Dynamika lesních ekosystémů

Stabilita lesních ekosystémů

Ekologická stabilita

• Ústřední téma ekologie

• Úzká souvislost s dynamikou ekosystémů

Pojem stability

• Vychází se z teorie systémů

• Možnost definování na základě matematického modelování

• K čemu se pojem vztahuje: populace druhu, druhová struktura společenstva, funkce společenstva

• Časové měřítko je velmi důležité

Obecné schéma základních vývojových stadií a fází přírodního opadaváho listnatého lesa závěrečného typu (s výjimečnými odbočkami k lesu přípravnému a přechodnému v případě katastrofického rozpadu) – (podle THOMASIUSe 1995)

Schéma návaznosti vývojových stadií a fází na extrémních stanovištích s trvale volně zapojenými přírodními lesy (MAYER 1977).

Různé složky stability

Resilience (pružnost)

Rychlost s níž se systém vrátí do původního stavu z něhož byl vychýlen

Resistence (odolnost)

Schopnost odolávat vychýlení při působení vnější síly

Lokální vs. globální stabilita

Eltnova trvrzení (Elton, 1958)

• Matematické modely interakcí 2-několika druhů jsou nestabilní

• Jednoduchá společenstva - "microcosms" je těžké uchránit - ???

• Ostrovy s málo druhy jsou více ohroženy invazí• Rozvoj škůdců hrozí zejména v monokulturách

- ???• V druhově bohatých tropických společenstvech

nedochází k náhlému přemnožení hmyzu - ???

Složitost a stabilita společenstva

Podmínka stability podle May (1972):

β (S C)1/2 < 1

β - průměrná hodnota interakce mezi druhy

S - počet druhů

C - konektance sítě

Dynamická stabilita

Stabilita trajektorie společenstva / ekosystému v průběhu sukcese

Dynamika bukových porostů v Orlických horách(1951-2000).Ordinace metodou DCA

MÍCHAL et al. (1992) rozlišuje a definuje tuto stupnici poruch:• zanedbatelné, u nichž je zřejmé, že se nevymykají z endogenních

fluktuací nebo cykličnosti v rámci ekologické rovnováhy daného typu ekosystému,

• únosné, u nichž lze předpokládat spontánní návrat k ekologické rovnováze ekosystému, neboť nepřesahují meze jeho ekologické stability (rezistence nebo resilience),

• kritické, při nichž ekosystém jeví příznaky stresové reakce s nejistým výsledkem; začínající pásmo ekologické lability,

• katastrofické, které vyvolávají zhroucení ekosystému; samovolná obnova výchozího stavu je v přijatelném čase nemožná; nastává buď možnost extrémní ekologické lability, nebo vytvoření nového stabilního ekosystému člověkem.

Stupně nestability

Vývoj zdravotního stavu porostuPlot TVP14 - species bk

Year201420132012201120102009200820072006200520042003200220012000199919981997

Def

olia

tio

n /

Dea

ds

shar

e [%

]

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

Plot TVP03 - species sm

Year201420132012201120102009200820072006200520042003200220012000199919981997

Def

olia

tio

n /

Dea

ds

shar

e [%

]

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

Plot TVP14 - species jr

Year201420132012201120102009200820072006200520042003200220012000199919981997

Def

olia

tio

n /

Dea

ds

shar

e [%

]

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

Jednotlivé hodnoty defoliace pro každý strom je možno zařadit do jedné třídy defoliace C1 až Cn. Pak momentální stav porostu je možné popsat

vektorem X=(x1, ... xn), kde xi je počet hodnot zařazených do třídy Ci (respektive počet stromů, u nichž byla hodnocena defoliace v třídě Ci).

Vývoj poškození porostu lze popsat jako změnu stavu - vektoru X. Nechť stav v roce y je popsán vektorem Xy a stav v roce následujícím vektorem

Xy+1, potom můžeme konstruovat model

Xy+1 = A * Xy

Čtvercová matice A je složena z pravděpodobností aij , že strom mající defoliaci v roce y hodnocenou v třídě Ci, bude mít v roce y+1 defoliaci hodnocenou v třídě Cj. Tyto pravděpodobnosti lze odhadnout z počtu

stromů hodnocených ve dvou následujících letech v jednotlivých třídách defoliace. Za nezměněných podmínek lze předpokládat, že tyto pravděpodobnosti se nebudou měnit i v následujícím období.

Posloupnosti Y1, Y2, Y3, ... tvoří takzvaný Markovov řetězec (viz například Mandl 1985).

Stabilita lesního porostu a genetická diversita

•Genetická struktura/diversita je dána frekvencemi alel a genotypů lesních dřevin.•Umělá genetická selekce v hospodářském lese•Základním přístupem trvale udržitelného lesního hospodářství je udržení vysoké genetické diversity v populacích lesních dřevin a široké genetické variability používaného reprodukčního materiálu lesních dřevin. K tomu účelu poslouží využití autochtonních populací domácích druhů lesních dřevin jako zdrojových populací pro lesní hospodářství cestou přirozené obnovy, ale i využitím ve šlechtění lesních dřevin.

Stabilitou lesních dřevin a lesních porostů se v lesnické praxi většinou rozumí schopnost odporu proti abiotickým vlivům (vichřici, sněhu, námraze, ohni).Za stabilní se považují porosty, které dosahují stanovený produkční cíl bez podstatných ztrát, vyvolávaných těmito škodlivými činiteli.Tato stabilita se označuje jako stabilita statická či mechanická.

Statická (mechanická) stabilita

zlomení větrem,

} kdy tlak větru působí na strom bočněvyvrácení větrem,

zlomení tlakem sněhu či námrazy, který působí shora (svisle).

Ohroženost větrem:

1. v údolních polohách, kde pro tzv. těsninový efekt do údolí pronikající vítr z nižších poloh (kde je údolí zpravidla širší) vyvíjí stále větší tlak na boky zužujícího se údolí,

2. na návětrných svazích, zejména na svazích s vyšším sklony, kdy vítr snadno proniká do korun stromů a pod ně,

3. na hřebenech, které jsou nejvíce vystaveny působení větru; poněvadž však zde mají stromy velmi zhoršené růstové podmínky, mají menší výšku, neodpovídají zpravidla škody stupni ohrožení; výraznější škody vznikají pouze při spolupůsobení větru a tlaku zmrzlého sněhu či námrazy,

4. na závětrných svazích, které jsou ohroženy při strmých svazích, kdy vítr prudce přepadá do údolí.

Ovlivnění mechanické stability

• Stabilitu stromu ovlivňuje především jeho tloušťka (mnohem výrazněji než ostatní vlastnosti). Zvětšení tloušťky stromů na pařezu např. o 10 % má za následek zvýšení stability stromu až o 50 %.

• Na druhém místě hraje nemalou roli i výška stromu: při stejné tloušťce stromu a velikosti koruny mají stromy s výškou o 25 % větší ve stejné míře sníženou stabilitu. Stromy nižší o 25 % mají stabilitu zvýšenou až o 50 %.

• Prodloužením koruny se zpravidla zvětšuje i její šířka a tím i plocha vystavená větru. Proto i při snížení těžiště stromu se jeho stabilita většinou snižuje. Např. strom s korunou, jejíž délka se rovná 80 % výšky, má oproti stromu s korunou sahající do poloviny kmene stabilitu proti větru sníženou asi o 12 %.

• Štíhlostní koeficient sám o sobě má větší význam pro zvyšování stability vůči tlaku mokrého sněhu a námrazy. Většinou se předpokládá, že stromy s nižším štíhlostním koeficientem mají větší stabilitu i vůči působení větru; nemusí tomu tak být, poněvadž nižší štíhlostní koeficient se dociluje zpravidla u stromů s dlouhou a širokou korunou, které mají větší plochu koruny vystavenou proti větru.

• Určitou roli při působení tlaku větru hraje i tvar koruny stromů, zejména úhel stoupání (α). Při všech výpočtech působení větru se totiž počítá s horizontálním tlakem větru na svislou překážku. Pokud překážka není svislá (což je případ korun stromů), tlak větru se snižuje s klesajícím úhlem α. V přírodě se vyskytují smrky s úhlem α v rozmezí od 40˚ (podúrovňové stromy) do 60˚ (úrovňové stromy), popř. až 80˚ (solitery). Jak je z obr. 24  patrné, zvyšuje se násobný součinitel Cα v těchto případech z hodnoty 0,4 na 0,8. Z toho vyplývá, že stromy podúrovňové bývají nejčastěji větrným polomem (zlomy kmene) ušetřeny (pokud je při masovém polomu nezlomí padající stromy úrovňové).

Odolnost stromu proti vyvrácení

Statická stabilita stromu proti vyvrácení. Odpor proti vyvrácení zajišťují tyto faktory:

1. hmotnost kmene a zelené koruny – 1 %2. hmotnost nevyvrácené části kořenového

balu – 2 %3. hmotnost vyvrácené části kořenového balu –

7 %4. pevnost horizontálních kořenů na okraji balu

– 9 %5. pevnost vertikálních kořenů na dně balu –

24 %6. pevnost horizontálních kořenů na lomové

hraně – 57 %(podle VICENA – PAŘEZ - KONÔPKA 1979).

Poškození sněhem a námrazou

Poškození lesních porostů vyvolává jen mokrý sníh, nejčastěji při teplotách nad bodem mrazu. K poškození dochází až tehdy, napadne-li větší množství sněhu v krátkém časovém sledu. Aby došlo ke zlomení kmene sněhovou zátěží, musí tíha sněhu překročit kritickou hodnotu, diferencovanou podle dřevin. K tomu dochází při nahromadění mokrého sněhu v korunách ve vrstvě 25 – 40 cm.

Největší škody sněhem se dostavují v bohatších souborech lesních typů v bukovém až smrkobukovém (4. - 6.) lesním vegetačním stupni, především ve stejnověkých a stejnorodých smrkových porostech lepších bonit. Smrkové porosty mají na těchto stanovištích rychlý růst a vytvářejí proto vysoké, plnodřevné kmeny (s vysokým štíhlostním koeficientem).