Růst a produkce hlavních středoevropských dřevin v podmínkách změny klimatu: Simulace a doporučení pro management lesa

Ing. Tomáš Čihák

Doctoral thesis

Growth and yield of main Central European forest tree species under climate change: Simulations and recommendations for forest management

Abstract:

Produkce lesních porostů vykazuje v posledních letech výrazné změny. Mezi hlavní příčiny těchto změn patří např. vyšší depozice dusíku, změny v managementu lesa nebo vliv klimatických změn. Zejména změny v časové a prostorové distribuci srážek a s tím související častější výskyt suchých období negativně ovlivňují stav a produkci lesních porostů. Předkládaná práce si klade za cíl vyhodnotit možný vliv budoucích změn klimatu na produkci hlavních hospodářských dřevin v České republice a navrhnout odpovídající adaptační opatření. Řešení práce spočívá ve vyhodnocení simulací růstu lesa prováděných pomocí modelu dynamiky lesa Sibyla. Vývoj klimatu do roku 2100 byl hodnocen na základě projekcí podle deseti regionálních klimatických modelů. Hodnoceny byly dřeviny smrk ztepilý, borovice lesní, buk lesní a duby letní a zimní. Vývoj lesa byl simulován při současně používaném managementu a při managementu zahrnujícím některé postupy adaptace na změnu klimatu. Součástí řešení práce byla kalibrace růstového modulu modelu Sibyla pro podmínky ČR. Analýzou rozsáhlého empirického materiálu a jeho porovnáním se simulovanými hodnotami byl zjištěn významný odklon simulovaných tloušťkových a výškových přírůstů od reálných. Výrazně rychlejší reálný výškový přírůst se projevil i v nesouladu simulovaného a měřeného štíhlostního koeficientu stromů. Pro zmírnění tohoto jevu jsme navrhli sérii korekčních koeficientů, které zlepšují spolehlivost výstupů simulací pomocí modelu Sibyla v ČR. Ze simulací vývoje lesa v podmínkách změny klimatu vyplynulo, že nejvýraznější snížení produkce lze očekávat u smrku ztepilého v nižších a středních polohách. Naopak v důsledku posunu jeho produkčního optima do vyšších nadmořských výšek zde lze očekávat nárůst produkce. Obdobná reakce byla pozorována u buku. Minimální odezvu na změny klimatu vykazují duby (Quercus sp.) a borovice lesní. U dubů lze očekávat vznik vhodných produkčních podmínek až do pátého lesního vegetačního stupně. Díky jejich odolnosti vůči změnám klimatu se tak jedná o dřevinu s vysokým potenciálem při adaptačních procesech. Z porovnání výsledků simulací řízených standardním a adaptivním managementem vyplynulo zejména snížení míry poškozování porostů v důsledku snížení doby obmýtí. Naopak, přímý vliv na produkční funkci nebyl významný. Na základě dosažených výsledků byla navržena opatření podporující adaptaci lesů na změnu klimatu s ohledem na produkční funkci lesa, které zahrnují zejména úpravu dřevinné skladby korespondující se simulovaným posunem produkčního optima a snížení doby obmýtí.

Abstract:

Forest production has shown significant changes in recent years. The main causes of these changes include, for example, increased nitrogen deposition, changes in forest management or effects of climate change. Forest health and production are adversely affected by changed precipitation patterns and increased temperature, and especially by the increased incidence of extreme events. With respect to these developments, this thesis aims to evaluate the possible impact of future climate change on the production of major tree species in the Czech Republic and propose adaptation measures to mitigate the impacts. We use forest dynamics models Sibyla to evaluate forest development under climate change and different managements. The future climate is considered based on ten regional climate model outputs. The target three species are spruce, pine, beech and oaks (Quercus sp.). Part of the research focuses on the calibration of the Sibyla growth module for the conditions of the Czech Republic.Based on the analysis of extensive empirical data and their comparison with simulated values we found significant difference between measured and simulate height and diameter increments. Significantly higher real height growth rate also negatively affected the agreement of observed and simulated tree stem shapes. To correct this effect, we proposed a set of correction coefficients, which improve the match of simulated and observed values and increase the reliability of simulation outputs for the Czech Republic. Simulations driven by climate change scenarios indicated that spruce might experience the greatest decrease in productivity. At the same time, species production optimum was projected to shift to higher elevations. Similar response was observed in beech. Oaks and pine production was affected by climate change only marginally. Oaks were found to maintain or improve their productivity up to 5th forest vegetation zone. Oaks` resistance to changing climate thus highlights their potential in climate change adaptation efforts. Comparison of simulations driven by standard management and by adaptive management showed that adaptive management significantly reduced the rate of forest damage, what was mainly related to the reduced rotation period. Contrary, direct effect on forest productivity was not pronounced. Based on these findings we proposed measures, which might mitigate the adverse effect of climate on forest productivity in the Czech Republic. The measures mainly include adjustment of tree species composition to track the shift of species production optima and reduction of rotation period.

Keywords

model Sibyla, kalibrace, klimatické změna, produkce, adaptace

Keywords

model Sibyla, calibration, climate change, production, adaptation

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 10. 7. 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 Management