ody, krzewy i drzewa, zwa³y oraz karpy. Dostawa grubego rumoszu drzewnego do cieków górskich mo e byæ wynikiem naturalnego rozpadu obumar³ych drzew, lawin, sp³ywów gruzowych i osuwisk, powalenia przez wiatr, erozji brzegów koryt, gospodarki leœnej oraz œcinania nadrzecznych drzew przez bobry. W Ÿródliskowych odcinkach cieków górskich depozycja grubego rumoszu drzewnego zachodzi w nieuporz¹dkowany sposób w miejscach dostawy powalonych drzew ze zboczy dolin. W potokach górskich drewno jest preferencyjnie przechwytywane w miejscach zwê eñ koryta, a charakterystyczn¹ form¹ jego nagromadzeñ s¹ tamy drzewne. Natomiast w rzekach górskich, o szerokoœci koryta wiêkszej od wysokoœci drzew porastaj¹cych jego brzegi, gruby rumosz drzewny jest deponowany w miejscach rozszerzania siê koryta i spadku zdolnoœci transportowej rzeki. Mobilnoœæ grubego rumoszu drzewnego zwiêksza siê wraz ze wzrostem wielkoœci cieku wskutek wzrostu kompetencji przep³ywów wezbraniowych i zwiêkszania siê rozmiarów drewna mog¹cego zakotwiczaæ siê na obu brzegach koryta. Deponowany w ciekach górskich gruby rumosz drzewny wywiera istotny wp³yw na ich morfologiê, na hydraulikê przep³ywów wezbraniowych oraz na zdolnoœæ cieków do akumulacji materia³u dennego, a w konsekwencji na natê enie jego transportu i charakter dna cieków. Drewno powalonych drzew pe³ni tak e istotne funkcje w kszta³towaniu ekosystemów cieków górskich, zwiêkszaj¹c w nich fizyczn¹ ró norodnoœæ siedlisk, tworz¹c siedliska, stanowi¹c pokarm dla wielu grup organizmów i zwiêkszaj¹c mo liwoœci zatrzymywania drobnej materii organicznej w ciekach. Korzystny wp³yw grubego rumoszu drzewnego na funkcjonowanie geo- i ekosystemów cieków górskich powinien byæ uwzglêdniany w gospodarce wodnej prowadzonej w tych ciekach. S³owa kluczowe: gruby rumosz drzewny, cieki górskie, depozycja drewna, geosystem, ekosystem Key words: large woody debris, mountain streams, wood deposition, geosystem, ecosystem

118 WSTÊP Drzewa lub ich fragmenty dostaj¹ siê do koryt cieków górskich w wyniku naturalnego rozpadu obumar³ych drzew, szeregu procesów geomorfologicznych (Keller, Swanson 1979), dzia³alnoœci cz³owieka oraz œcinania nadrzecznych drzew przez bobry. Wraz z przerwaniem ³¹cznoœci pomiêdzy korzeniami a gleb¹ w momencie przewrócenia siê drzewa lub wraz z od³amaniem siê konarów i ga³êzi z rosn¹cych drzew, te drzewa lub ich fragmenty staj¹ siê specyficznymi klastami biogenicznego pochodzenia, które mog¹ nastêpnie w rzekach podlegaæ transportowi i depozycji, mechanicznej obróbce w czasie transportu i biochemicznemu rozk³adowi w stanie spoczynku. D³ugotrwa³e wycinanie nadrzecznych lasów w dolinach rzek zagospodarowanych obszarów Europy i Ameryki Pó³nocnej oraz zahamowanie lub spowolnienie erozji bocznej w wyniku zabudowy regulacyjnej tych rzek znacz¹co ograniczy³y jednak w najm³odszym okresie historycznym dostawê drzew do ich koryt (Petts 1990). Ponadto, powalone drzewa by³y tu rutynowo usuwane z koryt w celu zapobie enia zmniejszeniu siê ich przepustowoœci dla wód wezbraniowych, unikniêcia uszkodzeñ mostów i pozyskania drewna opa³owego. W rezultacie, znaczenie powalonych drzew dla funkcjonowania geo- i ekosystemów rzecznych by³o do niedawna s³abo rozpoznane. W zachodniej czêœci Ameryki Pó³nocnej cieki najd³u ej zachowa³y swój naturalny charakter. W drugiej po³owie XIX w. powalone drzewa pokrywa³y 25 50% powierzchni dna potoków sp³ywaj¹cych z Gór Kaskadowych i Nadbrze nych do Pacyfiku, a zatory utworzone z nap³awionych drzew uniemo liwia³y sp³yw po wiêkszych rzekach tego obszaru (Sedell i in. 1988). Od koñca XIX w. rozpoczêto tu usuwanie powalonych drzew z rzek, zmierzaj¹c do ich u eglownienia, zaœ w latach 50. i 60. XX w. podjêto zakrojon¹ na szerok¹ skalê akcjê usuwania drewna z potoków górskich, której celem by³o usuniêcie przeszkód utrudniaj¹cych swobodny przep³yw na tar³o ryb ³ososiowatych. Usuniêcie drewna z cieków spowodowa³o jednak drastyczny spadek iloœci ryb (Sedell i in. 1988 i cytowane tam prace). W nastêpstwie tych niefortunnych dzia³añ cieki pó³nocnej Kaliforni, Oregonu i stanu Washington sta³y siê kolebk¹ badañ nad œrodowiskowym znaczeniem drewna w systemach rzecznych, których efektem by³a stopniowo narastaj¹ca od koñca lat 70. XX wieku liczba opracowañ naukowych. W polskiej literaturze geograficznej z zakresu tej tematyki ukaza³o siê dotychczas zaledwie kilka prac poœwiêconych depozycji i œrodowiskowemu znaczeniu k³ód œwierkowych w górnym biegu Kamienicy w Gorcach (Kaczka 1999a, b) oraz w wybranych górskich potokach Europy Œrodkowej (Kaczka 2002a, b). Celem przedstawianego artyku³u jest zaznajomienie polskich czytelników z zagadnieniami zwi¹zanymi z obecnoœci¹ drewna w ciekach

119 górskich. Zostan¹ w nim przedstawione formy wystêpowania drewna w ciekach, procesy powoduj¹ce dostawê drzew do cieków górskich i czynniki wp³ywaj¹ce na lokalizacjê depozycji drewna oraz jego stabilnoœæ w ciekach ró nej wielkoœci, zostanie tak e omówione znaczenie drewna dla funkcjonowania geo- i ekosystemów cieków górskich. GRUBY RUMOSZ DRZEWNY I FORMY JEGO WYSTÊPOWANIA Krótki okres badañ nad rol¹ powalonych drzew w procesach fluwialnych jest przyczyn¹ braku powszechnie przyjêtych terminów z tego zakresu zarówno w œwiatowej, jak i w polskiej literaturze geograficznej. W terminologii angielskiej zdeponowane w ciekach drzewa i wiêksze ich fragmenty okreœla siê terminami: coarse woody debris, large woody debris lub large organic debris. Koncentracja dotychczasowych badañ w wysokogórskich zlewniach poroœniêtych drzewami iglastymi powodowa³a, e terminy te uto samiano do niedawna (np. Lofroth 1998) z k³odami, czyli pniami lub cylindrycznymi fragmentami pni, konarów i korzeni drzew. Przeprowadzone w ostatnich latach badania w wiêkszych rzekach, maj¹cych brzegi poroœniête drzewami i krzewami liœciastymi, wskaza³y równie na inne formy wystêpowania drewna w ciekach (Thévenet i in. 1998). Jako polski odpowiednik wymienionych powy ej angielskich okreœleñ zaproponowano termin gruby rumosz drzewny (organiczny). Okreœla on zdeponowane w ciekach drzewa i krzewy oraz ich fragmenty o d³ugoœci wiêkszej od 1 m i œrednicy wiêkszej od 10 cm, lub o ca³kowitej masie wiêkszej od 4 kg, a tak e ich agregaty. Najczêstszymi formami wystêpowania grubego rumoszu drzewnego s¹: k³ody (ang. logs, trunks ) bêd¹ce pojedynczymi pniami (fot. 1A) lub fragmentami pni, konarów i korzeni o d³ugoœci wiêkszej od 1 m i œrednicy, mierzonej w po³owie d³ugoœci, wiêkszej od 10 cm (fot. 1B); krzewy i drzewa (ang. shrubs, whole trees ) stanowi¹ce zdeponowane w ciekach krzewy oraz drzewa z zachowan¹ koron¹ i czêsto tak e wi¹zk¹ korzeni, cechuj¹ce siê przestrzenn¹ struktur¹ (fot. 2A); zwa³y (ang. jams ) bêd¹ce ró norodnymi mieszaninami pni, konarów, ga³êzi i korzeni wraz z materia³em mineralnym i drobniejszym materia³em organicznym (fot. 2B). Ponadto, jeœli w nadrzecznych lasach by³a prowadzona wycinka drzew, wówczas boczna migracja rzeki bêdzie powodowaæ dostawê do jej

120 koryta karp, zwanych tak e pniakami (ang. stumps ), sk³adaj¹cych siê z wi¹zki korzeni wraz z najni sz¹ czêœci¹ pnia pozosta³¹ po œciêciu drzewa (fot. 5 œrodkowa czêœæ zdjêcia). Karpy mog¹ tak e powstawaæ w wyniku pozyskiwania zdeponowanych w cieku drzew i pozostawienia w korycie ich nieprzydatnych czêœci korzeniowych. Ga³êzie krzewów s¹ z regu³y cieñsze od 10 cm, a maksymalna rozpiêtoœæ karp czêsto nie przekracza 1 m. Pomimo tego, biomasa drewna tych form mo e byæ znaczna, zaœ ich ca³kowite rozmiary umo liwiaj¹ istotne oddzia³ywanie na przep³yw wody i rumowiska w ciekach. Przy przeciêtnej masie w³aœciwej nieroz³o onego drewna równej 0,5 t m 3 (Harmon i in. 1986), masa cylindrycznej k³ody o granicznych rozmiarach 1 m d³ugoœci i 10 cm œrednicy wynosi niemal 4 kg. Dlatego te przedstawiona powy ej definicja pozwala zaliczaæ do grubego rumoszu drzewnego formy o ca³kowitej masie wiêkszej od 4 kg, nawet jeœli d³ugoœæ lub œrednica tworz¹cych je elementów nie przekracza granicznych rozmiarów, odpowiednio, 1 m i 10 cm. Poszczególne formy grubego rumoszu drzewnego ró ni¹ siê mas¹ drewna zawart¹ w ich okreœlonej objêtoœci. O ile obliczanie masy k³ód od dawna nie nastrêcza³o trudnoœci, to dopiero kilka lat temu opracowano metodykê szacowania masy innych form grubego rumoszu drzewnego na podstawie pomiarów ich geometrii (Thévenet i in. 1998). Polega ona na okreœleniu statystycznych zale noœci pomiêdzy rozmiarami poszczególnych form rumoszu a ich mas¹, cechuj¹cych badany ciek. W praktyce, mo liwe jest wykorzystywanie ustalonych gdzie indziej zale noœci do okreœlania iloœci grubego rumoszu drzewnego zdeponowanego w ciekach usytuowanych w podobnych warunkach fizycznogeograficznych, w których zachodzi dostawa takich samych rodzajów drzew (Gurnell i in. 2000a, b). Terminem stosowanym niekiedy w literaturze do okreœlenia zdeponowanych w ciekach powalonych drzew jest obumar³e drewno (ang. dead wood ). Terminu tego nie mo na jednak uwa aæ za synonim grubego rumoszu drzewnego, gdy w przypadku niektórych drzew liœciastych, zw³aszcza topoli i wierzb, zarówno ca³e powalone drzewa, jak i ich po³amane fragmenty mog¹ w miejscu depozycji nie obumieraæ, lecz ukorzeniaæ siê i wypuszczaæ pêdy (Gurnell i in. 2000b). Wreszcie, nale y wskazaæ na koniecznoœæ odró niania obumar³ych drzew (ang. snags ) od grubego rumoszu drzewnego. Te pierwsze mog¹ przez d³u szy czas podlegaæ biochemicznemu rozk³adowi stoj¹c, dopiero jednak ich powalenie umo liwia w³¹czenie tych drzew do systemu rzecznego oraz ich transport fluwialny.

121 DOSTAWA GRUBEGO RUMOSZU DRZEWNEGO DO KORYT CIEKÓW GÓRSKICH Drzewa obumieraj¹, osi¹gaj¹c maksymalny dla danego siedliska oraz gatunku drzewa wiek, a tak e na poszczególnych etapach rozwoju lasu, w wyniku konkurencji pomiêdzy blisko rosn¹cymi osobnikami. Dostawê grubego rumoszu drzewnego do koryt, zwi¹zan¹ z naturaln¹ œmiertelnoœci¹ drzew, obserwowano przede wszystkim w zlewniach poroœniêtych pierwotnym starodrzewem (Keller, Tally 1979; Sedell i in. 1988). Intensywna dostawa drewna do cieków mo e byæ tak e wynikiem zamierania ca³ych kompleksów leœnych (Kaczka 2002a), wywo³anego zanieczyszczeniami przemys³owymi i atakowaniem os³abionych drzew przez paso ytnicze owady, jakie nast¹pi³o w ostatnich dziesiêcioleciach w niektórych górskich obszarach Europy. Niezale nymi od uwarunkowañ autoekologicznych czynnikami powoduj¹cymi dostawê grubego rumoszu drzewnego do koryt cieków górskich s¹: wiatr, lawiny, sp³ywy gruzowe, osuwiska, erozja brzegów koryt, œcinanie nadrzecznych drzew przez bobry oraz gospodarka leœna. Dzia³anie niektórych z tych czynników mo e siê zaznaczaæ jedynie w pewnych odcinkach cieków, zw³aszcza w ich Ÿródliskowej czêœci, inne zaœ mog¹ byæ aktywne na ca³ej d³ugoœci cieków (Keller, Swanson 1979). Lawiny œnie ne i sp³ywy gruzowe to procesy dzia³aj¹ce w obszarach wysokich gór o d³ugich, stromych stokach (w Polsce Tatry, Karkonosze i masyw Babiej Góry); mog¹ one dostarczaæ powalone i po³amane drzewa z partii stoków odleg³ych od koryta cieku (Keller, Swanson 1979). Powa³y drzew przez wiatr, erozja brzegów koryt i kêp oraz osuwiska i obrywy na podcinanych przez cieki zboczach dolin powoduj¹ dostawê drzew z bliskiego s¹siedztwa cieków (Robison, Beschta 1990a; Va n Sickle, Gregory 1990) i mog¹ oddzia³ywaæ na ca³ej ich d³ugoœci. Dzia³alnoœæ wiatru i ruchów masowych odgrywa przy tym kluczow¹ rolê w dostawie drzew do cieków p³yn¹cych w¹skimi, zazwyczaj wciosowymi dolinami, natomiast tam, gdzie cieki maj¹ mo liwoœæ swobodnej migracji po dnie doliny, dominuj¹cego znaczenia nabiera erozja brzegów koryta (N a k a - mura, Swanson 1994; Fetherston i in. 1995). Eksploatacja nadrzecznych lasów zazwyczaj wi¹ e siê ze zrzucaniem do cieków nieprzydatnych czêœci (ga³êzi, wierzcho³ków) œciêtych drzew; ponadto, czêsto wymaga ona wznoszenia drewnianych mostów i kaszycowych umocnieñ brzegów koryt, których niszczenie powoduje dostawê drewna do cieków. Zasadniczo, gospodarka leœna prowadzi jednak do zmniejszenia naturalnej dostawy drzew do koryt cieków wskutek odm³adzania drzewostanu i zmian jego sk³adu gatunkowego (Sedell i in. 1988; Bragg, Kershn e r 1999). Wreszcie, bobry œcinaj¹ nadrzeczne drzewa, wykorzystuj¹c

122 je jako po ywienie oraz do budowy tam. Zamieszkuj¹ one cieki o niezbyt du ym spadku, których obszary zalewowe s¹ poroœniête lasem liœciastym (Gurnell 1998), zatem siedliska bobrów w ciekach górskich bêd¹ ograniczone do ich nisko po³o onych odcinków, gdzie klimat dna doliny sprzyja rozwojowi lasu liœciastego. GRUBY RUMOSZ DRZEWNY W CIEKACH RÓ NEJ WIELKOŒCI Wraz ze wzrostem wielkoœci cieku zmieniaj¹ siê czynniki wp³ywaj¹ce na lokalizacjê depozycji grubego rumoszu drzewnego, dominuj¹ce formy jego nagromadzeñ i stabilnoœæ tych form (Piégay, Gurnell 1997), ulega tak e zmianie oddzia³ywanie rumoszu drzewnego na morfologiê cieku (Nakamura, Swanson 1993). W Ÿródliskowych odcinkach rzek, w ciekach pierwszego i drugiego rzêdu wed³ug klasyfikacji Strahlera, wiêkszoœæ powalonych drzew jest znacznie d³u sza od szerokoœci cieku, przewieszaj¹c siê ponad jego brzegami. Jeœli ciek taki p³ynie dnem doliny wciosowej, powalone drzewa mog¹ albo prze³amywaæ siê przy uderzeniu o przeciwleg³e zbocze, albo zawieszaæ siê na zboczach doliny, pozostaj¹c wysoko ponad korytem cieku a do czasu, gdy spróchniawszy ulegn¹ prze³amaniu pod w³asnym ciê arem (Nakamura, Swanson 1993). Nawet jeœli powalone drzewa dostan¹ siê bezpoœrednio na dno cieku, niewielka kompetencja jego przep³ywów wezbraniowych nie pozwala na ich przemieszczanie. Rozmieszczenie grubego rumoszu drzewnego w takich ciekach jest zatem odzwierciedleniem miejsc dostawy drzew z brzegów cieku i zboczy doliny oraz tempa rozk³adu drewna (Gurnell i in. 2000a). W przypadku wiêkszych cieków, trzeciego i czwartego rzêdu, szerokoœæ dna ich dolin jest zbyt du a, by przewrócone drzewa mog³y oboma koñcami zawieszaæ siê wysoko ponad korytem i tylko czêœæ powalonych drzew mo e siêgaæ przeciwleg³ego brzegu koryta. Ciê ar tych wiêkszych drzew oraz d³ugoœæ, pozwalaj¹ca na zakotwiczenie na obu brzegach cieku, uniemo liwiaj¹ ich transport w czasie wezbrañ. Natomiast drzewa krótsze od szerokoœci cieku oraz fragmenty po³amanych drzew mog¹ byæ przenoszone w dó³ cieku i s¹ deponowane wzd³u brzegów koryta i na szczytach ³ach lub ulegaj¹ zatrzymaniu na przeszkodach, jakimi s¹ przegradzaj¹ce koryto wiêksze powalone drzewa, g³azy i ³awice skalne oraz przewê enia koryta (P iégay, Gurnell 1997; Gurnell i in. 2000a). Preferencyjne zatrzymywanie grubego rumoszu drzewnego w miejscach zwê eñ koryta stanowi charakterystyczn¹ cechê takich cieków. Przegradzaj¹ce koryto pojedyncze drzewa lub nagromadzenia drzew stanowi¹ przeszkodê dla przep³ywu wody i materia³u dennego w cieku i s¹ okreœlane jako tamy drzewne (ang. debris dams ). W zale noœci od

123 charakteru oddzia³ywania tamy na przep³yw wody i rumowiska skalnego w cieku K.J. Gregory i in. (1985) wyró nili: tamy czêœciowe (ang. partial dams ), przegradzaj¹ce jedynie czêœæ szerokoœci cieku; tamy zupe³ne (ang. complete dams ), przegradzaj¹ce ca³¹ szerokoœæ cieku, lecz nie powoduj¹ce akumulacji materia³u dennego za tam¹ i uformowania siê widocznego przy niskich i œrednich stanach za³omu w profilu pod³u nym cieku; oraz tamy aktywne (ang. active dams ), na których nastêpuje zatrzymywanie materia³u dennego i dochodzi do uformowania siê progu. Tamy drzewne s¹ dynamicznymi formami korytowymi. Wiêkszoœæ tam jest szybko formowana, a przy kolejnych wezbraniach mo e zostaæ zniszczona lub ulec zmianie w inny typ tamy, przy czym najbardziej nietrwa³e s¹ tamy czêœciowe (Gregory i in. 1985; Piégay, Gurnell 1997). Jeœli jednak drzewo, na którym formuje siê tama, jest dobrze zakotwiczone na obu brzegach koryta, wówczas tama mo e pozostawaæ w danym miejscu cieku przez czas potrzebny do rozk³adu tego drzewa. Z up³ywem czasu gruboœæ i wysokoœæ tam aktywnych mo e siê zwiêkszaæ w wyniku przechwytywania rumoszu drzewnego w czasie kolejnych wezbrañ i, w rezultacie, tamy takie mog¹ siê sk³adaæ z wielu ró nowiekowych elementów (Kaczka 2002a). W potokach Gór Nadbrze nych w pó³nocno-zachodniej Kaliforni, gdzie najwiêksze tamy formowa³y siê na pniach sekwoi o œrednicy siêgaj¹cej 3 m, wiek najstarszych k³ód przekracza³ 200 lat (Keller i in. 1995). Natomiast w Kamienicy w Gorcach, gdzie tamy drzewne s¹ zbudowane z k³ód œwierkowych, czas obumarcia najstarszych elementów wspó³czesnych tam siêga ponad 50 lat wstecz (Kaczka 2002a). Tamy utworzone z wielu k³ód mog¹ osi¹gaæ znaczn¹ wysokoœæ; w potokach Gór Kaskadowych w Oregonie obserwowano tamy o wysokoœci przekraczaj¹cej 3 m (Nakamura, Swanson 1993), natomiast w Potoku Waksmundzkim w Tatrach najwy sza tama mia³a wysokoœæ 1,8 m (Kaczka 2002a). Akumulacja materia³u dennego po dopr¹dowej stronie tam aktywnych wymusza agradacjê w korycie na odcinku od kilku do kilkudziesiêciu metrów i prowadzi do uformowania siê charakterystycznego, schodowego profilu pod³u nego potoku (ryc. 1, fot. 3) (Keller i in. 1995; Kaczka 1999b). Poziomy zasiêg strefy agradacji powy ej tamy jest uzale niony od jej rozmiarów (Church 1992) oraz spadku cieku. Tamom aktywnym i uformowanym na nich progom organicznym (ang. organic steps, log steps ) towarzysz¹ przeg³êbienia (Robison, Beschta 1990b; Thompson 1995). Najczêœciej maj¹ one postaæ kot³ów eworsyjnych (ang. plunge pools ) (fot. 3), niekiedy wystêpuj¹ tak e g³êbsze baseny wody na zapleczu tamy (ang. dammed pools ) (fot. 4).

124 m tama aktywna (1) 4 kocio³ 3 eworsyjny (2) 2 1 tama aktywna (1) kocio³ eworsyjny (2) próg skalny (3) tama aktywna (1) kocio³ eworsyjny (2) 0 5 15 20 25 30 m Ryc. 1. Schodowy profil pod³u ny potoku górskiego przegrodzonego tamami aktywnymi na przyk³adzie wycinka górnego biegu Kamienicy Fig. 1. Stepped longitudinal profile of a mountain stream resulting from the occurrence of debris dams as shown for a section of the upper course of Kamienica Stream. 1 active dam, 2 plunge pool, 3 bedrock step Zaobserwowano, e przeciêtna odleg³oœæ pomiêdzy kolejnymi progami zwiêksza siê wraz ze wzrostem wielkoœci (szerokoœci) potoków górskich (Bilby, Ward 1989; Wo h l i in. 1997). Tendencja ta najprawdopodobniej odzwierciedla zwiêkszanie siê mobilnoœci grubego rumoszu drzewnego wraz ze wzrostem wielkoœci cieku (Wo h l i in. 1997) wskutek zwiêkszania siê d³ugoœci k³ód mog¹cych zakotwiczaæ siê na obu brzegach koryta oraz wzrostu przep³ywów wezbraniowych wraz z przyrostem powierzchni zlewni. Zwiêkszanie siê mobilnoœci grubego rumoszu drzewnego wraz ze wzrostem wielkoœci cieku znajduje tak e odzwierciedlenie w zmianach dominuj¹cej orientacji k³ód wzglêdem biegu cieku (Richmond, Fausch 1995; Kaczka 1999a). Na przyk³ad, w Ÿródliskowym odcinku Kamienicy (ryc. 2 odcinek K 1 ) zdecydowanie przewa aj¹ k³ody u³o one prostopadle do biegu potoku, zawieszone ponad jego brzegami lub tworz¹ce tamy drzewne w korycie. Natomiast dalej od Ÿróde³ Kamienicy (ryc. 2 odcinek K 2 ) dominuje pod³u na i ukoœna orientacja k³ód; tamy drzewne s¹ tu nieliczne, a wiêkszoœæ powalonych drzew by³a transportowana i zosta³a zdeponowana na ³achach i brzegach koryta (Kaczk a 2002a). W ciekach pi¹tego i wy szych rzêdów, maj¹cych ju charakter rzek górskich, drzewa podmyte na jednym z brzegów nie siêgaj¹ koronami przeciwleg³ego brzegu, a kompetencja przep³ywów wezbraniowych jest wystarczaj¹ca do transportu wszystkich lub wiêkszoœci drzew powalonych do koryta (P iégay, Gurnell 1997; Gurnell i in. 2000a). Dotychczas przeprowadzono bardzo niewiele badañ nad depozycj¹ drewna w rzekach górskich o szerokoœci koryta wiêkszej od 20 m. W alpejskiej rzece Drôme we Francji zaobserwowano (Piégay i in. 1999), e wiêksze iloœci grubego rumoszu drzewnego s¹ deponowane poni ej miejsc erozji zalesionych brzegów rzeki, w odcinkach z szerokim korytem i w odcinkach zawieraj¹cych zadrzewione kêpy. Natomiast badania przepro-

260 270 260 270 125 K 1 300 310 310 320 320 330 330 340 340 350 350 360 0 10 10 20 20 30 30 40 40 50 50 60 290 300 60 70 280 290 70 80 270 280 4% 6% 8% 80 90 10% 90 100 250 260 100 110 240 250 110 120 220 230 210 220 200 210 190 200 180 190 170 180 160 170 150 160 140 150 130 140 bieg rzeki α 230 240 120 130 K 2 K 2 300 310 310 320 320 330 330 340 340 350 350 360 0 10 10 20 20 30 30 40 40 50 50 60 α 290 300 60 70 280 290 70 80 270 280 4% 6% 8% 80 90 10% 90 100 250 260 100 110 240 250 110 120 230 240 120 130 220 230 140 150 130 140 210 220 200 210 190 200 180 190 170 180 160 170 150 160 Ryc. 2. Orientacja k³ód (a) wzglêdem biegu cieku w badanych odcinkach górnego biegu Kamienicy. Odcinek K 1 ciek 1 3 rzêdu, 0 2,2 km od Ÿróde³, odcinek K 2 ciek 4 rzêdu, 3,6 8,5 km od Ÿróde³ Fig. 2. Orientation of logs (a) in relation to stream course in the investigated reaches of Kamienica Stream. Reach K 1 1 3-order stream, 0 2.2 km from the source, reach K 2 4-order stream, 3.6 8.5 km from the source

126 wadzone we w³oskiej rzece Tagliamento wykaza³y, e iloœci drewna zdeponowanego w nieporoœniêtych roœlinnoœci¹ obszarach koryta s¹ w odcinkach wielonurtowych kilkakrotnie wiêksze ni w odcinkach jednonurtowych oraz, e powierzchnie zadrzewionych kêp mog¹ gromadziæ wielokrotnie wiêcej rumoszu drzewnego ni obszary koryta nieporoœniête roœlinnoœci¹ (Gurnell i in. 2000a, b). W obu tych rzekach szczegó³owe obserwacje terenowe przeprowadzono jednak e w niewielu odcinkach ich koryt. Interesuj¹cych wniosków o uwarunkowaniach depozycji grubego rumoszu drzewnego w rzece górskiej dostarczy³y badania przeprowadzone po wezbraniu z lipca 2001 roku w 17-kilometrowym odcinku Czarnego Dunajca w obrêbie Kotliny Orawsko-Nowotarskiej, w którym nie otrzymuje on adnych znacz¹cych dop³ywów, a szerokoœæ i morfologia jego koryta s¹ bardzo zró nicowane (Zawiejska, Wy ga 2002). Dla 89 segmentów rzeki, o d³ugoœci oko³o 100 m, ustalono masê zdeponowanego drewna oraz masê drewna przypadaj¹c¹ na jednostkê powierzchni koryta, pomierzono d³ugoœæ podcinanych, zalesionych brzegów oraz spadek i pe³nokorytow¹ szerokoœæ rzeki i wreszcie obliczono jednostkow¹ moc strumienia w czasie kulminacji wezbrania, okreœlaj¹c¹ maksymaln¹ zdolnoœæ transportow¹ rzeki (ryc. 3). Okaza³o siê, e ³adunki zdeponowanego drewna s¹ wprost proporcjonalne do d³ugoœci erodowanych brzegów oraz szerokoœci rzeki, a odwrotnie proporcjonalne do jednostkowej mocy strumienia w czasie kulminacji wezbrania. Najwiêksze iloœci drewna (maksymalnie do 33 t ha 1 powierzchni koryta) by³y deponowane w szerokich, wielonurtowych (fot. 5) lub wielokorytowych segmentach rzeki. Niewielka zdolnoœæ transportowa rzeki sprzyja³a deponowaniu drewna przynoszonego z wy szych odcinków, a znaczna d³ugoœæ podcinanych brzegów rzeki i brzegów zalesionych kêp umo liwia³a du ¹ lokaln¹ dostawê drzew do koryta (ryc. 3). W w¹skich, jednonurtowych segmentach rzeki o uregulowanym lub skalnym korycie by³y natomiast deponowane bardzo ma³e iloœci drewna. Du a zdolnoœæ transportowa rzeki nie sprzyja³a zatrzymywaniu tu drewna przynoszonego z wy szych odcinków, a efektem wiêkszej odpornoœci brzegów na erozjê i ma³ej krêtoœci nurtu w tych segmentach by³a ma³a d³ugoœæ podcinanych brzegów i niewielka dostawa drzew do koryta (ryc. 3). Obserwacje w Czarnym Dunajcu wykaza³y, e drewno mo e byæ transportowane na znaczne odleg³oœci w w¹skich, prostych odcinkach rzeki górskiej, w których brak jest miejsc pozwalaj¹cych na zakotwiczanie siê p³yn¹cego drewna i gdzie si³a transportowa rzeki jest znaczna. Na daleki transport wskazuje znaczne rozdrobnienie i du y stopieñ zniszczenia drewna zdeponowanego w miejscach pierwszych rozszerzeñ koryta poni ej takich odcinków oraz niemal ca³kowity brak Ÿróde³ dosta-

127 Unit wood storage [t/ha] Total wood storage [t] Eroded banks length [m] Unit stream power [W/m 2 s] Channel width [m] Channel gradient [m/m] Elevation [m a.s.l.] Odleg³oœæ Distance [km] Ryc. 3. Rozk³ad morfometrycznych i hydraulicznych parametrów oraz iloœci zdeponowanego drewna dla 89 stumetrowych segmentów Czarnego Dunajca Fig. 3. Morphometric and hydraulic parametres of the Czarny Dunajec and the amount of stored wood shown for eighty-nine, 100-m long, investigated sections of the river

128 wy drewna (podcinanych brzegów) w w¹skich, prostych odcinkach rzeki. Depozycji znacznych iloœci grubego rumoszu drzewnego w rzece górskiej sprzyja natomiast obecnoœæ miejsc umo liwiaj¹cych zakotwiczanie siê p³yn¹cego drewna (Piégay i in. 1999; Gurnell i in. 2000a, b; Z a - wiejska, Wy ga 2002). Nale ¹ do nich: czo³owe partie ³ach œródkorytowych, op³ywane przez rozdzielaj¹cy siê nurt (fot. 6); szczytowe partie ³ach meandrowych, gdzie g³êbokoœæ wody w czasie wezbrañ jest stosunkowo ma³a; brzegi, a zw³aszcza czo³owe partie kêp (fot. 2B); oraz w¹skie koryta przelewowe, w których mo e dochodziæ do formowania siê tam drzewnych, analogicznych do tych powstaj¹cych w w¹skich potokach górskich. Wiêksze rzeki górskie mo e zatem cechowaæ du e zró nicowanie iloœci drewna zdeponowanego w ich poszczególnych odcinkach (zob. ryc. 3), odzwierciedlaj¹ce zró nicowanie morfologii koryt (P iégay, Gurnell 1997). Porównanie iloœci grubego rumoszu drzewnego obecnego w alpejskiej rzece Drôme z oszacowan¹ dla dwudziestoletniego okresu wielkoœci¹ dostawy do niej drewna z nadrzecznych lasów wskazuje na krótki, kilkuletni czas pozostawania rumoszu drzewnego w szerokiej rzece górskiej (Piégay i in. 1999). Najprawdopodobniej jest to ³¹cznym wynikiem: 1) du ej mobilnoœci drewna w takich rzekach, u³atwiaj¹cej jego odprowadzanie w dó³ biegu (Piégay i in. 1999); 2) wynoszenia drewna w czasie wezbrañ do obszarów zalewowych, gdzie podlega ono szybkiemu rozk³adowi w warunkach subaeralnych; 3) szybkiego rozk³adu drewna drzew liœciastych (Sedell i in. 1988), g³ównie dostarczanych do wiêkszych rzek; 4) pozyskiwania drewna na opa³ z ³atwo dostêpnych koryt wiêkszych rzek. Podsumowuj¹c, nale y stwierdziæ, i w Ÿródliskowych odcinkach cieków górskich depozycja grubego rumoszu drzewnego zachodzi w nieuporz¹dkowany sposób w miejscach dostawy powalonych drzew z brzegów cieków oraz zboczy dolin. W potokach górskich drewno jest preferencyjnie przechwytywane w miejscach zwê eñ koryta, a charakterystyczn¹ form¹ jego nagromadzeñ s¹ tamy drzewne. Natomiast w rzekach górskich o szerokoœci koryta wiêkszej od wysokoœci drzew porastaj¹cych jego brzegi gruby rumosz drzewny jest zwykle deponowany w miejscach rozszerzania siê koryta i spadku zdolnoœci transportowej rzeki, zw³aszcza przy obecnoœci form korytowych i roœlinnoœci umo liwiaj¹cych zakotwiczanie siê sp³ywaj¹cego drewna. W miarê wzrostu wielkoœci cieków zwiêksza siê mobilnoœæ grubego rumoszu drzewnego, maleje natomiast przeciêtny czas zalegania drewna w danym miejscu (odcinku) koryta. Wzrostowi wielkoœci cieków górskich

129 towarzysz¹ tak e istotne zmiany charakteru deponowanego w nich rumoszu drzewnego. W wysoko po³o onych odcinkach cieków górskich ich brzegi s¹ z regu³y poroœniête drzewami iglastymi, cechuj¹cymi siê koncentracj¹ biomasy drewna w pojedynczym pniu. W rezultacie, dominuj¹c¹ form¹ grubego rumoszu drzewnego w Ÿródliskowych odcinkach tych cieków s¹ k³ody, natomiast w wiêkszych potokach górskich oprócz pojedynczych k³ód mog¹ tak e wystêpowaæ zwa³y. W ni ej po³o onych odcinkach cieków górskich strefy klimatu umiarkowanego ich brzegi s¹ poroœniête krzewami i drzewami liœciastymi, zatem dominuj¹cymi tu formami grubego rumoszu drzewnego s¹ krzewy i drzewa oraz utworzone w wyniku ich agregacji zwa³y. Wreszcie, wraz ze wzrostem wielkoœci cieków maleje iloœæ drewna przypadaj¹ca na jednostkê powierzchni ich koryta (Vannote i in. 1980; Fetherston i in. 1995). Na przyk³ad, w Ÿródliskowym odcinku Kamienicy, o œredniej szerokoœci 5 m, iloœæ zdeponowanego drewna wynosi³a 146 t ha 1 powierzchni koryta. W odleg³oœci kilku kilometrów od Ÿróde³, gdzie szerokoœæ potoku wynosi³a oko³o 16 m, stwierdzono 18 t drewna na 1 ha powierzchni koryta. Natomiast w badanym odcinku Czarnego Dunajca, o œredniej szerokoœci 52 m, na 1 ha powierzchni rzeki przypada³o œrednio oko³o 8 t drewna. Zmniejszanie siê jednostkowych ³adunków drewna jest wynikiem wzrostu szerokoœci cieków, eliminacji zboczy dolin jako Ÿróde³ dostawy powalonych drzew w przypadku wiêkszych cieków p³yn¹cych p³askodennymi dolinami oraz wynoszenia w czasie wezbrañ znacznej czêœci dostarczonego do takich cieków drewna do ich obszarów zalewowych. WP YW GRUBEGO RUMOSZU DRZEWNEGO NA FUNKCJONOWANIE GEOSYSTEMÓW CIEKÓW GÓRSKICH Gruby rumosz drzewny wywiera istotny wp³yw na funkcjonowanie geosystemów cieków górskich (Gurnell i in. 1995). Przegradzanie mniejszych cieków tamami drzewnymi prowadzi do powstania schodowego profilu pod³u nego koryt (ryc. 1), z uk³adem progów i towarzysz¹cych im kot³ów eworsyjnych (fot. 3) (Keller i in. 1995; Kaczka 1999b). Umo - liwiaj¹ one maksymalizowanie oporów przep³ywu i efektywne rozpraszanie energii wód wezbraniowych (W o h l i in. 1997). W odcinku powy ej progu, o zmniejszonym spadku, woda p³ynie z mniejsz¹ prêdkoœci¹ ni w korycie o jednostajnym nachyleniu dna, natomiast energia kinetyczna wody spadaj¹cej z progu jest rozpraszana w wirach formuj¹cych siê u podnó a progu. Skalê rozpraszania energii potoków górskich, zwi¹zanego z progami utworzonymi na tamach drzewnych, obrazuje dokonuj¹ca siê na tych progach sumaryczna zmiana wysokoœci dna koryt. Na

130 przyk³ad, w dop³ywach Redwood Creek w pó³nocno-zachodniej Kaliforni (cieki 2 3 rzêdu) wynosi ona od kilku do ponad 50% ca³kowitej ró nicy wysokoœci wzd³u ich koryt (Keller i in. 1995). W rzekach górskich drzewa powalone do koryta mog¹ powodowaæ kierowanie nurtu w stronê przeciwleg³ego brzegu i jego erozjê (N a k a - mura, Swanson 1993), przyczyniaj¹c siê do wzrostu krêtoœci rzeki. Z kolei, depozycja drzew i du ych zwa³ów w obrêbie koryta powoduje dzielenie siê nurtu i powstanie wirowych odsypów (A b b e, Montgomery 1996), co mo e prowadziæ do erozji brzegów rzeki i wzrostu szerokoœci jej koryta. Hydrauliczn¹ konsekwencj¹ zwiêkszenia siê krêtoœci i szerokoœci rzeki oraz powstania wielonurtowego uk³adu koryta jest natomiast wzrost oporów przep³ywu i zmniejszenie siê œredniej prêdkoœci przy danym natê eniu przep³ywu. Zdeponowany w korycie rzeki górskiej gruby rumosz drzewny umo liwia efektywne rozpraszanie energii wód wezbraniowych (G i ppe l 1995) nawet, gdy nie powoduje on bezpoœrednich skutków morfologicznych. Przyk³adowo, pomiary przeprowadzone w jednej z górskich rzek Oregonu wykaza³y, e k³ody pokrywaj¹ce mniej ni 2% powierzchni dna by³y odpowiedzialne za oko³o po³owê ca³kowitych oporów przep³ywu (Manga, Kirchner 2000). W ciekach z grubym rumoszem drzewnym mniejsza czêœæ ca³kowitej energii wód wezbraniowych mo e byæ zatem wydatkowana na uruchomienie i transport materia³u dennego, a uruchamianie materia³u dennego wymaga tu wiêkszej ca³kowitej si³y trakcyjnej (ang. total shear stress ) i zachodzi przy wy szych, rzadziej powtarzaj¹cych siê przep³ywach ni w ciekach niezawieraj¹cych drewna (Assani, Pétit 1995). W rezultacie, cieki te cechuje mniejsze natê enie transportu dennego i tendencja do akumulacji rumowiska skalnego. W w¹skich ciekach przegrodzonych tamami drzewnymi materia³ denny uruchomiony w danym miejscu cieku jest zazwyczaj przemieszczany na niewielkie odleg³oœci, ulegaj¹c depozycji za ni ej po³o onymi tamami (Mosley 1981). Depozycja materia³u dennego po dopr¹dowej stronie tam drzewnych umo - liwia akumulacjê znacznych iloœci osadu; na przyk³ad, w potokach Kaliforni, odwadniaj¹cych poroœniête starodrzewem zlewnie górskie, objêtoœæ zgromadzonego za tamami osadu odpowiada 100 150-krotnej wielkoœci rocznego ³adunku rumowiska wleczonego wynoszonego z tych zlewni (Keller i in. 1995). Ilustracji korzystnych warunków do akumulacji materia³u dennego, stwarzanych przez gruby rumosz drzewny, dostarcza tak e porównanie objêtoœci osadu zgromadzonego powy ej tam aktywnych z objêtoœci¹ kot³ów eworsyjnych formowanych poni ej tam. W badanych odcinkach górnego biegu Kamienicy w Gorcach objêtoœæ osadu powy ej tam kilkunastokrotnie przewy sza objêtoœæ osadu wyerodowanego z dna cieku przy formowaniu kot³ów eworsyjnych. Wreszcie,

131 obecnoœæ licznych miejsc, w których mo liwa jest akumulacja materia³u dennego powoduje, e cieki zawieraj¹ce rumosz drzewny mog¹ ³atwo absorbowaæ du e iloœci gwa³townie dostarczanego rumowiska (np. w wyniku osuwisk, sp³ywów gruzowych) i stopniowo uwalniaæ ten materia³ w czasie póÿniejszych wezbrañ do ni szego odcinka (Keller i in. 1995). Eksperymentalne badania wykaza³y, e efektem usuniêcia drewna z koryta by³ kilkakrotny wzrost natê enia transportu dennego przy okreœlonym przep³ywie, w porównaniu z sytuacj¹, gdy gruby rumosz drzewny by³ obecny w korycie (S m i t h i in. 1993), oraz wyprz¹tanie rumowiska skalnego z dna cieku (Heede 1985). D³ugookresowym nastêpstwem tej ró nej dynamiki transportu dennego w ciekach zawieraj¹cych b¹dÿ pozbawionych grubego rumoszu drzewnego jest odmienny charakter ich dna oraz spadku koryta (Montgomery i in. 1996). Stwierdzono, e wœród analizowanych górskich potoków w stanie Washington, odwadniaj¹cych zlewnie o okreœlonej wielkoœci, potoki zawieraj¹ce drewno mia³y koryto o mniejszym spadku i dnie wyœcielonym wirem, natomiast potoki, z których usuwano drewno, cechowa³ wiêkszy spadek i skalne dno. Gruby rumosz drzewny deponowany na ³achach wirowych przyczynia siê do ich utrwalania, zmniejszaj¹c prêdkoœæ przep³ywu wód wezbraniowych, bezpoœrednio os³aniaj¹c powierzchnie ³ach przed dzia³aniem p³yn¹cej wody oraz u³atwiaj¹c depozycjê drobnoziarnistego osadu i kolonizacjê ³ach przez roœlinnoœæ (Fetherston i in. 1995; Gurnell i in. 2001). W rezultacie, na przyk³ad w górnym biegu Kamienicy ³achy poroœniête roœlinnoœci¹ stanowi¹ ponad dwa razy wiêkszy procent wœród ³ach ze zdeponowanymi k³odami œwierkowymi ni wœród ³ach bez grubego rumoszu drzewnego (Kaczka 1999b). Gruby rumosz drzewny wywiera istotny wp³yw na formowanie siê przeg³êbieñ w ciekach górskich. Badaj¹c górskie cieki Kaliforni stwierdzono (Keller i in. 1995), e w ich Ÿródliskowych odcinkach niemal wszystkie przeg³êbienia by³y zwi¹zane z obecnoœci¹ drewna w korycie; w ciekach 3-4 rzêdu iloœæ przeg³êbieñ uformowanych pod wp³ywem grubego rumoszu drzewnego by³a mniejsza, przekracza³a jednak po³owê wszystkich przeg³êbieñ. Natomiast w badanych przez E.G. Robisona i L. Beschtê (1990b) ciekach 1 4 rzêdu na Alasce, odwadniaj¹cych górskie zlewnie poroœniête starodrzewem, od 40 do 75% wszystkich przeg³êbieñ by³o zwi¹zanych z obecnoœci¹ drewna w korytach. Ponadto, w ciekach z grubym rumoszem drzewnym przeg³êbienia s¹ gêœciej rozmieszczone wzd³u koryta ni w ciekach niezawieraj¹cych drewna i w wiêkszoœci tych pierwszych cieków przeciêtna odleg³oœæ pomiêdzy kolejnymi przeg³êbieniami (odniesiona do szerokoœci koryta) jest tym mniejsza, im wiêksza iloœæ drewna zosta³a zdeponowana w korycie

132 (Montgomery i in. 1995). Czêœciowym wyjaœnieniem wiêkszego zagêszczenia przeg³êbieñ mo e byæ fakt, e progom utworzonym na tamach drzewnych towarzysz¹ nie tylko przeg³êbienia wyerodowane po ich zapr¹dowej stronie (kot³y eworsyjne fot. 3), lecz czêsto równie przeg³êbienia powsta³e po dopr¹dowej ich stronie w wyniku spiêtrzenia wody przez tamê (fot. 4) (Thompson 1995). Obecnoœæ drewna w ciekach zwiêksza zró nicowanie prêdkoœci wody zarówno w profilu pod³u nym, jak i w przekroju koryt (G i p p e l 1995). Tamy czêœciowe powoduj¹ zawê enie nurtu i zwiêkszenie prêdkoœci wody w nurcie oraz powstanie miejsc wolno p³yn¹cej, a niekiedy stoj¹cej wody po zapr¹dowej stronie przeszkód. Tamy aktywne i zwi¹zane z nimi progi s¹ natomiast przyczyn¹ zwiêkszenia ró nic prêdkoœci wody w profilu pod³u nym cieku. To zwiêkszone zró nicowanie hydrauliczne cieków umo- liwia efektywne rozsortowywanie materia³u dennego, z drobniejszymi osadami deponowanymi w przeg³êbieniach formowanych po dopr¹dowej stronie tam aktywnych i grubszymi sk³adanymi na bystrzach i w kot³ach eworsyjnych (Thompson 1995). Podsumowuj¹c, deponowany w ciekach górskich gruby rumosz drzewny wywiera istotny wp³yw na: morfologiê cieków, hydraulikê ich przep³ywów wezbraniowych, zdolnoœæ cieków do akumulacji materia³u dennego, a w konsekwencji na natê enie jego transportu i charakter dna cieków. ZNACZENIE GRUBEGO RUMOSZU DRZEWNEGO DLA FUNKCJONOWANIA EKOSYSTEMÓW CIEKÓW GÓRSKICH Drewno powalonych drzew pe³ni kilka istotnych funkcji w kszta³towaniu ekosystemów wodnych w ciekach górskich (Sedell i in. 1988; G u r - nell i in. 1995; Lofroth 1998), czego odzwierciedleniem jest dobrze rozpoznany fakt, i cieki zawieraj¹ce rumosz drzewny cechuje wiêksza ró norodnoœæ, wiêksza iloœæ osobników i biomasa bezkrêgowców i ryb ni cieki niezawieraj¹ce drewna (Harmon i in. 1986 i cytowane tam prace). Jedn¹ z tych funkcji jest zwiêkszanie fizycznej ró norodnoœci siedlisk w ciekach. Jest ono wynikiem stwarzania przez gruby rumosz drzewny fizycznych barier dla przep³ywu wody, spowalniania transportu i zatrzymywania materia³u dennego, wiêkszego zró nicowania g³êbokoœci i prêdkoœci wody wzd³u i w przekroju koryta, a tak e wiêkszego zagêszczenia i zwiêkszonych rozmiarów oraz stabilnoœci przeg³êbieñ w ciekach zawieraj¹cych drewno. Du e zró nicowanie prêdkoœci wody w obrêbie koryt odgrywa kluczow¹ rolê w formowaniu siê stref dna pokrytych

133 przemytym wirem, które s¹ miejscami wylêgu ryb (sk³adania i inkubacji ikry). Przeg³êbienia stanowi¹ natomiast refugia umo liwiaj¹ce rybom przetrwanie okresów ni ówek, w strefie klimatu umiarkowanego zw³aszcza zimowych, w czasie których p³ytsze obszary cieków mog¹ przemarzaæ a do dna. Nagromadzenia drewna mog¹ tworzyæ siedliska w ciekach, stanowi¹c pod³o e, na którym mog¹ siê osiedlaæ rozmaite bezkrêgowce, oraz tworz¹c os³onê przed drapie nikami dla ryb, wykorzystuj¹cych przeg³êbienia wytworzone wokó³ i pod tymi nagromadzeniami jako miejsca erowania i odpoczynku. Nagromadzenia drewna s¹ tak e wykorzystywane jako miejsca bytowania przez bobry, wydry oraz larwy salamandry. Zdeponowane w ciekach drewno jest tak e wykorzystywane jako pokarm przez wiele grup organizmów, których sk³ad zmienia siê w miarê postêpuj¹cego rozk³adu drewna. Niska wartoœæ od ywcza drewna, w porównaniu na przyk³ad z liœæmi drzew, jest równowa ona stabilnoœci¹ i d³ugotrwa³oœci¹ tego Ÿród³a po ywienia. I wreszcie, przy obecnoœci tam drzewnych, zwa³ów oraz licznych przeg³êbieñ utworzonych w wyniku hydraulicznego oddzia³ywania grubego rumoszu drzewnego, mo liwe jest efektywne zatrzymywanie w ciekach liœci i szpilek drzew oraz drobnego detrytusu organicznego (Bilby, Likens 1980), wykorzystywanych jako pokarm przez wiele grup wodnych organizmów. Gruby rumosz drzewny wywiera tak e istotny wp³yw na formowanie siê l¹dowych ekosystemów zwi¹zanych z ciekami górskimi. Zdeponowane w obszarach zalewowych i na ³achach wirowych drewno stwarza os³onê dla roœlinnoœci zielnej i siewek drzew przed niszcz¹cym dzia³aniem wód wezbraniowych, umo liwiaj¹c zasiedlenie tych obszarów przez roœlinnoœæ i sukcesjê lasu (Fetherston i in. 1995). Konsekwencj¹ tej os³onowej roli rumoszu drzewnego jest stwierdzona przez G.P. Malansona i D.R. Butlera (1990) zale noœæ iloœci gatunków roœlin zasiedlaj¹cych ³achy wirowe w rzece górskiej od iloœci zdeponowanego na ³achach drewna. Nap³awione drewno wierzb i topoli odgrywa szczególn¹ rolê w przekszta³caniu wirowych ³ach œródkorytowych w kêpy poroœniête lasem ³êgowym; w sprzyjaj¹cych warunkach wilgotnoœciowych drewno to mo e siê ukorzeniaæ i wypuszczaæ pêdy, formuj¹c inicjalne stadia kêp (ang. pioneer islands ) i umo liwiaj¹c sukcesjê lasu ³êgowego w miejscach, w których kie³kuj¹ce z nasion siewki drzew mog³yby byæ ³atwo zniszczone przez wody wezbraniowe (Gurnell i in. 2001).

134 UWAGI KOÑCOWE Omówione w artykule wyniki badañ dokumentuj¹ korzystny wp³yw, jaki gruby rumosz drzewny wywiera na funkcjonowanie geo- i ekosystemów cieków górskich. W niektórych krajach, zw³aszcza w Wielkiej Brytanii i USA, rozpoznanie tego wp³ywu umo liwi³o sformu³owanie praktycznych zaleceñ, zmierzaj¹cych do poprawy gospodarki wodnej prowadzonej w ciekach odwadniaj¹cych zalesione zlewnie (zob. Gregory, Davies 1992; Gurnell i in. 1995). Zalecane dzia³ania obejmuj¹: usuwanie z cieków jedynie mniejszych, niestabilnych fragmentów drewna, zaniechanie wycinki drzew w przylegaj¹cych do koryt pasach nadrzecznego lasu, tak aby mog³y one funkcjonowaæ jako Ÿród³o dostawy grubego rumoszu drzewnego (Bragg, Kershner 1999), a tak e sztuczne umieszczanie w ciekach k³ód w tych odcinkach, w których ich naturalna dostawa jest niewystarczaj¹ca. Realizowane programy sztucznego umieszczania k³ód w ciekach górskich rzeczywiœcie wywo³uj¹ korzystne zmiany ich funkcjonowania, takie jak wzrost g³êbokoœci i zmniejszenie œredniej prêdkoœci przep³ywu oraz efektywne zatrzymywanie w korytach materia³u mineralnego i materii organicznej (W allace i in. 1995). W polskich realiach najlepsza wydaje siê strategia nieingerencji, sprowadzaj¹ca siê do zaniechania usuwania drewna powalonych drzew z cieków wszêdzie tam, gdzie jego obecnoœæ w korytach nie stwarza bezpoœredniego zagro enia powodziowego dla zabudowy i infrastruktury w dnach dolin. Efektywne zatrzymywanie materia³u dennego w ciekach i przeciwdzia³anie pog³êbianiu siê koryt przez gruby rumosz drzewny mo e byæ szczególnie istotne w karpackiej czêœci dorzecza górnej Wis³y. W XX wieku karpackie dop³ywy Wis³y wciê³y siê bowiem w swych dolnych i œrodkowych biegach o 1,3 3,8 m, a w drugiej po³owie stulecia szybkie pog³êbianie siê koryt zaznaczy³o siê tak e w ich górnych biegach (Wy ga, Lach 2002). Spowodowa³o to ujawnienie siê wielu zjawisk niekorzystnych dla gospodarki i œrodowiska. Dlatego te mo liwoœæ zahamowania lub nawet odwrócenia dotychczasowego trendu zmian pionowego po³o enia koryt rzek karpackich przynajmniej w ich górnych biegach bez koniecznoœci wykonywania kosztownych prac hydrotechnicznych zas³uguje na wnikliw¹ uwagê. 1 Instytut Ochrony Przyrody PAN Al. A. Mickiewicza 33 PL 31-120 Kraków 2 Uniwersytet Œl¹ski Wydzia³ Nauk o Ziemi ul. Bêdziñska 60 PL 41-200 Sosnowiec

135 3 Uniwersytet Jagielloñski Instytut Geografii i Gospodarki Przestrzennej ul. Grodzka 64 PL 31-044 Kraków LITERATURA Abbe T.B., Montgomery D.R., 1996, Large woody debris jams, channel hydraulics and habitat formation in large rivers, Regul. Rivers: Res. and Mgmt 12, 201 221. Assani A.A., P étit F., 1995, Log-jam effects on bed-load mobility from experiments conducted in a small gravel-bed forest ditch, Catena 25, 117 126. Bilby R.E., Likens G.E., 1980, Importance of organic debris dams in the structure and function of stream ecosystems, Ecology 61, 1107 1113. Bilby R.E., W a r d J.W., 1989, Changes in characteristics and function of woody debris with increasing size of streams in western Washington, Trans. Am. Fish. Soc. 118, 368 378. Bragg D.C., Kershner J.L., 1999, Coarse woody debris in riparian zones, Journ. of Forestry 97(4), 30 35. Church M., 1992, Channel morphology and typology [in:] The Rivers Handbook, ed. P. Calow, G.E. Petts, Blackwell, 1, 126 143. Fetherston K.L., Naiman R.J., B i l b y R.E, 1995, Large woody debris, physical process, and riparian forest development in montane river networks of the Pacific Northwest, Geomorphology 13, 133 144. G i ppe l C., 1995, Environmental hydraulics of large woody debris in streams and rivers, Journ. Environ. Engrg. 121, 388 395. Gregory K.J., Davies R.J., 1992, Coarse woody debris in stream channels in relation to river channel management in woodland areas, Regul. Rivers: Res. and Mgmt 7, 117 136. Gregory K.J., Gurnell A.M., Hill C.T., 1985, The permanence of debris dams related to river channel processes, Hydrol. Sci. Journ. 30, 371 381. Gurnell A.M., 1998, The hydrogeomorphological effects of beaver dam-building activity, Progr. Phys. Geogr. 22, 167 189. Gurnell A.M., Gregory K.J., Petts G.E., 1995, The role of coarse woody debris in forest aquatic habitats: implications for management, Aquatic Conserv.: Marine and Freshwater Ecosystems 5, 143 166. Gurnell A.M., P etts G.E., Harris N., Wa r d J.V., T ockner K., Edwards P.J., Kollmann J., 2000a, Large wood retention in river channels: The case of the Fiume Tagliamento, Italy, Earth Surf. Processes Landforms 25, 255 275. Gurnell A.M., Petts G.E., Hannah D.M., S m i t h B.P.G., Edwards P.J., Kollmann J., Wa r d J.V., T ockner K., 2000b, Wood storage within the active zone of a large European gravel-bed river, Geomorphology 34, 55 72. Gurnell A.M., Petts G.E., Hannah D.M., S m i t h B.P.G., Edwards P.J., Kollmann J., W a r d J.V., T ockner K., 2001, Riparian vegetation and island formation along the gravel-bed Fiume Tagliamento, Italy, Earth Surf. Processes Landforms 26, 31 62. H a r m o n M.E., Franklin J.F., Swanson F.J., Sollins P., Gregory S.V., Latt i n J.D., Anderson N.H., Cline S.P., Aumen N.G., Sedell J.R., Lienkaemper G.W., Cromack K., Cummins K.W., 1986, Ecology of coarse woody debris in temperate ecosystems, Advances in Ecol. Res. 15, 133 302.

136 Heede B.H., 1985, Channel adjustments to the removal of log steps: An experiment in a mountain stream, Environ. Management 9, 427 432. Kaczka R.J., 1999a, The role of coarse woody debris in fluvial processes during the flood of the July 1997, Kamienica ¹cka valley, Beskidy Mountains, Poland, Stud. Geomorph. Carp.-Balcan. 33, 117 130. Kaczka R.J., 1999b, Rola k³ód w kszta³towaniu systemu fluwialnego i zwi¹zanych z nim biocenoz (Kamienica, Gorce) [w:] Interdyscyplinarnoœæ w badaniach dorzecza, red. W. Che³micki, J. Pociask-Karteczka, Kraków, 245 251. Kaczka R.J., 2002a, Rola k³ód w modelowaniu koryt potoków górskich w Europie Œrodkowej, maszynopis pracy doktorskiej, Archiwum Wydzia³u Nauk o Ziemi Uniwersytetu Œl¹skiego, Sosnowiec. Kaczka R.J., 2002b, K³ody jako przejaw bezpoœredniego oddzia³ywania lasu na koryta potoków górskich. Przyk³ady z Europy Œrodkowej [w:] Roœlinnoœæ a procesy erozji, transportu i depozycji, red. K. Klimek, K. Kocel, Sosnowiec, 51 55. Keller E.A., MacDonald A., Tally T., Merrit N.J., 1995, Effects of large organic debris on channel morphology and sediment storage in selected tributaries of Redwood Creek, northwestern California, US Geol. Surv. Prof. Paper 1454-P, 1 29. Keller E.A., Swanson F.J., 1979, Effects of large organic material on channel form and fluvial processes, Earth Surf. Processes 4, 361 380. Keller E.A., Tally T., 1979, Effects of large organic debris on channel form and fluvial processes in the coastal redwood environment [in:] Adjustments of the Fluvial System, ed. D.D. Rhodes, G.P. Williams, Binghamton, 169 197. Lofroth E., 1998, The dead wood cycle [in:] Conservation biology principles for forested landscapes, ed. J. Voller, S. Harrison, Vancouver, 185 214. Malanson G.P., Butler D.R., 1990, Woody debris, sediment, and riparian vegetation of a subalpine river, Montana, U.S.A., Arctic and Alpine Research 22, 183 194. Manga M., Kirchner J.W., 2000, Stress partitioning in streams by large woody debris, Water Res. Research 36, 2373 2379. Montgomery D.R., Abbe T.B., B u f fington J.M., Peterson N.P., Schmidt K.M., Stock J.D., 1996, Distribution of bedrock and alluvial channels in forested mountain drainage basins, Nature 381, 587 589. Montgomery D.R., Buffington J.M., S m i t h R.D., Schmidt K.M., P e s s G., 1995, Pool spacing in forest channels, Water Res. Research 31, 1097 1105. Mosley M.P., 1981, The influence of organic debris on channel morphology and bedload transport in a New Zealand forest stream, Earth Surf. Processes Landforms 6, 571 579. Nakamura F., Swanson F.J., 1993, Effects of coarse woody debris on morphology and sediment storage of a mountain stream system in western Oregon, Earth Surf. Processes Landforms 18, 43 61. Nakamura F., Swanson F.J., 1994, Distribution of coarse woody debris in a mountain stream, western Cascade Range, Oregon, Canad. Journ. Forest Res. 24, 2395 2403. Petts G.E., 1990, Forested river corridors: a lost resource [in:] Water, Engineering and Lanscape; Water Control and Landscape Transformation in the Modern Period, ed. D. Cosgrove, G. E. Petts, Belhaven Press, London, 12 34. Piégay H., Gurnell A.M., 1997, Large woody debris and river geomorphological pattern: examples from S.E. France and S. England, Geomorphology 19, 99 116. Piégay H., Thévenet A., Citterio A., 1999, Input, storage and distribution of large woody debris along a mountain river continuum, the Drôme River, France, Catena 35, 19 39.

137 Richmond A.D., Fausch K.D., 1995, Characteristics and function of large woody debris in subalpine Rocky Mountain streams in northern Colorado, Canad. Journ. Fish. Aquat. Sci. 52, 1789 1802. Robison E.G., Beschta R.L., 1990a, Identifying trees in riparian areas that can provide coarse woody debris to streams, Forest Science 36, 790 801. Robison E.G., Beschta R.L., 1990b, Coarse woody debris and channel morphology interactions for undisturbed streams in southeast Alaska, U.S.A., Earth Surf. Processes Landforms 15, 149 156. Sedell J.R., Bisson P.A., Swanson F.J., G r egory S.V., 1988, What we know about large trees that fall into streams and rivers [in:] From the Forest to the Sea: a Story of Fallen Trees, ed. C. Maser, R.F. Tarrant, J.M. Trappe, J.F. Franklin, USDA Forest Serv. Gen. Techn. Rep. 229 Portland, 47 81. S m i t h R.D., Sidle R.C., Porter P.E., Noel J.R., 1993, Effects on bedload transport of experimental removal of woody debris from a forest gravel-bed stream, Earth Surf. Processes Landforms 18, 455 468. Thévenet A., Citterio A., Piégay H., 1998, A new methodology for the assessment of large woody debris accumulations on highly modified rivers (example of two French piedmont rivers), Regul. Rivers: Res. and Mgmt 14, 467 483. Thompson D.M., 1995, The effects of large organic debris on sediment processes and stream morphology in Vermont, Geomorphology 11, 235 244. Vannote R.L., Minshall G.W., Cummins K.W., Sedell J.R., Cushing C.E., 1980, The river continuum concept, Canad. Journ. Fish. Aquat. Sci. 37, 130 137. Van Sickle J., G r egory S.V., 1990, Modelling inputs of large woody debris to streams from falling trees, Canad. Journ. Forest Res. 20, 1593 1601. Wallace J.B., W ebster J.R., M e y e r J.L., 1995, Influence of log additions on physical and biotic characteristics of a mountain stream, Canad. Journ. Aquat. Sci. 52, 2120 2137. Wo h l E., Madsen S., MacDonald L., 1997, Characteristics of log and clast bedsteps in step-pool streams of Northwestern Montana, U.S.A., Geomorphology 20, 1 10. Wy ga B., Lach J., 2002, Wspó³czesne wcinanie siê rzek karpackich przyczyny, œrodowiskowe efekty i œrodki zaradcze, Probl. Zagosp. Ziem Górskich 48, 23 29. Zawiejska J., W y ga B., 2002, Uwarunkowania depozycji grubego rumoszu drzewnego w szerokiej rzece górskiej na przyk³adzie Czarnego Dunajca, VI Zjazd Geomorfologów Polskich. Œrodowiska górskie ewolucja rzeÿby. Jelenia Góra, 11 14 wrzeœnia 2002, 141 142. Bart³omiej Wy ga, Ryszard J. Kaczka, Joanna Zawiejska LARGE WOODY DEBRIS IN MOUNTAIN STREAMS ACCUMULATION TYPES, DEPOSITIONAL CONDITIONS AND ENVIRONMENTAL SIGNIFICANCE Summary The paper reports on results from the studies concerning trees and shrubs fallen into mountain streams and rivers. Fallen trees, shrubs and their larger fragments are termed large woody debris. Logs, shrubs and whole trees, jams and stumps are the types of large wood accumulations found in channels. Wood is delivered to the channels of mountain

138 streams and rivers as a result of snag disintegration, blowdown of trees and bank cutting, by avalanches, debris flows and landslides as well as due to timber harvesting and beaver activity. In small headwater streams, fallen trees are retained in places of their delivery to the channels, this resulting in a random pattern of wood deposition. In larger streams, wood is preferentially deposited in narrow channel sections and debris dams become the characteristic form of wood accumulation. In contrast, in mountain rivers wider than the height of trees growing on the banks, wood is preferentially deposited in wide channel sections where the transporting ability of flood flows is reduced. Large woody debris exerts a significant influence on the morphology of mountain streams and rivers, on their potential for in-channel sediment storage and on the hydraulics of their flood flows. Wood also influences the functioning of aquatic ecosystems by increasing habitat diversity, providing habitat for many groups of invertebrates, fish and beavers, acting as a food source for many invertebrates and increasing the retention of organic matter in the channels. The beneficial impact of large woody debris on biotic and abiotic functions of fluvial systems should be taken into account in the management of mountain streams and rivers.

Fot. 1. Przykłady form grubego rumoszu drzewnego. A, B kłody Photo 2. Examples of the accumulation types of large woody debris. A, B logs

Fot. 2. Przykłady form grubego rumoszu drzewnego. A krzewy, B - zwał Photo 2. Examples of the accumulation types of large woody debris. A shrub, B - jam

Fot. 3. Próg utworzony na kłodzie świerkowej i kocioł eworsyjny w korycie Kamienicy Photo 2. Step formed on a spruce log with a plunge pool on its downstream side in the channel of Kamienica Stream Fot. 4. Przegłębienie utworzone za tamą aktywną w korycie Kamienicy Photo 4. Pool formed behind an active dam in the channel of Kamienica Stream

Fot. 5. Gruby rumosz drzewny w szerokim wielonurtowym odcinku Czarnego Dunajca Photo 5. Accumulations of large woody debris in a wide, multi-thread section of the Czarny Dunajec River Fot. 6. Zwał drewna utworzony w czołowej partii łachy śródkorytowej w Czarnym Dunajcu Photo 6. Wood jam formed at the head of a mid-channel bar in the Czarny Dunajec River