Leśnictwo w warunkach zagrożenia środowiska

Leśnictwo w warunkach zagrożenia środowiska

Stan środowiska

Zawartość siarki w igłach sosny zwyczajnej Skażenie metalami ciężkimi - na podstawie mchów wskaźnikowych

Zagrożenie środowiska leśnego w Polsce należy do najwyższych w Europie. Wynika to ze stałego, równoczesnego oddziaływania wielu czynników powodujących niekorzystne zjawiska i zmiany w stanie zdrowotnym naszych lasów. Negatywnie oddziałujące czynniki, określane często jako stresowe, można sklasyfikować z uwzględnieniem: pochodzenia: abiotyczne, biotyczne, antropogeniczne charakteru oddziaływania: mechaniczne, chemiczne; fizjologiczne długotrwałości oddziaływania: chroniczne, okresowe roli, jaką odgrywają w procesie chorobowym: predysponujące, inicjujące, współuczestniczące. W syntetycznej ocenie stanu zagrożenia lasów najbardziej wyrazisty obraz przedstawia analiza uwzględniająca pochodzenie zjawisk stresowych.

Stan lasów

powyżej 50% 46 50% 41 45% 36 40% 31 35% 26 30% 21 25% 16 20% 11 15% poniżej 11% Rys. 65. Poziom uszkodzenia lasów w 2007 r. na podstawie oceny defoliacji na Stałych Powierzchniach Obserwacyjnych I rzędu (Monitoring Lasu) z wyróżnieniem 5- procentowych przedziałów defoliacji (IBL): ciemnozielone <11%, bordowe >50%

Stopnie defoliacji (stopnie ubytku aparatu asymilacyjnego) 0 do 10 % 1 11 25 % 2 26 60 % 3 61 99 % 4 100 %

Defoliacja gatunków iglastych i liściastych - dynamika

Defoliacja gatunków iglastych i liściastych - stan

Mechanizm zamierania drzew (wg A. Szujeckiego)

Mechanizmy zamierania drzewostanów (wg różnych modeli)

Łańcuchowy model zamierania lasu

Spiralny model zamierania lasu

Cybernetyczny model zamierania lasu

Stresowy model zamierania lasu

Symptomy zamierania

Jodła

Świerk

Sosna

Buk

Dąb

system korzeniowy

mikoryza

słoje roczne

regresja ekologiczna

Stopnie defoliacji (stopnie ubytku aparatu asymilacyjnego) 0 do 10 % 1 11 25 % 2 26 60 % 3 61 99 % 4 100 % Tanne jodła Fichte świerk Kiefer sosna Buche buk Eiche dąb

DYNAMIKA DEFOLIACJI I ZAMIERANIA ŚWIERCZYN W SUDETACH I KARPATACH Jerzy Modrzyński Katedra Hodowli Lasu, Wydział Leśny, Akademia Rolnicza w Poznaniu

WSTĘP Bory świerkowe stanowią bardzo ważny element przyrody w Sudetach i Karpatach. Jednocześnie są one najbardziej zagrożone spośród wszystkich górskich ekosystemów leśnych. Stąd konieczność długoterminowego monitorowania procesów defoliacji i zamierania świerka w tych regionach.

Cele pracy Przedstawienie dynamiki procesu defoliacji starszych drzewostanach świerkowych w Sudetach Wschodnich i Karpatach Zachodnich w latach 1988/89 1998/99. Analiza zależności pomiędzy defoliacją tych drzewostanów i abiotycznymi czynnikami środowiska (opady i temperatura oraz emisja SO 2 i NO x). Próba wyjaśnienia mechanizmu zamierania badanych drzewostanów.

MATERIAŁ I METODY Obserwacje przeprowadzono w 48 drzewostanach świerkowych, w wieku 80 200 lat, położonych w przedziale wysokości 652 1468 m n.p.m. w Sudetach Wschodnich i Karpatach Zachodnich. Systematyczną ocenę defoliacji rozpoczęto w latach 1988/1989 i powtórzono dwukrotnie w odstępach pięcioletnich. Obserwacje dotyczyły wszystkich drzew o pierśnicy powyżej 7 cm, na stałych powierzchniach próbnych o powierzchni 0,33 ha. Zastosowano następującą skalę ubytku aparatu asymilacyjnego: 0 do 10 %, 1 od 11 do 25 %, 2 od 26 do 60 %, 3 od 61 do 99 %, 4 100 % (drzewa martwe). Przeprowadzono również analizę przebiegu opadów i temperatury oraz emisji SO2 i NOx dla badanych regionów w latach 1980 1999.

Współrzędne regionu Jednostka administracyjna* i oddział Wzniesienie n.p.m. Azymut stoku Średni wiek drzewostanu Całkowita liczba drzew (m) (º) (lata) SUDETY M 173c 652 25 105 41 L. 128i 663 100 100 141 Długość wsch. L 177f 708 240 95 138 16º 46' - 17º 01' L 318b 776 70 90 94 Szerokość płn. M 206d 801 340 95 62 50º 11' - 50º 18' L 300b 845 190 140 98 M 163c 857 280 125 85 L 354b 861 95 85 136 M 203a 917 50 90 128 L 175m 926 270 135 85 L. 306d 948 310 95 101 L 358g 980 90 90 84 L 350f 999 315 155 53 L 336l 1037 90 155 71 L. 279j 1041 120 135 56 L 348a 1056 60 145 47 L 352c 1065 330 135 110 M. 18b 1083 290 105 123 L 343c 1095 0 155 62 L 344d 1100 300 155 48 L 342c 1118 330 95 130 M 198a 1172 320 80 170 L. 301c 1176 355 150 83 M 217a 1185 280 165 60 M 251b 1203 145 165 89 M 223a 1218 350 145 91 M 221c 1228 330 155 60 M. 1a 1272 50 165 55 L. 290d 1286 30 145 114

Współrzędne regionu Jednostka administracyjna* i oddział Wzniesienie n.p.m. Azymut stoku Średni wiek drzewostanu Całkowita liczba drzew (m) (º) (lata) KARPATY J 132g 785 90 95 63 T 30i 839 310 85 193 Długość wsch. B 4c 933 25 85 138 19º 19' - 20º 06' T 235j 981 270 80 208 Szerokość płn. T 173o 1001 330 135 95 49º 13' - 49º 37' B 10c 1006 45 90 107 T 236g 1009 260 85 170 J 110a 1051 105 95 130 T 12g 1091 350 135 119 T 187a 1180 360 80 136 T243h 1202 330 140 95 J 111c 1229 85 190 114 T 46c 1250 330 125 260 B 23a 1282 345 200 83 B 24a 1314 40 200 117 J 107c 1315 60 190 125 T 189d 1433 330 155 212 T 239l 1461 240 195 201 T 46g 1468 320 195 147 * Jednostki administr L - Nadleśnictwo Lądek Zdrój - Obręb Strachocin T Tatrzański ParkL. - Nadleśnictwo Lądek Zdrój - Obręb Stronie Śląskie B Babiogórski ParM - Nadleśnictwo Międzylesie - Obręb Międzygórze J - Nadleśnictwo JelM. - Nadleśnictwo Międzylesie - Obręb Międzylesie

WYNIKI

Sumaryczny udział stopni defoliacji podczas kolejnych ocen Jednostka geograficzna Stopień defoliacji Udział stopni defoliacji wlatach Tendencje wokresach 1989 1994 1989-19991994 1994-1999 1989-1999 Sudety 0 0,7 0,4 0,5-0,3 0,1-0,2 1 27 21,6 13,2-5,4-8,4-13,8 2 52,8 54,2 43,7 1,4-10,5-9,1 3 11,6 8,2 8,9-3,4 0,7-2,7 4 7,9 15,6 33,6 7,7 18 25,7 Karpaty 0 1,3 4,1 4,6 2,8 0,5 3,3 1 31,8 27,6 21,4-4,2-6,2-10,4 2 58,6 47,2 41,1-11,4-6,1-17,5 3 4,9 7,9 9,1 3 1,2 4,2 4 3,4 13,2 23,8 9,8 10,6 20,4

S u d e ty 1 9 8 9 [% ] 0 20 K a r p a ty 1 9 8 9 [% ] 0 20 [% ] 100 40 60 [% ] 100 40 60 80 80 80 80 60 100 60 100 40 40 20 0 1 9 9 4 [% ] 0 20 0 1 9 9 4 [% ] 0 20 20 [% ] 100 40 60 [% ] 100 40 60 80 80 80 80 60 100 60 100 40 40 20 0 1 9 9 9 [% ] 0 20 0 1 9 9 9 [% ] 0 20 20 [% ] 100 40 60 [% ] 100 40 60 80 80 80 80 60 100 60 100 40 20 0 s to p n ie d e fo lia c ji 0 1 < 1 0 % 11-2 5 % 2 3 4 2 6-6 0 % > 6 0 % 1 0 0 % 40 20 0 s to p n ie d e fo lia c ji 0 1 < 1 0 % 11-2 5 % 2 3 4 2 6-6 0 % > 6 0 % 1 0 0 % 700 800 900 1 0 0 0 11 0 0 1 2 0 0 ( m n.p.m.) 800 900 1 0 0 0 11 0 0 1 3 0 0 1 4 0 0 ( m n.p.m.)

Region Stopień Współczynnik korelacji* defoliacji Opady w poprzednimokresie Temperatura w poprzednimokresie Współcz. hydrotermiczny w poprzednimokresie 5-letnim 10-letnim 5-letnim 10-letnim 5-letnim 10-letnim Sudetey 1-0,864-0,533-0,557-0,999-0,194 0,751 2-0,999-0,87-0,096-0,854-0,636 0,348 3-0,166 0,308-0,995-0,68 0,629 0,988 4 0,909 0,614 0,472 0,988 0,29-0,682 1+2-0,953-0,705-0,363-0,963-0,403 0,589 2+3-0,957-0,715-0,348-0,959-0,417 0,577 3+4 0,949 0,696 0,374 0,966 0,392-0,599 Karpaty 1-0,515 0,121-0,379-0,98-0,318 0,568 2-0,219 0,428-0,651-0,993-0,002 0,799 3 0,12-0,516 0,724 0,975-0,098-0,855 4 0,417-0,23 0,479 0,996 0,21-0,656 1+2-0,331 0,32-0,559-1 -0,119 0,723 2+3-0,25 0,398-0,626-0,996-0,035 0,779 3+4 0,367-0,283 0,526 0,999 0,157-0,696 * Wszystkie współczynniki powyżej 0.455 oznaczają istotną korelację na poziomie P=0.05

Region Stopień defoliacji Wsoółczynnik korelacji* Emisja SO 2 w poprzedzającym Emisja NO x w poprzedzającym okresie okresie 5-letnim 10-letnim 5-letnim 10-letnim Sudety 1 0,987 0,978 0,874 0,998 2 0,793 0,96 0,539 0,851 3 0,756 0,466 0,933 0,684 4-0,966-0,994-0,822-0,988 1+2 0,928 1 0,747 0,962 2+3 0,922 1 0,737 0,957 3+4-0,933-1 -0,755-0,965 0,913 1 0,805 0,999 Karpaty 1 2 0,995 0,944 0,951 0,962 3-1 -0,906-0,977-0,93 4-0,953-0,992-0,866-0,998 1+2 0,977 0,976 0,909 0,987 2+3 0,991 0,954 0,941 0,97 3+4-0,968-0,984-0,892-0,993 * Wszystkie współczynniki powyżej 0.455 oznaczają istotną korelację na poziomie P=0.05

DYSKUSJA Wydaje się, że wiele drzew w badanych drzewostanach utraciło zdolność reagowania na poprawę warunków na skutek załamania się ich potencjału homeostatycznego, pod wpływem chronicznych zaburzeń w mało stabilnych ekosystemach świerkowych.

Niestabilność ekosystemów Grodzki i in. (1999) uważają, że drzewostany świerkowe w Sudetach odznaczają się małą różnorodnością biologiczną i tworzą niestabilne ekosystemy, wrażliwe na działanie szkodliwych czynników zarówno ożywionej, jak i nieożywionej natury. Zdaniem tych autorów niebezpieczne gradacje owadów (Zeiraphera griseana i Cephalcia sp.) zostały wywołane w tych świerczynach głównie z powodu niedostatecznej liczebności zamieszkujących je drapieżnych owadów pasożytniczych.

Chroniczne zaburzenia w ekosystemach (1) W ekosystemach leśnych południowej Polski w ciągu wielu dziesiątków lat skumulowały się duże ilości szkodliwych substancji. Kumulacja ta zresztą nadal trwa, ponieważ imisja zanieczyszczeń wprawdzie zmalała, ale nie ustała. Tymczasem chroniczne działanie nawet niedużych stężeń dwutlenku siarki, tlenków azotu, ozonu i innych zanieczyszczeń wywołuje poważne zakłócenia w metabolizmie drzew oraz osłabienie ich odporności m. in. na działanie suszy i mrozu (Zalewska-Gorzelak 1991, Schmieden i Wild 1995).

Chroniczne zaburzenia w ekosystemach (2) Kwaśne deszcze i kumulacja szkodliwych substancji w glebie powodują z kolei wymywanie tak ważnych pierwiastków jak Mg, K i Ca, uaktywnienie toksycznych jonów glinu i metali ciężkich, czy obumieranie drobnych korzeni (Białobok 1989, Kuhn i in. 1995). W sytuacji skażenia gleby oraz osłabienia drzew, którego efektem są między innymi zakłócenia transportu węglowodanów do korzeni, następuje rozpad związków mikoryzowych, na co drzewa reagują zarówno redukcją wzrostu, jak i zwiększoną podatnością na infekcję patogenów (Zalewska-Gorzelak 1991, Kieliszewska- Rokicka 1998).

Przekroczenie potencjału homeostatycznego (1) Wydaje się, że drzewa raz osłabione poniżej swoistego dla nich progu odporności nie mają już możliwości powrotu do stanu równowagi. Odbywa się to na zasadzie dodatniego sprzężenia zwrotnego, pogłębiającego kryzys organizmu (Larcher 1995, Tesche 1989). Przykładem takiego sprzężenia jest nasilająca się defoliacja, którą Sierota (1995) słusznie traktuje zarówno jako wynik, jak też przyczynę stresu. Osłabiona w procesie defoliacji korona słabiej odżywia korzenie, które z kolei gorzej odżywiają koronę. Stopniowo osłabienie narasta i drzewo się wydziela.

Przekroczenie potencjału homeostatycznego (2) Vacek (1987) oszacował, że wewnętrzna równowaga świerka zostaje nieodwracalnie zachwiana po utracie około 50% aparatu asymilacyjnego. Dla starszych drzewostanów świerkowych, narażonych na działanie chronicznego stresu w stale degradowanych ekosystemach górskich próg ten leży prawdopodobnie znacznie niżej. To wyjaśniałoby niepowstrzymane zamieranie badanych drzewostanów oraz brak ich pozytywnej reakcji na zmniejszenie emisji zanieczyszczeń, czy zwiększenie rocznych sum opadów.

WNIOSKI Perspektywa wejścia starszych drzewostanów świerkowych w fazę przedwczesnego rozpadu jest w obu badanych regionach bardzo realna. Dlatego trzeba się liczyć z koniecznością ich odnowienia w najbliższej przyszłości. Należałoby przy tym maksymalnie wykorzystać możliwości naturalnego odnowienia oraz szansę przebudowy tych drzewostanów pod kątem naturalizacji ich składu gatunkowego.

Podziękowania Jacek Gid, Adam Grzelczak i Jarosław Góral pomagali mi przy zakładaniu powierzchni i pierwszej ocenie defoliacji w latach 1998/89, Andrzej Peter i Krzysztof Jakubiszak wspierali mnie podczas drugiej oceny w latach 1993/94, a Adam Ejchorst i Tomasz Kaczmarek towarzyszyli mi podczas trzeciej oceny w latach 1998/99. Dziękuję im za to i mam nadzieję, że nasze górskie wyprawy dobrze wspominają.

Zasady postępowania hodowlanego w warunkach zagrożenia środowiska leśnego (klęski ekologicznej)

Jak najszybciej zalesić (nawet gdy szanse przeżycia niewielkie): - ochrona gleby - retencja - inne funkcje ekologiczne

Zasada rozproszenia ryzyka: - trudne do przewidzenia zmiany środowiska - sadzimy więcej gatunków (zgodnie z aktualnym siedliskiem + prognozowanym siedliskiem)

Rewitalizacja (rekultywacja) gleb: - wapnowanie - nawożenie - mikoryzowanie

Uprawa gleby: - unikać zdzierania wierzchniej warstwy gleby (spychacze itp.) - bruzdy, pełna orka (jeśli konieczne) - talerze, dołki, kopczyki (preferowane)

Pozostawiać stojące martwe drzewa oraz karpinę: - łagodzenie klimatu - zmniejszona erozja - wolniejszy odpływ wody

Wykorzystanie przedplonów : Gatunki pionierskie (Jb, Brz, Md, Os, Wb): - sukcesja naturalna; siew, sadzenie Przedplony sprzyjają gatunkom dalszych ogniw sukcesji: w górach Św, Bk, Jd na niżu - Db, Lp, Kl, Bk

Maksymalne wykorzystanie naturalnych odnowień: - wyższość naturalnych odnowień nad sztucznymi, - wykorzystanie płatów odnowień pozostałych po martwych drzewostanach, - stymulowanie odnowień w ginących drzewostanach.

Sadzenia: - materiał sadzeniowy: właściwy ekotyp, mocny system korzeniowy, bryłka, mikoryza - wykorzystanie mikrosiedlisk, w których zazwyczaj pojawiają się naturalne odnowienia: zbocza i grzbiety małych zagłębień, nabiegi korzeniowe martwych drzew

Ochrona odnowień: - konkurencja traw - gryzonie i zwierzyna - inne zagrożenia

Szansa przebudowy: - drzewostany uszkodzone, zniszczone odbudowuje się w pierwszej kolejności - naturalizacja składu gatunkowego (zgodność z siedliskiem)

Izery (wrzesień 2005)

Karkonosze (wrzesień 2005)

No to może by tak znowu w te góry!?

Pytania Stan środowiska w Polsce? Czynniki stresowe oddziałujące na środowisko leśne? Regionalizacja uszkodzenia lasów w Polsce? Defoliacja iglastych i liściastych gatunków drzew w Polsce? Stan naszych lasów na tle Europy? Mechanizm zamierania drzew wg A. Szujeckiego? Łańcuchowy model zamierania lasu? Spiralny model zamierania lasu? Cybernetyczny model zamierania lasu? Stresowy model zamierania lasu? Symptomy zamierania głównych gatunków drzew? Ocena defoliacji głównych gatunków drzew? Defoliacja i zamieranie świerka w Sudetach i Karpatach (lata 1989-1999)? Zasady postępowania hodowlanego w warunkach zagrożenia środowiska (klęski ekologicznej)?

Aneks

Jesion