Dopad klimatických změn na lesní ekosystémy v Karpatech: změny biotického disturbančního režimu a možnosti adaptace lesa

Mgr. Jiří Trombik

Doctoral thesis

The impact of climate change on forest ecosystems in the Carpathians: changes in biotic disturbation regime and adaptation options for forest

Abstract:

Karpaty představují jeden z nejrozsáhlejších souvislých lesních ekosystému v Evropě. Karpatské lesy jsou dlouhodobě intenzivně obhospodařovány, zároveň se zde však nacházejí mnohé původní ekosystémy s vysokou ekologickou hodnotou. V posledních desetiletích došlo v tomto regionu k výraznému nárůstu frekvence a intenzity biotických a abiotických disturbancí, které společně s exploatačním systémem obhospodařování výrazně narušily regionální ekosystémy. Narůstající intenzita disturbancí průkazně souvisí i s recentními změnami klimatu, které způsobují jak fyziologické oslabení dřevin, tak ovlivňují zejména biotický disturbanční režim. Projekce vývoje klimatu a výstupy ekosystémových modelů naznačují další nárůst intenzity disturbancí zahrnující např. nárůst rizika požáru, sucha, nebo invazi nových druhů škůdců. Předložená práce se zaměřujeme na rozšíření poznatků o možných vlivech změny klimatu na disturbanční režim lesů v Karpatech. Práce představuje soubor publikovaných článků, které průřezově řeší (i) získání, zpracování a kontrolu kvality dat o lese pro celé území Karpat, (ii) vyhodnocení charakteru očekávané změny klimatu v Karpatech, (iii) analýzu vybraných aspektů biotického a abiotického disturbančního režimu Karpat a (iv) návrh doporučení pro management lesa podporující adaptaci na změnu klimatu s ohledem na disturbance. Řešení se opíralo o zpracování rozsáhlých souborů lesnických, environmentálních a dalších dat pomocí nástrojů GIS a sérii statistických analýz.Studie Trombik a Hlásny (2013) se zaměřila na vyhodnocení kvality volně dostupných geodat o rozšíření lesa a dřevinné skladbě v Evropě. Byla zjištěna relativně vysoká přesnost dat opisujících rozšíření lesa, avšak korespondence dřevinné skladby s referenčními daty byla mimořádně nízká. V navazujících studiích byla ze všech karpatských států získána dlouhodobá data o dynamice hlavních škůdců a územích s různým stupněm ochrany přírody. Studie Hlásny, Trombik et al. (2016a) se zabývá vyhodnocením budoucí klimatické exponovanosti Karpat s využitím metodiky tzv. hot-spotů. Jedná se o lokality, ve kterých současně kulminuje změna většího počtu klimatických prvků oproti referenčnímu období. V celém území Karpat bylo identifikováno 8 hot-spotů klimatické změny, ze kterých většina byla lokalizována v nižších polohách. Tato skutečnost naznačuje stoupající riziko zejména pro již v současnosti vodou limitované ekosystémy. Studie Hlásny, Trombik et al. (2016b) se zaměřila na vyhodnocení dlouhodobé časové fluktuace bekyně mnišky (Lymantria dispar) v rámci Karpat a na vytvoření statistického modelu umožňujícího předpovídat další gradace. Poprvé byl identifikován vztah mezi narůstající zeměpisnou šířkou a délkou gradační periody jako i obecně odlišný charakter výskytu gradací mezi Západními Karpaty a jihovýchodní části Karpat. Čtvrtá studie (Holuša, Lukášová a Trombik 2013) se věnuje popisu prvních nálezů lýkožrouta severského (Ips duplicatus) uvnitř horských komplexů ve střední Evropě. Jedná se o druh pronikající z východu a potenciálně představující významné riziko i pro karpatské lesy. Tři studie (Trombik et al. 2016, Hlásny et al. 2017a) se zaměřují na modelování vývoje smrkových porostů v podmínkách napadnutí stromů lýkožroutem. Tyto práce poukázaly na rizika pěstování smrkových monokultur ve střední Evropě a předložily doporučení po jejich management zahrnující jak změnu dřevinné skladby, tak i úpravu doby obmýtí. V závěrečné studii Hlásny et al. (2014) jsou komplexně zpracována doporučení pro management lesa v podmínkách změny klima

Abstract:

tu s důrazem na vývoj opatření ochrany lesa a monitoring škůdců. Tento soubor vědeckých studií je doplněn o 3 soubory certifikovaných map, které popisují vybrané aspekty současného a budoucího rozšíření hlavních škůdců v Karpatech.

Abstract:

Carpathians are one of largest continuous forest ecosystems in Europe. Carpathian forests have been intensively managed for a long time. At the same time however, Carpathians include numerous original and highly valuable ecosystems of European importance. In recent decades the region has been experiencing substantial increase in the frequency and intensity of biotic and abiotic disturbances, which, along with often exploitational use of resources, significantly disturbed the regional ecosystems. Body of evidence suggests that intensifying disturbances are related to climate change, which compromise plant vigour and affect biotic agents disturbing the forests. Climatic projections and simulations generated by ecosystem models indicate further intensification of forest disturbances, including increased risk of forest fires, drought or invasions of new pests and diseases.This thesis strives to extend the current knowledge of climate change impacts on Carpathians and regional disturbance regimes. The thesis consists of the set of published papers, which systematically present (i) collection, pre-processing and quality control of the underlying forest data for the whole Carpathians, (ii) assessment of the patterns of climate change in the Carpathians, (iii) analyses of different aspects of biotic and abiotic disturbance regime of the Carpathians, (iv) proposal of recommendations for forest management, which can support climate change adaptation mainly with respect to forest disturbances. To reach these objectives, we analysed extensive forestry, environmental and other data using the tools of GIS and statistics.The paper Trombik and Hlásny (2013) evaluated the quality of freely available data on forest distribution and species composition in Europe. We found good quality of data on forest distribution, but match of species composition maps with reference data was remarkably poor. In several follow-up studies we collected data on the dynamics of main forest pests and nature conservation areas from all Carpathian countries. The paper Hlásny, Trombik et al. (2016a) investigated the patterns of future climatic exposure of the Carpathians using the so-called hot-spot approach. The hot-spots are referred to as areas, where the projected change in several climatic variable culminates simultaneously. We identified eight climate change hot-spots in the Carpathians, most of them being distributed in lower-elevation areas. This indicates increasing risk for ecosystems in water-limited environments. Study Hlásny, Trombik et al. (2016b) investigated the long-term fluctuation patterns of Gypsy moth (Lymantria dispar) in the Carpathians and developed statistical forecasting model to predict the future outbreaks. The study identified, for the first time, the relationship between the geographical latitude and outbreak period length as well as differential outbreak patterns in the Western Carpathians and the south-eastern part of the region. This third study (Holuša, Lukášová and Trombik 2013) informs on the first findings of Northern bark beetle (Ips duplicatus) in the intra-mountain forests of central Europe. The beetle is an invasive pest penetrating from the east and representing potential risk also for the Carpathians forests. Other three studies (Trombik et al. 2016, Hlásny et al. 2017a,b) addressed the modelling of spruce forest development under bark beetle outbreak. The studies underscored risks related to the management of spruce monocultures in central Europe and formulated recommendations on their management, which included, for example, change of tree species composition of modification of rotation period. The final study Hlásny et al. (2014) provides systematic recommendations on forest management under climate change, with stress laid on improved forest protection and pest monitoring systems. The earlier mentioned research papers are complemented by three sets of certified maps, which present various aspects of present and fu

Abstract:

ture distribution of forest pests in the Carpathians.

Keywords

populační dynamika, klimatická změna, ochrana lesa, adaptace, lesní škůdci

Keywords

forest pests, population dynamics, climate change, forest protection, adaptation

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 2. 9. 2018

Thesis defence

• Supervisor: doc. RNDr. Tomáš Hlásny, PhD.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Forestry and Wood Sciences

Doctoral programme / field:
Forestry Engineering / Forest Protection and Game Management