Geoekologický význam listového opadu a dřevní hmoty ve vysokogradientových korytech

RNDr. Libor BORÁK

Doctoral thesis

Geoecological impact of litter-fall and woody debris at high gradient streams

Abstract:

Listový opad a dřevní hmota představují přirozenou složku fluviálních geosystémů, přičemž se této problematice dříve věnovalo méně pozornosti a výzkum vlivu těchto složek býval často upozaděn. Práce se snaží přinést ucelený pohled na jejich význam v rámci vysokogradientových toků v Moravskoslezských Beskydech. Výzkum přinesl řadu poznatků, které mohou posloužit jako vodítko ke správnému managementu péče o zalesněná horská povodí. Říční dřevo, zejména pokud je sdruženo do dřevních akumulací, je významným morfologickým činitelem utvářejícím charakter vysokogradientových toků. Cílem výzkumu bylo definovat míru a popsat způsob tohoto ovlivňování vodního toku. Celkem bylo identifikováno 126 akumulací o celkovém počtu 809 ks říčního dřeva, které měly celkový objem 503,4 m3 a 234 ks samostatných kusů říčního dřeva o celkovém objemu 144,6 m3. V zájmových územích se nachází 12,1 m3, resp. 19,4 ks říčního dřeva na 100 m délky toku, které je v korytech rozloženo značně nerovnoměrně. V zájmových územích je distribuce dřeva v korytě závislá zejména na stáří a druhovém složení porostu, morfologii koryta, ale i na rezistenci geologického podloží odolávat působení vodního toku. Výzkum prokázal signifikantně významné ovlivnění vodního toku pod dřevními akumulacemi a kmenovými stupni, které ovlivňují parametry d50 a poměr štěrkovité a písčité frakce. Rovněž byla prokázána přímá závislost mezi objemem akumulace s její šířkou a výškou. Oproti tomu nad dřevními akumulacemi a kládovými stupni dochází k signifikantnímu ovlivnění pouze u parametru d50. Dále byla zjištěna tendence ke zjemňování sedimentů nad místem přehrazení toku říčním dřevem a jejich hrubnutí pod tímto přehrazení. Říční dřevo v korytě je zpravidla autochtonního původu a jen omezeně dochází k jeho mobilizaci a transportu do nižších partií povodí. Dominantním blokačním činitelem, zapříčiňujícím vznik dřevních akumulací, jsou padlé a vyvracené fragmenty stromů dodaných ze břehu, na nichž se zachycuje plavený materiál. Velké dřevní akumulace vytvářejí významné diskontinuity průchodu energie a materiálu, čímž zásadně ovlivňují heterogenitu koryta a údolního dna. Vliv listového opadu na charakter vysokogradientových toků je oproti říčnímu dřevu odlišný. Listový opad může aktivně ovlivňovat pouze segmenty koryta s vyvinutou stupňovitou morfologií. V rámci stupňovitých morfologií výzkum prokázal rozdíl mezi segmenty koryt s olistěnými a neolistěnými stupni. Tůně olistěných stupňů vykazují jemnější zrnitostní složení, jsou plošně větší, mělčí a mají větší retenční kapacitu. Olistěné stupně efektivněji snižují potencionální energii vody. Přítomnost olistění na stupni zvyšuje jeho rezistenci vůči povodňovým průtokům a zvyšuje retenční schopnosti toku. Výzkum prokázal, že olistění na stupni pomáhá zadržovat 0,14-0,21 m3 vody na 100 m délky toku. Listí i říční dřevo jsou významným morfogenetickými faktory v korytě, které zvyšují jeho diverzitu, zpomalují intenzitu zahlubování toku, zadržují vodu v krajině a jsou nezbytné pro přežití některých hydrofilních druhů bioty.

Abstract:

Litterfall and woody debris represents a natural component of fluvial geosystems. There was previously little attention to this topic and the research of this component was overlooked. This paper brings a comprehensive view on their importance within large gradient streams in Moravskolezské Beskydy Mountains. The research provided significant findings, which may be used as a guide for the correct care and management of forested mountain basins. Large woody debris, especially if in large debris jams, is a significant morphological factor, in forming the attributes of a high-gradient stream. The research aim was to define influence and form of high-gradient stream influence by large woody debris. In which the result was 126 debris jams composed by 809 pcs of large woody debris, which has 503,4 m3 and 234 individual pcs of large woody debris in total volume 144,6 m3. In the sampled areas there was 12,1 m3 composed of 19,4 pcs of large woody debris per 100 m stream segment length, in which distribution of those pieces is very unequal. In study areas the distribution of large woody debris depends especially on age and character of the forest, morphology of the stream, but also on bedrock surface resistance against stream impact. Results have shown significant influence of the water stream under debris jams and log steps, which affect parameters d50 and gravel/sand ratio. Also there was a proven direct relationship between the volume of debris jams and their width and depth. However, above the debris jams and log steps the significant influence was only the d50 parameter. Results have also shown a tendency to make finer sediment above a barrier of the stream by large woody debris and their graininess under this barrier. Large woody debris in stream bed is usually autochthonous and rarely does the mobilisation of this debris occur. Uprooted and fallen logs at the bank is the dominant blocking factor, resulting in the development of debris jams and catching of the floated material. Large debris jams make a significant discontinuity of energy and material, which results in significant influence of stream bed heterogeneity and heterogeneity of valley floor as well. The impact of litterfall on attributes of high-gradient streams is distinct from large woody debris. The litterfall is able to make an impact on stream bed segments with stepped reach morphology only. This thesis shows differences between river segments with or without foliaged steps. The pools following foliaged steps have a finer grain size composition of sediment. They are also larger, shallower and have a higher retention capacity. Foliaged steps help to decrease potential energy of water more effectively. If the litterfall is permanently preserved at the step, it makes it more resistant to extreme water flows and increased retention abilities of the stream. The results also showed, that foliaged steps help to retain 0,14-0,21 m3 of water on a 100 m long stream segment. As a result, the litterfall and woody debris are significant morphogenetic factors in a stream bed which increase this diversity, decrease erosion intensity, help to retain water in the landscape and is also indispensable for the survival of hydrophilic animals and plants.

Keywords

listový opad, říční dřevo, dřevní akumulace, vysokogradientové toky, Moravskoslezské Beskydy, korytová morfologie, granulometrická analýza, vícerozměrná analýzy dat

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 20. 2. 2017

Thesis defence

• Date of defence: 9. 5. 2017
• Supervisor: doc. RNDr. Jan Hradecký, Ph.D.

University of Ostrava

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Geography / Environmentální geografie