Transcript Vplyv globálnej klimatickej zmeny na lesy Slovenska Jozef MINĎÁŠ [email protected] Národné lesnícke centrum Lesnícky výskumný ústav Zvolen, SLOVAKIA Globálna zmena klímy – vážny environmentálny problém • Nárast výskytu mimoriadne teplých.

Vplyv globálnej
klimatickej zmeny na
lesy Slovenska
Jozef MINĎÁŠ
[email protected]
Národné lesnícke centrum
Lesnícky výskumný ústav Zvolen,
SLOVAKIA
Globálna zmena klímy – vážny
environmentálny problém
• Nárast výskytu mimoriadne teplých rokov, zvýšená
frekvencia výskytu poveternostných extrémov (suchá,
hurikány, povodne) – extrémny nárast hospodárskych škôd
• Ľudstvo a jeho rozvoj sú „dimenzované“ na dlhodobo
stabilné podmienky klímy
• Zmeny sa dotýkajú celej planéty
• Zmena klímy vážne ohrozuje socioekonomické podmienky
existencie takmer celej ľudskej populácie – hrozí novodobý
exodus tretieho sveta
Klimatická zmena a lesy – politické a
inštitucionálne východiská
• 1988 - Vznik IPCC (Medzivládny panel OSN pre
klimatickú zmenu)
• 1992 - Podpis rámcového dohovoru OSN o zmene
klímy – plnenie záväzkov
• Konferencia ministrov o ochrane lesov Európy –
rezolúcia H4 a V5
„Stratégia dlhodobej adaptácie lesov Európy na klimatickú
zmenu“ (H4)
„Klimatická zmena a trvalo udržateľné obhospodarovanie
lesov v Európe“ (V5)
• Kjótsky protokol (znižovanie emisií GHGs)
Skleníkové plyny v atmosfére
CH 4 [ppbv]
Koncentrácia hlavných skleníkových plynov v atmosfére od roku 900
CO
1900
2
[ppmv] N 2O [ppbv]
420
Všetky údaje sú schematicky upravené podľa IPCC 2001
1700
400
1500
CH4
1300
CO2
N20
• CO2 emisie 9 mlrd ton C
• CH4 emisie 550 mil ton C
• Emisie N2O 18 mil ton N
380
360
1100
340
900
320
700
300
500
280
300
260
900 950 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 185 190 195 200
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Skleníkové plyny v atmosfére
– príčina klimatickej zmeny
Antropogénne emisie skleníkových plynov
(energetika, priemysel, doprava, odpady,
poľnohospodárstvo, odlesňovanie)
Rast koncentrácií skleníkových plynov
Zmena radiačnej bilancie zemského povrchu
ZMENA KLÍMY
Zmena klímy – scenáre
• Globálne cirkulačné modely (GCM) – sú fyzikálne
konzistentné, zahŕňajú modely fyziky atmosféry,
globálneho uhlíkového cyklu, atmosférickej chémie,
oceánického prúdenia atď.
• GCM modely poskytujú výstupy v globálnom merítku
v sieti gridových bodov, ktoré reprezentujú územné
priemery na ploche asi 60-100 tisíc km2
• Aplikácia výstupov GCM modelov – tvorba
regionálnycvh scenárov
• Ukážka výstupov GCM modelov – Teplota vzduchu,
Zrážky, Pôdna vlhkosť
CCCma model (www.cccma.bc.ec.gc.ca)
Canadian Centre for Climate Modelling and Assessing
Teplota vzduchu
CCCma model (www.cccma.bc.ec.gc.ca)
Canadian Centre for Climate Modelling and Assessing
Vlhkosť pôdy
Zmena klímy – scenáre pre Slovensko
[°C]
15
14
13
12
11
10
Scenáre ročných priemerov teploty vzduchu v Hurbanove
v rokoch 2001-2090 podľa modelu CCCM2000
• Rozpracované regionálne scenáre pre CCCM97,
CCCM2000, GISS98
• Predpokladaný nárast teploty vzduchu v rozsahu 2-4
st.C (ročný priemer), s rôznym rozdelením odchýlok
mesačných teplôt vzduchu
• Nárast úhrnov zrážok v zimnom polroku, pokles v
letnom polroku
• Rast hodnôt evapotranspirácie, zhoršovanie vodnej
bilancie krajiny
• Nárast intenzity zrážok z konventívnej oblačnosti
• Zmeny v snehovej pokrývke – pokles dĺžky trvania
2085
2080
2075
2070
2065
2060
2055
2050
2045
2040
2035
2030
2025
2020
2015
2010
2005
2000
9
Je naozaj hrozba zmeny klímy reálna ?
• Svetový klimatický systém je veľmi úzko prepojený s
obsahom radiačne aktívnych plynov v atmosfére
• Antropogénne emisie skleníkových plynov vykazujú
trvale rastúci trend, ktorý bude pokračovať minimálne
v najbližších 2-3 desaťročiach
• Adekvátne so vzrastajúcimi emisiami skleníkových
plynov rastú aj ich skutočné koncentrácie v ovzduší
• Používané globálne cirkulačné modely sú
verifikované (simulácia minulej klímy) a ich výsledky
možno považovať za hodnoverné
• Pozorovaný rast teploty vzduchu, zmeny vo frekvencii
a intenzite niektorých meteorologických javov a
procesov predstavujú vážne varovné signály, ktoré
nesmieme ignorovať
Signály klimatickej zmeny - Príklad: Leto 2003 v
Európe
Historické záznamy
teploty vzduchu vo
Švajčiarsku
Shär et al., Nature 2003
Rekonštrukcia letných teplôt v
Burgundsku
Ciais et al., Nature 2005
Chuine et al., Nature, 2004
Rok 2003 – Odozva v rastovom procese drevín
Hesse: seasonal vari ation of tr ee cir cumference as measur ed on 11
beech tr ees among the dominant and codomi nant cr own classes
duri ng the per iod 1999-2003 (the same tr ees were measur ed each
year ).
25
1999
2000
2001
2002
2003
20
C (mm)
15
10
5
0
60
120
180
DOY
240
300
A. Granier et al. submitted
Dôsledky zmeny klímy na lesné ekosystémy
• Zmena bioklimatických podmienok a z toho
rezultujúca komplexná zmena stanovištných
podmienok (zmeny vodnej bilancie, zmeny v
živinovom kolobehu, ...)
• Zmena genetickej štruktúry a diverzity populácií
lesných drevín
• Zmeny fyziologických procesov lesných drevín a z
toho vyplývajúce zmeny ich zdravotného stavu
• Zmeny rastovo-produkčného procesu lesných drevín
• Zmeny v štruktúre lesov (zvýšená mortalita) a ich
ekologickej stabilite
• Zmeny v pôsobení abiotických a biotických
škodlivých činiteľov v lesných ekosystémoch
Zmeny bioklimatických podmienok
• Premietnutie zmien klímy (scenáre) vo vzťahu k
ekologickým nárokom lesných drevín (ekosystémov)
Klimatické areály jednotlivých lesných drevín na
Slovensku na základe ich prirodzeného výskytu
Pinus mugo
Picea abies
Abies alba
Quercus petraea
Carpinus betulus
Fagus sylvatica
St.C
Zmeny bioklimatických podmienok
„Smrekovo-jedľovo-buková klíma“
Súčasná
klíma
Scenár
CCCM97
„Dubovo-buková klíma“
Bioklimatické podmienky – Fraxinus exc.
IT = (Tsite – Topt)/dT
IT= +1 (dolná hranica)
IT= -1 (horná hanica)
Existence limit at low er bound
Ecological pesimum at low er bound
Impaired conditions at low er bound
Ecological optimum
Impaired conditions at upper bound
Ecological pesimum at upper bound
Fraxinus excelsior - CC
Fraxinus excelsior
Existence limit at upper bound
Fraxinus excelsior
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Percentage of individual categories (%)
90
100
Zmeny bioklimatických podmienok
Planárny a kolínny stupeň
• Výrazné zhoršenie vodnej bilancie
• Predlžovanie periód sucha (výskyt už v jarnom období)
• Postupná aridizácia až dezertifikácia krajiny
Submontánny a montánny stupeň
• Zhoršenie vodnej bilancie (posun hladiny vyrovnanej vodnej
bilancie zo 600 až na 1000 m)
• Výskyt periód sucha aj v letnom období
• Zvýšenie extrémnych teplôt a intenzity zrážok
Supramontánny, alpínsky a subalpínsky stupeň
• Zmeny vodnej bilancie a nárast teplôt (zlepšenie
bioklimatických podmienok)
• Priaznivý vplyv bioklímy na mineralizáciu organickej hmoty
(zlepšenie výživy)
Drevinové zloženie stredoeurópskych
lesov – východiská
• Lesy v strednej Európe sú vystavené dlhodobému
antropickému tlaku – výsledkom sú druhove, vekove
a štrukturálne zmenené lesné ekosystémy
• Dominancia ihličnatých spravidla monodrevinových
porastov (smrek, borovica) – najmä Česko a Poľsko
• Vplyv klimatickej zmeny sa bude prejavovať iba
sprostredkovane, nakoľko prakticky všetky lesy v
strednej Európe sú priamo obhospodarované
• Zmena drevinového zloženia stredoeurópskych lesov
bude teda výslednicou zmien stanovištných
podmienok a cielených (resp. vynútených) zmien v
obnovnom (výhľadovom, cieľovom) drevinovom
zložení
„Forest Gap“ – dynamický model
• Dynamické modely umožňujú modelovať
časový vývoj charakteristík lesného
porastu
• Model vyžaduje vstupné údaje pre
jednotlivé lesné dreviny:
 Maximálny vek stromov
 Maximálnu hrúbku a výšku stromu
 Charakteristiky prirodzeného zmladenia lesných
drevín
 Modelovanie na základe funkcie odozvy
(teplota vzduchu, vodná bilancia, výživa,
tolerancia k svetlu)
„Forest Gap“ – dynamický model
Lokalita
Holdridge
zone
Nadmor.
výška
[m a.s.l.]
Priem.ročná
teplota
[oC]
Ročné
zrážky
[mm]
Dominantné
dreviny
Lomnistá
dolina
6
1700
1.0
1330
Sorbus aucuparia
Pinus mugo
Piľsko
11
1250
2.6
1450
Picea abies
Sorbus aucuparia
Dobroč
10
850
4.9
940
Abies alba
Fagus sylvatica
Sitno
15
500
7.7
830
Quercus petraea
Carpinus betulus
Fagus sylvatica
„Forest Gap“ – dynamický model
Nízke Tatry 1 700 m a.s.l., current climate
Nízke Tatry 1 700 m a.s.l., climate scenario CCCM
200
200
Picea
Sorbus
Pinus mugo
160
Biomass t/ha
Biomass t/ha
160
120
80
120
80
40
40
0
0
1
21 41 61 81 101 121 141 161 181 201 221 241 261 281
years
1
Abies
Picea
Fagus
Sorbus
21 41 61 81 101 121 141 161 181 201 221 241 261 281
years
„Forest Gap“ – dynamický model
Dobročský prales 850 m n.m. - Súčasná klíma (Current climate)
Abies alba
Quercus petraea
Fagus sylvatica
Fraxinus
200
150
Biomass t/ha
Biomass t/ha
200
Picea abies
Acer sp.
Dobročský prales 850 m n.m. - CCCM scenario (2xCO2)
100
50
0
150
100
Fagus sylvatica
Quercus sp.
Acer sp.
Fraxinus
50
0
1
51
101
151
201
251
Roky/years
301
351
401
451
1
51
101
151
201
251
Roky/years
301
351
401
451
Drevinové zloženie stredoeurópskych
lesov – očakávané zmeny
Lesné
spoločenstvá
Očakávané zmeny
1.-3. VS
Zánik spoločenstiev SM a JD
Nástup dubových xerotermných lesov
Zhoršenie podmienok pre pestovanie BK
4.-6. VS
Pokles zastúpenie SM a JD
Rozvoj zmioešaných spoločenstiev buka
Posilnenie účasti dubov v lesných porastoch
7.-8. VS
Rozvoj zmiešaných porastov SM-JD-BK
Posun hornej hranice lesa
Klimatická vodná bilancia
Bukovo-dubový VS
2nd Beech-oak stage-current clim ate (1951-80)
M yjava (375 m a.s.l.)
P = 664 mm
220
PE = 599 mm
220
2nd Beech-oak stage-CCCM scenario(2075)
M yjava (375 m a.s.l.)
PE = 713 mm
P = 707 mm
220
220
200
200
200
200
180
180
180
180
160
160
160
160
140
140
140
140
120
120
120
120
100
100
100
100
80
80
80
80
60
60
60
60
40
40
40
40
20
20
20
20
0
1
2
3
4
5
6 7
month
8
potential ev apotranspiration
9
0
10 11 12
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
10 11 12
month
precipitation
potential ev apotranspiration precipitation
Škvarenina et al. 2001
Klimatická vodná bilancia
Bukový VS
4th Beech stage-current clim ate (1951-80)
Plaveč (448 m a.s.l.)
PE = 536 mm
P = 669 mm
4th Beech stage-CCCM scenario(2075)
Plaveč (448 m a.s.l.)
PE = 649 mm
P = 685 mm
220
220
220
220
200
200
200
200
180
180
180
180
160
160
160
160
140
140
140
140
120
120
120
120
100
100
100
100
80
80
80
80
60
60
60
60
40
40
40
40
20
20
20
20
0
1
2
3
4
5
6 7
month
8
potential ev apotranspiration
9
0
10 11 12
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
10 11 12
month
precipitation
potential ev apotranspiration precipitation
Škvarenina et al. 2001
Rastové zmeny – dendroklimatický model
• Multilineárna regresia založená na mesačných údajoch
klimatických veličín (zrážky, teplota) a radiálnom prírastku
jednotlivých stromov
• Verifikácia a konštrukcia modelu (SZ časť Slovenska, Smrek)
2,5
real
Index
2
progn
1,5
1
0,5
0
1925
1950
1975
2000
2025
Year
2050
2075
2100
Rastové zmeny – dendroklimatický model
19% stromov – negatívna reakcia (pokles)
81% trees – pozitívna reakcia (rast)
Teplota vzduchu hraje dominantnú úlohu
Zvyšovanie prírastku s rastúcou nadmorskou výškou
2,00
1,60
Index
•
•
•
•
1,20
y = 0,0005x + 0,7229
R2 = 0,3712
0,80
0,40
0,00
800
900
1000
1100
1200
altitude (m)
1300
1400
1500
Pôsobenie abiotických faktorov na lesy
– očakávané zmeny
• Varovné signály – výskyt 3 orkánov v období 19902000 (Vivian, Wiebke, Lothar), niekoľko 100 miliónov
m3 kalamitného dreva
• Nastávajú zmeny v distribučnom pôsobení
abiotických činiteľov (výskyt vetrových kalamít v
letnom období)
• Môžeme očakávať narastajúci trend fyziologického
poškodzovania suchom, stúpne riziko výskytu
lesných požiarov
• Otázne sú zmeny v pôsobení snehu, vetra, námrazy a
ďalších mechanicky pôsobiacich faktorov (ľadovica)
Zmeny vo vývoji škodcov
•Kratší vývoj
•Viac generácií
Prežívanie extrémnych situácií
•Extrémne nízka teplota
•Vyššia teplota spojená so suchom
dĺžka vývoja
Klimatická zmena a lesy –
biotické faktory HMYZ
Teplota °C
Dĺžka vývoja:
1. Hmyz nie je schopný regulovať svoju teplotu a tá preto rozhodujúcim
spôsobom ovplyvňuje jeho bionómiu.
2. V rámci limitov pracuje vo všeobecnosti metabolizmus hmyzu pri vyššej
teplote rýchlejšie a pri nižšej pomalšie.
3. Dĺžka vývoja u väčšiny druhov závisí na teplote. Optimálnou teplotou je 2535°C.
Výhody kratšieho vývoja:
väčšie a životaschopnejšie imága
rýchlejší prístup k potrave
menšia šanca napadnutia parazitoidmi, patogénmi...
-
Nevýhody kratšieho vývoja:
zlá synchronizácia s prostredím / fenológiou
zvýšené nároky na potravu v kratšom čase
nedostatočná vyvinutosť
Očakávaný vývoj vybraných druhov hmyzu
vo vzťahu ku klimatickej zmene
• Analyzovali sa dlhodobé údaje zo Slovenska pomocou
gradientovej analýzy (Canonical correspondence analysis) a
hľadali sa kľúčové faktory ovplyvňujúce priestorovú distribúciu
druhov – Lymantria dispar and Operophtera brumata.
Turcani et. al. 2005
Lymantria dispar
Air temperature equal to
long-term average
+ 1°C
+ 2°C
Operophtera brumata
Air temperature equal to
long-term average
+ 1°C
+ 2°C
Klimatická zmena a lesy – biotické
faktory HMYZ
Lesy v 1.-2. lvs
prenikanie južných druhov do oblasti vďaka zmenám v
biotopoch a zlepšeniu klimatickej vhodnosti prostredia
-Thaumetopoea pityocampa
- Dociostaurus maroccanus
- Colias erate
-vytvoria sa priaznivé podmienky pre aktivizáciu
domácich teplomilných druhov
-Lymantria dispar
-Tortricidae
- Adelgidae
Klimatická zmena a lesy – biotické
faktory HMYZ
3.-5. Vegetačný stupeň
• Môžeme predpokladať prienik niektorých
teplomilnejších druhov avšak vzhľadom na
konkurenčné prostredie bude trvať istú dobu pokiaľ sa
tu plne etablujú
• Väčšiu aktivitu v tomto prostredí očakávame od
druhov škodiacich na voľných plochách – napr. pri
zalesňovaní, celkove budú tieto polohy
pravdepodobne najmenej postihnuté predmetnými
vplyvmi
6.-7. Vegetačný stupeň
• Predpokladá sa výskyt širšieho spektra škodcov,
ktorých gradácie budú intenzívnejšie
• Očakáva sa aktivita najmä domácich druhov
Trvaloudržateľné obhospodarovanie
lesov v podmienkach klimatickej zmeny
• Komplexná zmena stanovištných podmienok môže
významne zmeniť parametre obhospodarovania lesov
a ich funkčnej účinnosti (problém hynutia smrečín –
ohrozenie vodohospodárskej funkcie lesov)
• Ak chceme zabezpečiť TUOL musíme adaptačnú
stratégiu „zabudovať“ do stratégií trvaloudržateľného
obhospodarovania lesov
• Je treba realizovať všeobecne platné opatrenia na
podporu genetickej, druhovej a štrukturálnej diverzity
lesov a ich ekologickej stability
• Potrebujeme rozšíriť kritériá a indikátory TUOL o
indikátory špecificky orientované na dôsledky zmeny
klímy na les a tieto využívať na podporu realizácie
adaptačných opatrení
Zmena klímy a stredoeurópske lesy
SÚHRN
• Príčinou zmeny klímy je antropogénny nárast obsahu
skleníkových plynov v ovzduší a následná zmena
radiačnej bilancie zemského povrchu
• Súčasné modely GCM pre oblasť strednej Európy
udávajú rast teploty vzduchu, zmeny v distribúcii
zrážok a zmeny vo vodnej bilancii (zhoršovanie)
• Komplexná zmena stanovištných podmienok spôsobí
významné zmeny v drevinovom zložení lesov, v
distribúcii a intenzite pôsobenia abiotických faktorov
a v areáloch, invázii a gradácii hmyzích škodcov
• Hrozba zmeny klímy je reálna a pri zabezpečení trvalo
udržateľného obhospodarovania lesov ju musíme
brať do úvahy
Použité materiály
• Na prípravu prednášky som použil
predovšetkým materiály publikované v
rámci Národného klimatického
programu SR a a priebežných výsledkov
projektu „Klimatické zmeny a lesy
Slovenska“
• Webovské stránky IPCC (www.ipcc.ch) a
sekretariátu UN FCCC (www.unfccc.de)
Ďakujem za
pozornosť