Ekologické aspekty přeměn smrkových monokultur. Příkladová studie Drahanská vrchovina

Kód výsledku v IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F62156489%3A43410%2F17%3A43912919" target="_blank" >RIV/62156489:43410/17:43912919 - isvavai.cz</a>

Výsledek na webu

—

DOI - Digital Object Identifier

—

Jazyk výsledku

čeština

Název v původním jazyce

Ekologické aspekty přeměn smrkových monokultur. Příkladová studie Drahanská vrchovina

Popis výsledku v původním jazyce

Studie předkládá výsledky výzkumného projektu &quot;Udržitelné hospodaření smíšených lesů vrchovin - Toky látek a biogeochemické koloběhy živin&quot;, řešeného na pracovišť Ústavu ekologie lesa v letech 2014-2017. Projekt byl koordinován v rámci programu mezinárodní spolupráce ve výzkumu (COST Action FP1206) a finančně podpořen MŠMT. Případová studie je příspěvkem k ekosystémové analýze zaměřené na poznání struktury, dynamiky a fungování vybraných lesních ekosystémů, o kterých se předpokládá, že omezí ekologické slabiny opakované smrkové kultury na přirozených stanovištích smíšených porostů ve středních polohách. Experimentální porosty jsou součástí výzkumného objektu Rájec-Němčice na Drahanské vrchovině, založeného v 70. letech minulého století k poznání ekologie dospělé smrkové monokultury v první generaci na stanovišť přirozeného bukového lesa s příměsí jedle, dubu a jiných listnáčů na přechodu bukového k jedlo-bukovému lesnímu stupni (600-660m n. m.) s půdním typem kambizem modální na geologickém podkladě kyselý granodiorit. Design experimentu vlastní studie sestává z dvojice smíšených porostů založených v řadách, a to porostu smrku s bukem a porostu modřínu s bukem a dvojici nesmíšených porostů - smrkového a bukového. Výsledkem řešení projektu je soubor poznatků a formulování doporučení pro management lesa v zájmové oblastí ve smyslu zvýšení jejich ekologické stability a odolností. Časové řady absolutních hodnot úhrnů srážek a průměrů teplot za celý rok i za vegetační období od roku 1995 vykazují vzestupný trend. Roční úhrn srážek vzrostl o cca 40 mm a průměrné roční teploty o 0,2 oC, za vegetační období to bylo jen cca 30 mm, ale teplota vzrostla o 1,5 oC. V posledních třiceti letech zaznamenáváme rozkolísanost srážek jak v úhrnech za celý rok, tak i za vegetační období. Disproporce mezi množstvím srážek a teplotou vzduchu ve vegetačním období zhoršuje růstové podmínky pro dřeviny. Uvedené tvrzení jednoznačně dokládají výsledky měření půdní vlhkostí v období 2015-2016 v obou smíšených porostech SM/BK a MD/BK, kde se snižoval obsah půdní vlhkostí a prohluboval se tak vláhový deficit. Potvrzují to i výsledky měření podkorunových srážek a průsakových vod i výsledky modelových řešení intenzity sucha na portále www.intersucho.cz. Vliv těchto extrémů se výrazně projevil v hodnotách ročního přírůstu mezi roky 2015 a 2016. Podle přírůstového procenta tloušťky všech měřených stromů se situace nejvíce dotknula smrku, méně modřínu a relativně nejméně buku. Reakce dřevin je výsledkem odlišných nároků na vláhu a její aktuální dostupnost v půdě, včetně přístupnosti minerálních živin v půdním roztoku. V porovnání s &quot;normálním&quot; rokem byl tloušťkový přírůst jednoznačně nižší. Posuzováno podle rozdílů přírůstového procenta tloušťky se sucho nejvíce projevilo u smrku (nižší o 63 %), pak modřínu (nižší o 57%) a relativně nejméně buku (nižší o 47 %). Součtová přírůstová křivka buku je vyrovnanější a méně rozkolísaná. Podle reakce přírůstu na extrémní výkyvy počasí, buk ve srovnání se smrkem i modřínem je v současných měnících se podmínkách prostředí výrazným stabilizačním článkem porostu (lesa) v daných růstových poměrech a tyto výsledky potvrzují i závěry půdních poměrů, včetně multíkriteriální analýzy (PCA a FA). Statisticky vyšší celková zásoba nadložního humusu byla zjištěna v porostu SM oproti smíšenému porostu SM/BK a nesmíšenému BK porostu. Poměr C/N v jednotlivých vrstvách nadložního humusu a horizontech půdy byl ve smíšených porostech statisticky neprůkazný, nižší poměr C/N byl zaznamenán ve variantě MD/BK oproti SM/BK. Nejvyšší poměr C/N byl stanoven ve SM porostu, v bukovém porostu je obdobný jako v prorostech smíšených. Půdní reakce v nadložním humusu a ve svrchní vrstvě půdy ve smíšených porostech a v porostu BK je středně až silně kyselá, ve SM porostu velmi silně kyselá. Z přístupných živin je problematický nízký obsah fosforu ve smrkovém porostu, ve smíšených porostech je dostupnost fosforu dobrá. Obsah přístupného vápníku, hořčíku a draslíku je ve všech variantách porostů dostatečný. Podobně byla zjištěna nejnižší nasycenost sorpčního komplexu ve smrkové monokultuře a dostatečná ve smíšených porostech (SM/BK, MD/BK) a v bukovém porostu. Vícerozměrná statistická analýza (metody PCA i FA) shodně diferencovala v hodnocených parametrech (pH; obsah C, N, P; obsah HL, HK, FK;Q4/6; CEC a V%) tři skupiny porostů: (1) smíšené porosty, (2) bukový porost na jedné straně a (3) smrkový porost na druhé straně (objekt /porost SM/je ve vrstvě F, H a horizontu Ah vždy více vzdálen /daleko od sebe/ od porostů /objektů/ SM/BK resp. MD/BK; tyto porosty jsou si v jednotlivých vrstvách nadložního humusu a organo-minerálním horizontu nepodobné). Při předpokládané změně klimatu bude hlavní důraz kladen na přijímání nových systémových řešení v lesnickém hospodaření, resp. realizace adaptačních opatření. Lesy vstupují do uhlíkové, dusíkové a dalších bilancí tím, že poutají významné množství těchto prvků ve své biomase a v půdě. Z výsledků biogeochemických koloběhů prvků (uhlík, dusík, živiny), látek (voda) a energie jsou zřejmé velmi významné charakteristiky klíčových procesů tvorby biomasy a ukládání uhlíku, dusíku a živin v jednotlivých kompartmentech ekosystému. Vyšší hodnoty vstupu uhlíku a dusíku (podkorunové srážky, opad) byly zaznamenány ve smíšených porostech a porostu BK oproti porostu SM. Množství uhlíku, které je vyplavováno z nadložního humusu do organo-minerálního horizontu Ah je vyšší v porostu SM/BK a SM a pohybuje se od 70 do 88 kg.ha&apos;1.rok&apos;1, množství vyplaveného dusíku do Ah je ve sledovaných smíšených i monokulturních porostech velmi nízké do cca 12 kg.ha&apos;1.rok&apos;1. Vyšší hodnoty vstupu fosforu a draslíku byly zaznamenány ve smíšených porostech a porostu BK oproti porostu SM. Vysoký vstup hořčíku byl stanoven v porostu MD/BK oproti porostům monokulturním (SM, BK). Přeměnou druhové skladby porostů s větším zastoupením listnáčů lze očekávat mírné snížení akumulace uhlíku v nadložním humusu a jeho přesun do minerální půdy. Zároveň lze předpokládat rovnoměrnější rozložení zásob dusíku a minerálních živin v půdě a jejich nižší ztráty vyplavením v případě odlesnění. Výsledky studie potvrdily předpoklad o pozitivním vlivu (vyrovnanost růstových procesů, půdních poměrů i biogeochemických koloběhů živin) pěstování smrku ve směsi s bukem a modřínu ve směsi s bukem, přičemž smrk, resp. modřín jsou a budou hlavní ekonomické dřeviny. Buk, resp. modřín je vhodnou meliorační i produkční dřevinou na stanovištích původních smíšených lesů. Výsledky potvrzují vhodnost rozšiřování buku do současných stanovišť rozsáhlých smrkových monokultur střední a východní Evropy, za účelem návratu k původním smíšeným porostům. Studie potvrdila smysluplnost legislativního ustanovení o nezbytném podílu melioračních a zpevňujících dřevin při obnově a zakládání smrkových porostů z pohledu ekologické stability jako předpokladu udržitelností a hospodářské jistoty současného smrkového hospodářství. Je na technice pěstování lesa, jakým způsobem porosty založí, aby dřeviny směsí vedle ekologických účinků poskytly současně co největší hospodářské zužitkování. Střídání řad a pruhů (řadové smíšení) použité v experimentálních porostech (SM/BK;MD/BK) se prokázalo z pohledu toků látek, biogeochemických koloběhů a půdních procesů jako účinné z důvodu celoplošného melioračního působení. Při řadovém (pruhovém) jednorázovém zakládání výsadeb smrku, buku a modřínu je výhodnější, když dřevina kompetičně v mládí znevýhodněná (buk) bude vysazena nejméně ve dvou řadách.

Název v anglickém jazyce

Ecological Aspects of the Conversion of Spruce Monocultures. Case study Drahanská vrchoviny Highlands

Popis výsledku anglicky

Our study presents results from the research project named Sustainable management of mixed highland forests - Flows of substances and biogeochemical cycles of nutrients, solved by the Institute of Forest Ecology in 2014-2017. The project was coordinated within the programme of international cooperation in research (COST Action FP1206) and financially supported by the Ministry of Education of the Czech Republic. The case study is a contribution to ecosystem analysis focused on learning structure, dynamics and functioning of some forest ecosystems, which are supposed to curtail ecological weaknesses of repeated spruce cultures on the natural sites of mixed stands at mid-elevations. Experimental forest stands are part of a research facility Rájec-Němčice in the Drahanská vrchovina Highland, established in the 1970s to learn ecology of adult spruce monoculture in the first generation on the site of natural beech forest with the admixture of fir, oak and other broadleaves on the transition of Beech forest vegetation zone (FVZ) to Fir-Beech FVZ (600-660 m n. m.) with the soil type of modal Cambisol on the geological base of acidic granodiorite. Design of the experimental study consists of one pair of mixed forest stands established in rows - a stand of spruce with beech and a stand of larch with beech, and one pair of unmixed stands - spruce and beech. Result of project solution is a set of findings and formulation of recommendations for the management of forests in the area of interest in the sense of enhancing their ecological stability and resilience. Time series of absolute values of total precipitation amounts and mean temperatures for the complete year and growing season of 1995 showed upward trend. Annual total precipitation amount increased by ca. 40 mm and mean annual temperatures increased by 0.2 oC; for the growing season, it was only ca. 30 mm, but the temperatures increased by 1.5 oC. In the last thirty years, we recorded fluctuating precipitation both in total annual amounts and for the growing period. The disproportion between precipitation amount and air temperature during the period of vegetation worsens growth conditions for trees. The above mentioned statements were unambiguously documented by soil moisture measurements where both the two mixed stands of spruce with beech and larch with beech exhibited in 2015-2016 decreasing water content in the soil and increasing moisture deficit. This was further confirmed by the results of measuring throughfall and percolation water as well as by the results of model solutions Drought intensities on www.intersucho.cz. The influence of these extremes markedly reflected in the values of annual increment between the years 2015 and 2016. Diameter increment percent of all gauged trees indicates that spruce was affected mostly by the situation while larch and beech suffered less and relatively the least damage, respectively. The response of trees results from their different moisture requirements and actual accessibility of water in the soil including availability of mineral nutrients in the soil solution. As compared with a &quot;normal&quot; year, the diameter increment was clearly lower. Assessed by differences in diameter increment percent, drought showed most in spruce (lower by 63%), then in larch (lower by 57%), and relatively least in beech (lower by 47%). The cumulative increment curve of beech is more regular and less fluctuating. According to the response to weather extremes, beech is a distinct stabilizing element of the stand (forest) in the current changing conditions in the given situation as compared with spruce and larch and the results are corroborated also by conclusions from the analysis of soil conditions including the multicriteria analysis (PCA and FA). As compared with the mixed spruce-beech stand and the unmixed beech stand, the spruce stand exhibited statistically higher total supply of forest floor humus. C/N ratio in individual layers of forest floor humus and in soil horizons was statistically insignificant in the mixed stands with a lower C/N ratio being recorded in the larch-beech variant as compared with the spruce-beech variant. The highest C/N ratio was ascertained in the spruce stand while in the beech stand, it was similar as in the mixed stands. Soil reaction in the forest floor humus and in the upper soil layer is moderately to strongly acidic in the mixed spruce-beech and larch-beech stands as well as in the unmixed beech stand while in the unmixed spruce stand it is very strongly acidic. As to available nutrients, problematic is low phosphorus content in the spruce stand; phosphorus availability in the mixed stands is good. Contents of available calcium, magnesium and potassium are sufficient in all variants of stands. Similarly, the lowest sorption complex saturation was detected in the spruce monoculture while it was sufficient in the mixed spruce- beech and larch-beech stands and in the beech monoculture. Multidimensional statistical analysis (methods PCA and FA) consistently differentiated three groups of stands in the evaluated parameters (pH; contents of C, N, and P; contents of humic substances; content of humic and fulvic acids;Q4/6; cation exchange capacity and base saturation) as follows: (1) mixed stands, (2) beech stand on the one hand and (3) spruce stand on the other hand (the object /stand of spruce/ being in the F, H layer and Ah horizon at all times more distant /far from one another/ from the stands /objects/ of spruce-beech or larch-beech - the stands being dissimilar in terms of individual layers of forest floor humus and organomineral horizon). With the supposedly coming climate change, main emphasis will be put on the adoption of new system solutions in forest management and on the implementation of adaptation measures. Forests enter carbon, nitrogen and other balances by binding considerable amounts of these elements in their biomass and in the soil. Results of biogeochemical cycles of elements (carbon, nitrogen, nutrients), substances (water) and energy show very significant characteristics of the key processes of biomass production and storage of carbon, nitrogen and nutrients in individual compartments of the ecosystem. Unlike in the spruce stand, higher values of carbon and nitrogen input (throughfall, forest litter) were recorded in the mixed spruce-beech and larch-beech stands as well as in the pure beech stand. The amount of carbon leached from the forest floor humus into the organomineral Ah horizon is higher in the mixed spruce- beech stand and in the pure spruce stand - ranging from 70 - 88 kg.ha&apos;1.yr&apos;1. The amount of nitrogen leached into the Ah horizon is very low (up to ca. 12 kg.ha&apos;1.yr&apos;1) in the surveyed mixed and unmixed stands. As compared with the spruce stand, higher inputs of phosphorus and potassium were recorded in the mixed spruce-beech and larch-beech stands as well as in the pure beech stand. As compared with the monocultures (spruce, beech), a high input of magnesium was ascertained in the larch-beech stand. Conversion into the species composition with a higher representation of broadleaves will supposedly bring a slight decrease of carbon accumulation in the forest floor humus and its shift into the mineral soil. At the same time, more even distribution of nitrogen and mineral nutrient supplies in the soil can be expected as well as their lower loss by washout in the case of deforestation. The results of our study confirmed the hypothesis about a positive influence (balance of growth processes, soil conditions and biogeochemical cycles of nutrients) of spruce management in the mixture with beech, and larch management in the mixture with beech, spruce and larch being the main commercial species. Beech and larch are soil improving as well as wood-producing tree species expedient for the sites of autochthonous mixed forests. The results confirm suitability of spreading beech on the current sites of extensive spruce monocultures of Central and Eastern Europe in order to return to the original mixed stands. Our study confirmed meaningfulness of the legislative regulation stipulating the essential proportion of soil-improving and reinforcing tree species in regeneration and establishment of spruce stands from the viewpoint of ecological stability as a prerequisite for sustainability and economic security of contemporary spruce management. It is up to silvicultural technology how to establish the stands so that tree species used in mixtures can provide the greatest possible economic recovery in addition to ecological effects. In terms of substance flows, biogeochemical cycles and soil processes, the alternation of rows and strips (linear combination) used in the experimental stands (spruce-beech; larch-beech) was demonstrated to be beneficial thanks to whole-area soil improving effect. In single row (strip) planting out of spruce, beech and larch, the tree species disadvantaged competitively at young age (beech) can be preferably planted out at least in two rows.

Druh

B - Odborná kniha

CEP obor

—

OECD FORD obor

40102 - Forestry

Projekt

<a href="/cs/project/LD14018" target="_blank" >LD14018: Udržitelné hospodaření smíšených lesů vrchovin - Toky látek a biogeochemické koloběhy živin</a><br>

Návaznosti

P - Projekt vyzkumu a vyvoje financovany z verejnych zdroju (s odkazem do CEP)

Rok uplatnění

2017

Kód důvěrnosti údajů

S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů

ISBN

978-80-7509-536-7

Počet stran knihy

113

Název nakladatele

Mendelova univerzita v Brně

Místo vydání

Brno

Kód UT WoS knihy

—