Monitorowanie zmian struktury i składu gatunkowego runa leśnego przy uŝyciu map synuzjalnych na przykładzie buczyny karpackiej Maria Łysik Katedra Botaniki Leśnej i Ochrony Przyrody Wydział Leśny, Uniwersytet Rolniczy w Krakowie
Moja praca stanowiła kontynuację badań prowadzonych przez Mesjasza (1991/92), dotyczących roślinności dna lasu w rezerwacie śarnówka w BgPN. WPROWADZENIE
TEREN BADAŃ
Powierzchnia śarnówka Wysokość 940-1010 m n.p.m. (regiel dolny) Wystawa północna Nachylenie 10-20º Śr. temp. roczna 2-3 ºC Opady około 1200 mm rocznie PrzewaŜają gleby Ŝyźniejsze: głównie brunatne kwaśne i wyługowane Liczne potoki górskie W drzewostanie panują jodła, buk i świerk
Zbiorowiska leśne buczyna karpacka (warianty: typowy - Dentario glandulosae- Fagetum typicum i ubogi Dentario glandulosae- Fagetum festucetosum sylvaticae) dolnoreglowy bór świerkowo-jodłowy (Abieti- Piceetum montanum) zbiorowiska nieleśne, związane głównie z licznymi ciekami wodnymi Wiek drzew jest zróŝnicowany i waha się od 80 do około 300 lat
CEL BADAŃ Próba odpowiedzi na pytania: Z jaką intensywnością zachodzą zmiany w strukturze przestrzennej i składzie gatunkowym dna lasu? Czy moŝna w tym znaleźć jakiś wzorzec? Jak runo leśne reaguje na zmiany otoczenia?
METODYKA Prace terenowe w rezerwacie śarnówka prowadzone były pod koniec kwietnia 2004 roku (w celu zweryfikowania liczebności geofitów wiosennych) oraz w okresie od połowy lipca do połowy września 2004 roku. Badaniami objęto obszar 1 ha, na który złoŝyło się 25 kwadratów o wymiarach 20 x 20 m. Wykorzystano w tym celu siatkę trwale oznakowanych przy pomocy rurek PCV kwadratów, która została załoŝona w latach 1990-1991.
METODYKA Na wszystkich powierzchniach wyróŝniłam i skartowałam jednorodne płaty (synuzja) runa leśnego o powierzchni co najmniej 1 m 2, róŝniące się od sąsiadujących składem gatunkowym i udziałem poszczególnych gatunków Maksymalnie 4 gatunki były uwzględniane w płacie (w kolejności od najliczniejszego do najrzadszego) Powierzchnię pozbawioną roślinności oznaczałam jako nudum
METODYKA prace kameralne W przypadku potrzeby wyodrębnienia gatunku z danego synuzjum, przyjęłam następujący schemat: X 100 (gatunek X zajmuje 100% powierzchni płatu) X/Y 60 : 40 (gatunek X zajmuje 60% a Y 40% powierzchni płatu) X/Y/Z 50 : 30 : 20 (analogicznie) X/Y/Z/H 40 : 30 : 20 : 10 (analogicznie)
METODYKA prace kameralne Przy pomocy programu ArcView GIS 3.2 wprowadziłam do komputera dane z 1991 i 2004 roku. Otrzymane w ten sposób dwie warstwy powierzchniowe nałoŝyłam na siebie tworząc trzecią warstwę, obrazującą dynamikę zmian w runie leśnym między 1991 a 2004 rokiem.
Przykład obliczania intensywności zmian (wycinek powierzchni badawczej)
Synuzja występujące w roku1991
Synuzja występujące w roku 2004
60 : 40 60 : 40 40 : 30 : 20 : 10 60 : 40 60 : 40 60 : 40 40 : 30 : 20 : 10 100 Wzór do obliczenia intensywności zmian I [ U, ] n % = 100% min i, 1991 Ui, 2004 i= 1
Wynik dla przykładowego wycinka powierzchni
WYNIKI
= 87
= 122
% zmian 100 90 80 120,60 Rozkład intens ywnoś ci zmian względem powierzchni 1061,40 2710,40 70 60 50 1189,20 1466,10 1427,60 ś r. 66,66 % 40 30 638,30 797,40 20 300,90 10 13,70 0 274,40 0,00 500,00 1000,00 1500,00 2000,00 2500,00 3000,00 [m 2 ]
Udział poszczególnych synuzjów w 1991 i 2004 roku rub/dry/oxa fs/rub athyr/fs/rub/oxa Tylko 3 synuzja o udziale > 1% wspólne dla 1991 i 2004 roku
Zmiana w udziale gatunków
Macierz przejść 1991/2004 FER b-g rub GRA oxa s te HEL vac MOS s e n hom urt ver pre as p mai lyc s uma 1991 rub 975 1170 1946 366 191 33 90 63 74 22 23 0 8 2 3 1 1 4969 oxa 622 606 35 330 447 37 12 40 40 11 13 1 6 1 1 1 2201 s te 332 165 31 98 131 202 74 4 4 22 0 8 1 0 0 1074 FER 485 154 29 51 26 16 14 18 12 4 9 5 3 0 1 0 0 827 GRA 74 36 18 161 17 1 11 1 1 1 0 0 0 0 322 HEL 21 9 17 2 19 115 3 8 5 198 b-g 33 103 10 31 5 1 5 1 1 0 189 mai 10 43 1 9 1 1 1 1 0 1 68 MOS 7 27 5 3 4 1 3 4 0 0 55 vac 3 17 1 2 0 9 1 0 0 34 hom 3 4 0 0 1 1 0 12 22 pre 6 4 3 4 17 urt 0 0 1 0 3 7 11 as p 3 0 0 0 0 0 4 hie 0 3 0 0 0 1 4 s en 0 0 0 0 2 3 pre 0 0 0 1 s uma 2004 2574 2341 2098 1056 825 311 309 159 136 70 60 26 12 9 6 4 3 10000 Skróty: b-g nudum, FER paprocie, GRA trawy, MOS mchy, HEL helofity, asp Asperula odorata, hie Hieracium murorum, hom Homogyne alpina, lyc Lycopodium annotinum, mai Maianthemum bifolium, oxa Oxalis acetosella, pre Prennanthes purpuraea, rub Rubus idaeus, sen Senecio subalpinus, ste Stellaria nemorum, urt Urtica dioica, vac Vaccinium myrtillus, ver Veronica montana
Dynamika gatunków runa Przykłady
Procedura obliczeniowa mobilności gatunków D x n U x,1991, i i= 1 = n i= 1 U a i x,2004, i a i D x średnia mobilność gatunku x U x,1991,i udział gatunku x w płacie i w 1991 roku U x,2004,i udział gatunku x w płacie i w 2004 roku n liczba wszystkich płatów, w których gatunek x wystąpił w 1991 i/lub w 2004 roku a i powierzchnia płatu i
Wskaźniki róŝnorodności gatunkowej ShannonaH i równomierności E PoniewaŜ w kartowaniu uwzględniano tylko dominanty, wartości współczynników są nieistotne - sens ma tylko analiza zmiany ich wartości po 13 latach S n n i i S liczba gatunków n i powierzchnia zajęta przez gatunek i N łączna powierzchnia pokrycia roślinnością H' = E = ln N N i= 1 H' lns 1991-1,59 2004-2,25 1991-0,49 2004-0,68
Wpływ koron i podrostów Korony buka Liczba podrostów buka na 1m 2
Pomiar podrostów bukowych: Na 16 powierzchniach kołowych o promieniu 5m policzono wszystkie podrosty i pomierzono ich wysokości oraz pierśnice
Analizy korelacji N=16 CH ALL CH RUB BG 2004 C 2004 H 2004 D 2004 N 2004 C 2004 0.72 P=.002 t=3.87 0.69 P=.003 t=3.57 0.68 P=.004 t=3.45 0.04 P=.886 t=0.14-0.80 P=.000 t=-4.93-0.80 P=.000 t=-5.05-0.70 P=.002 t=-3.67 0.34 P=.205 t=1.32 0.76 P=.000 t=4.35 0.73 P=.001 t=4.04 0.66 P=.005 t=3.32 0.15 P=.576 t=0.57-0.08 P=.768 t=-0.30-0.21 P=.430 t=-0.81 0.04 P=.879 t=0.15 1.00 P= --- t= --- Skróty: H 2004 suma wysokości podrostów D 2004 suma pierśnic podrostów N 2004 liczba wszystkich podrostów C 2004 zagęszczenie koron CH ALL intensywność zmian w runie między 1991 a 2004 rokiem CH RUB średnie zmiany w pokryciu maliny Rubus idaeus między 1991 a 2004 rokiem BG 2004 procent dna lasu bez pokrywy roślinnej
Gęsty podrost bukowy: przyczyna wycofywania się roślinności runa ze znacznej części dna lasu
Analizy przestrzenne - wariogram
1) Analizy przestrzenne - wariogram
2) Analizy przestrzenne - wariogram
3) Analizy przestrzenne - wariogram 1 γ ( h) = 2 N( h) N ( h) [ Z( x ) ( + )] i Z xi h i= 1 2 Z(x i ) intensywność zmian w miejscu i Z(x i + h) intensywność zmian w miejscu odległym od i o h N(h) liczba par odległych od siebie o h γ(h) oszacowana wartość wariancji dla wszystkich par odległych od siebie o h
Podsumowanie Pomimo znacznego zmniejszenia się pokrywy roślinnej, struktura i skład gatunkowy runa buczyny karpackiej po 13 latach uległy zróŝnicowaniu, a udział poszczególnych gatunków stał się bardziej wyrównany. HIPOTEZA: w bukowych lasach naturalnych dominacja jakiegokolwiek gatunku runa nie trwa dłuŝej niŝ dekadę. Do takiej dominacji moŝe dojść prawdopodobnie na skutek zaburzeń w okapie drzewostanu i innych czynników, wpływających na warunki świetlne na dnie lasu.
Podsumowanie Na dynamikę roślinności runa większy wpływ niŝ drzewa z okapu drzewostanu mogą mieć podrosty silnie konkurujące z nimi o światło. Dynamika roślinności dna lasu w buczynie karpackiej, nie tylko ta sezonowa, jest bardzo intensywna w ciągu 13 lat tylko na 3% powierzchni roślinność nie uległa zmianie. Nawet w zbiorowiskach, które uwaŝa się za stabilne, nieustannie zachodzą zmiany.
Podsumowanie W lasach naturalnych malina (Rubus idaeus) nie stanowi zagroŝenia dla naturalnego odnowienia drzew, poniewaŝ w warunkach słabego oświetlenia naloty i podrosty wygrywają konkurencję z tym gatunkiem. Najbardziej dynamiczne gatunki to te związane z rozkładającymi się kłodami i pniakami (Vaccinium myrtillus, mchy), jako Ŝe są najbardziej wraŝliwe na zmiany środowiska (ph podłoŝa, wilgotność itp.).
Podsumowanie NaleŜałoby równieŝ opracować lepszą metodykę badań dotyczących dynamiki runa leśnego, a badania te przeprowadzać częściej (co 1-2 lata), gdyŝ dynamika tej warstwy lasu jest o wiele większa niŝ warstwy drzew.
Dziękuję za uwagę