KOŘENOVÉ ÚTVARY V NEOVULKANICKÉM PSEUDOKRASU

ROČN Í K I V | R O K 2 0 1 0 | Č Í S L O 3 ISSN 1 8 0 2 - 2 1 2 X | v y d á n o : l i s t o pad 2010

studia.OECOLOGICA

HOSPODÁRNÉ NAKLÁDÁNÍ VODOU PRO ZAVLAŽOVÁNÍ

KOŘENOVÉ ÚTVARY V NEOVULKANICKÉM PSEUDOKRASU

ENVIRONMENTÁLNÍ APLIKACE GEOMORFOLOGICKÉHO INFORMAČNÍHO SYSTÉMU

Studia OECOLOGICA III/2010 ČASOPIS STUDIA OECOLOGICA Ročník IV Číslo 3/2010 Redakční rada: doc. Ing. Pavel Janoš, CSc. – šéfredaktor doc. Ing. Miroslav Farský, CSc. – výkonný redaktor prof. RNDr. Olga Kontrišová, CSc. doc. RNDr. Juraj Lesný, Ph.D. Ing. Martin Neruda, Ph.D. doc. MVDr. Pavel Novák, CSc. prof. Ing. Miloslav Šoch, CSc. Technický redaktor: Mgr. Petr Novák Recenzenti: Mgr. Ivan Barka, Ph.D., Lesnícký výskumný ústav Zvolen, Slovensko Mgr. Jan Sládek, Fakulta přírodních věd UK, Bratislava, Slovensko RNDr. Miroslav Kubásek, Ph.D., RECETOX, PřF MU, Brno RNDr. Zuzana Kadlecová, Krajský úřad Ústeckého kraje, Ústí nad Labem Prof. Mgr. Miroslav Bárta, Dr., Český egyptologický ústav FF UK Praha Ing. Věra Fišerová, Ph.D. SOLIDVISION, s.r.o., Praha Mgr. Petr Pokorný, Ph.D., ARCHEOLOGICKÝ ÚSTAV AV ČR, Praha Ing. et Ing. Borek Franěk, Správa CHKO České středohoří, Litoměřice Ing. et Ing. Pavel Jaroš, Bílinská přírodovědná společnost, Bílina RNDr. Renata Filippi, Výzk. ústav vodohospodářský TGM, v.v.i. Praha Ing. Tomáš Dolanský, Ph.D., PF Jihočeská univerzita, České Budějovice Mgr. Michal Holec, Ph.D., FŽP UJEP Ústí nad Labem Mgr. Vladimír Hula, Ph.D., MZLU Brno Ing. Petr Beran, Asociace pro vodu v krajině, Praha Ing. Jaroslava Tůmová, Správa závlahové soustavy Vltava VII Lounky, Roudnice nad Labem Ing. Bohuslav Kloubec, Ph.D., Správa CHKO Třeboňsko, Třeboň Ing. Vojtěch Kodet, Pobočka ČSO na Vysočině, Jihlava Doc. Ing. Jaroslav Brada, Dr., Vysoká škola ekonomická v Praze RNDr. Jana Šimsová, Ph.D. FSE UJEP, Ústí nad Labem

Vydává: FŽP UJEP v Ústí nad Labem Tisk: MINO Ústí nad Labem Toto číslo bylo dáno do tisku v listopadu 2010 ISSN 1802-212X MK ČR E 17061

Studia OECOLOGICA III/2010

Obsah HOSPODÁRNÉ NAKLÁDÁNÍ VODOU PRO ZAVLAŽOVÁNÍ SLAVÍK Ladislav........................................................................................................... 3 Úroveň environmentálních informací na webových stránkách krajských úřadů Petr Polster................................................................................................................ 14 Report on the 3D-SCANNING AND PHOTOGRAPHY PROJECT, NATIONAL MUSEUM OF THE SUDAN, KHARTOUM (24. 01.–04. 02. 2010) Lenka SUKOVÁ, Vladimír BRŮNA, Jaroslav KROUŽEK, Vít NOVOTNÝ, Petr KABELKA, Jan HEGRLÍK................................................................................................................. 26 Report on the Geoarchaeological survey in the Area of SAbaloka, the SIXTH NILE CATARACT, SUDAN Lenka SUKOVÁ, Václav CÍLEK, Lenka LISÁ, Pavel LISÝ, Murtada BUSHARA......... 40 Kořenové útvary v neovulkanickém pseudokrasu Pustého vrchu u Děčína (SZ Čechy) Richard POKORNÝ, Michal HOLEC............................................................................. 54 Distribution of wireworms of click beetles (Coleoptera, Elateridae) IN THE SOIL OF FOREST ECOSYSTEMS OF THE Kienhaida NATURE RESERVE (Ore Mountain) Emanuel Kula, Petr Švarc.......................................................................................... 64 Geomorfologický informační systém a možnosti jeho environmentálních aplikací J. Pacina, K. Jedlička, J. Minár............................................................................ 73 Výstavba modelových sítí pro potřeby hydrologického modelování B. Malá, J. Pacina....................................................................................................... 86 VYUŽITÍ ZEŠIKMENÝCH ROZDĚLENÍ PŘI MODELOVÁNÍ VOLATILITY FINANČNÍCH ČASOVÝCH ŘAD Jan POPELKA................................................................................................................ 96 PROTIPREDAČNÍ OCHRANA HNÍZDNÍCH BUDEK SÝCE ROUSNÉHO (AEGOLIUS FUNEREUS) V KRUŠNÝCH HORÁCH V LETECH 2006–2009 Alena HÝLOVÁ, Jan POPELKA, Karel ŠŤASTNÝ, Jan HANEL.................................. 109


HOSPODÁRNÉ NAKLÁDÁNÍ VODOU PRO ZAVLAŽOVÁNÍ Effective water usage for irrigation SLAVÍK Ladislav Univerzita Jana Evangelisty Purkyně Ústí n.L., Fakulta životního prostředí.

Abstrakt Předpokladem pro dosažení potenciální výnosové účinnosti doplňkových závlah je operativní rozhodování o termínu prokázaného vláhového deficitu plodin a určení účinné závlahové dávky, tj. řízení závlahových režimů plodin. Variabilní průběh vláhové potřeby plodin v průběhu tvorby výnosů a nahodilý výskyt meteorologických podmínek vyžadují efektivní zavlažování. V příspěvku jsou posouzeny metody řízení závlahových režimů plodin doporučované v ČR. Jsou doloženy výsledky experimentálních prací, které dokumentují přínosy odborně řízených závlah eliminováním negativních stavů půdního sucha. Ke snížení potřeby závlahové vody se doporučuje zavádět moderní, úsporné mikrozávlahy – kapkovou závlahu a mikropostřik. Bezpoplatkový odběr vody z povrchových vod je dle zákona č. 254/2001 Sb. možný pro krytí vláhového deficitu plodin. To lze prokázat pouze operativní bilancí závlahových režimů. Abstrakt For achieving a potential efficiency of irrigation is important to stay moisture deficit of plants and specify amount of irrigation, it means kontrol the irrigation regime of plants. Variable plants moisture need and occasional meteorotological situation need effective irrigation. In the artikle are studied methods of irrigation in the Czech Republic. There are written results of experiments for elimination of drought by approprite irrigation. For water reduction is good to use modern micro irrigation. Free surfaře water intake is due to the Water Act n. 254/2001 Coll. Possible only for cover of plants moisture deficit. This needs to be count by operative balance of irrigation regime. Klíčová slova: operativní řízení závlah, závlahové režimy plodin, mikrozávlahy Key words: Operative direction of irrigation, irrigation regimes of plants, micro irrigation.

1. Potřeba a význam závlahových meliorací Závlahové soustavy jsou významným vodohospodářským regulačním melioračním dílem v krajinném prostoru, kde je pasivní hydrologická bilance. Zásoba vod ve vodních útvarech je limitujícím faktorem pro setrvalý rozvoj všech ekosystémů. Hydrologická bilance vodních režimů se projevuje hydrologickým, půdním a biologickým suchem. Omezují se základní biologické procesy vedoucí k tvorbě biomasy, k využití produkčního potenciálu půd, k udržení setrvalého stavu hydrosféry, k zachování přirozeného stavu ekosystémů. Výstavba a soustavné provozování závlahových vodních děl má historickou tradici. Patří do kategorie těch lidských činností, které vedly k rozvoji vyspělých civilizací a kultur. Potřeba závlah bude patřit prokazatelně mezi progresivní vodohospodářská opatření. Závlahy přispívají k zajištění potravinové bezpečnosti na Zemi, k opatřením, která budou plnit významné sociologické funkce, zvláště naplní-li se prognózy změn chodu meteorologických podmínek 3


při změně klimatu na Zemi. Lze očekávat zvýšenou frekvenci mimořádných hydrologických jevů, výskyty nejen extrémních povodní, ale i období s dlouhodobými stavy sucha, a to i v semihumidních až humidních klimatických oblastech. Stavy sucha, období srážkových deficitů, lze očekávat i v klimatických podmínkách České republiky. Potvrzují to údaje hydrologických bilancí v letech 2000–2008, jak jsou publikovány ve Zprávách o vodním hospodářství ČR (Mze , MŽP ČR), kde je doložena vysoká četnost období s nedostatkem srážek. Sucho je nahodile se vyskytující kalamitní přirozený jev, živelná pohroma, která postihuje rozsáhlá území, na kterých se snižují vodní zásoby ve všech vodních útvarech, limituje se tvorba biomasy přirozených i pěstovaných rostlin. Sucho omezuje zemědělskou produkci potravin i pěstování biomasy pro výrobu alternativních zdrojů energie. V klimatických podmínkách ČR je rozhodující četnost výskytu, termín výskytu, doba trvání sucha a plošný rozsah ovlivněného území. Stavy sucha jsou doprovázeny vysokými teplotami vzduchu, nízkou relativní vlhkostí vzduchu, vysokou hodnotou sytostního doplňku. Zvyšuje se základní výdajová složka hydrologické bilance – evapotranspirace. Dochází tak ke zvýšené spotřebě vody ze všech vodních útvarů v povodích. Projev sucha má na růst a vývoj rostlin nevratné důsledky a velký plošný dosah. Úhrny přirozených srážek, jejich nerovnoměrné rozdělení v čase a v prostoru a podmínky jejich retence a retardace na ploše povodí nedostačují k vyrovnání vodních zásob. Boj proti půdnímu a biologickému suchu závlahami je stěžejním předmětem globální vodohospodářské politiky nejen v aridních oblastech, ale i v semiaridních až humidních klimatických zónách na Zemi. Tato nezastupitelná funkce vody je deklarována ve všech celosvětových dohodách, prohlášeních vodohospodářů a pracovníků v oblasti klimatologie i ochrany přírody. Zdůrazňuje se potřeba získání a ochrany sladké vody pro zavlažování. Vyžaduje se zavedení moderních, úsporných závlahových systémů a jejich kvalifikované ovládání. Stavy půdního a následně biologického sucha jsou bezprostředně propojeny s hydrologickou bilancí v systému : litosféra (podzemní voda) – pedosféra (půdní voda) – fytosféra (rostlinná společenstva) – atmosféra (srážky). Komplexním vyjádřením vodního režimu krajinného prostoru je hydrologická bilance povodí, tj. kvantitativní vyjádření změny vodních zásob ve všech vyskytujících se vodních prostorech. Prvky systému jsou navzájem propojeny zpětnými vazbami. Pro jsou zajištění optimálního stavu bilance nesmí být žádný prvek limitujícím. Proto možnosti odběru povrchové závlahové vody vázány na výsledky vodohospodářské bilance vodních zdrojů, na zajištění potřebného množství disponibilní vody na ploše dotčených povodí. V zákoně č. 254/2001 Sb. o vodách a o změně některých zákonů (vodní zákon) je jednoznačně vyjádřen jeho účel: „chránit povrchové a podzemní vody, stanovit podmínky pro hospodárné využívání vodních zdrojů a pro zachování i zlepšení jakosti povrchových a podzemních vod a vytvořit podmínky pro snižování nepříznivých účinků povodní a sucha“. Podpora účelného využívání závlah ke krytí vláhových deficitů zemědělských plodin je zákonem vyjádřena v § 101, bod 4, dle kterého se za povolený odběr povrchové vody neplatí platba k úhradě správy vodních toků a správy povodí. Rozhodujícím ukazatelem musí být proto prokázání, že dodávka vody zavlažovaným plodinám byla odvozena místní bilancí krytí vláhové potřeby plodin v průběhu jejich růstu přirozenými srážkami. To lze dokázat jen výsledky odborně vedeného hodnocení závlahových režimů plodin v krátkých bilančních obdobích (týdnu, dekádě) při využívání regionálních vstupních dat. Tyto údaje mají charakter činnosti hlásné služby v povodňové ochraně území. Bilance se vedou pro krytí potenciální evapotranspirace (vláhové potřeby) konkrétní plodiny v dané etapě jejího růstu a vývoje v závislosti na místně zjištěných meteorologických podmínkách, zejména teplotě vzduchu a 4


úhrnu srážek. Vyjádření výskytu vláhových deficitů plodin není možné objektivně stanovit vyhodnocením úhrnných vegetačních hodnot při výpočtu celkové potřeby závlahové vody. Tyto údaje nevyjadřují skutečné nároky plodin na zavlažování v průběhu vegetace. Veřejný zájem v boji proti suchu je vyjádřen programem Mze, podprogramem 129 162: „Podpora obnovy a budování závlahového detailu a optimalizace závlahových sítí“ pro období 2009–2013. Současně se poskytuje podpora na pořízení závlah kapkovou závlahou v sadech, vinicích, chmelnicích a školkách.

2. Potřeba závlahové vody pro zavlažování Celková potřeba závlahové vody je vysoká, proto je nutné zavádět moderní, automatizované, úsporné a produkčně účinné závlahové systémy, kvalifikovaně tato závlahová vodní díla provozovat a řádně zemědělsky hospodařit na zavlažované ploše. Závlahová voda není v žádném případě způsobilá nahradit nedostatky v agrotechnické kázni. Závlahy prováděné na zanedbaných půdách a v nevhodném režimu zavlažování nemohou naplnit jejich potenciální přínosy, jsou zbytečné a vedou k ztrátám, k znehodnocení odebírané vody z povrchových vod. Zavlažování je logickým prvkem pěstební technologie plodin. Závlahy zhodnocují náklady spojené s řádným pěstováním plodin. Doplňkový charakter závlah v českých oblastech jednoznačně určuje základní kritérium pro prokázání četnosti potřeby a účinnosti zavlažování jednotlivých plodin. Nahodilý výskyt přirozených srážek v prostoru a v čase, diferencovaný průběh vláhové potřeby plodin, variabilní hydropedologické vlastnosti půd vyžadují průběžnou, krátkodobou bilanci krytí vláhové potřeby plodin v reálném čase. Tato bilance je vstupním údajem pro operativní řízení závlahových režimů zastoupených plodin, pro určení celkové potřeby závlahové vody, účinné závlahové dávky. Závlahový režim plodin určuje velikost účinné závlahové dávky pro zjištěné hydropedologické vlastnosti zavlažovaného půdního profilu – aktivní hloubky provlažování v relaci s uložením kořenového systému rostlinného porostu, nárocích plodin na minimální přípustnou hodnotu využitelné půdní vody a odvození termínu prokázané potřeby vyrovnání vláhového deficitu v půdě, tj. určení termínu aplikace závlahové dávky. Z uvedených faktorů je rozhodující správná volba prokázaného termínu zavlažování. Požaduje se vést bilanci diferencovaných závlahových režimů plodin v závislosti na určujících faktorech, zejména pro aktuální průběh meteorologických podmínek v reálném, bilančním, období pro zavlažovanou plodinu. Odborné nakládání vodou pro zavlažování je prioritním předpokladem úsporného hospodaření s vodou. Zodpovědnost za naplnění tohoto předpokladu mají pěstitelé, provozovatelé konečného prvku závlahové soustavy – podrobného závlahové zařízení. Je nezbytné, aby respektovali zadané provozní parametry hlavního závlahového zařízení a používaného podrobného zavlažovacího zařízení a respektovali dané půdní podmínky. Zodpovídají za dodání potřebné, využitelné závlahové dávky v době prokázané potřeby, v momentu poklesu zásoby půdní vody na stav minimální přípustné zásoby využitelné půdní vody v aktivní hloubce provlažování pěstované plodiny. Rozhodujícími zdroji závlahové vody jsou útvary tekoucích i stojatých povrchových vod. Za určitých podmínek lze pro zavlažování, především plodin pěstovaných pro nepotravinářské účely, využívat i vyčištěné odpadní vody z městských čistíren (ZAVADIL, J.:2008). Používání podzemních vod pro zavlažování polních plodin a kultur je velmi omezené. Kvalitní podzemní vody jsou ze zákona přednostně vyhrazeny pro zásobování obyvatel pitnou vodou. 5


Pro objektivní řízení závlahových režimů plodin na zavlažovatelné ploše je zapotřebí určit tyto základní parametry: -- Vláhovou potřebu (potenciální evapotranspiraci) jednotlivých plodin v bilančním období, v průběhu jejich vegetačního období. Pro závlahové oblasti ČR je vegetační vláhová potřeba jednotlivých plodin vyjádřena v ČSN 75 0454 Potřeba vody pro doplňkovou závlahu (1994). Pro vyjádření průběhu nároků plodin na zásobování srážkovou vodou lze s dostatečnou přesností využít i hodnoty vláhové potřeby bilančními metodami a hodnotami „ideálních srážek“. Moderní, automatizované závlahy využívají monitoring půdní vlhkosti měřením vlhkostních parametrů půdy instalovanými čidly. -- Určující hodnoty meteorologických podmínek v bilančním období, především úhrny přirozených srážek, teploty vzduchu, případně dalších dat, dle použité metody výpočtu potenciální evapotranspirace – vláhové potřeby zastoupených plodin. Pro vedení operativní bilance jsou potřebné místní meteorologické hodnoty. Uplatňují se automatické meteorologické stanice propojené počítačem s bilancí krytí vláhové potřeby plodin srážkami. -- Hydropedologické vlastnosti zavlažovaných půd aktivního, provlažovaného profil, tj. hydrolimity a z nich odvozené zásoby využitelné půdní vody, koeficient infiltrace, stratigrafie půdního profilu. Z těchto dat se vypočte účinná velikost závlahové dávky a volba možné intenzity zavlažování vhodným závlahovým zařízením. -- Provozní údaje o zavlažování – termín a velikost provedené závlahové dávky v předcházejícím období (zpětná vazba bilance). Celkovou potřebu závlahové vody významně ovlivňuje používaná zavlažovací technologie. Převážně využívané pásové zavlažovače, které pracují s vyššími nároky na vstupní tlak z rozvodného potrubí (min. 0,3 hPa) neumožňují s požadovanou přesností určit hodnotu skutečně provedené závlahové dávky. Dodávají vodu na pozemek při vyšší intenzitě postřiku, než činí intenzita infiltrace. -- Modernizaci všech prvků závlahové soustavy, zejména podrobného zařízení. Snížení potřeby vody a zlepšení kvalitativních a zejména kvantitativních charakteristik distribuce vody plodinám lze docílit při závlaze mikrozávlahou. Byla prokázaná úspora vody o 30–40 %. Pro účinné rozhodování o potřebě účinných termínů zavlažování a pro stanovení produkčně přínosné velikosti závlahové dávky je určujícím a nezastupitelným údajem hodnota momentální potenciální evapotranspirace. Operativní závlahové režimy plodin lze stanovit v praxi zaváděnými a výzkumem doporučovanými metodami. Přehled metod je shrnut ve vědecké a odborné literatuře (SLÁMA,V.: 1978, PENKA, M., BAŇOCH, Z., HEMERKA, G.: 1973, BENETIN, J.,a kol.: 1979, KOHUT, M.:1996 SLAVÍK, L.:1990, SLAVÍK, L., ZAVADIL, J., SPITZ, P.: 2001, SPITZ, P., ZAVADIL, J., HEMERKA, I.:2007. a další). Výpočty jsou založeny především na empiricky odvozených funkčních závislostech evapotranspirace k souboru sledovaných meteorologických činitelů. Aplikace metod, jejichž vypovídací způsobilost je rozdílná a regionálně uplatnitelná, je závislá na získání reprezentativních meteorologických dat. Organizace FAO stanovila pro srovnatelnost evapotranspirace v rozdílných klimatických oblastech metodu Penman-Montheit. Výpočty však nevyjadřují diferencované nároky různých plodin v průběhu jejich růstu a vývoje na zásobování vodou. V podmínkách českých závlahových oblastí se doporučují tyto základní způsoby řízení operativních závlahových režimů plodin: 6


-- Metody pedologické, které monitorují průběh momentální zásoby půdní vody v aktivní hloubce provlažování v relaci s určenou minimální přípustnou zásobou půdní vody. Standardní je gravimetrická metoda stanovení obsahu vody v odebraných půdních vzorcích. Metoda je pracná, vyžaduje podrobný hydropedologický průzkum v půdním profilu, stanovení mezních zásob půdní vody – hydrolimitů. Zavedením moderních měrných čidel napojených na výpočetní techniku, je možný průběžný monitoring půdní vlhkosti. Čidla je nutné kalibrovat pro dané hydropedologické parametry. Pro určení reprezentativních hodnot na pozemku je zapotřebí velký počet opakování a výběr měrných míst. Pořízení zařízení je nákladné. -- Výpočet průběhu potenciální evapotranspirace plodin ve sledovaném bilančním období z empiricky odvozeného vztahu k sytostnímu doplňku vzduchu. Užívají se hodnoty koeficientů biologické křivky vláhové potřeby plodin (stanovené pracovištěm Praha VÚZH). Graficky se vyjadřuje průběh vypočtené zásoby půdní vody v aktivním půdním profilu. Aplikace metody vyžaduje podrobný hydropedologický průzkum na zavlažovaných pozemcích a instalaci místní meteorologické stanice schopné měřit i vlhkostní parametry vzduchu. Při vedených bilancích na výzkumném pracovišti VÚMOP Praha v Mělníku-Hoříně byly zjištěny vysoké hodnoty vypočtené vláhové potřeby. Pro širší zavedení do praxe je žádoucí úprava hodnot koeficientů a metodiky řízení závlahových režimů. -- Metoda tzv. „ideálních srážek“. Metoda využívá měsíčních hodnot srážek, které průběžně zajišťují požadované krytí vláhové potřeby zavlažovaných plodin. Metoda byla uvedena v ON 73 6966 Provoz závlah. Užití metody v provozu závlah je možné, způsob řízení závlahových režimů pro základní půdní druhy je reálný. Hodnoty ideálních srážek, v relaci s výší teplotního normálu, jsou reálné. Metoda byla upravena pro konkrétní hydropedologické parametry (hydrolimity) zastoupených půdních druhů. -- Metoda hodnotící vzájemné vlivy teploty vzduchu a srážek v průběhu vegetačního období plodiny na tvorbu potenciálního výnosu („graficko-analytická metoda dle Kudrny“, 1968). Byla zavedena pro centrální řízení závlahových režimů polních plodin i pro závlahu chmele. Byla upravena pro řízení prognózy potřeby účinných závlahových dávek v následném bilančním období. Vypočtenou velikost potřebné závlahové dávky lze aktualizovat dle skutečných srážek v bilančním období. -- Metody „AGROMETSERVIS“ a „AVIZO“ (KOHUT, 1996), které určují průběh potenciální evapotranspirace výpočtem dle Penmana. Z průběžné bilance přebytku nebo deficitu srážek se určuje pro sledovanou oblast termín zavlažování. Metody byly uplatněny zejména na závlahových soustavách jižní Moravy. -- Metoda řídící závlahový režim výpočetním programem ZAPROG 1 vyvinutým VÚMOP v.v.i. Praha – Zbraslav (2007) V praxi se dosud neuplatnila. Při hydrologické bilanci povodí se užívá metoda referenční evapotranspirace, která však nehodnotí diferencované vláhové nároky pěstovaných rostlin (ATLAS ČESKA, 2008) a pro zavlažování nepřichází v úvahu.

3. Výnosová účinnost závlah Výnosová reakce zavlažování na tvorbu produktivních výnosů plodin a kultur byla předmětem dlouhodobých výzkumných prací, vedených na území České republiky již od počátku minulého století. Nejbohatší soubor výsledků prokázaných experimentálními pracemi zalo7


ženými ve všech závlahových oblastech ČR byl shromážděn vědecko-výzkumnou základnou, pracovišti vysokých škol i provozním sledováním v období let 1970 až 2000. Vybrané výsledky jsou dokumentovány v Metodice č. 25 Výzkumného ústavu meliorací a ochrany půd Praha (2001). Výsledky prokazují i expeditivnost doporučovaných metod řízení závlahových režimů. Expeditivnost pro provoz doporučovaných metod řízení závlahových režimů plodin nelze s dostatečnou věrohodností prokázat. Jsou použitelné pouze výsledky srovnávacího polního pokusu VŠZ (ČZU) Praha, získané v tříletém období při zavlažování cukrové řepy v oblasti velkoplošných závlah na okrese Mělník. Závlahový režim cukrové řepy byl důsledně řízen doporučovanými metodami: Varianta „A“: Dekádní kontrolou momentální zásoby půdní vody gravimetrickou metodou. Varianta „B“: Bilanční metodou při využití koeficientů biologické křivky cukrové řepy (SLÁMA, 1978). Varianta „C“: Řízení závlah metodou ideálních srážek (HEMERKA, 1965, ON 73 6956). Varianta „D“: Kontrolní, nezavlažovaná varianta. Vláhový režim byl v relaci s výskytem přirozených srážek v průběhu vegetačních období. Pokus byl založen při řádně vedené agrotechnice, výživě, ochraně řepy. Jediným proměnlivým faktorem byly podmínky zásobování plodiny vodou závlahovými dávkami. Výsledky pokusu jsou v Tab. 1 (SLAVÍK, L.:1990) Tab. 1. Vliv rozdílných metod řízení závlahového režimu na výnos bulev cukrové řepy Varianta

Průměrné závlahové množství (mm)

Průměrný výnos bulev (t.ha-1)

Vliv závlah na výnos bulev(t.ha-1)

„A“

938

60,7

12,8

„B“

888

53,3

5,6

„C“

609

53,7

5,8

„D“

0

47,9

0

Výsledky pokusu dokazují význam průběžné regulace vodního režimu v aktivní hloubce provlažování – var. „A“. Bilanční metody řízení závlahového režimu – varianty „B“ a „C“ ovlivnily termín zavlažování a velikost závlahových dávek. Rozdílné výnosové reakce jsou na hranici statistické průkaznosti. Základním objektivním kritériem pro posouzení efektivnosti dodané závlahové vody je určení její výnosové účinnosti, tj. vyjádření přínosu jednotky dodané závlahové vody (mm) na tvorbu produktivního výnosu zavlažené plodiny. Výnosová účinnost dodané závlahové vody je vždy přímo závislá na podmínkách zásobování plodin přirozenými srážkami, na době vzniku, délce trvání a velikosti vláhového deficitu plodiny. Byla sledována výnosová účinnost dodané doplňkové závlahové vody na produkční výnos polních plodin, zeleniny, ovoce a chmele. V relaci s průběhem podmínek zásobování plodin přirozenými srážkami v různých ročnících a realizovanými závlahami, byly zjištěny rozdílné přínosy závlahové vody, což koresponduje s doplňkovým charakterem závlah v našich klimatických oblastech. Výsledky experimentálních prací i poloprovozních pokusů na ploše závlahových soustav vždy vykazují příznivou výnosovou reakci plodin na odborně provozované zavlažování. Závlahová voda, odebraná z vodních zdrojů povrchových vod v rozhodujícím termínu a potřebném množství, se vždy produkčně zhodnotila. Závlahy byly řízeny vždy zvolenou doporučovanou metodou. Při výběru metody se přihlíželo k dostupnosti a věrohodnosti potřebných dat. Pro potvrzení zjištěného přínosu zavlažování, řízeného graficko-analytickou metodou dle KUDRNY, K., (1987) a metodou prognózy účinných závlahových dávek v dekádních bi8


lančních obdobích (SLAVÍK 1990) jsou shrnuty výsledky dlouhodobých experimentálních prací na pozemcích výzkumného pracoviště ČZU (dříve VŠZ) Praha v oblasti středního Labe (Tab. 2). Tab. 2. Vliv doplňkových závlah na výnosy polních plodin Plodina

Závlahové množství m3.ha-1

Výnos zavlaž. zavlaž. t.ha

-1

bez

Přínos dodané závlahové vody

Vliv závlah závlah

t.ha-1

t.ha-1

%

kg.m-3

Ozimá pšenice

1 040

5,21

4,31

0,90

+20,9

0,87

Ječmen jarní

1 090

4,75

4,66

0,09

+ 1,9

0,08

Vojtěška I.už.r.

2 310

11,13

7,35

3,98

+51,4

1,64

Vojtěška 2.už.r.

2 150

11,04

9,62

1,42

+14,8

0,66

Cukrová řepa

1 970

62,41

37,63

24,78

+65,8

12,5

Ze širokého souboru pozitivních reakcí polních plodin a kultur na kvalifikovaně řízené zavlažování jsou předloženy další konkrétní údaje: ŠIMON (1996) na výzkumném pracovišti Tišice, Výzkumného ústavu rostlinné výroby Praha, potvrdil obdobné významné zvýšení výnosů polních plodin na lehkých půdách v Polabí. Při zavlažování ozimé pšenice prokázal zvýšení výnosu o 19,3 %, jarního ječmene o 6,3 %, kukuřice na zrno o 32,2 % a cukrové řepy o 52,6 %. Vysoká produkční účinnost dodané závlahové vody na tvorbu výnosu byla zjištěna také při závlaze ovoce, což lze doložit výsledky Výzkumného ústavu ovocnářského v Holovousích. PRAŽÁK, M., JANSTA, Z. (1993) uvádějí průměrné zvýšení výnosu jabloní (odrůda Idared) o 7,9 t.ha-1 , tj. o 21,9 %. Velmi příznivou reakci na odborně prováděné závlahy potvrzují i výsledky se závlahou třešní – o 150 % a višní – o 18,3 % (PRAŽÁK, M., 1999) . Zavlažováním broskvoní řízeným podle vývoje půdní vlhkosti se zvýšil výnos v průměru o 17,8 % (PRAŽÁK, M., P0KORNÝ, J.,1997). Závlahy chmele jsou nezbytným předpokladem rentabilního pěstování. Zavlažování chmele má dlouhodobou tradici. Pozitivní reakce chmele na zavlažování postřikem zjistili již v 60. letech minulého století pracovníci Výzkumného ústavu chmelařského v Žatci. Rozšířením mikrozávlah na chmelnice v suchých chmelařských oblastech Čech a jejich odbornou exploatací byly potvrzeny vysoké výnosové reakce chmele, zejména při zavlažování kapkovou závlahou. Pěstování raných brambor a většiny druhů zeleniny není bez zavlažování úspěšné.

4. Uplatnění řízení závlahových režimů plodin v provozu závlahových soustav V rámci řešení vědecko-výzkumných prací byly sledovány možnosti a podmínky vedení bilance závlahových režimů na ploše provozovaných závlahových soustav. Manipulační řády závlah ukládají odběratelům závlahové vody z povrchových vod vést operativní bilanci závlahových režimů zavlažovaných plodin a kultur. Metodu řízení režimů volí dle dostupných podkladových dat potřebných pro výpočet momentální vláhové potřeby plodin. Tyto údaje předává uživateli závlahové vody – provozovateli podrobného závlahového zařízení („detailu“). 9


Držitelem nakládání s vodami pro závlahy je vlastník (či provozovatel) hlavního závlahového zařízení („kostry“). Zajišťuje odběr vody z místa zdroje a jeho dodávku k místu potřeby – k pozemku s prokázaným vláhovým deficitem pěstované plodiny. Zemědělec, odběratel vody z trubní sítě, musí vést průběžnou evidenci o provedených závlahových dávkách a z toho určit odebrané množství závlahové vody. Tyto prokazatelně odvozené hodnoty jsou důkazem pro oprávněný odběr povrchové vody ke krytí vláhového deficitu zemědělských plodin bez poplatků. S příslušným správcem vodního zdroje povrchové vody se smluvně dohodne aplikovaná metoda řízení závlahových režimů v průběhu vegetačního období. Pro provádění závlah na pozemcích pěstitelů je nezbytné vybudovat vzájemný informační systém, který bude uvádět odvozené potřeby závlahových dávek a řešit harmonogram odběru vody z trubní sítě, zejména v oblastech s kumulací plodin se současnou a zvýšenou vláhovou potřebou. Doporučuje se zřídit regionální závlahový dispečink. Sběr a přenos nezbytných dat bude soustředěn u provozovatele hlavního závlahového zařízení, případně jiné odborně způsobilé vodohospodářská organizace (např. správce toku, poradenské firmy aj.). Provozní expeditivnost metod řízení závlahových režimů plodin a jejich vzájemné porovnání nebylo v širším měřítku prováděno. Jsou k dispozici jen dílčí výsledky platné pro rozdílné závlahové oblasti, plodiny a kultury, podmínky ročníků, takže nelze jednoznačně rozhodnout o výhodách užívaných metod. Rozhodující je vždy dostupnost potřebných meteorologických údajů, jejich lokální platnost a vazba na přirozenou úrodnost a vlastnosti zavlažovaných půd. Lze rozlišit metody, kterými lze řídit závlahový provoz retrospektivně doplňováním zásoby půdní vody, nebo perspektivně, tj. stanovením prognózy potřeby krytí vláhové potřeby plodin v následném bilančním období a dodáním závlahové vody v případě, že tato není průběžně kryta přirozenými srážkami. Tím se dosahují úspory závlahové vody, neboť nedochází k duplicitám při vytváření požadovaných vláhových podmínek pro optimální zásobování plodin vodou v čase.

5. Úsporné závlahové systémy Rentabilita zavlažování, provoz všech prvků složitého vodního díla, je významně závislá na použité technologii zavlažování, tj. na provozu podrobného závlahového zařízení („detailu“). Toto zařízení ovládají přímí uživatelé závlahové vody, pěstitelé zavlažovaných plodin a kultur. Na větších pozemcích převládá zavlažování postřikem pásovými zavlažovači. Aplikují se závlahové dávky o větších velikostech (cca 30–50 mm). Většina dosud používaných zavlažovačů vyžaduje vyšší tlak vody přiváděné podzemním potrubím k pozemkům (min. 0,4 hPa). Postřikovače pásových zavlažovačů dodávají vodu na pozemek převážně o vysoké intenzitě postřiku (8 až 12 mm.hod-1), která převyšuje intenzitu infiltrace půdního povrchu. Dochází k povrchovému zamokření půdy a k neproduktivní ztrátě vody výparem do atmosféry. V současné době lze tyto zastaralé stroje nahradit moderními pásovými zavlažovači, které pracují s nízkým vstupním tlakem (0,2–0,4 hPa) a s nízkou intenzitou postřiku, která odpovídá infiltrační schopnosti půd. Trend vývoje způsobu rozptýlení závlahové vody na ploše plodinám směřuje k zavádění progresivních, úsporných mikrozávlah. K těmto patří mikropostřikovače, rozstřikovače a kapková závlaha. Tyto systémy snižují potřebu energie na transport vody a vlastní zavlažování, snižují potřebu lidské práce, úsporu celkového množství závlahové vody a zvyšují kvalitu rozdělování vody na pozemcích. Dodávají vodu přímo ke kořenovým systémům, 10


nezavlažují neproduktivní plochy (např. meziřadí), umožňují přesné, rovnoměrné dávkování vody a dodržení požadovaného termínu zavlažování. Podporují termoregulaci porostů a ovlivňují mikroklima blízkého okolí. Dociluje se tak významně vyšší produkční účinnosti dodávané vody. Mikrozávlahy využívají plastové materiály, jsou uspořádány v odpovídajících plošných celcích. Provoz mikrozávlah lze plně automatizovat v relaci s vývojem potřeby doplňkových závlahových dávek. Závlahy mikrozávlahami se využívají především při závlaze speciálních plodin, zeleniny, raných brambor, ovocných sadů, chmelnic, vinohradů. Je vyvinuta a používána široká nabídka zavlažovacích prvků. Podrobnou charakteristiku mikrozávlah, jejich zavedení a provozování publikoval SPITZ, P., SLAVÍK, L., ZAVADIL, J. (1998). Mikrozávlahy lze úspěšně použít pro přesné dávkování rozpuštěných živin dle aktuální potřeby plodin (hnojivé závlahy) i jako ochranu proti jarním mrazům (protimrazová závlaha). Nevýhodou mikrozávlah je jejich vyšší pořizovací cena a vysoké nároky na kvalitu závlahové vody. Uplatňují se také při závlaze veřejné zeleně v sídlištích, sportovištích, zahradách, ve sklenících, v lesních a ovocných školkách aj. Jsou výhodné v regionech s napjatou hydrologickou bilancí vodních zdrojů. Příznivé efekty mikropostřiku byly experimentálně ověřovány při zavlažování chmele, ovocných sadů, zeleniny a raných brambor. Na příkladu zavlažování chmele (Tab. 3) lze prokázat jejich vliv na výnos, potvrdit zvýšenou úsporu a produkční účinnost dodané závlahové vody. Předložené údaje byly získány přesným experimentem ve spolupráci s Chmelařským institutem, s.r.o. v Žatci. (SLAVÍK, L., 2000). Tab. 3 : Průměrné výnosy suchého chmele při úsporné závlaze Varianta zavlažování

Bez závlahy

Kapková

Postřik

Výnos chmele (t.ha )

0,88

1,21

1,42

Závlahové množství (m3 . ha-1)

0

496

1331

Účinnost dodané vody (kg.m-3)

0

0,68

0,39

Potřeba závlahové vody (m-3 .kg-1)

0

1,79

2,84

-1

Z předložených hodnot je významný jak zvýšený produkční efekt dodané vody při kapkové závlaze, tak i výrazně snížená potřeba vody na jednotku výnosu. Výhodnost kapkové závlahy byla zjištěna i při závlaze raných brambor, letního květáku a jarního salátu.(SLAVÍK, L., 1996, 2000).

6. Závěrečné shrnutí Doplňkové závlahy jsou v klimatických oblastech ČR s vysokou přirozenou úrodností půd nezbytným stabilizačním vodohospodářským opatřením proti negativnímu dopadu půdního a biologického sucha na tvorbu biomasy – výnosů plodin a kultur. Potřeba efektivního, moderního zavlažování se prokazatelně zvyšuje projevem změn klimatu. Závlahy jsou regulačním opatřením vodního režimu půd nejen pro pěstování plodin k potravinářskému využití, ale postupně budou nabývat na významu při stabilizaci produkce bioma-

11


sy k alternativnímu, zejména energetickému zhodnocování biomasy. Uplatňují se při závlaze veřejné zeleně a okrasných ploch v zastavěném území a při závlaze sportovišť. Závlahové vodní dílo neplní svou funkci bez jeho odborně vedeného ovládání. Provozování závlahových systémů vyžaduje soustavný vklad energie, vyžaduje obsluhu složitých vodohospodářských a technologických zařízení, koordinaci činností všech účastníků závlahového provozu a potřebné odborné znalosti. Rozhodujícím úkonem v procesu exploatace závlah je rozhodování o potřebě zavlažování, tj. operativní řízení diferencovaných závlahových režimů v prostoru a v čase. Pouze závlahové dávky provedené v termínu prokázaného vláhového deficitu jsou účinné. Závlahový režim se řídí manipulačním řádem určenou metodou. Nelze jednoznačně prokázat rozdílné přednosti v ČR doporučovaných bilančních metod. Nelze připustit nedoložené zavlažování plodin, neboť tím dochází k nepotřebnému odběru vody ze zdroje. Závlahy pak nemohou dosáhnout požadované cíle, spotřebovaná voda, vynaložená práce a náklady jsou ztrátové. K docílení hospodárného užívání vod pro zavlažování je nutné založit regionální závlahové dispečinky založené na místním hodnocení závlahových režimů plodin a kultur. Základním předpokladem je vést místní sledování meteorologických podmínek, hodnotit vývoj vláhové potřeby plodin a respektovat zadané hydropedologické vlastnosti půd. Garantem za vedení dispečinku musí být držitel oprávnění k nakládání s vodami – vlastník či provozovatel hlavního závlahového zařízení, odběratel vody z vodního zdroje. Ke snížení spotřeby vody pro zavlažování je potřebná modernizace, rekonstrukce stávajících závlahových zařízení a zavádění úsporných, automatizovaných mikrozávlah. Doporučuje se zavést odborné vzdělávání pracovníků v oboru výstavby, modernizace a zejména exploatace závlah, podporovat osvětovou činnost, rozšířit poradenství v oboru. Potřeba povrchové vody pro zavlažování musí být začleněna do vodohospodářských bilancí v návrhu opatření v plánech oblastí povodí. Je žádoucí zajistit nezbytné množství závlahové vody i v podmínkách hydrologického sucha. Doporučuje se zavést odborné vzdělávání pracovníků v oboru výstavby, modernizace a zejména exploatace závlah, podporovat osvětovou činnost a rozšířit poradenství v oboru.

12


7. Literatura PENKA, M., BAŇOCH, Z., HEMERKA, G.: Zavlažování rostlin. SZN, Praha, 1973. SLÁMA, V.: Grafická metoda stanovení závlahových režimů plodin. Metodika ÚVTIZ Praha, č. 8, 1978. BENETIN, J. a kol.: Závlahy. Príroda, Bratislava , 1979. KUDRNA, K.: Využití melioračních soustav. SZN Praha, 1987. PRAŽÁK, M., JANSTA, Z.: Efektivnost pěstování jabloní při kapkové závlaze. In: Vědecké práce ovocnářské, č. 13, s. 87–91, 1993. SLAVÍK, L.: Racionální exploatace závlahových melioračních soustav. In: Regulace oběhu vody v zemědělských soustavách. Sborník ČSAZ, č. 136, Praha,, s. 45–94, 1990. SLAVÍK, L.: Influence of economical irrigation on thr yield and duality of hops. Rostl.výr., 44, (7), 293–297, 1998. SLAVÍK, L.: Využití kapkové závlahy a mikropostřiku při zavlažování chmele. Rostl.výr. 47,(11), 457–463, 2000. SLAVÍK,L.: Účinnost kapkové závlahy a mikropostřiku při závlaze letního květáku a jarního salátu. Rostl.výr. 42, (8), 381–384, 1996. KOHUT, M.: Systémy AVISO, Úroda, č. 6, s. 15. 1996. PRAŽÁK, M., POKORNÝ, I.: Efektivnost pěstování broskvoní při kapkové závlaze. In: Vědecké práce ovocnářské,č. 15, s. 61–64,1997. ŠIMON, J.: Uplatnění závlahy v soustavě hospodaření na půdě. Úroda, č. 6., č. 14, 1996. SPITZ,P., SLAVÍK, L., ZAVADIL, J.: Progresivní úsporná závlahová zařízení a jejich využívání, VÚMOP Praha, 1998. SLAVÍK, L., ZAVADIL, J., SPITZ, P.: Provoz privatizovaných závlah. Metodika 25, VÚMOP Praha, 2001. SPITZ, P., ZAVADIL, J., HEMERKA, I.: Metodika řízení závlahového režimu plodin výpočetním programem ZAPROG 1, VÚMOP Praha, 2007. ZAVADIL, J.: Kritéria využití městských odpadních vod k závlaze zemědělských plodin. Metodika. VÚMOP Praha, v. v. i., 2008.

13


Úroveň environmentálních informací na webových stránkách krajských úřadů ENVIRONMENTAL INFORMATION LAYER ON MUNICIPAL OFFICES WEBS Petr Polster Univerzita J. E. Purkyně, Fakulta životního prostředí, Králova výšina 7, 400 96 Ústí nad Labem, Česká republika, [email protected]

Abstrakt Legislativní normy ukládají veřejné správě poskytovat občanům environmentální informace prostřednictvím sítě Internet. Krajské samosprávy v České republice tuto povinnost naplňují v rámci svých webových prezentací pod odkazem „Životní prostředí“. Webové stránky krajů mají obecně různou úroveň a v oblasti environmentálních informací se většinou omezují na úřední styk občanů a úředníků kraje. Na žádném krajském webu nejsou zveřejňovány indikátory životního prostředí kraje. Lepší situace je v prezentaci mapových děl území kraje, ať už se jedná o samostatné mapy nebo webové aplikace geografických informačních systémů. Abstract For public administration legislation standard specifications are nesting to provide environmental information to inhabitants via Internet. Here in Czech Republic municipal governments realize this obligation within reference “Environment” of web municipality presentations. These web sites have generally different surface but in field of environmental info are mainly restricted at level of official use. There are not published regional environment indicators at any web. Better is presentation of regional territory maps no matter what separate maps or web applications of regional Geographical Information System. Klíčová slova: veřejná správa; krajská samospráva; Internet; web; environmentální informace Key words: public administration; municipal government; Internet; web; environmental information

Úvod Pro smysluplný lidský život jsou potřebné nejen dobré podmínky materiální, ale kromě dalších potřeb i znalosti o prostředí, v němž člověk žije. Tato potřeba je vyjádřena i v legislativních normách. Naše nejvyšší právní norma, Ústava České republiky, kodifikuje právo na informace v Listině základních práv a svobod v Hlavě čtvrté, článku 35: (1) Každý má právo na příznivé životní prostředí. (2) Každý má právo na včasné a úplné informace o stavu životního prostředí a přírodních zdrojů. Tato obecná právní úprava je pak konkretizována v zákoně č. 123/1998 Sb., o právu na informace o životním prostředí (novelizován zákonem č. 132/2000 Sb., č. 6/2005 Sb., č. 413/2005 14


Sb.). Český zákon vznikl v letech 1995 až 1998 jako součást harmonizace naší právní soustavy s legislativou Evropské unie. Základním dokumentem EU je Směrnice Rady Evropského společenství č. 90/313/EEC „O volném přístupu k informacím o životním prostředí“, která definuje pojem environmentální informace, specifikuje volný přístup veřejnosti k environmentálním informacím jimiž disponují úřady, jejich šíření a stanovuje základní předpoklady, za nichž se mají takové informace zpřístupňovat. Směrnici Rady ES č. 90/313/EEC rozpracovává a rozšiřuje Aarhuská úmluva (Úmluva o přístupu k informacím, účasti veřejnosti na rozhodování a přístupu k právní ochraně v otázkách životního prostředí) podepsaná v roce 1998 v dánském Aarhusu. Podle ní má každý občan právo žít v prostředí přiměřeném jeho zdraví a pohodě a má povinnost chránit a zlepšovat stav životního prostředí ve prospěch dnešních i budoucích generací. Mají-li občané uplatňovat toto právo a dostát této povinnosti, musí mít přístup k informacím o životním prostředí, tj. musí mít právo podílet se na rozhodování týkajícího se životního prostředí, a musí mít přístup k soudu nebo jinému nezávislému orgánu. Směrnice 2003/4/EC „O veřejném přístupu k informacím o životním prostředí“, která vychází z Aarhuské úmluvy, novelizuje Směrnici 90/313/EC a ruší její platnost ke dni 14. února 2005. Tato směrnice nově stanovuje právo veřejnosti na přístup k environmentálním informacím (dříve volný přístup). Další velmi důležitou novinkou je povinnost úřadů poskytovat environmentální informace za pomoci všech služeb sítě Internet. Cílem tohoto příspěvku je zjistit, zda orgány veřejné správy na úrovni krajských zastupitelstev v České republice naplňují zákonné zadání, tj. zda environmentální informace dávají k dispozici občanům prostřednictvím sítě Internet, zda jsou tyto informace součástí webových prezentací krajů, jak složitý je k nim přístup, jaká je jejich úroveň a v jaké podobě jsou prezentovány (přehledy, texty, popisy, indikátory životního prostředí, mapy, GIS atd.).

Způsob hodnocení Podle dostupných informací nebyla vytvořena nějaká obecně platná a závazná metodika pro hodnocení webových stránek, v takových případech se zpravidla postupuje ad hoc. Pro následující šetření je proto metodika detailně popsána. Byla vytvořena za účelem co nejméně subjektivního přístupu při hodnocení krajských webů a zároveň zjištění úrovně dostupnosti environmentálních informací v textové nebo mapové podobě na nich. Pro hodnocení úrovně environmentálních informací, které jsou prezentovány na webových stránkách krajských úřadů České republiky, je nutno zvolit nejprve hodnotící kritéria a k nim příslušné stupnice pro hodnocení obsahu, snadnosti a způsobu přístupu, jasnosti a úplnosti informací. Poté je možno aplikovat postupy hodnotící celkovou úroveň webových stránek krajských úřadů.

Kritéria hodnocení Při hodnocení jsou naprosto zásadně pomíjena hlediska estetická a technická. Estetika vzhledu webových stránek je záležitostí osobního vkusu a způsobu vnímání a nelze jí dostatečně objektivizovat (právě pro její subjektivnost). Objektivní hodnocení lze uplatnit na technickou úroveň stránek, tj. jakých technik, postupů, programových nástrojů a jazyků bylo pro tvorbu a případné automatizované generování stránek použito. Z hlediska návštěvníka stránek se jedná o záležitost nepodstatnou. Uživatel vnímá obsah stránek, jak rychle a snadno se dostane k hledaným informacím, jak jsou 15


informace formulovány, zda mu dostačují atd. Technicko-programátorské hledisko je pro běžného uživatele skryto a uživatel je nemůže ani ovlivnit ani posuzovat. Pro hodnocení byla vybrána uživatelsky, resp. laicky, zjistitelná kritéria, která nepotřebují na uživatelské straně žádné technické znalosti kromě základních dovedností pro ovládání webového prohlížeče. Kritéria byla rozdělena do dvou skupin: obecná (identifikační, přístupová) a specializovaná (mapy, GIS). Tomu odpovídají i tabulky (viz tab. 1 a tab. 2), v nichž jsou výsledky hodnocení uspořádány. V první skupině byla vybrána kritéria (obecná, identifikace a přístupnost): • záhlaví stránky (záhlaví okna prohlížeče) – identifikuje uživateli prohlíženou stránku, • jazykové verze (mutace) webových stránek kraje, • alternativní web k oficiálním webovým stránkám kraje, • vyhledávač, který umožňuje hledat zadaná slova nebo fráze v obsahu webu, • mapa stránek, nástroj pro zobrazení struktury celé webové prezentace krajského úřadu, který umožňuje na webu kraje vyhledávat zájmovou stránku nebo dokument v případě špatného nebo nejasného přístupu pomocí menu, • složitost přístupu k environmentálním u obsahu webu kraje z úvodní stránky, • environmentální informace, odkaz na tyto informace a jejich úroveň, • EIA, SEA, odkaz na stránky s projekty podléhající posuzování dle SEA nebo EIA, • zveřejnění informací dle zákona č. 106/1999 Sb. Ve druhé skupině byla shrnuta kritéria (specializovaná, mapy a GIS): • mapy, prezentace tématických mapových děl o území spravovaném krajem, • GIS, webová aplikace geografického informačního systému o území krajem spravovaném, • metadata, přístupnost metadatového informačního systému k prezentovanému GISu, • vazba na okolní území u samostatných mapových děl nebo v rámci GISu kraje, • složitost přístupu k mapovým dílům a aplikacím GIS.

Stupnice příslušné kritériím Aby bylo možno nějakým způsobem zájmové webové stránky podle zvolených kritérií ohodnotit, byly vytvořeny stupnice hodnot příslušných jednotlivým kritériím. V první skupině obecných kritérií byly hodnotící stupnice vytvořeny následovně: -- záhlaví stránky – stupnice nepoužita, slovně vyjádřen obsah nadpisu hlavičky stránky, -- jazykové verze – zkratkami vyjmenovány jazyky: i italština š španělština n němčina h holandština a angličtina r ruština p polština f francouzština -- alternativní web – existence alternativních stránek – a, neexistence téhož – n, v poznámce uvedena alternativa oficiálních webových stránek kraje, -- vyhledávač – existence vyhledávače na webu kraje – a, neexistence téhož – n, -- mapa stránek – použity kódy, případně jejich kombinace, které popisují existenci tohoto nástroje na stránkách a přístup k němu: i ikona bez označení textem a ikona s textovým označením, textový odkaz t pouze textový odkaz 16


p špatný přístup, poslední řádek stránky -- složitost přístupu – použita stupnice 1–5 hodnotící složitost přístupu k dalším stránkám webu: 1 dostačující přístup 3 výborný přístup 2 nedostačující přístup 4 dobrý přístup 5 chybí -- environmentální informace – použita stupnice 1–5 hodnotící úroveň obsahu environmentálních informací na stránkách kraje: 1 výborná úroveň 3 dostačující úroveň 2 dobrá úroveň 4 nedostačující úroveň 5 chybí -- EIA, SEA – hodnocení uvedeno v počtu kroků, kterými se dosáhne stránky s projekty posuzovanými dle SEA/EIA (čím menší číslo, tím nižší počet kroků, resp. rychlejší přístup), -- zveřejnění informací – hodnocení je uvedeno v počtu kroků, kterými se dosáhne stránky s informacemi povinně zveřejňovanými dle zákona č. 106/1999 Sb. (čím menší číslo, tím nižší počet kroků, resp. rychlejší přístup). Ve druhé skupině specializovaných kritérií byly hodnotící stupnice vytvořeny takto: -- mapy – existence samostatných mapových děl – a (v poznámce uvedena témata map), mapy nejsou k dispozici – n, -- GIS – existence GIS – a (v poznámce uvedeny mapové vrstvy), GIS není k dispozici – n, -- vazba na okolní území – vazba na mapách nebo v GIS k okolním územím mimo kraj – a (v poznámce uvedena vazba na okolí kraje), nezobrazované vazby k okolí kraje – n, -- metadata – existující a přístupný metadatový systém – a (číselně označen počet kroků pro přístup k metadatům), metadata nejsou k dispozici – n, -- složitost přístupu – použita stupnice 1–5 hodnotící složitost přístupu k mapovým dílům nebo k nástrojům GIS: 1 výborný přístup 3 dostačující přístup 2 dobrý přístup 4 nedostačující přístup 5 chybí.

Postup hodnocení Po zobrazení webové stránky bylo prováděno okulárně zjišťování přítomnosti sledovaných prvků stránek, jejich posuzování a ohodnocení pomocí stupnic příslušných zvoleným kritériím, případně počítáním nutných přístupových kroků potřebných pro dosažení hodnoceného prvku stránky dle příslušného kritéria. Výsledky hodnocení byly uspořádány do tabulek ve členění: tabulka hodnocení krajských webových stránek, tabulka hodnocení mapových děl krajských webových stránek.

Zjištění hodnot kritérií webových stránek krajských samospráv Hodnocení bylo prováděno pro jednotlivé webové prezentace/stránky krajů České republiky a webu Magistrátu hlavního města Prahy. Adresy webových stránek krajských samospráv byly získány z „Portálu veřejné správy České republiky“ , odkazy „Adresář PVS“, „Krajské úřady“. Jednotlivé adresy krajských webů jsou vedeny v Tab. 2. Hodnocení bylo provedeno metodou uvedenou v odstavci „Postup hodnocení“. Výsledky jsou uspořádány v Tab. 1 a Tab. 2. Součástí Tab. 1 jsou i poznámky k položkám 17


tabulky. U Tab. 2 jsou poznámky uvedené u jednotlivých tabulkových položek rozvedeny dále v textu (pro jejich rozsáhlost).

Hodnocení webových stránek krajských samospráv Cílem vyhodnocení není vytvoření nějakého „pořadí“ krajů, ale zjištění, jak se pro uživatele kraj svými webovými stránkami prezentuje, jak zde jdou vyhledat zájmové (tj. environmentální) informace o kraji a jak jednoduchý nebo složitý je k těmto informacím přístup. Vzhled webových prezentací krajů je velmi různorodý. V uspořádání titulní stránky (home) a dalších navazujících stránek lze vysledovat dvě zásadní pojetí. První má na titulní stránce nabídku (menu) s odkazy na další stránky webového stromu a jsou zde zpravidla aktuální informace z kraje. Druhé pojetí začíná na titulní straně volbou podle role uživatele – občan, podnikatel, návštěvník (student). Teprve po této volbě role jsou nabídnuty (jen pro roli) relevantní odkazy. Orientace na webu je v tomto případě obtížnější, zvláště, když se na počátku zvolí nesprávná role. Nejlepší by asi byla kombinace obou pojetí (viz „Portál veřejné správy ČR“).

2

2

n

1

2

a turistický

3

3

n

Královéhradecký kraj

3

4

a turistický

Liberecký kraj

1

4

aII

Moravskoslezský kraj

1

4

aIII

Olomoucký krajVI

2

3

Pardubický kraj

2

Plzeňský kraj

EIA, SEA

zveřejnění informací

Jihočeský kraj

záhlaví stránky

a turistický

mapa stránek

2

vyhledávač

2

jazykové verze

složitost přístupu

Jihomoravský kraj

kraj

alternativní web

environment. informace

Tab. 1 Hodnocení krajských webových stránek

3

č, a

a

t

jméno kraje

2

4

č, a, n, f, i, r, š, h

a

a

jméno kraje

2

3

č, a, n, f, i, r, š

a

n

jméno kraje

4

3

č, a, f

a

a

jméno kraje

1

4

č, a

a

a

jméno kraje

2

1

č

n

n

bez názvu

3

4

č

a

t, p

jméno kraje

3

a turistický

4

č, n, f, a, p

a

t

jméno kraje

1

3

a turistický

4

č, n, f, a, p, i

a

t, p

jméno kraje

2

1

2

a turistický

4

č, n, a

a

i

jméno kraje

2

Středočeský kraj

2

4

n

4

č, a, n, f

a

p

bez názvu

3

Zlínský kraj

3

3

n

3

č, a

a

i, p

jméno kraje

2

Magistrát hl. m. Prahy

1

3

n

2

č, a

a

p

IV

4

Ústecký kraj

3

2

a cykloportál

4

č, a, n

a

a

jméno kraje

3

Karlovarský kraj

V

Kraj Vysočina VIII

I

VII

Poznámky: I cizojazyčné mutace pouze jako turistický web II návštěvnický web, jazykové mutace: č, a, n, p, h, r; odkaz na mapový portál kraje: č, a, n, p III turistické informace součástí webu, jazykové mutace: č, a IV „Informační server pražské radnice“ V špatná orientace, vyskakovací menu se překrývají, tj. nečitelné VI špatná orientace na stránce VII na spodním okraji strany (jen jako copyright), špatný přístup VIII špatná orientace na stránce, zařazení témat ne příliš logické

18


Uspořádání nabídkových lišt, ikon, odkazů a dalších prvků webové stránky je u každého kraje jiné, neexistuje jednotný (alespoň neoficiální) úzus, úpravy vzhledu stránky. Každý kraj má zjevně svůj vlastní vývojový tým, který má o uspořádání webové stránky, o jejím vzhledu a estetických nárocích své představy. Ty ale nejsou v korespondenci s vývojovými týmy v ostatních krajích. Pokud uživatel navštěvuje pouze stránky jednoho kraje, lze se (po počátečním seznámení se vzhledem) ve struktuře webu rychle orientovat. Pokud však uživatel navštěvuje weby různých krajů, je z této nejednotnosti zmaten a velmi těžce se ve struktuře webu orientuje. Vyhledání téže informace na různých krajských webech je velmi obtížné (někdy až nemožné – potom pomůže jen mapa stránek). Pouze dva kraje (Středočeský a Pardubický) a hl. město Praha mají na titulní stránce politickou hlavu (hejtmana, primátora), ostatní kraje mají jen v nabídce odkaz na volené zastupitelstvo. Nejprve se budeme věnovat vyhodnocení webových prezentací krajů České republiky a webu Magistrátu hlavního města Prahy dle první skupiny kritérií (viz kapitola „Kritéria hodnocení“), tj. dle kritérií obecných – identifikačních a přístupových. Podle výsledků šetření, uvedených v Tab. 1 lze hodnotit jednotlivá kritéria následovně: • záhlaví stránky: všechny kraje s výjimkou Středočeského a Libereckého kraje mají v záhlaví okna prohlížeče uvedený název, identifikace webové stránky kraje je pro uživatele rychlá a bezproblémová, • jazykové verze: všechny kraje s výjimkou Libereckého a Moravskoslezského kraje mají své webové prezentace ve více jazykových mutacích (kromě češtiny zpravidla i v angličtině), největší počet jazykových mutací mají Jihočeský (8) a Pardubický kraj (6), zdánlivě vysoký počet jazykových mutací u Karlovarského kraje (7) se vztahuje pouze k alternativnímu (turistickému) webu, • alternativní web: šest krajů (Jihomoravský, Karlovarský, Královéhradecký, Olomoucký, Pardubický a Plzeňský) má alternativní web s turistickými informacemi pro domácí i zahraniční návštěvníky kraje, Ústecký kraj má alternativní web zaměřený především na cykloturistiku, ostatní kraje nemají (z krajských webových stránek) přímo odkazované alternativní návštěvnické weby – informace turistického charakteru (historie, přírodní a chráněné objekty, značené cesty a cyklostezky, ubytování a stravování atd.) jsou dosti významnou sociálně-environmentální složkou; absence těchto informací je pro uživatele nepříjemná a nepohodlná, protože musí získávat tyto informace z jiných zdrojů, pro kraj má tento fakt záporný ekonomický význam, • vyhledávač: všechny krajské webové prezentace s výjimkou Libereckého kraje mají nástroj, který umožňuje na webu kraje vyhledávat zadaná slova nebo fráze, • mapa stránek: všechny krajské webové prezentace s výjimkou Libereckého kraje mají nástroj pro vypsání struktury celé webové prezentace pro manuální vyhledání zájmové stránky nebo dokumentu v případě špatného nebo nejasného přístupu pomocí systému menu, na některých webech se však špatně hledá – nástroj na stránkách uvedený v nevhodné poloze (spodní okraj stránky), příp. jen ikona bez popisu, • složitost přístupu: krajské weby lze rozdělit do dvou skupin – kraje s dobrým nebo vyhovujícím přístupem k environmentálnímu obsahu (Jihomoravský, Jihočeský, Karlovarský, Vysočina, Olomoucký, Pardubický, Plzeňský, Zlínský a Praha) a kraje se špatným (nedostačujícím) přístupem (Královéhradecký, Liberecký, Moravskoslezský, Středočeský) k těmto informacím, • environmentální informace: úroveň obsahu webů s těmito informacemi je relativně dobrá úroveň, všechny kraje jsou hodnoceny jako výborné až dostačující, obsah environmentálních informací je však u některých krajů omezen jen na úřední výko19


ny (předpisy, rozvojové plány, úřední formuláře), velmi málo je popisů přírodního i urbánního životního prostředí (výjimkou je web Magistrátu hl. města Prahy) – této problematice by bylo vhodné věnovat detailní studii, • EIA, SEA: odkazy na stránky s projekty podléhající posuzování dle SEA nebo EIA jsou uvedeny na všech krajských webech, u některých krajů je přístup složitější (více potřebných kroků), • zveřejnění informací dle zákona č. 106/1999 Sb.: všechny kraje mají tyto informace zveřejněny a přístup k nim (počet pro vyvolání nutných kroků) je na dobré úrovni.

Jihomoravský kraj

http://www.kr-jihomoravsky.cz/

a1

a 11

n

Jihočeský kraj

http://www.kraj-jihocesky.cz/

a

2

a

a

Karlovarský kraj

http://www.kr-karlovarsky.cz/kraj_cz

a3

a

Kraj Vysočina

http://www.kr-vysocina.cz/

a4

n

Královéhradecký kraj

http://www.kr-kralovehradecky.cz/

n

a

Liberecký kraj

http://www.kraj-lbc.cz/

n

Moravskoslezský kraj

12

13

a

metadata

složitost přístupu

vazba na okolní území

adresa

GIS

kraj

mapy samostatné

Tab. 2 Hodnocení mapových děl krajských webových stránek

2

a3

1

a3

n

4 31

a3

n

2

n

n

2

n

n

4

21

a5

http://www.kr-moravskoslezsky.cz/

a

5

a

n

4

Olomoucký kraj

http://www.kr-olomoucky.cz/

a6

n

n

5 33

n

Pardubický kraj

http://www.pardubickykraj.cz/

a7

a

n

1

n

Plzeňský kraj

http://www.kr-plzensky.cz/

a

a

a 22

3

a

Středočeský kraj

http://www.kr-stredocesky.cz/portal

a

a 15

n

5

n

Zlínský kraj

http://www.kr-zlinsky.cz/

n

a

n

4

n

Magistrát hl. m. Prahy http://magistrat.praha.eu/

n

a

n

2

n

14

16

32

a5

http://www.kr-ustecky.cz/ n a n 3 Ústecký kraj n Poznámka: uváděné údaje platí pro dobu zpracovávání tohoto textu – listopad až prosinec 2009 – prezentované údaje se díky internetovému prostředí mohou často měnit. 17

Vyhodnocení webových stránek krajů České republiky a webu Magistrátu hlavního města Prahy dle druhé skupiny kritérií – mapových – uvedených v Tab. 2: • mapy – u více než poloviny krajů (kromě kraje Královéhradeckého, Libereckého, Zlínského, Ústeckého a Prahy) má návštěvník webu možnost získat informace o kraji v podobě samostatných map, u Olomouckého kraje je velmi složitý přístup a nejsou zde obsahy map, nalezneme zde jen jejich přebaly; prezentované mapy podle poznámek v Tab. 2:

20


poznámka 1 – Jihomoravský kraj Dopravní poloha Jihomoravského kraje Česká republika v Evropě Partnerské regiony NUTSII , NUTSIII Správní obvody obcí s rozšířenou působností Správní obvody obcí s pověřeným obecním úřadem Správní obvody stavebních úřadů Okresy k 1. 1. 2007 Mikroregiony Jihomoravského kraje (leden 2008) Místní akční skupiny se sídlem v Jihomoravském kraji, rok 2007 Turistické destinace Jihomoravského kraje Atraktivita krajiny pro cykloturisty Hraniční přechody Koncentrace informačních tabulí na 10 km2 Rozdělení cyklotras dle obtížnosti Tematické mapy a trasa pro MTB Odvětvová specializace průmyslových center Průmyslové zóny Jihomoravského kraje poznámka 2 – Jihočeský kraj přeshraniční mapy s Rakouskem a Bavorskem

poznámka 4 – kraj Vysočina území ochrany přírody odpadové hospodářství polohopis a administrativní členění katastrální mapy a ortofotomapa územně správní členění Výjezdové stanoviště ZZS Silniční a železniční síť dopravní informace Lokality NATURA 2000, Chráněná krajinná oblast, přírodní park a maloplošná zvláště chráněná území poznámka 5 – Moravskoslezský kraj Územně analytické podklady Moravskoslezského kraje Typy venkovského osídlení na území Moravskoslezského kraje Památkové zóny a rezervace Cykloturistické trasy poznámka 6 – Olomoucký kraj mapy ve formátu .jpg, často otočené o devadesát stupňů, podrobnost malá, často jen přebaly map, ne obsahy poznámka 7 – Pardubický kraj Stavební úřady Pardubického kraje Pověřené obce s rozšířenou působností

poznámka 3 – Karlovarský kraj hranice obcí kraje silnice a železniční tratě v kraji

• GIS – všechny kraje mají na webových stránkách v nějaké podobě přístupné interaktivní GIS aplikace, jejich úroveň a obsah je velmi rozdílný, prezentované mapy a jejich vrstvy podle poznámek v Tab. 2:

poznámka 11 – Jihomoravský kraj Geodata územního plánování Mapy životního prostředí Cyklotrasy Metainformační systém JMK Koňské stezky Správní členěné JMK u doprovodných textových souborů nejsou uvedeny aplikace pro zobrazení, často přístup přes službu FTP

poznámka 12 – Jihočeský kraj Administrativní členění Jč. kraje s ortofotomapou 2008 Školy v Jč. kraji Krajem zřizované organizace Protipovodňová koncepce Mapa vodovodů Mapa kanalizací Mapa administrativního členění Internetizace knihoven Povodně r. 2002 Územní plány Jč. kraje Územní plány velkých územních celků platné po 1. lednu 2007 Územní plány velkých územních celků platné do 31. 12. 2006

21


poznámka 13 – Královéhradecký kraj Správní členění Královéhradeckého kraje Pokrytí území kraje územními plány velkých územních celků, Územní plány velkých územních celků Digitální model terénu Organizace zřizované Královéhradeckým krajem Památkově chráněná území, muzea a galerie Památkové objekty pevnostního sytému Dobrošov Doprava, cyklodoprava Školy a školská zařízení Zdravotnická a sociální zařízení Bezbariérové objekty a přechody Plán rozvoje vodovodů a kanalizací Digitální povodňový plán ELLA – Atlas Labe na území Královéhradeckého kraje Jednotný portál územního plánování Vodní hospodářství Lesy poznámka 14 – Moravskoslezský kraj Územně správní členění Letecké snímky (ortofotomapa) Územně plánovací dokumentace obcí a kraje Zásady územního rozvoje pro projednání (mapová část) Památkové zóny Plán rozvoje vodovodů a kanalizací Záplavová území Zařízení IPPC Ochrana přírody Odpadové hospodářství Prevence závažných havárií Svahové deformace Chráněná ložisková území Rybářské revíry Naučné stezky Cestovní ruch Virtuální prohlídky Autobusové zastávky

poznámka 15 – Středočeský kraj složitý přístup, nepřehledné mapy, u map chybí rastrový podklad poznámka 16 – Zlínský kraj Plán rozvoje vodovodů a kanalizací Záplavová území Ekomapa ZK – nefunguje Viniční tratě Generel dopravy Zlínského kraje 3D model Zlínského kraje Zásady územního rozvoje Zlínského kraje poznámka 17 – Ústecký kraj ÚAP – výkres hodnot ÚAP – výkres limitů Stav Územně plánovací dokumentace ÚK – není aplikace Mapa pracovišť CzechPoint Vesnice roku 2009 Ústeckého kraje Administrativní členění, působnosti stavebních, finančních, ... úřadů Mapa informačních kiosků Ústeckého kraje Silniční síť Lodní doprava – Porta Bohemica Demografie – bez obsahu Doprava Hospodářský rozvoj kraje – Průmyslové zóny Životní prostředí – Větrné elektrárny Mimořádné situace – Záplavová území Územní plánování a stavební řád Zdravotnictví a sociální péče – bez obsahu Ostatní projekty – bez obsahu Projekty ORP – bez obsahu

• vazba na okolní území – pouze dva kraje mají v mapách (samostatných nebo interaktivních v GIS) zahrnuty vazby k okolnímu území – ostatní kraje nebo přeshraniční regiony, prezentované mapy podle poznámek v Tab 2:

22


poznámka 21 – Jihočeský kraj přeshraniční mapy s Rakouskem a Bavorskem

poznámka 22 – Plzeňský kraj Topografická mapa 1:150 000; Tématická mapa ochrany přírody 1:150 000; Tématická mapa ochrany přírody 1:10 000; Mapa správního členění 1:400 000

• metadata – pouze polovina krajů má zpřístupněna metadata k mapovým dílům samostatným nebo interaktivním v GIS, • složitost přístupu – hodnocena dle stupnice, poznámky v Tab. 2: poznámka 31 – Karlovarský kraj jednotlivé aplikace GIS mají různý vzhled a ovládání některé aplikace GIS veřejné, jiné přístupné pod heslem (např. hledání v katastru) některé aplikace GIS nefungují, příp. hlásí chybu

poznámka 32 – Moravskoslezský kraj některé aplikace GIS (3D) vyžadují stažení zvl. programu poznámka 33 – Olomoucký kraj velmi špatný přístup přes mapu serveru nebo turistický web, mapy jen ve formátu .jpg, často otočené o 90 stupňů, podrobnost malá, často jen přebaly mapy ne obsah

Diskuse k hodnocení webových stránek krajů ČR Hodnotit úrovně webových prezentací jednotlivých krajů České republiky a Magistrátu hlavního města Prahy je dost obtížné. Obsah (i úroveň) webových prezentací krajských úřadů je totiž velmi různý, nejednotný a často bohužel ne příliš srozumitelně uspořádaný. Kromě toho se datový obsah webů často mění a doplňuje – v průběhu zde uváděného šetření (necelé tři měsíce) došlo k několika změnám. Obsah webů hodnocený kritérii výše uvedenými byl na počátku šetření a na jeho konci minimálně ve čtyřech případech upraven a doplněn. Tato proměnnost obsahů webových stránek v čase (samozřejmá vlastnost internetových webových stránek) hodnocení ztěžovala. Podobné šetření (i když jen víceméně namátkové a povrchní) prováděl autor v předchozím roce. Obsah webů byl u mnoha krajů proti současnosti naprosto rozdílný, většinou podstatně méně rozsáhlý a někdy jen s nejnutnějšími, zákony požadovanými, údaji. Velká většina zvláště mapových a environmentálních informací naprosto absentovala. Jen na webu Libereckého kraje a Prahy byly rozsáhlejší a dobře zpracované informace, u ostatních krajů byla situace špatná, někde (Karlovarský a Zlínský kraj) naprosto tristní – webové stránky byly prakticky prázdné. Z hlediska obsahu webových stránek je tedy možno konstatovat velmi výrazný kladný posun v čase – weby krajů jsou naplněny informačním obsahem. Úroveň obsahu je však různá. Kraje se pro návštěvníky stránek (kromě dvou výjimek) v záhlaví okna prohlížeče identifikují svým názvem. Většina krajů dává přednost při tvorbě designu členění úvodní/vstupní stránky vzhledu, kdy na horním a levém okraji jsou různě podrobná menu odkazující na další části webové prezentace a hlavním obsahem stránky jsou aktuální informace a změny na webu. Často bývají stránky na pravém okraji doplněny (textovými i grafickými) odkazy na související informační systémy nebo na partnery kraje. Menší skupina krajů (Liberecký, Moravskoslezský) má na úvodní/vstupní stránce kraje pouze rozskok (grafický i textový) pro skupiny uživatelů – Občan, Podnikatel, Návštěvník. Toto uvození stránek je vhodné tehdy, je-li návštěvník méně zkušený v práci s webem nebo chce-li 23


návštěvník stránek vyřizovat jen úřední záležitosti nebo hledá-li k nim podklady. Pokud však návštěvník hledá jinou než úřední informaci (např. environmentální, turistickou, památkovou apod.), případně je zkušeným uživatelem a hledá konkrétní informaci, toto uspořádání mu nevyhovuje, protože a prori neví, pro kterou možnost se má rozhodnout. Nejlépe by bylo uspořádat úvodní/vstupní stránku webové prezentace po vzoru „Portálu veřejné správy“, tj. kombinovat oba způsoby. Další postup strukturou stránek je pak u obou způsobů úpravy vstupní stránky zpravidla stejný. Z hlediska vzhledu vstupní stránky – přístupu do struktury webových stránek – tedy můžeme konstatovat dva použité přístupy, každý z nich má své klady i zápory. Pro unifikaci a zároveň přehlednost pro různé úrovně návštěvníků webu lze doporučit kompromis – kombinaci obou způsobů úpravy vstupní stránky webové prezentace. Všechny kraje mají své webové prezentace vytvořeny nejen v češtině, ale i v dalších světových jazycích, minimálně alespoň v angličtině. Cizojazyčná je však verze webu často jen v turisticko-naučné části. Z hlediska jazykových mutací lze tedy doporučit, aby byly v jiných jazykových mutacích uvedeny i další informace, nejen turisticko-naučné. Přínosné pro cizojazyčného návštěvníka by byly zejména informace environmentální, dopravní, identifikační (uváděné dle zákona č. 106/1999 Sb.: všechny kraje mají tyto povinné formace zveřejněny, ale jen v češtině) apod. Všechny kraje (kromě Libereckého) mají k dispozici vyhledávací nástroje webových stránek (dokumentů) – vyhledávač a mapu stránek. Environmentální informace jsou obsaženy ve všech webových prezentacích krajů zpravidla pod odkazem „Životní prostředí“. Tyto informace jsou však často jen kusé, některé kraje se omezují jen na úřední dokumenty (žádosti, výkazy, dotace a podpory), jiné mají uveřejněny i své plány ochrany a rozvoje oblastí životního prostředí. Environmentální indikátory (např. kvality ovzduší a vod) chybí prakticky na všech webech, pouze Praha má na webu popis přírodního prostředí (geologie, flora, fauna atd.). Všechny kraje mají nějakým způsobem vyřešeno zpřístupnění projektů podléhajících hodnocení SEA/EIA. Podstatně lepší situace je v oblasti mapových informací. Kromě Olomouckého mají všechny kraje na webu uvedeny mapové informace, buď v podobě samostatných map nebo v GISové webové aplikaci. Samostatná mapová díla jsou pro mnoho uživatelů přístupnější (rychlejší přístup – GISové stroje dosti často potřebují dlouhý čas pro vykreslení požadovaného obsahu; přehlednější – zpravidla celá plocha kraje), ale uživatel nezíská detailní informaci. GIS aplikace předpokládají určitou sumu znalostí a návyků pro ovládání a vyhledávání informací, což je pro mnoho uživatelů velkou překážkou pro využití. Mnoho map nemá charakter environmentálních informací (administrativní a katastrální členění, doprava, cyklostezky, krajem zřizované organizace atd.). Mapy s environmentálním obsahem jsou zpravidla převzaty ze serveru CENIA bez doplnění krajského obsahu (např. mapa chráněných území bez specifikací a popisů jednotlivých lokalit – např. číslování území ochrany převzaté ze systému státní ochrany přírody není pro běžného uživatel žádným přínosem). Chybí také vazby na okolní území – složky životního prostředí nejsou omezeny hranicemi kraje a mají přeshraniční vazby (biokoridory, chráněná území atd.). Tyto vazby na mapách nejsou patrné. Naprosto chybí mapy antropogenního vlivu na životní prostředí (obdoba absence indikátorů životního prostředí – viz výše), např. hlukové mapy, mapy intenzity dopravy, smogové mapy apod.

Závěr Všechny krajské samosprávy mají vytvořeny webové prezentace. Přístup do struktury webu a postup vyhledávání informací je zvláště pro nezkušené uživatele obtížný a někdy zdlouha24


vý. Při vyhledávání na webech více krajů je pro uživatele různá struktura webů při získávání stejné informace výraznou překážkou (např. v příhraničních oblastech krajů hledání dotací pro lesní hospodářství). Environmentální informace jsou obsaženy na všech krajských webech (splňují tedy podmínky Aahruské úmluvy, směrnice EU a zákona ČR), ale jejich úroveň není příliš vysoká. Část webu zpravidla nazvaná „Životní prostředí“ obsahuje většinou jen informace, návody a formuláře pro úřední styk s krajským úřadem. Vlastní environmentální informace chybí nebo jsou omezeny na plány rozvoje a ochrany území kraje.

Použitá literatura a zdroje Internetové webové servery krajských úřadů (URL adresy uvedeny v tab. 2). [online]. [navštíveno říjen až prosinec 2009]. MATĚJÍČEK, J., PRČINA, A. (2008) Lesnicko-dřevařský sektor a Evropská unie. Praha: MZe, VÚLHM, 2. aktualizované a rozšířené vydání. 350 s. (2004) Úmluva o přístupu k informacím, účasti veřejnosti na rozhodování a přístupu k právní ochraně v záležitostech životního prostředí. (Aarhuská úmluva). Praha, Sbírka mezinárodních smluv č. 124/ 2004. Částka 53. 56 s. (1998) Zákon č. 123/1998 Sb., o právu na informace o životním prostředí.

25


Report on the 3D-SCANNING AND PHOTOGRAPHY PROJECT, NATIONAL MUSEUM OF THE SUDAN, KHARTOUM (24. 01.–04. 02. 2010) ZPRÁVA O projektu 3D-skenování a fotografování v národním muzeu súdánu v Chartúmu (24. 1.–4. 2. 2010) Lenka SUKOVÁ,1 Vladimír BRŮNA,2 Jaroslav KROUŽEK,3 Vít NOVOTNÝ,4 Petr KABELKA,4 Jan HEGRLÍK5 Czech Institute of Egyptology, Faculty of Arts, Charles University in Prague, Celetná 20, 110 00 Praha 1, Czech Republic, [email protected]

1

Faculty of Environment, J. E. Purkyně University, Králova výšina 7, 400 96 Ústí nad Labem, Czech Republic, [email protected]

2

3

Emeran 1860 s.r.o., Moskevská 1/14, 434 51 Most, Czech Republic INSET s.r.o., Novákových 6, 180 00 Prague 8, Czech Republic

4

Soukromé reálné gymnasium Přírodní škola, obecně prospěšná společnost, Fryčovická 462, 199 00 Prague 9 – Letňany, Czech Republic

5

Abstract In January and February 2010, the Czech Institute of Egyptology, Faculty of Arts, Charles University in Prague, in co-operation with the Faculty of Environment, Jan Evangelista Purkyně University in Ústí nad Labem, and the INSET s.r.o. and Emeran 1860 s.r.o. companies, carried out a 3D-scanning and Photography Project in the National Museum of the Sudan in Khartoum. The objective of the project was to test two models of 3D handy scanners on various types of objects and to ascertain the possibilities and limits of their use in documentation, archiving, presentation, and protection of cultural heritage of (not only) the Sudan. Abstrakt V lednu a únoru 2010 uskutečnil Český egyptologický ústav FF UK v Praze ve spolupráci s Fakultou životního prostředí Univerzity J. E. Purkyně v Ústí nad Labem a společnostmi INSET s.r.o. a Emeran 1860 s.r.o. projekt 3D skenování a fotografování v Národním muzeu Súdánu v Chartúmu. Cílem projektu bylo vyzkoušet dva odlišné modely 3D ručních skenerů na různých typech objektů, a tím zjistit možnosti a limity uplatnění 3D ručních skenerů při dokumentaci, archivaci, prezentaci a ochraně kulturního dědictví (nejen) Súdánu. Key words: Sudan, 3D-scanning, photography, documentation Klíčová slova: Súdán, 3D skenování, fotografování, dokumentace

Introduction In January and February 2010, the Czech Institute of Egyptology, Faculty of Arts, Charles University in Prague, in co-operation with the Faculty of Environment, Jan Evangelista Pur26


kyně University in Ústí nad Labem, and the INSET s.r.o. and Emeran 1860 s.r.o. companies, completed a 3D-scanning and Photography Project in the National Museum of the Sudan in Khartoum. The objective of the project was to carry out, in close co-operation with the Sudanese colleagues, a high-tech 3D-scanning of selected monuments in the National Museum of the Sudan in order to ascertain the possibilities and limits of the use of 3D handy scanners in documentation, archiving, presentation, and protection of cultural heritage of (not only) the Sudan. In the scope of the project, two different models of portable 3D scanners were employed: The first of the devices, the VIUscan, is a self-positioning 3D scanner that records texture of objects in the range of 50 to 250 dpi in RGB colours. The record is created while scanning 3D surface and constitutes part of the whole result of files acquired. The scanner has two cameras and provides resolution at three levels. The second model of the self-positioning scanners used, the EXAscan, offers an increased resolution and accuracy, brought about by a third camera. The high accuracy and resolution are compensated by the absence of colour in the record. Both models of the self-positioning 3D scanners are highly suitable for various tasks in heritage preservation, such as representation of art pieces for multimedia presentations, virtual museums, digital archiving, production of replicas for commercial and marketing purposes, damage assessment, restoration of cultural heritage, virtual restoration, 3D reproduction of archaeological/historical sites, and scanning of fossils for analyses.

Fig. 1 – Removal of dust and affixing the positioning targets. Photo Jaroslav Kroužek.

Methodological approach The objects for the 3D scanning were pre-selected in the course of preparation of the project in Prague. The list of objects was later updated in the course of the project according to the availability of objects and the experience gained during the actual works. All objects to be 27


scanned had to constitute a challenge for the scanners and, at the same time, range among attractive artefacts from the collection to be used in presentation of the National Museum of the Sudan. The documentation of each object by 3D handy scanners involved the following processes: 1) removal of dust off the surface to be scanned; 2) placement of positioning targets onto the surface (Fig. 1); 3) creation of a system of co-ordinates using the positioning targets; 4) actual scanning of the artefact, in the case of VIUscan sometimes performed in two steps, with the first scanning performed at high resolution and the other scanning focused on the scanning of texture (Figs. 2 and 3);

Fig. 2 – Scanning with the VIUscan 3D handy scanner. Photo Jaroslav Kroužek.

28


Fig. 3 – Scanning with the EXAscan 3D handy scanner. Photo Jaroslav Kroužek. 5) removal of the positioning targets. For the purposes of the project, necessary photographic documentation of the objects and artefacts was taken in the course of the works.

Results of the project Altogether 17 objects were scanned by either VIUscan or EXAscan or by both models in cooperation during 9 working days in the National Museum of the Sudan.

Sandstone altar (base for a barque) with a hieroglyphic text in sunk relief on one side (Object No. 1) Free-standing object in the Inscriptions Hall in the garden of the National Museum Reasons for scanning: On one of the sides of the altar there is a hieroglyphic inscription in sunk relief (three columns of text). Description of work: The hieroglyphic inscription was scanned by VIUscan in colour at medium resolution for both surface and texture. Date of scanning: 24. 01. 2010 (VIUscan)

29


Sandstone block with a relief from Jebel Sheikh Suleyman (Object No. 2) Free-standing object in the Inscriptions Hall in the garden of the National Museum Reasons for scanning: A large block with a raised relief and later hieroglyphic inscriptions engraved into the surface offered the opportunity to test the compatibility of the two models of 3D scanners when documenting a single object. Description of work: The face of the block with the relief scanned by both types of 3D-scanners in co-operation, in the same accuracy – medium resolution. The whole block was divided into 14 sectors (cubes), with the left part (6 cubes) scanned by VIUscan in colour and with the right side (8 blocks) scanned by EXAscan without colour. Sector E1 subsequently scanned by VIUscan in colour at maximum resolution of texture (250.00 dpi) (Fig. 4) and by EXAscan at maximum resolution with the third camera (Fig. 5 – the green line indicates borders of the cubes or sectors, they overlap). Date of scanning: 24. and 25. 01. 2010 (both scanners)

Fig. 4 – Raw scan of the relief with texture and colour acquired by VIUscan (prior to processing).

Fig. 5 – Detail of the high resolution sample acquired by EXAscan (partly processed).

30


Black granite stela of the royal scribe Amenemhat, 18th Dynasty (Object No. 3) Free-standing object in the exhibition hall of the museum building Reasons for scanning: The upper part of the stela bears an offering scene, below which there are 10 lines of hieroglyphic inscription. All in fine sunk relief, painted in yellow colour. Description of work: Both types of the scanners were used. The stela was divided into 6 sectors (cubes). All sectors were scanned first by VIUscan in colour with texture at 200 dpi and high resolution, Sector E scanned in colour at resolution of texture at 250 dpi. Subsequently, Sectors A and C were scanned by EXAscan at high resolution with the third camera (Fig. 6 – detail is shown in a side light to emphasise the sunk hieroglyphs). Date of scanning: 25. 01. and 26.01.2010 (VIUscan), 26. 01. and 27. 01. 2010 (EXAscan)

Fig. 6 – Detail of the scan acquired by EXAscan (without texture and colour, partly processed).

Sandstone offering table, Meroitic Period (Object No. 4) Free-standing (hung) object in the exhibition hall of the museum building Reasons for scanning: A raised relief on an object to be scanned as one cube (sector). Description of work: The face of the offering table scanned first by EXAscan at high resolution and with the third camera. Subsequently, the same object scanned by VIUscan in colour at high resolution and with texture at 200 dpi. Date of scanning: 25. 01. 2010 (EXAscan), 26. 01. 2010 (VIUscan)

Black granite obelisk of Pianchi, Napatan Period (Object No. 5) Free-standing object in the exhibition hall of the museum building (Inv. No. 462) Reasons for scanning: A larger 3D object (132 x 24 x 24 cm) to be scanned on all sides. The object features a column of hieroglyphic inscription in sunk relief running through the smoothed central section of each side of the obelisk and a rougher texture on the corners (or edges) of the obelisk due to later rounding-off. 31


Description of work: The object, divided into 5 sectors (cubes), was scanned by EXAscan at high resolution without the third camera. Date of scanning: 25. 10. and 26. 01. 2010 (EXAscan)

Faience plaque (amulet) showing three deities, el-Kurru, Napatan Period (Object No. 6.1) Showcase F1 in the exhibition hall of the museum building (Inv. No. 02022, or 2023) Reasons for scanning: A small object (max. width 7.4 cm, max. height 8.8 cm, max. thickness 0.7 cm) with a raised relief to be scanned on a plate with pre-attached positioning targets (Fig. 7) with the aim to establish the advantages and limitations of both types of 3D handy scanners in documenting objects of smaller dimensions. Description of work: Scanned by VIUscan in colour, at high resolution and with texture at 250 dpi, first in a cube of 400 x 400 x 400 mm and subsequently in a cube of 100 x 100 x 100 mm, for the purposes of comparison of the degree of accuracy. Date of scanning: 26. 01. 2010 (VIUscan), rescanned 02. 02. 2010 (VIUscan)

Fig. 7 – Scanning of small objects (Object No. 6.1) placed on a plate with pre-attached positioning targets (VIUscan). Photo Jaroslav Kroužek.

Faience plaque (amulet) showing Hathor, el-Kurru, Napatan Period (Object No. 6.2) Showcase F1 in the exhibition hall of the museum building (Inv. No. 02012) Reasons for scanning: A small object (max. width 7.1 cm, max. height 8.7 cm) with a raised relief to be scanned on a plate with pre-attached positioning targets with the aim to establish the advantages and limitations of both types of 3D handy scanners in documenting objects of smaller dimensions. 32


Description of work: Scanned by VIUscan in colour, at high resolution and with texture at 250 dpi, first in a cube of 400 x 400 x 400 mm and subsequently in a cube of 100 x 100 x 100 mm, for the purposes of comparison of the degree of accuracy. Scanned also by EXAscan without colour at high resolution and with the third camera in a cube of 100 x 100 x 100 mm (a smaller cube cannot be achieved). Date of scanning: 26. 01. 2010 (VIUscan, EXAscan), rescanned 02. 02. 2010 (VIUscan)

Faience plaque (amulet) showing a cow-goddess, el-Kurru, Napatan Period (Object No. 6.3) Showcase F1 in the exhibition hall of the museum building (Inv. No. 2009) Reasons for scanning: A small object (max. width 6.3 cm, max. height 7.6 cm, max. thickness 0.6 cm) with a raised relief to be scanned on a plate with pre-attached positioning targets with the aim to establish the advantages and limitations of both types of 3D handy scanners in documenting objects of smaller dimensions. Description of work: Scanned by VIUscan in colour, at high resolution and with texture at 250 dpi, first in a cube of 400 x 400 x 400 mm and subsequently in a cube of 100 x 100 x 100 mm, for the purposes of comparison of the degree of accuracy. Scanned also by EXAscan without colour at high resolution and with the third camera in a cube of 100 x 100 x 100 mm (a smaller cube cannot be achieved). Date of scanning: 26. 01. 2010 (VIUscan, EXAscan), rescanned 02. 02. 2010 (VIUscan)

Funerary mask with traces of colour bands, New Kingdom (Object No. 7) Showcase E8 in the exhibition hall of the museum building (Inv. No. 11844) Reasons for scanning: A small polychrome object to be scanned on a plate with pre-attached positioning targets with the aim to establish the possibilities and limitations of VIUscan in documenting colour objects of smaller dimensions. Description of work: Scanned by VIUscan in colour, at high resolution, and with texture at 250 dpi. The scanning performed only in a cube measuring 400 x 400 x 400 mm. Date of scanning: 26. 01. 2010 (VIUscan)

Basalt (?) amulet heart scarab with a text from the Book of the Dead on the rear side, New Kingdom (Object No. 8) Showcase E8 in the exhibition hall of the museum building (Inv. No. 28747) Reasons for scanning: A small, flat object carved and inscribed at a great degree of detail to have the top and bottom part measured and scanned separately and to have both parts later joined together to form a single 3D object. Description of work: Scanned without colour by EXAscan at high resolution and with the third camera. The object was measured and scanned in a cube of 180 x 180 x 180 mm. Later on, the object was rescanned using different methodology with the aim to remove the stratification of surfaces (compare Figs. 8 and 9). Date of scanning: 26. 01. 2010 (EXAscan), rescanned 03. 02. 2010 (EXAscan)

33


Fig. 8 – View of the upper part of the scarab scanned with EXAscan (first attempt, without texture and colour, partly processed).

Fig. 9 – View of the upper part of the scarab scanned with EXAscan (second attempt, without texture and colour, partly processed).

(Quartzite?) statuette of the scribe Sebek-em-heb, New Kingdom (Object No. 9) Showcase E8 in the exhibition hall of the museum building (Inv. No. 31) Reasons for scanning: A 3D object of medium size, with fine details, to be scanned from all sides. Description of work: Scanned without colour by EXAscan at high resolution and with the third camera, with a special attention dedicated to the details of the head and the inscription on the legs (Fig. 10). Date of scanning: 27. 01. 2010 (EXAscan)

34


Fig. 10 – View from above (“groundplan”) of the statue of Sebek-em-heb scanned by EXAscan (without texture and colour; partly processed).

Sandstone relief (sculpture) showing a ram-headed god, Musawwarat esSufra (?), Meroitic Period (Object No. 10) Free-standing (hung) object in the exhibition hall of the museum building (Inv. No. 19466) Reasons for scanning: A very articulate (or sculptured) relief with a great number of sunk-in parts. The object constituted one of the greatest challenges for scanning. Description of work: The relief, divided into 4 sectors (cubes), was scanned by VIUscan in colour first at the highest resolution (Fig. 11) and subsequently for texture set at 250 dpi. Date of scanning: 26. 01. and 27. 01. 2010 (VIUscan)

35


Fig. 11 – Relief with the ram-headed god scanned by VIUscan (scan acquired without texture and colour; partly processed).

Two scenes (one fragmentary) showing Hapy, the Nile god, bringing “... all manner of good things to the temple” (Object No. 11) Buhen Temple, Vestibule, West Wall (Plate No. 47) Reasons for scanning: A very fine raised relief of medium size (dimensions 110 x 65 cm), with traces of polychromy. Description of work: The relief was divided into 6 sectors (or cubes) and scanned in colour by VIUscan at high resolution and texture at 200 dpi. Date of scanning: 31. 01. – 02. 02. 2010 (VIUscan)

Section of a relief showing the king on a barque and an offering being made (Object No. 12) Temple of Semna, Interior of the Sanctuary, West Wall, Inner Face Reasons for scanning: A very fine raised relief, with small sections featuring a sunk relief extending over a large part of the west wall of the sanctuary (255 x 195 cm). Description of work: The relief was divided into 20 sectors (or cubes), each of which was scanned without colour by EXAscan using the third camera. The sectors were later joined together. Date of scanning: 31. 01. – 02. 02. 2010 (EXAscan)

36


Painted relief showing Thutmose II reciting the daily food-offerings to be made to Horus of Buhen (Object No. 13) Temple of Buhen, Inner Sanctuary, East Wall (Plate 76) Reasons for scanning: A very fine painted (raised) relief. Description of work: In order to document one sector (400 x 400 x 400 mm) of the painted surface, light-adhesive positioning targets were applied. The sector was scanned in colour by VIUscan first without texture at high resolution and later on at lower resolution with texture at 250 dpi (Fig. 12). Date of scanning: 02. 02. 2010 (VIUscan)

Fig. 12 – Detail of the raw scan of the relief acquired by VIUscan (with texture and colour; prior to processing).

Relief showing four priests pay homage to Horus of Buhen (Object No. 14) Temple of Buhen, Column 31, West Side, Upper Panel Reasons for scanning: A panel featuring a sunk relief with remains of polychromy is located at the height of 2 metres on a drum of a column (diameter approx. 1.05 m). It constituted another type of object and a challenge for testing the equipment. Description of work: The panel (50 x 90 cm) was divided into two sectors (or cubes) and scanned without colour by EXAscan at high resolution using the third camera (Fig. 13). Date of scanning: 04. 02. 2010 (EXAscan)

37


Fig. 13– View of the whole panel scanned with EXAscan (without texture and colour; partly processed).

Stela bearing 35 lines of text in Meroitic language, Hamadab (Object No. 15) Free-standing object in the exhibition hall of the museum building (Inv. No. 32200) Reasons for scanning: A partly damaged inscription in Meroitic language offers a good opportunity to test the possibilities and informative value of epigraphic documentation of damaged texts by 3D scanners. Description of work: One cube (sector) of 450 x 450 x 450 mm on the right side of the stela (Line 1–14, approximately) scanned without colour by EXAscan using the third camera. Date of scanning: 03. 02. 2010 (EXAscan)

Statue of baboon (Object No. 16) Free-standing object in the exhibition hall of the museum building (Inv. 2689) Reasons for scanning: Another 3D object to be scanned from all sides. Description of work: Scanned without colour by EXAscan in two cubes at low resolution, with some details scanned using the third camera. Date of scanning: 03. 02. 2010 (EXAscan)

38


Granite statue of King Taharqa, Napatan Period (Object No. 17) Free-standing object in the exhibition hall of the museum building Reasons for scanning: A large statue offering a possibility to test the applicability of 3D handy scanners to scanning (documentation) of large 3D objects. Description of work: Two separate sectors – head and waist – of the statue were scanned without colour by EXAscan using the third camera (Fig. 14). Date of scanning: 04. 02. 2010 (EXAscan)

Fig. 14 – Head of the granite statue of King Taharqa scanned with EXAscan (without texture and colour; partly processed).

Conclusion The data obtained in the course of the 3D-scanning and Photography Project carried out in the National Museum of the Sudan in Khartoum is currently being processed and evaluated. The results of the whole project, together with an assessment of advantages and disadvantages of both models in various tasks of cultural heritage preservation, will be presented after completion of all works.

Acknowledgement We would like to thank the National Corporation for Antiquities and Museums of the Sudan (the NCAM) and the National Museum of the Sudan in Khartoum for their consent to our 3D-scanning and Photography Project and for their co-operation and assistance granted to our team prior to as well as in the course of our works in the National Museum of the Sudan. The 3D-scanning and Photography Project in the National Museum of the Sudan was financed by the Research Project “Exploration of the Civilization of Ancient Egypt” (MSM 0021620826) of the Czech Institute of Egyptology, Faculty of Arts, Charles University in Prague, by the Faculty of Environment, J. E. Purkyně University in Ústí nad Labem, and from the funds provided by the INSET s.r.o. company and Emeran 1860 s.r.o. company. The VIUscan 3D handy scanner was loaned to the expedition for the purposes of the project by the SolidVision s.r.o. company represented by Věra Fišerová ([email protected], www.solidvision.cz). 39


Report on the Geoarchaeological survey in the Area of SAbaloka, the SIXTH NILE CATARACT, SUDAN ZPRÁVA O GEOARCHEOLOGICKÉM PRŮZKUMU V OBLASTI SABALOKY, ŠESTÉHO NILSKÉHO KATARAKTU, V SÚDÁNU Lenka SUKOVÁ,1 Václav CÍLEK,2 Lenka LISÁ,2 Pavel LISÝ, 2 Murtada BUSHARA3 Czech Institute of Egyptology, Faculty of Arts, Charles University in Prague, Celetná 20, 110 00 Praha 1, Czech Republic, [email protected]

1

2

Institute of Geology, Academy of Sciences of the Czech Republic, v.v.i., Rozvojová 269, 165 00 Prague 6 – Lysolaje, Czech Republic 3

National Corporation for Antiquities and Museums, Khartoum, Sudan

Abstract In 2009, the Czech Institute of Egyptology, Faculty of Arts, Charles University in Prague, the Faculty of Environment, Jan Evangelista Purkyně University in Ústí nad Labem, and the Institute of Geology, Academy of Sciences of the Czech Republic, v.v.i., launched a longterm interdisciplinary research project in the Republic of the Sudan. The fieldwork in the Sudan was commenced in October 2009 by a geoarchaeological expedition that worked for two weeks in the area of the Sixth Nile Cataract (Sabaloka) about 70 kilometres to the north of Khartoum. The objective of the geoarchaeological research project was to attain better understanding of the history of the Nile, climatic changes in the Holocene, and their impact both on the landscape and the human society. Abstrakt V roce 2009 byl zahájen dlouhodobý multidisciplinární výzkum Českého egyptologického ústavu Filozofické fakulty Univerzity Karlovy v Praze, Fakulty životního prostředí Univerzity Jana Evangelisty Purkyně v Ústí nad Labem a Geologického ústavu Akademie věd České republiky, v.v.i., na území Súdánské republiky. V jeho rámci vyrazila v druhé polovině října 2009 do terénu geoarcheologická expedice, která dva týdny působila v oblasti 6. nilského kataraktu (Sabaloky) asi 70 kilometrů na sever od Chartúmu. Cílem geoarcheologického průzkumu bylo získat lepší povědomí o historii Nilu, klimatických změnách v době holocénu a jejich dopadu na krajinu a lidskou společnost. Key words: Nile, Holocene, sedimentology, archaeology, landscape, rock art Klíčová slova: Nil, holocén, sedimentologie, archeologie, krajina, skalní umění

Introduction In 2009, the Czech Institute of Egyptology, Faculty of Arts, Charles University in Prague, and the Faculty of Environment, Jan Evangelista Purkyně University in Ústí nad Labem, and the Institute of Geology, Academy of Sciences of the Czech Republic, v.v.i., launched a long-term interdisciplinary research project in the Republic of the Sudan. The fieldwork in the Sudan was commenced in October 2009 by a geoarchaeological expedition that worked 40


for two weeks in the area of the Sixth Nile Cataract (Sabaloka) about 70 kilometres to the north of Khartoum. The objective of the geoarchaeological research (environmental geology) project was to attain better understanding of the interaction between man and his natural environment during the Holocene when rapid climatic changes were shaping both the landscape and the human society. The project was divided into three interconnected parts: • study of alluvial deposits of the Nile; • study of the history of dry wadis as the tributaries of the Nile; and • study of rock crusts and desert varnish in connection with rock art. The village of Miseiktab, Sabaloka, at the northern end of the Sixth Cataract was chosen as the base camp of the expedition, whence the survey and fieldwork were conducted by means of boat and on foot. Out of ten days in the field, the first three days were dedicated to the reconnaissance by the whole team of the area of the Sabaloka gorge and to the survey of the Jebel Rauwiyan. As from the fourth day of fieldwork, the team split into two separate working groups: a geological one that carried out the excavation, documentation and sample-taking of the profiles in the fluviatile sediments, and an archaeological unit that engaged in the onfoot survey of the selected areas of interest from the point of view of geology, archaeology, and landscape.

The study of alluvial deposits of the Nile Working group: Lenka Lisá, Pavel Lisý One of the main aims of the Czech geoarchaeological expedition working in the area of Sabaloka in autumn 2009 was to study the sedimentological record of the Nile alluvial zone. The first stage of this research is supposed to give us the general idea about the degree of deposition and erosion within the Sabaloka gorge, about the age and possible climatic record hidden in the alluvial deposits, and the degree of anthropogenic influence. The area included in this study covers approximately 25 kilometres of the Nile banks within the Sabaloka gorge and close to the Sixth Cataract. The narrow gorge of Sabaloka (approximately 500–800 meters) is surprisingly wide enough for material deposition, so the deep sections of alluvial silts and clays redeposited during the Nile flooding events are very well preserved there. The alluvial plain within the gorge is generally 5 meters high above the water level and at some places extends over tens of meters.

Methodological approach The first stage of our research consisted in the study of the available references (e.g. MUSIL 1941; BERRY, WHITEMAN 1968; WHITEMAN 1971) as well as in the study of the alluvial plain geomorphology from the Google Earth images in the resolution of 5 meters. After the necessary field reconnaissance from a boat we finally got a better idea about the geomorphology and the general sedimentological patterns of the alluvial plain within the Sabaloka gorge. Three sites that were the most suitable to give us the average sedimentological record for this area were chosen for sections. The sections were dug in four or five steps (Fig. 1) and documented, described and sampled for different kinds of methodological approach. Bulk samples for geochemical analyses, granulometry, pH, organic matter content, magnetic properties studies (Fig. 2), and palaeobotanical studies were taken from every ten centimetres (or less, depending on the lithological and textural or structural changes) of the sections. Additional material was sampled into small Kubiena boxes and tubes for the micromorphological analyses and OSL dating, respectively. 41


Fig. 1 – Excavation of Section SUD-B. Photo Pavel Lisý.

Methodological problems Since the profiles were not cleaned, it was impossible to read the sedimentological pattern exactly. On account of the fact that the land in the area was owned by farmers and the cleaning of the profiles would damage the river banks, we had to discuss the possibility of cleaning the banks with farmers personally and pay them for the permission to dig the sections. This kind of methodological problem was time consuming.

42


Fig. 2 – Uppermost part of Section SUD-B. Photo Pavel Lisý.

Location of the sections The first section sampled during the survey was the section through the alluvial and colluvial deposits in the centre of the village of Miseiktab, Sabaloka, on the east bank of the Nile (SUD-A; GPS position N16˚20.316´; E032˚42.048´). The remaining three sections were located on the west bank in the positions where water erosion had created steep banks. The Nile alluvial plain was formed predominantly by cross-bedded sandy loam, sand, and silty loam. Buried soils as well as clays were very common. The most northerly of the sections, Section B, was dug approximately 500 meters below the Cataract (SUD-B; GPS position N16˚20.323´; E032˚42.037´). The position was more in the open landscape and was not limited by the narrow banks of the Sabaloka gorge. A number of buried soils as well as sandy aeolian layers were very well preserved there. Section C (SUD-C; GPS position N16˚16.821´; E032˚38.578´) was located in the southern part of the Sabaloka gorge near the place where the Nile enters the gorge. Again, a great number of buried soils and cross-bedded sandy loams were preserved in this section. The site was rather in a closed landscape, and no aeolian sandy input from the desert was macroscopically recognised there (Fig. 3). The last section marked as D (SUD-D; GPS position N16˚17.621´; E032˚40.859´) was located approximate43


ly in the centre of the Sabaloka gorge. There were mostly layered redeposited soils preserved in this section, with a thick layer of grey clay at the bottom of the section and a few layers of buried soils also revealed.

Fig. 3 – Detail of Section SUD-C. Photo Pavel Lisý.

The study of the history of dry wadis as the tributaries of the Nile Working group: Lenka Suková, Václav Cílek, Murtada Bushara The history of dry wadis as the tributaries of the Nile constituted the second aim of the environmental geology project carried out in the area of Sabaloka, the Sixth Nile Cataract, in autumn 2009. In order to obtain information on the local climatic and landscape changes, we planned to dig several 1–2 meters sections in loose sediments under wadi cliffs or overhanging rocks where in geomorphologically protected environment the Holocene sediments usually form alternating sequence of sandy (dry) and loam (humid) layers.

Methodological approach The first stage of this part of the research consisted in the study of the available geological and archaeological publications (e.g. ALMOND, AHMED 1993; ARKELL 1949; ALSADIG 2000; BORCOWSKI 2003; CHITTICK 1963; AL-SANJAK 1978) as well as in the study of the topography and geomorphology on the available maps of the area of Sabaloka (1:250,000 and 1:100,000) and high-resolution Google Earth images. Several areas or features significant from the point of view of geology, archaeology, and landscape were selected in the course of the study to be later explored in the field. Following the reconnaissance of the area of Sabaloka by boat, we conducted an on-foot survey of the selected wadis and hills on both banks of the river, aimed at the study of the geomorphology and landscape, raw materials distribution, and archaeological record in the 44


delimited areas of interest. With the view to covering all of the selected areas of interest and obtaining a general idea of the history of the dry wadis as well as of the history of use of the area by man in the past, the documentation of the sites observed in the course of the survey was reduced to taking GPS points using GARMIN Oregon 400t device (standard deviation reaching cca 5 m) of the most significant features observed, narrative description of the sites surveyed, and photographic and drawn documentation of their context.

Results of the survey In the course of the survey, the excavation in the dry wadis was found to be almost impossible due to the presence of block fields and cemented screes. One of the profiles studied in more detail was situated in the “Valley of the Coin” (see below). It consisted of almost 3 m of loose screes, screes with calcified silt matrix, screes cemented with calcium carbonite, and heavily weathered bedrock (Fig. 4).

Fig. 4 – The profile studied in the “Valley of the Coin”. Photo Lenka Suková. Another profile was studied in the village of Miseiktab, Sabaloka (SUD-A; GPS position N16˚20.316´; E032˚42.048´). The profile reaching the depth of 3.2 m was excavated in the outwashed fan. The upper part of the profile was formed by chaotic sediments deposited by 45


torrential rains, while the lower part of the profile consisted of alluvial loams of the Nile which is now situated more than 400 meters to the west. In the course of the on-foot survey of the Sabaloka gorge, samples of rocks were collected by the working group for the purposes of a petrological and geological reference collection of the project. The reconnaissance by boat and, most importantly, the on-foot survey of the selected areas revealed a most interesting settlement pattern and land use of the Sabaloka gorge in the past. The site types observed in the course of the survey include: settlements – mostly in the form of abandoned terraced villages (also visible on Google Earth images) –, cemeteries, isolated graves, stone features, occupation scatters, and buildings (forts?). From most of the archaeological sites, pottery shards and/or stone industry were collected from the surface for further analysis by specialists.

List of Archaeological sites surveyed in the area of Sabaloka

Umm Tileh and Joda Agglomeration of four terraced villages (habitation structures on man-made terraces) on the east bank of the Nile. Two of the villages briefly surveyed. The southern one, above Joda, is formed by six (or more) terraces (GPS N16°18.899´, E032°41.555´; N16°18.994´, E032°41.569´); the northern one, above Umm Tileh, by nine (or more) terraces (GPS N16°19.112´, E032°41.564´). To the south of Umm Tileh, a system of routes leading into the hinterland was observed. A possible cemetery is located above Umm Tileh (no GPS point taken). Finds: Fragments of pottery of various types (shards bearing decoration – impressed or incised – collected from the surface for further analysis), grinding stones, and occasional stone industry. Tentative dating: Prehistoric (?), Late Meroitic to Islamic Period. Two important habitation structures on a significant rock separating Umm Tileh and Joda, just above the river (GPS N 16°18.953´, E032°41.513´, N 16°18.957´, E032°41.512´). The spot offers a great view of the river upstream and downstream as well as of the opposite (west) bank of the Nile. Finds: Scatters of stone industry on rhyolite and quartz observed in or around the structures. Tentative dating: Prehistoric (Mesolithic/Neolithic).

RUM Small site situated about 8 m above the river, preserved stone walls (sometimes up to the height of 0.8–1 m) and supporting terraces (GPS N 16°17.239´, E032°40.472´). Bricks also observed. Approximately square disposition of the building (about 10 x 10 m). Badly visible destroyed terraces (three or more) situated in the background of the site. The structure located at the end of a number of routes leading from the hinterland to the Nile bank. Finds: Scatters of pottery of various types in the structure as well as around, with concentration of rough ware (water containers) on the eastern side of the building. Scatters of Mesolithic stone industry (mostly on white quartz). Tentative dating: Mesolithic; Medieval to Islamic Period.

46


AB ZIBIL Important terraced village that consists of two distinct settlement areas separated by a khor. The northern area is located on a hillock marked by a naturally standing tall stone (of menhir type, GPS N16°17.430´, E032°41.211´). The southern one covers almost the whole area from the river up to the hilltop (GPS N16°17.455´, E032°41.123´; N16°17.457´, E032°41.139´; N16°17.408´, E032°41.130´). The place is well visible from the Nile. The terraced village is close to the agglomeration at Jebel Ab Agib on the west bank of the Nile (see below). Finds: Fragments of pottery of various types; iron slug – remains of a kiln (GPS N16°17.425´, E032°41.106´). Several shards and pieces of slug taken for further analysis. Tentative dating: Late Meroitic to Islamic Period. Isolated tumulus located in the alluvial plain below the northern settlement area (GPS N16°17.498´, E032°41.307´). No associated artefacts observed. Tentative dating: Uncertain.

JEBEL IRAU A short survey of the southern slope of the mountain known already from the literature (CHITTICK 1963; ELZEIN 2004) was performed in connection with the rock art research planned at this site (documentation, samples of rock varnish to be taken for analysis, see below). The brief survey on the slope revealed the presence of terraces which correspond in characteristics and pottery material to the terraced villages recognized in the area of Sabaloka and which do not form part of the village situated on the top of the mountain. In addition, two or possibly three phases of fortification were observed at the site, with the most recent phase represented by walls constructed of two face blocks with rubble in between). Unfortunately, the survey of the jebel could not be completed due to the site being part of the military zone established in the area. Finds: Shards of pottery, decorated pieces taken for further analysis. Tentative dating: Post-Meroitic to Islamic Period.

MALAHA Tumuli cemetery located to the east of the channel separating the Rauwiyan Island from the mainland (GPS N 16°14.714´, E032°37.293´). Well visible on the Google Earth image as well. The cemetery extends over approximately 500 m. The tumuli are formed by loose sand and clayey sediments, unlike other tumuli observed at other places in the area of Sabaloka. The height and type of the gravel tumuli suggest Post-Meroitic date of the cemetery (comparable to the cemeteries at Tanqasi and Ez-Zuma), the same date is suggested by the incised patterns of decoration on some pottery shards. Finds: Scatters of pottery shards and occasional stone implements on the surface. Several pottery shards collected for further analysis. Tentative dating: Probably Post-Meroitic.

JEBEL RAUWIYAN The survey of Jebel Rauwiyan, the only table mountain (mesa) of the area, significant from the point of view of geology, landscape, and archaeology, was conducted with the aim to

47


facilitate better understanding of the geology, raw materials distribution and extraction, and archaeology of the whole region. The top of the mountain is formed by highly silicified Nubian sandstone, which has been repeatedly extracted since the Palaeolithic times, as indicated by the abundance of stone industry of various periods noticed in the course of the survey. At the slope of the mountain, numerous concentrations of Mesolithic/Neolithic industry were observed in addition to Palaeolithic artefacts, with some concentrations containing a greater number of artefacts on rhyolite as well as silicified sandstone, quartz and other raw materials (GPS N16°15.468´, E032°36.664´; N16°15.397´, E032°37.363´; N16°14.983´, E032°36.907´; N16°14.999´, E032°36.907´). The slopes of the mountains have been affected by two large landslides. The southern one is covered by a number of man-made stone pits (GPS N16°15.116´, E032°36.996´; N16°15.113´, E032°37.002´; N16°15.118´, E032°37.010´; N16°15.115´, E032°37.011´). At the top of the mountain, at least sixty small quarries or pits of unknown age were observed (GPS N16°15.241´, E032°36.993´), together with stone industry on silicified sandstone, basalt, amphibolites, and sparse pieces of rough ware of Late Meroitic date or later. Silicified sandstone quarry (GPS N16°15.495´, E032°37.162´), 3 blocks with traces of chisel marks; another quarry in the vicinity. Silicified sandstone quarry (GPS N16°14.975´, E032°36.828´), traces of chisel marks on blocks. Silicified sandstone quarry (GPS N16°15.163´, E032°36.978´) situated on a terrace (or platform) in the middle of the southern slope of the mountain. Chisel marks observed on the blocks. Good potential for the study of quarrying, strategy, routes, activities and the general land use. Kiln of approximately circular shape (GPS N16°15.490´, E032°37.153´), with a scatter of slug, no traces of iron observed. Several pieces of slug taken for analysis. A discreet group of three or four tumuli of small size was observed on the western side of the mountain. No GPS point taken. No surface finds collected.

Abris and caves at Jebel Rauwiyan A number of abris and caves were observed and briefly surveyed on the western to northwestern side of the mountain, approximately 70 meters below the top of the mountain. They seem to be important from the archaeological point of view. More detailed study was rendered impossible by the presence and attack of African wild bees (nests were observed in one of the caves). Finds: Fragments of possibly Wavy Line and impressed pottery were lost due to the attack of wild bees (GPS N16°15.432´, E032°36.500´).

Area to the west of the village of Alhuqna Tumuli cemeteries situated on the mildly inclined pediment of the north-western corner of the Sabaloka mountains (to the east of the wash cone). The site is well visible on the Google Earth images as well as in the field from the Nile and from the desert. About 100 to 120 tumuli of at least two different types observed, the fact of which – together with the spatial separation of the groups of tumuli – suggest there were at least two cemeteries (GPS N16°20.636´, EE032°39.209´; N16°20.814´, E032°39.056´; and GPS N16°20.670´, E032°39.390´; N16°20.669´, E032°39.475´). Some of the tumuli have been robbed (rob48


bers´ pits leading either from the side or the top of the tumulus), while others seem to be left intact. Finds: Very sparse pottery shards, several fragments collected at the foot of a tumulus at N16°20.685´, E032°39.434´ for further analysis. Tentative dating: (Post-)Meroitic or Transient Period. Discreet groups of tumuli were observed also between the wash cone and the Nile (GPS N16°20.363´, E032°40.097´; N16°20.328´, E032°40.329´). No pottery was observed or collected for analysis. Tentative dating: Uncertain.

Wad Mukhtar Square to rectangular fortress situated on the west bank of the Nile, just at the Sixth Cataract (Fig. 5), with corner bastions, a gate on the western side, a rectangular tower (or another gate) on the eastern side of the fortress, and projections of walls on the northern and southern side of the structure. Area of the fortress: 1,849.5 m2 (measured by means of GPS). Finds: Scatters of pottery, decorated shards taken for further analysis. Tentative dating: Medieval to Islamic Period.

Fig. 5 – Layout of the fortress observed at Wad Mukhtar on the west bank of the Nile (view from west). Photo Lenka Suková.

“Valley of the Coin” Another agglomeration on the west bank of the Nile, located in the khor leading from the river bank deep into the mountains (GPS N16°17.760´, E032°40.329´; N16°17.768, E032°40.336´). Remains of stone foundations of circular or semicircular structures observed (the same type observed also at other sites in the area). Several box graves noticed in the area 49


(GPS N16°17.748´, E032°40.339´; N16°17.748, E032°40.335´), however, they do not show definite north-south or east-west orientation. Finds: Fragments of pottery, decorated shards collected for further analysis. Coin bearing an inscription in Greek was collected for identification (GPS N16°17.740´, E032°40.348´). Tentative dating: Medieval or Islamic Period.

Jebel Ab Agib (Wad Abu Agib) One of the largest and most interesting sites of the terraced type surveyed. Located on a hilltop, it is less destructed from the slope erosion. The site seems quite complex. Beside a number of slope terraces, circular structures, low walls and a probable relict of a large cistern were found.

Dwellings (habitation areas) Situated on the terraces facing the Nile, approached by man-made path winding up the slope in the zig-zag manner. At places the path is cca 2 meters wide. Edges of the path made of larger stones, with the path within having been originally cleared and filled with material of smaller size (GPS N16°17.386´, E032°40.204´). Finds: Abundance of pottery of various types – rough ware predominates (water containers), also decorated ware noticed, which corresponds to the pottery types and decoration patterns observed in the other terraced villages. Small collection of shards from surface finds taken for further analysis. Concentrations of lower and upper grinders of various shape and raw material, ceramic weights for weaving (?) (GPS N16°17.365´, E032°40.158´; N16°17.355´, E032°40.149´). Glass bracelet (no GPS point taken). Stone industry very sparse. Fragments of ostrich eggshell (GPS N16°17.364, E032°40.154´) taken for further analysis.

Graves A significant number of graves of various types observed in the saddle, separated from the habitation areas. In addition to simple stone-filled grave-pits (GPS N16°17.360´, 032°40.117´; N16°17.337´, E032°40.077´) and box graves (?), several circular graves – tumuli – made of one or two rings of larger stones, with smaller stones within were noticed; the inner diameter of the ring is about 2.5 m (GPS N16°17.369´, E 032°40.114´; N16°17.363´, E032°40.098´; N16°17.337´, E032°40.072´). From the southwest, the graveyard area is delimited by a stone wall (GPS N16°17.338´, E032°40.071´; N16°17.348´, E032°40.078´). Finds: Fragments of ostrich eggshells (GPS N16°17.369´, E 032°40.114´) collected for further analysis. Scatters of pottery shards (mostly rough ware, with occasional decorated pieces), lower grinder. Small collection of finds taken for further analysis.

Water cistern “Oasis” on the top of the Jebel (GPS N 16°17.469´, E 032°40.120´, 482 m a.s.l.) – stone-free circular area (approx. 797 m2) covered with acacia trees and tabas plant, which might have been used for collection of rain water. No channels or other works observed. No associated artefacts noticed.

50


The study of rock crusts and desert varnish in connection with rock art Working group: Lenka Suková, Václav Cílek, Murtada Bushara The third objective of the geoarchaeological team working in the area of Sabaloka in autumn 2009 was to survey the selected areas of research for rock art. Bearing in mind the abundance of petroglyphs documented in the region of the other Nile cataracts as well as in the Nubian Nile valley prior to the flooding of the area, we were hoping to find similar record left in the landscape by the former inhabitants or people moving through the area. Moreover, on the basis of the fact that rock surface hardening usually appears during wet phases while salt erosion often takes place in humid events of otherwise dry climatic periods, we were expecting to be able not only to obtain the general idea about the rock art distribution and characteristics in the area, but also to take samples of the rock crusts and desert varnish for analysis to attempt to distinguish climatic history as well as to find a suitable tool for basic dating of the rock art.

Methodological approach The first stage of this part of the research involved the study of the available references relating to the archaeology of the Sixth Cataract (CHITTICK 1963) as well as to the rock art hitherto documented in other areas of the Sudan. The search for petroglyphs was conducted in the scope of the on-foot survey of the selected areas of interest. The rock surfaces were surveyed in general for rock images as well as studied in greater detail to understand their characteristics as well as the processes of erosion and exfoliation. One day was reserved to the survey of Jebel Irau on the east bank of the Nile, where rock engravings were previously reported by Chittick (1963) and where we planned to take samples of the rock crust and desert varnish.

Results of the survey This part of the programme could not be fulfilled as the team had originally expected, since surprisingly no examples of rock art other than the images reported from Jebel Irau were found in the area. We believe that the main reason for this state is the lack of suitable rock surfaces and the considerable erosion and exfoliation of the local rocks. Unfortunately, we could neither carry out the documentation and sample-taking at Jebel Irau as originally planned, since the area had been recently incorporated into the military zone on the east bank of the Nile and the Czech mission was refused access to the area. A single sample of the rock on which the rock drawings had been made was procured by the NCAM representative, Murtada Bushara, who was allowed to enter the area, photograph the setting (Fig. 6), and collect a sample of the rock for comparison.

51


Fig. 6 – Location of the rock art on the top of the Jebel Irau. Photo Murtada Bushara.

Conclusion From the point of Pre-Quaternary geology, the area of Sabaloka and the Sixth Nile Cataract belongs among the best known regions of the Sudan (ALMOND, AHMED 1993). However, according to the bibliographical research, the Nile sediments had never been studied in a wider area to such an extent as during our research. Altogether 52 kilograms of sedimentological samples were taken to the Czech Republic for specialised analyses, in addition to 52 samples of rock that shall constitute the core of a petrological and geological reference collection of our project. Moreover, the on-foot survey has revealed that the archaeological record of the area is more complex than previously thought. Several sites had been described at the southern and northern outskirts of the Sabaloka Inlier (ARKELL 1949; CHITTICK 1963; AL-SANJAK 1978) and a few other localities had been mentioned in unpublished reports of the NCAM in Khartoum. We believe that we have discovered or re-discovered a new archaeological Nile landscape that consists of a chain of terraced villages dated mostly to the Medieval and/ or Post-Medieval Periods. The villages are in some cases only 2–3 kilometres apart. They consist of a series of terraces often located approximately in the middle of the surrounding hills. They are interconnected through a network of old pathways and routes that lead to other sites, to the Nile, or to the graves and cemeteries located in their hinterland. In some cases, the villages are located on the places of earlier, most often prehistoric (Mesolithic or Neolithic) sites. More precise dating and attribution of the sites is expected from the results of analyses of the pottery shards, stone industry and other artefacts collected from the sites.

52


Acknowledgement The geoarchaeological research in the area of Sabaloka, the Sixth Nile Cataract, was financed from the funds granted by the Grant Agency of the Charles University in Prague (project No. 259 025), by the Academy of Sciences of the Czech Republic (international co-operation project No. M100130902 and institutional project No. Z30130516). For more information on the interdisciplinary research project of the Czech Institute of Egyptology in the Sudan, go to http://sudan.geolab.cz.

Bibliography ALMOND, D. C., AHMED, F. (1993) Field Guide to the Geology of the Sabaloka Inlier, Central Sudan. Khartoum University Press, Khartoum. ALSADIG, S. O. (2000) The Archaeological sites of the Sudan, Volume 1, A–D. National Corporation for Antiquities and Museums, Khartoum. ARKELL, A. J. (1949) The Old Stone Age in the Anglo-Egyptian Sudan. Sudan Antiquities Service Occasional Papers, No. 1, pp. 1–52. BERRY, L., WHITEMAN, A. J. (1968) The Nile in the Sudan. The Geographical Journal, Vol. 134, No. 1, pp. 1–133. BORCOWSKI, Z. (2003) The Work of the Gdaňsk Archaeological Museum expedition in the Sudan. Sudan & Nubia, Vol. 7, pp. 81–84. CHITTICK, H. N. (1963) The Last Christian Stronghold in the Sudan. Kush, Volume XI, pp. 264–272. ELZEIN, I. S. (2004) Islamic Archaeology in the Sudan. Archaeopress, Oxford. MUSIL, A. (1941) Stará Ethiopie – Nový Súdán. Melantrich, Praha. AL-SANJAK, H. A. (1978) An Archaeological Survey between Rauwiyan and Jebel Qerri Stations from the Railway Line to the Nile (unpublished BA /Hons/ Dissertation). University of Khartoum, Khartoum. WHITEMAN, A. J. (1971) The geology of the Sudan Republic. Claredon Press, Oxford.

53


Kořenové útvary v neovulkanickém pseudokrasu Pustého vrchu u Děčína (SZ Čechy) Root structures in the neovolcanic pseudokarst on Pustý vrch Hill near Děčín (NW Bohemia) Richard POKORNÝ, Michal HOLEC Univerzita J. E. Purkyně, Fakulta životního prostředí, Králova výšina 7, 400 96 Ústí nad Labem, Česká republika, [email protected], [email protected]

Abstrakt V pseudokrasové Velké Jeskyni skřítků (3 km v. od Děčína) vytvořené ve třetihorních tefritech byly nalezeny unikátní kořenové útvary vykazující záporný, nebo alespoň částečně záporný geotropismus. Jedná se o tzv. kořenové stalagmity, kořenové výplně puklin a spár a kořenové polštáře. Obdobné morfotvary kořenů prorůstajících do jeskyní byly v České republice pozorovány dosud jen v pískovcovém pseudokrasu a na jednom místě též v jeskyni krasové. Nález v jeskyni vytvořené v mladé vulkanické hornině je proto unikátní a lze jej v celosvětovém měřítku srovnávat pouze s objevem kořenových útvarů v rovněž neovulkanické Nyáryho jeskyni na Slovensku. Abstract In the Velká Jeskyně skřítků cave (3 km E from Děčín), there were recorded the unique root structures with negative or at least partially negative geotropism. This cave is created in the Tertiary tephrite. These structures can be described as so called root stalagmites, root fills and root pillows. The similar structures of roots growing in caves were described in the Czech Republic only in the sandstone pseudokarst and in one karst cave till this time. That´s why the discovery in the Velká Jeskyně skřítků cave created in the young volcanic rock is unique. It is possible to compare mentioned finding only with the discovery of the similar structures in the volcanic Nyáry cave in Slovakia in the worldwide scale. Klíčová slova: kořenové stalagmity, kořenové výplně, pseudokras, neovulkanity Key words: root stalagmite, root fill, pseudokarst, neovolcanites

Úvod Pojmem kořenové útvary jsou označovány specifické tvary kořenů dřevin (zpravidla stromů) pronikajících do jeskynních prostor, kde vytváří specifické nárůsty. V prostředí průsaku a následného skapu, případně stékání vody, za působení vysoké vzdušné vlhkosti, nepatrného až chybějícího osvětlení a možnosti růstu do volného prostoru dochází ke specifickému zhuštění jemného kořenového vlášení. Vznikají tak ploché, klenuté až kónické kořenové objekty (viz např. MLEJNEK 2008a). Pravděpodobně první publikovaná zmínka o kořenových útvarech v jeskyních pochází z práce MERKELA (1826), který ve svém popisu zajímavých přírodních útvarů v Českosaském Švýcarsku uvádí blíže nespecifikované houbovité nárůsty kořenové hmoty („schwammartiges Gewächs“) pod kamenem v místě skapu vody ve 35 m dlouhé jeskyni Bennohöhle jz. od obce Rosenthal v údolí Bielathal poblíž česko-německé hranice. Další zmínka pochází 54


zřejmě až z roku 1931, kdy byla J. Ruscherem v nedaleké jeskyni Bellohöhle, ležící na úpatí vrchu Pfaffenstein jižně od obce Königstein, pořízena fotografie zachycující kořenový stalagnát. Tento útvar je na fotografii označen jako „Saug-Wurzel-Stöcke“, tedy ve volném překladu kořenový výrůstek jímající vodu (WINKELHÖFER 1992). V anglicky psané literatuře představuje první informaci o kořenových útvarech zpráva OPPENHEIMERA (1941), který popisuje tři kořenové stalagmity (v orig. root stalagmites) výšky 16, 9 a 4 cm a kořenové polštáře (v orig. root cushions, root sheath) tvořené několika druhy keřovitých dřevin (rodů Duranta, Plumiera aj.), jež vznikly v místě skapu vody z potrubí v parku města Rechovot (Izrael). Zde se tedy jedná o výskyt ve volném, nikoli jeskynním prostředí. Oppenheimerem navrženou terminologii kořenových útvarů následně přebírá terminologický slovník SUTTONA a TINUSE (1983). I přes nespornou zajímavost těchto objektů zůstaly výše uvedené informace bez následného využití a kořenovým tvarům v jeskyních dlouho nebyla věnována pozornost. Za počátek odborného zájmu lze považovat až nové objevy kořenových tvarů v pískovcových jeskyních labského údolí na německé i české straně v 70. letech 20. stol. (WINKELHÖFER 1975). Nárůsty pozorované v Jeskyni přátelství na české straně a v blíže nespecifikované jeskyni na německé straně byly označeny pojmem „Wurzelstalagmit“, což bylo následně přejato i českými speleology jako „kořenový stalagmit“. Český ekvivalent, tedy zmíněný „kořenový stalagmit“, byl prvně použit VÍTKEM (1980b) pro kořenový objekt vykazující negativní geotropismus a skutečně připomínající krasový stalagmit. Obdobný, JENÍKEM (1985) propagovaný termín „stalagmitické kořání“ se víceméně nevžil. Přestože je terminologie kořenových útvarů v české literatuře velmi podrobně zpracována, i zde se objevují některé skutečnosti, na které je potřeba upozornit. V práci PANOŠE (2001), velmi precizním a obsáhlém výkladovém slovníku se speleologickou tématikou, problematika kořenových útvarů zcela schází. Je zde uveden pouze termín „kořen stalagmitu“, jímž je ve smyslu KUNSKÉHO (1950) označována bazální část krasového stalagmitu nacházející se na povrchu jeskynního sedimentu. V práci PANOŠE (2001) jsou dále uvedeny cizojazyčné ekvivalenty zmiňovaného pojmu „kořen stalagmitu“, zejména pak anglický „stalagmite root“ a německý „Stalagmitwurzel“, které jsou velmi podobné označení kořenových stalagmitů „Wurzelstalagmit“ v německé a „root stalagmite“ v anglické literatuře (př. SUTTON, TINUS 1983, WINKELHÖFER 1975 aj.), což by mohlo být rovněž omylem zaměňováno. Je třeba rovněž upozornit na skutečnost, že zpočátku byla věnována pozornost speleologů pouze kořenovým stalagmitům sensu stricto, kdežto dnes jsou evidovány a sledovány i další, méně atraktivní kořenové útvary. Tuto skutečnost již naznačil JENÍK (1998), který ve své široce pojaté definici komentuje existenci „vzdušných a zčásti i záporně geotropických kořenů v jeskyních“. Z pozdějšího podrobného členění (př. MLEJNEK 2008a, JENÍK 1999) pak vyplývá, že jde o řadu útvarů, kde již není zásadní podobnost s krasovými útvary. Nejaktuálněji pak např. MLEJNEK (2008a) rozlišuje vedle kořenových stalagmitů a stalagnátů i kořenové polštářovité útvary a kořenové výplně skalních puklin a spár. Zpráva publikovaná Winkelhöferem v roce 1975 byla následována objevem českého speleologa Dušana Sádla roku 1978 v tehdy ještě bezejmenné pískovcové jeskyni rozsedlinovo/suťového typu v Broumovské vrchovině (VÍTEK 2010). Zde bylo objeveno sedm kořenových stalagmitů, z nichž nejvyšší dosahoval 55,5 cm. Jejich první literární popis přinesl VÍTEK (1980a, 1980b). Dnes je jeskyně nazývána Kořenka a stalagmit pak nese jméno „Král kořenových stalagmitů“ (MÜLLER 1998). Od této doby probíhá víceméně kontinuální průzkum kořenových útvarů v jeskyních celé České republiky (např. MLEJNEK 2008a). 55


Pro úplnost je třeba ještě zmínit, že zpětně byl jako kořenový stalagmit identifikován dnes již zaniklý útvar v jeskyni Postojná v Českém ráji. Prvně jej pozoroval v polovině 70. let doc. Vítek, který tomuto neobvyklému objektu zpočátku nevěnoval pozornost. Teprve po zveřejnění Winkelhöferovy zprávy lokalitu v roce 1978 znovu navštívil a konstatoval, že cca 12–13 cm vysoký stalagmit je již pravděpodobně mrtvý a bez potřebné dotace skapové vody (VÍTEK 1987). Při dokumentaci jeskyně o několik let později pak byly nalezeny jen nepatrné zbytky organického materiálu (VÍTEK 2010). Vzhledem k tomu, že k roku 2008 bylo z Česka známo 3988 jeskyní (HROMAS a kol. 2009), nabízí se velké množství potenciálně možných míst výskytu tohoto fenoménu. Nejnovější literatura hovoří ke dni 31. 10. 2007 o 56 lokalitách na našem území s výskytem 185 kořenových útvarů (MLEJNEK 2008a). Podle Mlejnka lze kořenové útvary nalézt především v pseudokrasových jeskyních, tedy jeskyních vzniklých tektonickými, gravitačními a dalšími mechanickými pohyby. V krasových jeskyních Česka byly kořenové útvary objeveny teprve nedávno a dosud pouze na jedné lokalitě – v Barové jeskyni v rámci systému Býčí skála – Rudické propadání (MLEJNEK 2008b). Obdobná situace je i v zahraničí – kořenové útvary z pseudokrasových jeskyní byly postupně popsány a publikovány z Polska, Německa, Rakouska, Slovenska, Švédska, Španělska a Jihoafrické republiky v počtu několika desítek kusů (např. ZYZAŃSKA, ZYZAŃSKI 2006, LARS-GUNNAR 1996, RAU 1964 aj.), z krasových jeskyní jsou však zmiňovány pouze v několika exemplářích z Rakouska a Maďarska (PAVUZA, MAYER 2007, ESZTERHÁS 1999). Stejně jako vazbu kořenových útvarů na pseudokras oproti krasu lze v rámci pseudokrasu vypozorovat afinitu kořenových útvarů k pískovcům proti horninám ostatním. V České republice byly dosud kořenové stalagmity a podobné objekty nalézány výhradně v jeskyních pískovcových (Broumovská vrchovina, Děčínská vrchovina, Lužické hory a Jičínská pahorkatina) (viz MLEJNEK 2008a). Obdobná situace panuje i v okolních státech s totožnou či obdobnou geologickou stavbou – v Německu a Polsku. Pouze ve zbývajících státech uvedených výše, se kořenové útvary vyskytují v pseudokrasu budovaném granity (Španělsko) a granity a rulami (Švédsko, Rakousko). Vždy však jde pouze o výjimečné nálezy několika ojedinělých exemplářů (blíže viz např. LARS-GUNNAR 1996, RAU 1964). Zcela ojedinělý ve světovém měřítku je nález dvou stalagmitů a jednoho stalagnátu v roce 1998 v Nyáryho jeskyni na Slovensku (MLEJNEK 1999). Tato neovulkanická (sensu KUKAL 2004) jeskyně rozsedlino/suťového typu je založena v mladých vyvřelinách Cerové vrchoviny, formované z velké části povrchovými výlevy bazaltových láv neogenního stáří. Z neovulkanitů České republiky byl výskyt kořenových útvarů publikován pouze z Velké Jeskyně skřítků (POKORNÝ, POKORNÁ 2007 a POKORNÝ, HOLEC 2009). Ve zmíněných pracích jsou však zmíněny pouze stručné údaje bez bližšího popisu tvaru, velikosti a umístění kořenových útvarů. Cílem této práce je tak především bližší popis kořenových útvarů, zejména pak stalagmitů ve Velké Jeskyni skřítků u Dobrné u Děčína.

Lokalita, materiál a metodika Při několikaletém systematickém výzkumu pseudokrasu v mladých vulkanitech Ústeckého kraje (např. POKORNÝ, HOLEC 2009) bylo dne 2. 11. 2009 pozorováno 17 kořenových stalagmitů ve Velké Jeskyni skřítků nedaleko Děčína. Vlastní jeskyně se nachází na jihozápadním svahu Pustého vrchu (498,8 m n. m.), cca 2,5 km v. od osady Dobrná. Je založena v masivu leucitického tefritu s hojnou zeolitovou mineralizací a se svou délkou cca 25 m představuje druhou nejdelší jeskyni v neovulkanitech Ústeckého kraje [podrobněji viz POKORNÝ, POKORNÁ (2007) a zejména pak POKORNÝ, HOLEC (2009)]. Jeskyně leží na systému puklin a rozsedlin, díky svému horizontální56


mu průběhu se i nejhlubší partie nachází max. 10 m pod povrchem. Mělká pozice jeskyně spolu s rozpukáním skalního masivu umožňuje na mnoha místech prorůstání kořenů dřevin ze štěrbin ve stěnách, jež byly pozorovány již při prvním průzkumu lokality v roce 2006 (POKORNÝ, POKORNÁ 2007).

Obr. 1 Topografická pozice kořenových útvarů ve Velké Jeskyni skřítků. V – kořenové výplně, S – stalagmity, P – polštáře Nově objevené kořenové stalagmity a některé další kořenové útvary (použitá terminologie dle MLEJNKA 2008a) v těsné blízkosti stalagmitů byly podrobně mapovány, tzn. bylo zaznamenáno jejich přibližné umístění v jeskyni (Obr. 1), jejich vzájemná pozice (Obr. 2) a jejich rozměry (výška a šíře v patě) (Tab. 1). Popis ostatních kořenových útvarů, včetně jejich umístění v jeskyni, je pouze stručně zmíněn a byla zaznamenána jejich pozice v jeskyni (Obr. 1). Zákres půdorysu jeskyně byl převzat z práce POKORNÉHO, HOLCE (2009). Vzájemná pozice kořenových útvarů byla měřena s pomocí ocelového pásma ortogonální metodou, tzn. vynášením kolmic z měřické přímky. Vitalita kořenů, jejich stáří a druhová příslušnost byla zjišťována pouze jednoduchým pozorováním a je předmětem diskuze. Měření proběhla dne 21. 12. 2009 a dne 6. 3. 2010 při odběru sedimentů pro účely analýzy paleontologického materiálu a odběru pavouků z důvodu potřeby řešení grantů interní grantové agentury UJEP.

Výsledky a diskuze Ve Velké Jeskyni skřítků bylo nově zjištěno 17 stalagmitů. Tyto se nachází v zadní části jeskyně, cca ve vzdálenosti cca 18 m od vstupu, v místě lomení přímé chodby do pravého úhlu. Plocha s výskytem stalagmitů však není viditelná při průchodu jeskyní. V původním směru chodby, v prostoru zmíněného lomení chodeb, dochází ke strmému stoupání až do neprůleznosti a následného vyklínění. Nad místem lomení lze vystoupat cca o 2 m nad úroveň vodorovného dna, nad balvany zaklíněné mezi stěnami. Vrchní hrana stabilně fixované balvanité sutě tvoří krátké mezipatro jeskyně, jímž lze vstoupit do přední části zužující se přímé 57


pukliny. Cca 1,5 m nad balvany se v pravé části otevírá subhorizontální puklina mající výšku 15-20 cm. Dno pukliny vytvořené poklesem skalního bloku představuje čtyřúhelníková skalní plotna o maximální šířce 280 cm a délce 160 cm, jež se sklání pod úhlem 10° k zadní stěně. Půdorys jeskynního mezipatra je znázorněn na Obr. 2. V tomto místě byly zaznamenány zmíněné stalagmity.

Obr. 2 Rozmístění kořenových stalagmitů v mezipatře Velké Jeskyně skřítků Převážná část plotny se stalagmity je kryta jemnozrnným hlinitojílovitým sedimentem o mocnosti několika cm, směrem k levé zadní části se vrstva sedimentu zvětšuje, až vyplňuje celou výšku pukliny po její strop, pravá přední část pukliny je naopak tvořena obnaženou skálou. Ze dna pukliny vystupuje v místech pokrytých sedimentem v podobě konvexních kupek až kuželů 14 soliterních kořenových útvarů se zcela jasně záporným geotropismem. Lze je charakterizovat jako kořenové stalagmity, z nichž většina se nachází v iniciálním stadiu zrodu (výška 1–1,5 cm a šířka u paty 3–4 cm). Pouze dva stalagmity svými rozměry výrazně vynikají, dosahují výšky 7 cm, resp. 9 cm, a šířky v patě 6 cm. Přesné rozměry jednotlivých objektů jsou uvedeny v Tab. 1. Zajímavostí je kořenový polštář v levé zadní části pukliny. Jedná se o nízký, mírně klenutý útvar o rozměrech 9 x 14 cm, vysoký max. 7 cm, který přiléhá zadní stranou k ukloněné skalní stěně. Podobné bochníkovité tvary sycené vodou stékající ze stěn popisuje z pískovcových pseudokrasových jeskyní MLEJNEK (2008a). Z tělesa kořenového polštáře vyrůstají další tři kořenové stalagmity (přesná lokalizace viz Obr. 2). Celkem tak bylo nově zjištěno 17 stalagmitů.

58


Tab. 1 Rozměry kořenových stalagmitů ve Velké Jeskyni skřítků Poř. číslo

Výška

Šířka v patě

1

3,0 cm

7,0 cm

2

2,0 cm

4,0 cm

3

7,0 cm

6,0 cm

4

3,0 cm

5,0 cm

5

2,0 cm

6,0 cm

6

4,0 cm

4,0 cm

7

1,0 cm

4,0 cm

8

1,0 cm

4,0 cm

9

1,0 cm

3,0 cm

10

1,0 cm

3,0 cm

11

9,0 cm

6,0 cm

12

1,0 cm

4,0 cm

13

1,0 cm

5,0 cm

14

1,5 cm

4,0 cm

15

1,0 cm

4,0 cm

16

2,5 cm

4,0 cm

17

1,0 cm

4,0 cm

Další kořenové útvary v jeskyni, konkrétně výplně skalních puklin a spár, byly umístěny ještě dále, zejména pak v její pravostranné zadní části (Obr. 1). Všechny útvary jsou poměrně drobné a vyplňují štěrbiny v délce desítek centimetrů, případně dosahují plošných rozměrů několika cm2 – dm2. Matečná dřevina kořenových útvarů nebyla detailně dendrologicky zkoumána, nicméně v lesním porostu nad jeskyní se vyskytují listnaté dřeviny s bukem lesním (Fagus sylvatica), habrem obecným (Carpinus betulus), lípou (Tilia sp.) a javory (Acer spp.). Právě buk lesní představuje dřevinu vyznačující se velmi hustým a hlubokým kořenovým systémem. Jemné kořání vystupující ze stěn Velké Jeskyně skřítků vykazuje velkou podobnost s ilustracemi a popisem architektury kořenového systému v práci KÖSTLERA, BRÜCKNERA a BIEBELRIETHERA (1968). Za současného stavu můžeme buk považovat za nejvíce pravděpodobnou dřevinu kořenových tvarů ve zdejší lokalitě. Předmětem diskuze může být rovněž vitalita kořenů, kterou se nepodařilo povrchním pozorováním v terénu zjistit. Skapová voda nebyla pozorována, stěny nevykazovaly žádné stopy po orosení a vlhkost substrátu se pohybovala mezi 9,0–12,25 hm.%. To lze však vysvětlit promrznutím půdy nad jeskyní, ze které nemohlo docházet k průsakům vody. V době pozorování byla vně jeskyně naměřena teplota –8 °C (21. 12. 2009) a –1°C (6. 3. 2010). Rovněž ve dnech předcházejících průzkumu se teploty pohybovaly pod bodem mrazu. Nízkou vlhkost jeskyně v době pozorování lze vysvětlit i charakterem cirkulace vzduchu. Jeskyně s tzv. dynamickým rázem mikroklimatu se vyznačují přítomností systému puklin umožňujících proudění vzduchu mezi vnějším prostředím a interiérem jeskyně, což vede k prohřívání jeskyně v letním období spojenému s výrazným zvýšením vlhkosti vzduchu a potažmo i substrátu, v zimě naopak jeskyně prochládá a vlhkost se snižuje prostřednictvím výdeje tepla v systému teplá skála/chladný vzduch. V jarním a letním období 2007 a 2008 jsme zjistili v různých částech jeskyně hodnoty vlhkosti půdy od přibližně 20 do 60 hm. %, což dokládá, že naše zimní pozorování představuje pouze dílčí informaci o stavu a vhodnosti jeskynního prostředí pro růst stalagmitů. 59


Dalším předmětem diskuse může být stáří kořenových útvarů na popisované lokalitě. Rychlost růstu kořenového systému může být velmi variabilní a v případě kořenových výplní puklin a spár jej lze jen velmi obtížně odhadnout. Obdobná situace je i u kořenových stalagmitů, zde je však možné se opřít o zjištění prof. Jeníka uvádějícího průměrnou rychlost růstu na příkladě několika objektů v Broumovských stěnách cca 2–5 mm/rok (JENÍK, KOPECKÝ 1988). V souladu s údaji prof. Jeníka by pak vycházelo maximální stáří stalagmitů ve Velké Jeskyni skřítků na cca 20–40 let. V době publikování prvních zpráv o této jeskyni na konci 19. století (př. neznámý autor 1881) zde tedy s vysokou pravděpodobností kořenové útvary ještě nerostly. Pokud by tomu tak bylo, s velkou pravděpodobností by byly v jinak velmi podrobném a precizním popisu interiéru jeskyně od neznámého autora alespoň stručně zmíněny. Pro doplnění těchto diskutovaných pozorování o druhu dřeviny a stáří kořenových útvarů však budou potřeba ještě další pozorování.

Závěr Objev sedmnácti kořenových stalagmitů ve Velké Jeskyni skřítků představuje první nález kořenových útvarů v jeskyních jiného nežli pískovcového pseudokrasu v České republice. Při bližší specifikaci typu horniny na tercierní neovulkanit (konkrétně se jedná o leucitický tefrit) jde potom vedle Nyáryho jeskyně na Slovensku teprve o druhý nález v celosvětovém měřítku. Vedle kořenových stalagmitů byly ve Velké Jeskyni skřítků rovněž pozorovány hojné kořenové útvary typu kořenové výplně puklin a spár a také jeden útvar typu kořenový polštář. Ani tyto typické jeskynní kořenové morfotvary nebyly z českých jeskyní v nepískovcových horninách dosud popsány.

Poděkování Výzkum kořenových stalagmitů byl podpořen projektem VaV MŽP SP/2d3/4/07 „Studium biologické rozmanitosti arachnocenóz pseudokrasových jeskyní v neovulkanitech severních Čech“. Poděkování náleží rovněž projektu IGA UJEP s názvem „Paleontologický výzkum pseudokrasu severních Čech“ a projektu „Pavouci jeskyní a dalšího podzemí okresu Ústí nad Labem a Děčín“.

Literatura ESZTERHÁS I. (1999): Wurzelstalagmiten in einer Kalksteinhöhle aus Ungarn – Root Stalagmites in a Limestone Cave from Hungary. Nachrichtenbrief – Newsletter. Commission for Pseudokarst at the International Union of Speleology. Isztimér, Hungary, 4: 5–7. HROMAS J. (ed.) a kol. (2009): Jeskyně. In MACKOVČIN P., SEDLÁČEK M. (eds.): Chráněná území ČR, svazek XIV. AOPK ČR a EkoCentrum Brno, Praha, 608 pp. JENÍK J. (1985): Stalagmitické kořání v jeskyních. Vesmír, 64, 6: 375. Praha. JENÍK J. (1998): Kořenové útvary v pseudokrasových jeskyních. In: CÍLEK V., KOPECKÝ J. (ed.): Pískovcový fenomén: klima, život a reliéf. Knihovna ČSS 23: 61–68. JENÍK J. (1999): Jeskynní kořenové tvary: návrh terminologie. Vorschlag einer Terminologie für die Höhlenwurzelformen. Proposal of terminology for the cave root structures. Pseudokrasový sborník 1, sv. 1. Knihovna ČSS, sv. 35: 60. Praha. 60


JENÍK J., KOPECKÝ J. (1988): Erforschung und Dokumentation der Wurzelstalagmiten. Sborník 3. sympozia o pseudokrasu, Königstein, 35. KÖSTLER J. N., BRÜCKNER E., BIEBELRIETHER H. (1968): Die Wurzeln der Waldbäume. Untersuchungen zur Morphologie der Waldbäume in Mitteleuropa. Verlag Paul Parey, Hamburg und Berlin, 284 pp. KUKAL Z. (2004): Předmluva. In: ŠALANSKÝ K.: Neovulkanity České republiky a jejich geofyzikální projevy. Práce České geologické služby, 17: 7–10. KUNSKÝ J. (1950): Kras a jeskyně. Přírodovědecké nakladatelství, Praha, 163 pp. LARS-GUNNAR J. (1996): Storfynd 9 km från Sergels Torg! Grottan 3/1996, 4–9. Stockholm. MERKEL C. (1826): Biela oder Beschreibung der westlichen sächsisch-böhmischen Schweitz. Ein Taschenbuch für Freunde der schönen Natur. Bischofswerda, Selbstverlag, 93 pp. MLEJNEK R. (1999): Nález kořenových útvarů v Nyáryho jeskyni (CHKO Cerová vrchovina). In: KOLEKTIV: Pseudokrasový sborník 1, Knihovna ČSS 35: 68–70. Praha. MLEJNEK R. (2008a): Typy kořenových útvarů v jeskyních České republiky. Živa, 61/2: 60–62. MLEJNEK R. (2008b): Biospeleologický výzkum. In: HROMAS J. a kol.: Zpřístupněné jeskyně 2007. Ročenka Správy jeskyní České republiky. SJ ČR Průhonice, 128 pp. MÜLLER H. (1998): Kořenové stalagmity – biogenní struktury v jeskyních pískovcového pseudokrasu. In: CÍLEK V., KOPECKÝ J. (ed.): Pískovcový fenomén: klima, život a reliéf. Knihovna ČSS 23, 83–101. OPPENHEIMER, H. R (1941): Root cushions, root stalagmites and similar structures. Palestine Journal of Botany, Rehovot Series, 4: 11–19. PANOŠ V. (2001): Karsologická a speleologická terminologie. Vydavateĺstvo Knižné centrum, Žilina, 352 pp. PAVUZA R., MAYER A. (2007): Der erste Nachweis von Wurzelstalagmiten in einer Österreichischen Höhle – First Evidence of Root Stalagmites in an Austrian Cave. Nachrichtenbrief – Newsletter. Commission for Pseudokarst at the International Union of Speleology. Isztimér, Hungary, 16: 3–4. POKORNÝ R., POKORNÁ K. (2007): Jeskyně skřítků – objekt zaniklý, ztracený či existující? Speleo, Česká speleologická společnost Praha, 47: 40–44. POKORNÝ R., HOLEC M. (2009): Jeskyně Ústeckého kraje. Nakladatelství XYZ s.r.o., Praha, 276 pp. RAU R. (1964): Ein Säulenfeld aus Moos. Natur und Museum, 94/11, 435–437. Frankfurt a. M. SUTTON R. F., TINUS R. W. (1983): Root and Root System Terminology. Supplement to Forrest Science, 29/4, 137 pp.

61


VÍTEK J. (1980a): Die Wurzelstalagmiten auch in Sandsteinhöhlen Böhmens. Der Höhlenforscher, 12/1: 12. Dresden. VÍTEK J. (1980b): „Kořenové stalagmity“ v pískovcových jeskyních. Živa, 28/3: 94. Praha. VÍTEK J. (1987): Pseudokrasové tvary v pískovcích Klokočských skal. Československý kras, 38: 71–85. Praha. VÍTEK J. (2010): [Univerzita Hradec Králové, Pedagogická fakulta, Rokitanského 62, 500 03 Hradec Králové 3] Emailové sdělení ze dne 24. 2. 2010. WINKELHÖFER R. (1975): Stalagmitenförmige Wurzelbildungen in Sandsteinhöhlen. Der Höhlenforscher, 7/2: 25–26. Dresden. WINKELHÖFER R. (1992): Die Bellohöhle im Pfaffenstein, Sächsische Schweiz. Der Höhlenforscher, 24/2:25–30. Dresden. ZYZAŃSKA H., ZYZAŃSKI H. (2006): The caves in the Góry Stołowe Mts., Poland. In: URBAN J. (ed.): Proceedings of the 9th Symposium on Pseudokarst, Bartkowa, Beskidy Mts. 24–26. 05. 2006, 97.

Eine Tour nach der Zwergenhöhle am Falkenberge. Tetschen-Bodenbacher Zeitung, 43/1. června 1881: 3.

62


Legenda k Obr. 3: 3.1 – kořenové stalagmity č. 3 (v pozadí) a č. 4 (v popředí); 3.2 – detail stalagmitu č. 4 (výška 7 cm); 3.3 – iniciální stadia stalagmitů č. 7 (vpravo) a č. 8 (vlevo); 3.4 – malý soliterní stalagmit č. 10 (výška 1 cm); 3.5 – celkový pohled na stalagmit č. 11 (výška 9 cm); 3.6 – kořenový polštář s rozlišitelnými stalagmity č. 15 – 17, zcela vpravo se nachází stalagmit č. 14; 3.7 – kořenová výplň pukliny v tefritové hornině; 3.8 – celkový pohled na subhorizontální skalní plošinu s výskytem 17 kořenových stalagmitů 63


Distribution of wireworms of click beetles (Coleoptera, Elateridae) IN THE SOIL OF FOREST ECOSYSTEMS OF THE Kienhaida NATURE RESERVE (Ore Mountain) Zastoupení drátovců Kovaříkovitých (Coleoptera, Elateridae) v půdě lesních ekosystémů PŘÍRODNÍ rezervace Kienhaida (Krušné hory) *

Emanuel Kula, Petr Švarc

Faculty of Forestry and Wood Technology, Mendel University in Brno, Zemědělská 3, 61300 Brno, Czech Republic, [email protected], [email protected], * corresponding author

Abstract In the soil of forest stands of the Bučina na Kienhaide Natural Reserve (Ore Mountains, Czech Republic), 21 species of wireworms (Elateridae) were caught with the eudominant position of carnivorous and saprophagous Athous subfuscus (71.09%) and carnivorous Dalopius marginatus (14.53%). Beech and spruce stands are characterized by low diversity and increased abundance. Mounds of soil showed the highest species diversity (1.87) and the lowest abundance (24 pcs.m-2) of the wireworms of elaterids. Sites between mounds are characterized by low abundance and average diversity of elaterids. Through pushing the mounds aside the abundance did not change because A. subfuscus responded positively. Ctenicera cuprea remained without response but species diversity markedly decreased (0.98). The highest abundance of wireworms (59.33 pcs.m-2) was at a site with soil preparation using an excavator. The degree of weed infestation showed a decisive effect on the density and species diversity of larvae of Elateridae Abstrakt V půdě lesních porostů Přírodní rezervace Bučina na Kienhaidě (Krušné hory, ČR) a přilehlých antropogenně narušených porostů bylo zachyceno 21 druhů drátovců (larev) kovaříkovitých s eudominantním postavením karnivorního a saprofágního Athous subfuscus (71,09 %) a karnivorního Dalopius marginatus (14,53 %). Bukové a smrkové porosty rezervace se vyznačují nízkou diverzitou a zvýšenou abundancí. Buldozerové valy vně rezervace měly nejvyšší druhovou diverzitu (1,87) a nízkou úhrnnou abundanci (24 ks.m-2) drátovců kovaříkovitých. Stanoviště mezi valy charakterizuje nízká abundance a průměrná diverzita kovaříkovitých. Rozhrnutím valů se nezměnila jejich abundance, protože pozitivně reagoval A. subfuscus, bez reakce zůstala C. cuprea, ale poklesla výrazně druhová diverzita (0,98). Nejvyšší abundance drátovců (59,33 ks.m-2) byla na stanovišti s bagrovou přípravou. Rozhodující vliv na densitu a druhovou diverzitu larev kovaříkovitých měl stupeň zabuřenění. Key words: wireworms of click beetles, Elateridae, forest ecosystems, Bučina Nature Reserve Kienhaida, Ore Mountains Klíčová slova: drátovci, Elateridae, lesní ekosystémy, Přírodní rezervace Bučina na Kienhaidě, Krušné hory 64


Introduction Wireworms, the larvae of click beetles (Coleoptera, Elateridae), are abundant soil-dwelling insects playing an important role as pests in forest tree nurseries and forest ecosystems because they attack roots of tree seedlings and plants and, probably, they can accept also other plants of a herb layer. They participate in the decomposition of forest soil, too. The species are long-lived soil insects, most species spend 3–5(6) years in the larval stage before pupating. Thus, the cumulated reserve of wireworms is created in the forest soil enviroment (Miller 1956, Dobrovolsky 1970, Strey 1972, Schwenke 1974, Nielsen 1974, 1975, Tóth 1984a, 1984b, Schauermann 1986, Hemerik, de Fluiter 1999). The most important pest species in forest ecosystems are those belonging to the genus Dolopius [D. marginatus (L.)], Athous [A. subfuscus (O.F. Műll.), A. haemorrhoidalis (Fabr.)], Agriotes [A. aterrimus (L.), A. lineatus (L.)], Agrypnus [A. murinus (L.)], Selatosomus [S. aeneus (L.)] (Pfeffer 1954). At localities with the gradation of sawflies, the population density of A. subfuscus (10–70 pcs.m-2) (Ohnesorge 1957) increased and at the gradation of Cephalcia abietis (L.), 40 wireworms/m2 were determined with the dominant proportion of carnivorous D. marginatus (Křístek 1967). The Kienhaida Nature Reserve (NR) (Smejkal 2000) includes beech and spruce stands, which remained preserved in spite of the long-term effect of air pollution. The surroundings of NR Kienhaida, where spruce stands have died, are affected by technologies of the preparation of clear-cut areas induced by air pollution for reforestation (site/soil preparation using bulldozers or excavators) and by the origin of stands of substitute species (Kubelka et al. 1992, Šach 1995). The fauna of larvae of elaterids from the air-polluted area of stands of substitute species at Forest District Klášterec is described by Kula (2010), who mentions also its structure in birch stands affected by liming (Kula 2009). Švarc and Kula (2010) studied the coenosis of earthworms (Lumbricidae) of the Kienhaida NR and sites in its surroundings. What communities of larvae of elaterids are created in beech and spruce stands affected by air pollution stress in the Kienhaida NR for a long time?

Material and Methods Description of localities The Kienhaida Nature Reserve (NR) (50°35’18” N, 13°15’54” E) is situated in the Ore Mts. near the village of Načetín (50°34´27´´ N, 13°17´20´´ E) at an altitude of 780–820 m. It consists of indigenous well regenerating beech stands, which remained preserved during the period of air pollution disaster. Site conditions are specified by a mean annual temperature of 5.2°C and the long-term total precipitation of 917 mm.year-1. The occurrence of episodes of drought does not exceed 10% days of year and the growing season takes 120–140 days (Smejkal 2000). In the neighbourhood of the Kienhaida reserve, spruce stands died being replaced by stands of larch Larix decidua Mill., birch Betula pendula Roth and blue spruce Picea pungens (Engelm.). At the establishment of the stands, bulldozer and excavation site preparation was used. In the studied area, 30 check plots were selected (Tab. 1). At localities with mounds, sampling was carried out in the area between particular piled up mounds and right on the mounds of piled organic material. With the exception of closed beech stands of the reserve particular sites are differently weed infested (Calamagrostis sp., Carex sp. etc.) (Tab. 1).

65


Sampling procedure and determination Tab. 1. Characteristics of stands in the Kienhaida NR and in its surroundings with the differentiated preparation of soil N-localities

Age

Altitude m a.s.l.

Soil pits

Forest weed %

Fagus sylvatica L.

5

148

800–820

Without

BK

in stand

0

Picea abies (L.) Karst.

1

61

810


1

78

780

Without

SM

in stand

0

Without

SM

in stand

40


3

120

770–780

Without

SM

in stand

40

Betula pendula Roth

2

30

740–780

B

in stand

100

Larix decidua Mill.

2

22

780–800

B

in stand

50

Picea pungens Engelm.

2

19

740

B

in stand

100

Betula pendula Roth

2

0

800

VR

open area

100

Larix decidua Mill.

2

0

800

VR

open area

100


1

0

800

VR

open area

100

Betula pendula Roth

3

25

780–800

Site of mound

in stand

100

MV

in stand

Site of mound

in stand

MV

in stand

Site of mound

in stand

Tree species

Larix decidua Mill.


3

3

20

19

790–810

780–810

Soil preparation

Mounds

Mounds

Mounds

MV

50

100

in stand

Soil preparation: B – site preparation using an excavator V – mounds created from the soil of Ah horizon MV – area between mounds VR – mounds spread to the area between mounds BK – preserved stands of Fagus sylvatica SM – preserved stands of Picea abies

For the extraction of wireworms from soil samples Tullgren apparatus was used (Novák et al. 1969) revised by Tuf and Tvardík (2005) and modified by Kula (2009). The soil sample was cut out by a spade as a compact block 25×25 cm to a depth of 10–15 cm, sampled in a line, viz. 4 samples per a locality in the spring (May) aspect and in the same extent in the late autumn aspect (September). Each of the samples (in total 240) was separately placed into a PE bag, described and transported for extraction on tullgrens. The extraction began under laboratory conditions as late as within 72 hours after field sampling. The exposition time of extraction in tullgrens was 21 days, killing medium 0.5% formaldehyde and caught wireworms were preserved in 75% ethanol. Wireworms of Elateridae were determined by Mgr. Stanislav Laibner from Choceň. Determination according to the keys (Dolin 1978, Tarnawski 2000), nomenlatura according to Tarnawski (2000).

Processing values The method of tullgrens made possible to express each of the localities by abundance (pcs. m-2) and after drying, also the biomass of earthworms without a correction for the content 66


of bowels (g.m-2). The dominance and structural characters of the community of wireworms (diversity, equitability) were calculated according to Losos et al. (1984). Results were processed in the STATISTICA 8 (StatSoft 2007) program. To evaluate a database, nonparametric ANOVA (Mann-Whitney and Kruskal-Wallis test) was used. With respect to the considerable variance and occurrence of distant and extreme data Box-Cox transformation modifying mean values and standard deviation was used. From the point of view of the realistic interpretation of results, an output obtained by Cluster Analyses with the total connection and Euclidean distance was most suitable. Original data for every object eight samplings was used in the position of a mean abundance (pcs. m-2) for particular caught species. We tested the site disturbance influence on the wireworms community using the unimodal Canonical Correspondence Analysis (CCA) and testing the significance of ordinations by the Monte Carlo permutation test (with 999 permutations per analysis) in CANOCO package program for Windows 4.5 (ter Braak, Šmilauer 2002). The use of a linear method would not be suitable because data were too heterogeneous and correlation between variables was determined. The diagram was created by means of CanoDraw for Windows. Tab. 2: The dominance of species of the family Elateridae caught by the method of tullgrens (2009) Soil preparation1) Species

Abbr.

B

Nothodes parvulus

A_sja 0,56 A_lim 1,12 A_rach 0,56 A_obs 2,25 A_spu 0,56 A_cas 0,00 A_pur 0,00 A_hae 1,12 A_sub 73,60 A_zeb 2,25 C_pil 2,25 C_cup 0,56 C_pec 0,00 D_mar 12,36 D_lin 0,00 H_rip 1,12 I_pic 0,00 L_aen 1,69 L_pon 0,00 N_par 0,00

Selatosomus aeneus

S_aen

V

MV

VR

BK

SM Average

1,85

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

1,69

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,89

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,88

0,40 1,21 0,84 1,90 0,09 0,76 0,31 1,38 71,09 1,83 0,67 2,00 0,31 14,53 0,15 0,50 0,57 0,56 0,15 0,15

0,00

3,70

0,00

0,00

0,00

0,00

0,62

Abundance

59,33

24,00

26,22

23,20

44,80

45,60

36,55

Index of diversity

1,08

1,87

1,10

0,98

0,33

0,71

1,01

Actenicerus sjaelandicus Adrastus limbatus Adrastus rachifer Agriotes obscurus Agriotes sputator Anostirus castaneus Anostirus purpureus Athous haemorrhoidalis Athous subfuscus Athous zebei Cidnopus pilosus Ctenicera cuprea Ctenicera pectinicornis Dalopius marginatus Denticollis linaeris Hypnoidus riparius Idolus picipennis Limonius aeneoniger Limonius poneli

1,85

3,39

0,00

0,00

0,88

1,85

0,00

1,72

0,00

0,88

7,41

0,00

1,72

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

3,70

0,00

0,00

0,00

0,88

1,85

0,00

0,00

0,00

0,00

1,85

0,00

0,00

2,68

2,63

40,74

64,41

68,97

93,75

85,09

1,85

3,39

1,72

0,89

0,88

0,00

0,00

0,00

0,00

1,75

3,70

3,39

3,45

0,00

0,88

1,85

0,00

0,00

0,00

0,00

25,93

22,03

20,69

0,89

5,26

0,00

0,00

0,00

0,89

0,00

1,85

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

1,69

1,72

0,00

0,00

1) See legend of Tab. 1

67


Results In the soil of forest stands in the Kienhaida NR, the relatively wide spectrum (21) of wireworms of click beetles was noted with the eudominant position of carnivorous and saprophagous A. subfuscus (71.09%) and carnivorous D. marginatus (14.53%). With the exception of three recedent species, other species were classified as subrecedent (Tab. 2). The mean abundance of wireworms reached 36.55 pcs.m-2. A beech stand creating the kernel of NR Kienhaida is characterized by the poorest community (6 species, diversity 0.33) as well as sites between mounds and areas with soil pushed aside from original mounds (7 species, diversity 0.98–1.1). The mounds are characterized by the highest species diversity (1.87) where, however, 14 caught species showed the lowest total abundance (24 pcs.m-2). The same abundance (23.2 pcs.m-2) is demonstrated by areas after pushing the soil of mounds aside. However, the fall in species diversity to 0.98 (7 species) occurs there. The highest abundance (59.33 pcs.m-2) and mean species diversity (1.08) characterizes stands where only “excavator” site preparation was used in the past. Spruce stands show the same abundance as beech stands but the species spectrum is richer (10) as well as the species diversity (Tab. 2). A. subfuscus was characteristic of sites with beech and spruce stands of the Kienhaida NR and sites with “excavator” preparation as compared with mounds and inter-mound areas where its decline was balanced by the increased proportion of D. marginatus (Fig. 1). From the point of view of site conditions, the coenosis of larvae of click beetles is profiled in mounds as compared to inter-mound localities where weed infestation is a decisive factor. In stands with the limited growth of forest weed, decreased diversity was found but relatively high abundance of wireworms (Fig. 2).

Fig. 1: Hierarchical cluster analysis of fauna of wireworms of Elateridae in study plots in 2009. Legends: see Tables 1.

68


Fig. 2. Canonical Correspondence Analysis (CCA) for the coenosis of wireworms of Elateridae depending on the site disturbance type (method of tullgrens). Legends: see Tables 1 and 2.

Discussion The low species diversity of wireworms of Elateridae ranks beech and spruce stands among poor communities, which is proved by findings that under these site conditions the coenosis of earthworms (Lumbricidae) showed also low diversity and abundance (Švarc, Kula 2010). The average diversity of earthworms corresponds to the highest diversity of click beetles in mounds. Nevertheless, fundamental differences became evident in the high abundance of earthworms in mounds (Švarc, Kula 2010) where the proportion of wireworms decreased. The density and quality of the herb layer of reforested clear-cut areas after an air-pollution disaster contributed to the marked diversity and abundance of Lumbricidae (Švarc, Kula 2010) whereas at larvae of Elateridae only to increased diversity. The decline of wireworms 69


in open areas and in the area of mounds can be related to the lower stability of soil conditions. Lefko et al. (1998) consider soil moisture above 17% to be critical for wireworms. In fallows of initially agricultural land the coenosis of larvae of Elateridae was profiled in favour of Agriotes obscurus (L.) accompanied by D. marginatus, Hemicrepidius (Athous) niger (L.) and A. subfuscus (Jedlička, Frouz 2007). The fauna of Elateridae in mounds appeared to be closest to the conditions. A. obscurus was noted as dominant there but a markedly higher proportion showed D. marginatus and also A. subfuscus in spite of its decline. Through pushing the mounds aside the abundance of wireworms was not changed because A. subfuscus responded positively whereas eight species were not already noted after this treatment. Nevertheless, Ctenicera cuprea (Fabr.), which generally tolerated open sites, was irresponsive. The species spectrum of Elateridae (24) in the soil of birch stands (localities Buttersteig, Loučná, Forest District Litvínov) differed by eight species being unambiguously profiled by A. subfuscus (87.73%), D. marginatus being only a recedent species (Kula 2009). It is not possible to exclude that this species prefers released sites and lower soil pH (Kula 2010). In the studied pollution-damaged area affected by revitalization liming (Forest District Klášterec), the occurrence was proved of only 17 species in forest stands. However, profiling the coenoses of larvae of click beetles was close to sites of open localities of the Kienhaida NR [A. subfuscus 53.7%, D. marginatus 20.14% and Hypnoidus riparius (Fabr.) 6.42%] (Kula 2010).

Conclusions In the soil of forest stands of the Kienhaida Nature Reserve (Ore Mountains), 24 species were caught of wireworms (Elateridae) with the eudominant position of carnivorous and saprophagous Athous subfuscus (71.09%) and carnivorous Dalopius marginatus (14.53%). Beech and spruce stands are characterized by low diversity and increased abundance. Mounds of soil showed the highest species diversity (1.87) and the lowest abundance (24 pcs.m-2) of the wireworms of elaters. Sites between mounds are characterized by low abundance and average diversity of elaters. Pushing the mounds aside the abundance did not change because A. subfuscus responded positively. Ctenicera cuprea remained without response but species diversity markedly decreased (0.98). The highest abundance of wireworms (59.33 pcs.m-2) was at a site with soil preparation using an excavator.

Acknowledgments This work was carried out under projects funded by the grant IGA LDF Mendelu and grant project VZ MSM 6215648902.

References Dobrovolsky B.V. (1970) Biological grounds for plant protection against wireworms in the USSR. Pedobiologia, 10: 26–44. Dolin V.G. (1978) Opredelitel ličinok žukov-šelkunov fauny SSSR. Kiev „Urožaj“, 124 s.

70


Hemerik L., de Fluiter R. (1999) No preference of the wireworm, Agriotes lineatus (L.), for four grass species. Proceedings of the Section Experimental and Applied Entomology of the N.E.V. Amsterdam, 10: 175–181. Jedlička P., Frouz J. (2007) Population dynamics of wireworms (Coleoptera, Elateridae) in arable land after abandonment. Biologia Bratislava, 62: 103–111. Kubelka L., Karásek A., Rybář V., Badalík V., Slodičák M. (1992) Obnova lesa v imisemi poškozené oblasti severovýchodního Krušnohoří. MZe ČR, Praha, 133 str. Křístek J. (1967) Beitrag zum Studium der Prädation von Afterraupen der Fichtengespinstblattwespe (Cephaleia abietis L.) durch die Schnellkäfer. Sb. 4. ved. konf. VÚLH Zvolen, XIII: 1–14. Kula E. (2009) Půdní a epigeická fauna stanovišť ovlivněných vápněním a její dynamika. Hradec Králové, Grantová služba Lesy ČR s.p., 438 str. Kula E. (2010) Revitalization liming and the response of soil fauna. Acta univ. Mendel. Brun., 58 (4): 149–158. Lefko S., Pedigo A., Larry P., Batchelor W.D., Rice M. E. (1998) Spatial modeling of preferred wireworm (Coleoptera: Elateridae) habitat. Environ. Ent., 27: 184– 190. Losos B., Gulička J., Lellák J., Pelikán J. (1984): Ekologie živočichů. SPN Praha, 320 str. Miller F. (1956) Zemědělská entomologie. ČSAV, Praha, 219 str. Nielsen B.O. (1974) The phenology of beech canopy insects in Denmark. Vid. Meddr. Dansk Naturh. Foren., 137: 95–124. Nielsen B.O. (1975) The species composition and community structure of the beech canopy fauna in Denmark. Vid. Meddr. Dansk Naturh. Foren., 138: 137–170. Novák K. (1969) Metody sběru a preparace hmyzu. Academia, Praha, 243 str. Ohnesorge B. (1957) Untersuchungen űber die Populationsdynamik der Kleinen Fichtenblattwespe, Pristiphora abietina (Christ.) (Hym., Tenthr.). I. Teil. Fertilität und Mortalität. Zeischr. angw. Ent., 40: 443–493. Pfeffer A. (1954) Lesnická zoologie II., SZN, Praha, 622 str. Schauermann J. (1986) Die Tierwelt, ihre Nahrungsbeziehnungen und ihre Rolle, s. 179–266. In: Ellenberg H., Mayer R., Schauermann J. (eds.): Ökosystemforschung, Ergebnisse des Solling-Projektes. Ulmer, Stuttgart, 507 s. Schwenke W. (1974) Die Forstschädlinge Europas. Verlag Paul Parey, Hamburg, 500 s. Smejkal J. (2000) Plán péče v navržené přírodní rezervaci „Bučina na Kienhaidě“. ÚHÚL Jablonec, 3 str. StatSoft CR s. r.o. (2007) STATISTICA Cz (softwarový systém pro analýzu dat), verze 8.0. www.statsoft.cz. Strey G. (1972) Ökoenergetische Untersuchungen an Athous subfuscus Müll. und Athous vittatus Fabr. (Elateridae, Coleoptera) in Buchenwäldern. Dissertation, Göttingen, 135 s. 71


Šach F. (1995) Mechanická příprava ploch pro obnovu lesa v Krušných horách a eroze půdy. Práce VÚLHM, 80: 65–80. Švarc P., Kula E. (in print) Coenoses of earthworms (Lumbricidae) of forest ecosystems in the anthropogenically disturbed area of the eastern Ore Mountains. J. For. Sci. (in print) Tarnawski D. (2000) Elateridae – Spręźkowate Część I (Insecta: Coleoptera). Polskie towarzystwo entomologiczne Warszawa, 411 s. ter Braak C.J.F., Šmilauer P. (2002) Canoco Reference Manual and CanoDraw for Windows User’s Guide: Software for Canonical Community Ordination (version 4.5). Ithaca, NY: Microcomputer Power, 500. Tóth Z. (1984a) Click beetles (Elateridae) in the soils of Central Europe–their distribution and description. Part I. (Gen.: Agriotes). Acta Phytopathol. Hun., 19: 13–29. Tóth Z. (1984b) Click beetles (Elateridae) in the soils of Central Europe–Their distribution and description. Part II. (Gen: Melanotus, Adrastus, Selatosomus, Athous, Lacon, Limonius, Synaptus, Cardiophorus). Acta Phytopathol. Hun., 19: 327–345. Tuf I. H., Tvardík D. (2005) Heat- extraktor- indispensable tool for soil zoological studies, str. 191–194. In: Tajovský K., Schlaghamerský J., Pižl V. (eds.). Contribution to Soil zoology in Central Europe I, Č. Budějovice 14.-16.4.2003, ISB AVČR, Č. Budějovice.

72


Geomorfologický informační systém a možnosti jeho environmentálních aplikací Geomorphologic information system and its environmental applications J. Pacina (1), K. Jedlička (2), J. Minár (3),(4) Univerzita J. E. Purkyně v Ústí nad Labem, Fakulta životního prostředí, Katedra informatiky a geoinformatiky, [email protected] (2) ZČU v Plzni, Fakulta aplikovaných věd, Katedra matematiky, [email protected] (3) UK v Bratislavě, Prírodovedecká fakulta, Katedra fyzickej geografie a geoekologie, [email protected] (4) Ostravská Univerzita v Ostravě, Fakulta Přírodovědecká fakulta, Katedra fyzické geografie a geoekologie (1)

Abstrakt Geomorfologický informační systém (GmIS) je speciální typ geografického informačního systému zaměřeného na sběr, správu a analyzování geomorfologických informací. GmIS je výborný nástroj na provádění geomorfologických analýz. V našich podmínkách je GmIS vytvářen ve spolupráci Katedry fyzické geografie a geoekologie Fakulty přírodovědecké Univerzity Komenského v Bratislavě, dále Katedry matematiky – oddělení geomatiky – Fakulty aplikovaných věd Západočeské univerzity v Plzni a Katedry informatiky a geoinformatiky Fakulty životního prostředí Univerzity J. E. Purkyně v Ústí nad Labem. Koncepce, fyzický model databáze, možnosti geomorfologických analýz, automatizace procesů a možnosti využití GmIS byly již popsány dříve. Zde jsou přiblíženy pouze základní funkce GmIS. Článek však poukazuje na aplikabilitu GmIS také mimo oblast geomorfologie, protože na GmIS můžeme nahlížet nejen jako na nástroj geomorfologického výzkumu, ale i jako na nástroj hodnocení užitkových vlastností krajiny – krajinných potenciálů, přírodních hrozeb, hazardů a rizik. Elementarizace georeliéfu částečně automatizovaná v rámci tohoto projektu představuje nejoriginálnejší segment GmIS a má podstatný význam při geoekologickém výzkumu a mapování a následném stanovování přírodních hrozeb, rizik, potenciálů a dalších užitkových vlastností krajiny. Abstract Geomorphologic Information System (GmIS) is a special type of Geographic Information System focused on collecting, managing and analyzing geomorphologic information. GmIS is an excellent tool for geomorphologic analysis. In our conditions is GmIS developed in the cooperation of Faculty of Natural Sciences of Comenius University in Bratislava (Slovakia), Faculty of applied sciences of University of West Bohemina in Pilsen (Czech Republic) and Faculty of the environment of J. E. Purkyně University in Ústí nad Labem (Czech Republic). The conception, database physical model, possibilities of geomorphologic analysis, the process automatization and possible use of GmIS was described in papers earlier. In this article are introduces on the basic functions of GmIS. This paper is pointing to the applicability of GmIS out of the geomorphologic field because we may see the GmIS not only as a tool for geomorphologic research, but as well as a tool for evaluating the landscape usage – landscape potentials, natural risks and hazards. Elementarization of the georelief partially automated in this project is one of the most original segments of GmIS and its role by the geoecologic research and mapping and ongoing determination of natural risks, hazards, potentials and other usage of the landscape. 73


Klíčová slova: GmIS, elementarizace, elementární formy, přírodní rizika, geoekologický výzkum. Key words: GmIS, elementarization, elementary forms, natural risks, geoecologic research

1. Historie GmIS Geomorfologický informační systém (GmIS) je speciální typ geografického informačního systému zaměřeného na sběr, správu a analyzování geomorfických informací. GmIS je výborný nástroj na provádění geomorfologických analýz. [13] Myšlenka vytvoření autonomního GmIS se vynořila zřejmě poprvé v 80. letech minulého století v Německu [1, 3], později se však podobné koncepty často nezávisle na sobě utvářely v různých regionech [6, 13, 21, 24]. Při tvorbě Digitalen Geomorphologischen Basiskarte (DGmBK) vycházeli Barsch a Dikau [1] z předpokladu, že budují všeobecnou a flexibilní strukturu, která se bude modulárně vyvíjet podle potřeb IS, jenž bude zpracovávat prostorová data1. Tento přístup nabízí cestu k vytvoření GmIS, který svými aplikacemi zasahuje do mnoha odvětví přírodních věd, v nichž je potřeba zpracovávat reliéfní data. Barsch a Dikau v [1] poukazují na to, že struktura a obsah DGmBK tvoří základní předpoklady pro definování geomorfologických typů a geo-objektů, které musí být definovány s ohledem na sémantické datové modelování. V [1] jsou popsány základní funkce GmIS – což je ukládání a správa dat, výběr (selekce) dat a příprava dat pro libovolnou další aplikaci. Koncepce digitální geomorfologické mapy (DGmBK) je výsledkem mnoholeté práce s tím, že Geomorphologische Karte der Bundesrepublik Deutschland je vytvořena právě dle tohoto konceptu.

1.1 GmIS vyvíjený v česko-slovenské spolupráci V našich podmínkách je GmIS v současnosti vytvářen ve spolupráci Katedry fyzické geografie a geoekologie Fakulty přírodovědecké Univerzity Komenského v Bratislavě, Katedry matematiky – oddělení geomatiky Fakulty aplikovaných věd a Katedry geografie, Fakulty pedagogické Západočeské univerzity v Plzni a dále Katedry informatiky a geoinformatiky Fakulty životního prostředí Univerzity J. E. Purkyně v Ústí nad Labem. GmIS je zde chápán jako specifický GIS určený pro sběr, správu a generování geomorfologických údajů o oblasti a jejich vizualizaci, verifikaci a aktualizaci. Vychází z domácích i zahraničních zkušeností budování velkoměřítkových informačních systémů o georeliéfu s důrazem na realizační předpoklady tvorby GmIS v SR a ČR. Koncepce staví na vrstvové struktuře geodatabáze a funkčních vztahů, které odrážejí strukturu (postup) komplexního geomorfologického výzkumu a mapování. [13] Tato česko-slovenská koncepce GmIS je předmětem následující analýzy.

2. Datová báze GmIS V GmIS rozlišujeme dle [18] datové sady na vrstvy převzaté, základní geomorfologické vrstvy, a speciální vrstvy.

1 Prostorová data – data obsahující prostorové určení (geometrii) a prostorové vztahy (topologii) objektu (prvku).

74


2.1 Převzaté vrstvy Do datové sady převzatých vrstev jsou importovány datové vrstvy z existujících datových zdrojů (většinou základních bází geodat) vytvořených původně za jiným účelem, ovšem obsahujících geomorfologicky důležité informace. Nejčastěji se jedná se o následující datové zdroje: Topografická mapa či topografická databáze2 (v měřítku 1 : 10 000 až 1 : 25 000) je nejčastějším základním podkladem geomorfologického mapování. Její výhodou je souvislé pokrytí celého státu či organizačního celku a tedy její dobrá plošná dostupnost. Pro účely geomorfologické databáze je nejčastěji z topografické mapy importována vrstva kót a vrstevnic, pro účely tvorby digitálního modelu reliéfu (DMR). Z topografické mapy je možno získat i další datové vrstvy, které jsou většinou následně verifikovány podle ortofotomapy. Pro hydrologické vrstvy (vodní toky, vodní plochy, prameny) může být zdrojem výše zmiňovaná topografická mapa, ale mohou být získány i ze specializované hydrologické mapy, pokud je k dispozici, nebo níže zmiňované ortofotomapy. I když často spíše než existující (často člověkem regulovaná) říční síť je pro účely dalších analýz konstruována hydrologická síť z DMR (více viz [9]). Letecké mapování probíhá ve střední Evropě od 40. let 20. století, takže již lze získat i (byť relativně krátkou) časově geografickou informaci o vývoji v oblasti. Ortofotomapa je tak častým zdrojem polohopisných dat. Lze z ní doplnit/zpřesnit vrstvy získané z výše zmiňovaných zdrojů, např. vrstvy informující o základním krajinném pokryvu či např. komunikační síť. Případně lze takové vrstvy z ortofotomapy přímo vytvořit, pokud nejsou k dispozici jiné datové zdroje, jako je např. mapa krajinného pokryvu (land cover) či mapa využití půdy (land use). Geologická data jsou velmi důležitá pro geomorfologický výzkum. Problém je, že jejich podrobnost závisí na stavu geologického průzkumu konkrétní oblasti, a celoplošná geologická mapa je často ještě méně podrobná než topografická mapa (pro oblast ČR a SR se jedná o měřítko 1 : 50 000). Z geologické mapy jsou nejčastěji přebírány informace o druhu hornin, geologických zlomech a dalších poruchách, údaje o parametrech vrstevních a puklinových ploch a umístění geologických vrtů. Dalším datovým zdrojem mohou být staré mapy, umožňující získávat přehled o vývoji území v historické epoše. Jejich geometrická a obsahová interpretace nicméně není triviální, vzhledem k jiným geodetickým a kartografickým základům, jež jsou používány v současné době (viz například [5] a [26]). Je třeba konstatovat, že informace obsažené v datové sadě převzatých vrstev jsou často zpřesňovány v průběhu terénního geomorfologického mapování, které je obvykle prováděno v podrobnějším měřítku, než jsou výše zmiňované podkladové vrstvy, a proto mohou být důležité i geodetické informace o výškovém a polohovém bodovém poli v zájmovém území nad rámec topografického podkladu existujících map. Detail struktury geomorfologické databáze je ukázaný na Obr. 1.

2 Vztahem topografické mapy a topografického modelu v geografické databázi se zabývá například [8]. Pro účely GmIS uvažujme, že opografická mapa je kartografickou vizualizací topograficky mapovaných dat uložených v geografické databázi.

75


Topography

Geology

Line feature class ContourLines

Point feature class BoreHoles

Point feature class ElevationSpots

Line feature class GeologicalFaults

Raster dataset Ortophoto

Line feature class LithologicalBoundaries

Hydrology Point feature class Springs

Polygon feature class TypesOfBedrocks

Others

Line feature class WaterNetwork

Polygon feature class LandCover

Polygon feature class WaterAreas

Polygon feature class LandUse

Obr. 1 Detail struktury geomorfologické databáze – převzaté vrstvy (zobrazení v ArcCatalog vlevo, logická struktura vpravo)

2.2 Základní geomorfologické vrstvy Datová sada základních (geomorfologických) vrstev obsahuje vrstvy tematicky zaměřené na geomorfologii (konkrétně na fundamentální geomorfologickou analýzu a výzkum). Lze říci, že jsou datovým jádrem GmIS. Zde uložené vrstvy jsou dvojího typu vrstvy odvozené od výše popsaných podkladových dat a vrstvy nově získané geomorfologickým mapováním. Lze rozlišit sedm základních vrstev (či skupin vrstev):

Digitální model reliéfu a z něj odvozené informace Rastr digitálního modelu reliéfu3 je základním vstupem do řady prostorových analýz a je klíčovým prvkem moderního geomorfologického výzkumu. Existuje řada způsobů výpočtu DMR z podkladových dat. Je možné jej získat výpočtem (interpolací/triangulací) z výškopisu topografické mapy či stále častěji i přímo od producenta dat. Z DMR jsou následně implementovanými algoritmy prostorových analýz odvozeny morfometrické charakteristiky, především bodové charakteristiky definované směrovými derivacemi (až do třetího řádu) nadmořské výšky. (Více v [21].).

Elementární formy georeliéfu Elementární formy jsou základním stavebním kamenem geomorfologické databáze a jejich vymezením začíná analytická práce v GmIS, jsou proto jádrem celého systému. Elementární forma je geometricky homogenní plocha, která má jednotnou genezi a předpoklady pro stejný průběh současných geomorfologických procesů, přičemž je ohraničena liniemi, na kterých je tato geometrická, genetická i dynamická homogenita narušena [15, 17]. Z výše uvedeného plyne, že reprezentace každé elementární formy musí být schopna nejen vyjádřit její tvar a nést atributy vztahující se k její ploše, ale zároveň musí obsahovat i informace vztahující se k jednotlivým segmentům její hranice. Například forma č. 2 na Obr. 2 musí znát i informace o hraničních liniích 1, 8, 7, 5, 4.

3 Geometrická pole je v prostředí ESRI geodatabase, ve kterém je ukládána i geomorfologická databáze, možno reprezentovat jako terén (terrain – datová struktura založená na principu nepravidelné trojúhelníkové sítě) nebo rastr (pravidelná čtvercová matice). GmDB využívá rastrové reprezentace povrchů.

76


Obr. 2 Užití duální (liniové~hraniční a plošné~areálové) reprezentace pro uložení elementárních forem

Povodí Povodí je přírodní hydro-geomorfologická jednotka reflektující prostorovou organizaci nejdůležitějších exogenních geomorfologických procesů. Jedná se o přirozenou segmentaci zemského povrchu rozdílnou od elementárních forem. Lze říci, že elementární formy dále segmentují jednotlivá povodí, ovšem lze nalézt i případy, kdy je elementární forma rozdělena rozvodnicí (hranicí povodí). Týká se to například polopovodí, kdy údolní elementární formu může rozdělit hranice toku.

Dokumentační materiály Informace ukládané v dokumentačních materiálech mohou být různého charakteru, nejčastěji se však vztahují k formám georeliéfu, geologickým odkryvům, povrchovým sondám, geomorfologickým profilům či projevům geomorfologických procesů. Jsou naplňovány hlavně v průběhu geomorfologického mapování, ale mohou být přidány i informace získané z existujících vrtů, jam či profilů. Jedná se o implementaci konceptu dokumentačních bodů popsaného v [6].

Morfodynamické jevy Současné geomorfologické procesy (morfodynamika) stále utvářejí a mění tvar georeliéfu a mnohdy mohou způsobovat velké škody v krajině. Jejich zakomponování do GmIS tak dává celému systému další rozměr – možnost (na základě analýzy a syntézy spravovaných údajů) informovat o potenciálních hazardech v krajině. Informace, ze kterých lze usuzovat na dynamiku procesů v krajině, jsou podchycovány terénním geomorfologickým mapováním a jsou ukládány v dokumentačních materiálech. Následně (s využitím elementárních forem a adaptovaných vrstev o horninách a krajinné pokrývce) mohou být zpracovány do formy areálové morfodynamické vrstvy – mapy.

Genetické skupiny forem Genetické skupiny forem obsahují vrstvy seskupující prostorově sousedící elementární formy georeliéfu do skupin na základě jejich společných morfogenetických vlastností.

Geomorfologická mřížka Geomorfologická mřížka je tvořena vizualizací významných liniových elementů georeliéfu (různé diskontinuity, jako údolnice, úpatnice, srázy atp.), které vytvářejí pravidelnou síť. Je budována především pro účely stanovení charakteristik morfotektonického pole zájmového 77


území (více viz [20]). Idea budování mřížky je založena na předpokladu, že diskontinuity v geologické stavbě se projeví i v reliéfu. Dobře vytvořená geomorfologická mřížka tak podává informaci o vazbě mezi geologickou stavbou a georeliéfem [12].

2.3 Speciální geomorfologické vrstvy Kromě fundamentálního geomorfologického výzkumu (v rámci něj vytvořené vrstvy jsou ukládány v datové sadě základních vrstev, popsáno výše), je možné prostřednictvím GmIS řešit i celou škálu dalších úkolů. Může se jednat například o vyhodnocování geomorfologických hazardů, zkoumání potenciálu krajiny pro různé aktivity (z hlediska vlastností georeliéfu), tvorbu tradiční (ve smyslu [6]) i komplexní geomorfologické mapy ([15]) či morfostrukturní analýzu. V datové sadě speciálních geomorfologických vrstev jsou tedy ukládány právě vrstvy vytvořené v průběhu dalších geomorfologických analýz, včetně různých environmentálně orientovaných analýz.

3. Algoritmy využívané v GmIS Doposud bylo v rámci GmIS testováno a implementováno několik algoritmů, které slouží ke kvalitní morfometrické analýze, vyhledání linií nespojitosti a k poloautomatickému vymezování elementárních forem georeliéfu.

3.1 Morfometrická analýza Výsledky morfometrické analýzy jsou určeny primárně k vyhledání linií nespojitosti a následnému vyčleňování elementárních forem georeliéfu. Jejich využití je však mnohem širší nejen v rámci GmIS a geomorfologických analýz, ale také např. u oblasti životního prostředí, kde v kombinaci s dalšími vstupními daty máme možnost získat zajímavé a kvalitní výstupy. Velkou výhodou GmIS je kvalitní odvození bodových morfometrických parametrů až do 3. řádu. Většina GIS poskytuje odvození morfometrických charakteristik pouze do druhého řádu, jelikož pro odvozené morfometrické charakteristiky 3. řádu je nutné aproximovat parciální derivace až do 3. řádu s odpovídající kvalitou. Pro potřeby GmIS byl tedy navrhnut a implementován numericky stabilní algoritmus, který vychází z obecného polynomu 3. řádu. Polynom se prokládá 5x5 okolím aktuálně počítané rastrové buňky a jeho koeficienty jsou aproximovány pomocí vážené metody nejmenších čtverců. Tento postup aproximace parciálních derivací, včetně navrhnutých vah, byl testován a porovnán s konvenčními metodami např. v [21], nebo [22].

3.2 Linie nespojitosti Vyhledání linií nespojitosti je prvním krokem k automatické segmentaci georeliéfu. Typy možných typů hran jsou ukázány na Obr. 4.

78


Obr. 3 Linie nespojitosti vymezené v povrchu změny gradientu (ag) ve směru spádnice

Obr. 4 Typy linií nespojitosti [17] Pro jejich vyhledání bylo vyvinuto a testováno několik algoritmů. Nejlepší výsledky dosahoval algoritmus využívající Canny hranový detektor, který patří do rodiny hranových detektorů využívaných pro zpracování digitálního obrazu. Aplikace Canny hranového detektoru je doprovázena použitím filtrů eliminujících šum v datech a prahování gradientu k eliminaci slabých hran. Výsledek vymezených segmentů hranic je na Obr. 3. Celý algoritmus Canny hranového detektoru je popsán např. v [7].

79


Obr. 5 Princip algoritmu využívající Canny hranový detektor V prvním kroku je na data aplikován Canny hranový detektor a výstupem jsou hrany, které odpovídají inflexním bodům ve vstupních datech. Dále jsou mezi těmito inflexními body vyhledána lokální minima a maxima (viz Obr. 5). Během tohoto výpočtu je jednoduché vypočítat kvalitu vymezené hrany, čehož je dále využíváno k eliminaci hran, které jsou výsledkem chyb ve vstupních datech, výpočetních chyb, nebo hran, které nejsou pro elementarizaci důležité. Z toho vyplývá, že ve výsledku získáme pro další použití pouze „silné“ a důležité hrany. Algoritmus byl testován na výškových datech – výsledné linie (nalezené lokální extrémy) tedy odpovídají údolnicím a hřbetnicím. Na Obr. 6 můžeme porovnat výsledek vymezování expertním způsobem a pomocí výše popsaného algoritmu.

Obr. 6 Porovnání vymezených údolnic a hřbetnic

3.3 Vymezování elementárních forem georeliéfu Jako základ pro vymezování elementárních forem georeliéfu slouží segmenty linií nespojitosti vymezených v polích odvozených morfometrických charakteristik. Uzavření areálů protoforem (dosud neurčených elementárních forem) je zatím prováděno expertním způsobem. Následně je nutné vymezené protoformy zařadit do tříd. Minár a Evans v [17] představili množinu ideálních geneticky a dynamicky dobře interpretovatelných geometrických forem, které jsou popsané pomocí funkčních vztahů. Koeficienty jednotlivých ideálních fo80


rem aproximujeme pomocí metody nejmenších čtverců a následně pro každou vymezenou protoformu vypočítáme příslušnost ke všem ideálním typům geometrických forem. Získáme tím nejen prostorovou strukturu ploch – elementárních forem, ale také podklad pro jejich genetickou a dynamickou interpretaci. Ukázka výpočtu ideální geometrické formy je na Obr. 7.

Obr. 7 Testovaná protoforma a její ideální aproximační plocha C3 (3. řád cirkulární plochy)

4. Využití GmIS v environmentálních aplikacích S ohledem k typům a obsahu výše popsaných převzatých, základních a speciálních geomorfologických vrstev se můžeme zamyslet nad aplikací GmIS nejen v oblasti geomorfologického výzkumu. Na GmIS se můžeme dívat také jako na nástroj pro hodnocení užitkových vlastností krajiny – krajinných potenciálů, přírodních hrozeb, hazardů a rizik. Pro hodnocení těchto vlastností krajiny se používá mnoho podkladových údajů, které jsou (mohou být) součástí jednotlivých vrstev GmIS (např. morfometrické charakteristiky, geologická, hydrologická či půdní data). Většina těchto dat však není striktně navázána jen na GmIS – mohou být běžnou součástí různých GIS-aplikací. Soustředíme se proto na nejvíce originální moduly budované v GmIS spojené především s vyčleňováním elementárních forem georeliéfu Elementarizace georeliéfu je velice důležitým prvkem mnoha geoekologických metodik typizace krajiny (např. [2], [4], [6]). Základní geoekologické jednotky jsou pak velmi vhodnou bází také pro prostorovou extrapolaci užitkových vlastností krajiny a budování systémově sjednoceného Geoekologického informačního systému [14]. Na bázi takovýchto jednotek jsou definovány i algoritmy hodnocení přírodních hrozeb v návaznosti na plánování a management krajiny v práci [19]. Algoritmy jsou použitelné primárně v oblastech, kde je důležité znát prostorové rozložení hrozby (rozdělení více či méně postižených oblastí) bez přesné kvantifikace. Tyto algoritmy tak mohou být užitečné při dokumentaci územního plánování nebo plánování intenzivního výzkumu přírodních hrozeb více sofistikovanými metodami. Algoritmy rovněž předpokládají i další specifické geomorfologické informace (geneze a aktuální dynamika elementárních forem). Utvořením patřičných specifických vrstev GmIS je tak možno utvořit specifický GIS – nástroj pro rychlé prostorové hodnocení následujícího souboru přírodních hrozeb [19]: 1. Hrozba zvýšené akumulace materiálu vyhodnocená na základě dynamiky povrchového transportu, výskytu akumulačních elementárních forem a specifických typů půd, vegetace a využití půdy. Tato hrozba je důležitá při plánování vodních nádrží, projektování komunikací a možnosti rozvoje zemědělství. 2. Hrozba zamokření je vyhodnocována na základě srážek, propustnosti a absorpční kapacity půdy, dynamiky půdního odtoku, vegetace a využití půdy. Vyhodnocení této hrozby je velmi důležité pro zemědělství a stavební průmysl. 81


3. Hrozba přízemních mrazů je vyhodnocována na základě dynamiky pohybu chladného vzduchu (odpovídající sklonu a dalším morfometrických charakteristikám elementárních forem), vegetace a využití půdy. Tato hrozba omezuje rozvoj zemědělství v dané oblasti. 4. Hrozba povodní je vyhodnocována na základě charakteru fluviálních forem, typu povodí a zaměřených průřezových profilů ve vybraných místech údolí. Hodnocení tohoto rizika je důležité pro hodnocení proveditelnosti staveb či využití pozemků na základě požadované N-leté ochrany proti povodním. 5. Hrozba urychlené půdní eroze počítaná na základě modelu USLE může mít v GmIS oporu jak v kvalitnějších morfometrických datech než poskytují pedologické databáze, tak i v definování přirozených prostorových jednotek/elementárních forem) pro výpočet. Hrozba je klíčová z hlediska možnosti vývoje zemědělství a definování ekostabilizačních opatření. 6. Hrozba stržové eroze je určována z charakterů podloží, typů elementárních forem, přítomnosti strží a charakteru (odolnosti) jednotlivých typů hornin. Tato hrozba určuje limity pro rozvoj zemědělství, lesního hospodářství i stavebnictví a je s ní také důležité počítat při možných blokacích lokálních komunikací. 7. Hrozba věterní eroze a polomů je vyhodnocována z digitálního modelu terénu, orientace a topografické polohy dané oblasti, větrných faktorů, vlastností půd a rozložení vysoké vegetace. Tuto hrozbu musíme zohlednit především při zemědělských a lesnických aktivitách. 8. Hrozba sesuvů půdy je určována na základě pevnostních parametrů hornin, délky, sklonu a pozice svahů s ohledem k destabilizačním faktorům a dále přítomnosti a charakteru deformací svahů. Porozumění tomuto problému je zvlášť důležité při konstrukci velkých projektů, speciálně těch, které jsou citlivé na stabilitu podloží, a také při plánování optimálních komunikačních spojnic. V rámci GmIS je k dispozici většina vrstev potřebných pro rychlé hodnocení uvedených hrozeb, které ovlivňují různé aspekty lidské činnosti i ekologickou stabilitu území. Vrstvy, které nejsou do GmIS doposud začleněny, mohou být snadno z dostupných dat dopočítány, popřípadě dodány z externích zdrojů. Po implementaci algoritmů představených v [19] bychom tedy mohli využít GmIS nejen pro geomorfologické analýzy. Vrstvy, které vzniknou právě za účelem elementarizace georeliéfu, můžeme dále použít nejen pro určování přírodních hrozeb, ale i dalších užitkových vlastností krajiny. Již jen přítomnost topografické mapy, hydrologické mapy, ortofoto snímků, mapy krajinného pokryvu a mapy využití půdy poskytuje dostatečnou datovou základnu k základním analýzám aplikovatelným v této oblasti. Může se jednat např. o analýzy výběru vhodné oblasti pro umístění různých typů průmyslových podniků, skládek, kompostáren, posuzování vlivů na životní prostředí už navržených aktivit či další využití v rámci krajinného a územního plánování. Specifickým přínosem GmIS může ve všech případech být prostorová databáze elementárních forem georeliéfu, kterou je možné podobně jako v případě hrozeb využít pro přirozenou prostorovou extrapolaci údajů o potenciálech, zranitelnosti, či únosnosti krajiny. Jako příklad je možné uvést hodnocení potenciálu pro zachování vzácných teplomilných společenstev na Devínské Kobyle (rezervace na území Bratislavy), v práci [23], kde byly použity elementární formy jako jedna ze základních vrstev definujících geotopy uvažované jako homogenní stanovištní prostorové jednotky. V GmIS máme kvalitní digitální model terénu spolu s odvozenými morfometrickými charakteristikami, díky čemuž máme možnost provádět další typy analýz. Digitální model terénu v kombinaci s vrstvou starých map, popřípadě ortofoto snímků, může sloužit ke kvalitní 82


vizualizaci aktuálně zpracovávaného území. GmIS je implementován na platformě ESRI – je tedy velmi snadné z daných dat připravit efektní vizualizaci ve 3D (modul ArcScene) spolu s průletem nad zpracovaným územím. S morfometrickými charakteristikami velmi úzce souvisí linie nespojitostí, které jsou vymezovány v rámci jejich datových polí. Tyto linie nespojitosti mohou sloužit k exaktnějšímu vyjádření digitálního modelu terénu (najdeme mezi nimi velmi důležité linie, jako např. údolnice, hřbetnice, úpatnice a příkopy), což je výhodné pro celou řadu analýz (v hydrologii, projektové analýze, či vojenství). S využitím linií nespojitosti je možné definovat a analyzovat geomorfologickou mřížku (uspořádaný systém morfolineamentů) jako odraz morfotektonického pole [20], které je významné z hlediska geotektonických rekonstrukcí a analýz, a tak v konečném důsledku i z hlediska hodnocení seizmického ohrožení.

5. Závěr Tento článek popisuje základní vlastnosti GmIS, včetně jeho datové báze a algoritmů, které byly implementovány za účelem geomorfologických analýz. Převzaté, základní a speciální geomorfologické vrstvy dostupné v rámci GmIS však umožňují mnohem širší využití GmIS nejen pro geomorfologické analýzy. Přímo z dostupných dat, popřípadě po doplnění několika datových vrstev a implementaci např. algoritmů představených v [19], můžeme GmIS využít pro vyhodnocování přírodních hrozeb a rizik, potenciálů a dalších užitkových vlastností krajiny ovlivňujících využití území, zemědělství, či výstavbu a plánování komunikací. Originální moduly GmIS, především vrstva elementárních forem a linií nespojitostí, které je vymezují, mohou být výrazným příspěvkem pro prostorovou extrapolaci dat o užitkových vlastnostech krajiny, ale i pro zkvalitnění digitálního modelu reliéfu a jeho derivací (morfometrické charakteristiky odvozované s velmi vysokou přesností až do třetího řádu) využívaných v různých oblastech (hydrologie, projektování, vojenství). GmIS můžeme tedy zhodnotit jako nástroj, který má oblast využitelnosti přesahující samotnou geomorfologii, pro níž je primárně budován. Vývoj GmIS v současnosti směřuje k servrovému řešení, kdy veškeré softwarové nástroje nutné pro geomorfologické analýzy budou instalovány na straně serveru a uživatel bude k jednotlivým funkcím přistupovat pomocí webového rozhraní (viz [10]).

Literatura: 1. BARSCH, D.: DIKAU, R.: Entwicklung einer Digitalen Geomorphologischen Basiskarte (DGmBK). Geo-Infomations-Systeme, 1989, roč. 2, č. 3, ISSN 0935-1523. 2. BARTKOWSKI, T.: Metody badaň geografii fizicznej. Paňstwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa – Poznaň, 543 pp. 1977. 3. BENNAT, H. & LEHMEIER, F.: Conception of a geomorphological information system (DARG). – Geol. Jb., A 104: 403–412; Hannover. 1988. 4. BERUČAŠVILI, N. L., ŽUČKOVA, V. K.: Metody kompleksnych fizikogeografičeskich issledovanij. Izdateľstvo Moskovskogo universiteta, Moskva, 319 pp. 1997. 5. ČADA, V.: Geodetické základy státních mapových děl 1. poloviny 19. století a lokalizace do S-JTSK. In Sborník konference Historické mapy. s. 35–47. ISBN 80968365-7-9. ISSN 1336-6262. Kartografická spoločnosť Slovenskej republiky a Geografický ústav SAV, Bratislava. 2005. 83


6. DEMEK, J., ed: Manual of detailed geomorphological mapping. Brno (Academia). 1972. 7. GREEN, B.: Canny Edge Detection Tutorial [online]. [cit. 2007-14-04]. URL: http://www.pages.drexel.edu/~weg22/can_tut.html 8. JEDLIČKA, K.; ČERBA, O.: The filling of selected layers of topographical database by generalization from geospatial databases of higher detail. In Proceedings from international symposium GIS... Ostrava. Ostrava : VŠB – TUO, s. 1–9. 2005. ISSN 1213-239X. 9. JEDLIČKA, K., SLÁDEK, J.: Automatization of the base surface delimitation – Case Study in Fatransko-Turčiansky region. Geomorfologický sborník 8. 2009. 10. JEDLIČKA, K., ŠILHAVÝ, J.: The way towards server solution of Geomorphologic Information System. Geomorfologický sborník 9. 2010. ISBN: 978-80-86561-32-5. 11. KUSENDOVÁ, D.: Creation of Environmental Maps in GIS Context – on The Basis of Complex Geomorphological Research. Acta Environmentalica Universitatis Comenianae, 4-5, 225–260. 1995. 12. MENTLÍK, P.: Geomorfologická analýza a tvorba GmIS pro okolí Prášilského jezera a jezera Laka na Šumavě (Česká republika). Disertační práce. Bratislava. Univerzita Komenského v Bratislave. 252 s. 2006. 13. MENTLÍK, P., JEDLIČKA, K., MINÁR, J., BARKA, I.: Geomorphological information system: physical model and options of geomorphological analysis. In Geografie. Roč. 111, č. 1. Praha : Česká geografická společnost, 2006, roč. 111, č.1, s.15–32. 14. Minár, J.: Detailed physical-geographical (geoecological) research and mapping in the landscape ecology. In: Ekológia (Bratislava), Vol. 22, Supplement 2/2003, p. 141–149. 2003. 15. MINÁR, J., KUSENDOVÁ, D.: Komplexná geomorfologická mapa ako súčasť GIS-u. Geographia Slovaca, 10, 157–162. 16. MINÁR, J. a kol.: Geoekologický (komplexný fyzickogeografický) výskum a mapovanie vo veľkých mierkach. Geografické spektrum 3, Geo-grafika, Bratislava, 209 s. 2001. 17. MINÁR, J., EVANS, I., S.: Theoretical basis of elementary landform segmentation in geomorphological mapping. Geomorphology, nr. 95, p. 236–259, 2008, ISSN: 0169555X. 18. MINÁR, J., MENTLÍK, P., JEDLIČKA, K., BARKA, I.: Geomorphological information system: idea and options for practical implementation. In Geografický časopis. 2005, roč.57, č.3, s.247 266, ISSN 0016-7193. 19. MINÁR, J., TREMBOŠ, P.: The Evaluation of Natural Hazards in Landscape Planning. Acta Environmentalica Universitatis Comenianae (Bratislava), Vols. 4-5. Bratislava: Univerzita Komenského, 1995. s.211 222.

84


20. Minár, J., Sládek, J.: Morphological network as an indicator of a morphotectonic field in the central Western Carpathians (Slovakia). In: Zeitschrift für Geomorphologie, 53, 2009, Supplement 2, 23–29. 21. PACINA, J.: Metody pro automatické vymezování elementárních forem georeliéfu jako součást Geomorfologického informačního systému. Disertační práce. Plzeň: Západočeská univerzita, Fakulta aplikovaných věd. 2008. 22. PACINA, J.: Testing of the partial derivatives approximation preciseness. Proceedings of the conference State of Geomorphological Research in 2009. Tribun EU 2009. ISBN: 978-80-7399-746-5 23. Senko, D.: Geoekologická analýza vzťahu vegetácie a abiotického prostredia v oblasti Devínskej Kobyly. Bratislava : Univ. Komenského v Bratislave, Prírodoved. fakulta, 2007. 172 s. + prílohy – Dizertačná práca. 24. TACHIKAWA, Y., MICHIHARU S., TAKUMA T.: Development of a Basin Geomorphic Information System Using a Tin-Dem Data Structure. Proceedings of the Symposium on Geographic Information Systems and Water Resources. Mobile, AL: American Water Resources Association AWRA, 1993. 1: 163–172. 25. TREMBOŠ, P., MINÁR,J., MACHOVÁ, Z.: Identification of Selected Natural Hazards from Viewpoint of the the Evaluation of Environmental Limits. Acta Facultatis Rerum Naturalium Universitatis Comenianae, Geographica Nr. 34, 1994, p. 135–151. 26. VICHROVÁ, M., ČADA,V: Kartografické vyjadřovací prostředky a interpretace obsahu map druhého vojenského mapování. In: Sborník konference Historické mapy. s. 246–255. ISBN 80-968365-7-9. ISSN 1336-6262. Kartografická spoločnosť Slovenskej republiky a Geografický ústav SAV, Bratislava. 2005. 27. WU, LUN, WANG NAILIANG, HAN MUKANG, REN FUHU, CHEN YOUCAI: Methods and applications of a geomorphological GIS; a case study in the Ordos region of China, Photogrammetry and Remote Sensing, v. 48, no.6, p.38–44. 1993.

85


Výstavba modelových sítí pro potřeby hydrologického modelování Model-network creation for hydrological modeling requirements B. Malá (1), J. Pacina (2) (1)

Technická univerzita v Liberci, Fakulta mechatroniky, informatik a mezioborových studií, Ústav nových technologií a aplikované informatiky, [email protected] (2) Univerzita J. E. Purkyně v Ústí nad Labem, Fakulta životního prostředí, Katedra informatiky a geoinformatiky, [email protected].

Abstrakt V Centru pokročilých sanačních technologií Technické univerzity Liberec (TUL) je řešena řada projektů, kde jsou úlohy proudění a transportu modelovány metodou konečných prvků, k řešení se používá nástroj Flow123D vyvinutý na TUL. Pro použití těchto nástrojů je nutné zpracovat reálná data modelované oblasti. V rámci matematického modelování procesů je výstavba modelových sítí a jejich naplnění daty z geografického informačního systému (GIS) podstatným úkolem. Existence modelové sítě požadovaných vlastností je podmínkou nutnou pro konkrétní výpočty v matematickém modelování procesů, které jsou v daném modelovém území zkoumány. Zpracování reálných dat o území vyžaduje nasazení GIS a přístupů geoinformatického modelování. V rámci řešení výstavby modelových sítí byla hledána metodika, jak efektivně na základě dat uložených v GIS vytvořit soubor geometrie modelové sítě a následně soubor sítě, které ponesou všechna potřebná data a budou bází pro modelové výpočty. Pro tvorbu modelových sítí jsou využívána reálná data, jako základ pro modelování slouží geoinformační systém dané lokality. Cílem úkolu výstavby modelových sítí je vytvořit síť vždy v několika variantách pro účely dalších prací v modelování procesů. Modelová síť musí navazovat na reálná data, pro daný účel musí vystihovat požadované charakteristiky území a v každém okamžiku výstavby musí být zajištěna návaznost na reálná data v GIS. Aktuálně je řešena sada úloh, k nimž se využívají data z oblasti Podkrušnohoří. Abstract In the Center or Remedial Technologies at Technical University of Liberec (TUL) are processed various projects, where are the transport and flow tasks solved by the finite element method, using the Flow123D tool developed at TUL. These tools require pre-processed realworld data of modeled area. The aim of the mathematical modeling of the processes is the creation of model-networks and the geographic information system (GIS) data support of the crucial task. The existence of model-network with desired properties is one of the conditions required for concrete computations of the desired processes, examined in the working area. Pre-processing of real-world data of the area requires the usage of GIS and geoinformatic modeling. Within the construction of model-networks was created a methodology how to effectively create a file containing the model-network geometry based on the GIS data, and moreover a file of the network carrying all necessary data used for modeling computations. For the creation of model-networks are used real-world data and as the base for modeling is used the GIS of selected location. The aim of model-network creation is to build a network in several versions for the purpose of further modeling. The model-network has to be smoothly con86


nected to real data and has to represent desired characteristics of the working area. Actually is solved a set of tasks in the area of the Krušné hory foothills. Klíčová slova: Modelová síť, automatická výstavba, GMSH. Key words: Model-network, automatic creation, GMSH.

1. Modelová síť a její výstavba 1.1 Modelová síť Modelová síť je dána konečným počtem dvojrozměrných a trojrozměrných elementů v prostoru pokrývajících území podle stanovených kritérií a v daném prostorovém rozlišení [6]. Modelová síť je modelem území v souladu se stanoveným účelem. Je výhodné zpracovávat takovéto modely právě v geografickém informačním systému (GIS) nebo GIS využít jako bázi dat pro následnou tvorbu odvozených modelů – modelových sítí. Model území je systémový model geograficky daného území, kde jsou prvky a vztahy systému definovány tak, aby bylo možné provádět dané analýzy a výpočty nad bází dat. Je vždy vytvářen jako na implementaci nezávislý konceptuální model báze dat s definováním uživatelského pohledu na data, kde jsou definovány jednotlivé prvky reálného světa a jejich vztahy zásadní z hlediska účelu vytvářeného modelu a logický model již implementovaný v daném konkrétním softwaru a jeho systému souborů a naplněný daty o konkrétním území. V rámci tohoto textu bude řešena pouze problematika automatizované výstavby modelových sítí, případná řešení budou verifikována na modelových datech z různých oblastí. Problematika vytvoření geoinformačního systému jako báze dat pro výstavbu modelových sítí je zpracována dostatečně např. v [6].

1.2 Výstavba modelové sítě Výstavba modelové sítě probíhá v několika krocích. Prvním krokem je vytvoření geoinformačního systému dané modelové lokality a jeho pravidelná aktualizace. Druhým krokem je stanovení požadavků na budovanou modelovou síť. Jedná se o požadavky na geometrii (velikost sítě v horizontálním a vertikálním směru, hustota sítě nebo výsledný počet elementů sítě, výběr geografických, geologických, hydrogeologických prvků a jevů, které ovlivňují geometrii sítě a budou zahrnuty do tvorby geometrie). Třetím krokem je preprocesing dat z geoinformačního systému do požadovaných formátů daných modelovacími nástroji používanými v dalším procesu. Toto předzpracování dat zahrnuje také stanovení metod a vývoj potřebných aplikací. Čtvrtým krokem je vlastní výstavba geometrie modelové sítě. Geometrie může být vytvářena v různých variantách rozsahu sítě (horizontální i vertikální rozsah), množství charakteristik modelovaného území zahrnutých do geometrie a hustoty modelové sítě. Pátým krokem je vlastní vytvoření souborů modelové sítě, kde síť je dána konečným počtem dvojrozměrných a trojrozměrných elementů v prostoru pokrývajících území podle stanovených kritérií a v daném prostorovém rozlišení. Každý element území definovaný polohou v prostoru nese dále informaci o poloze v topologickém smyslu a další atributy. Šestým krokem bylo vytvoření souborů materiálových vlastností a počátečních podmínek simulací ke každé variantě geometrie modelové sítě i vygenerované sítě samotné.

1.3 Tvorba geometrie sítě V rámci řešení úkolů výstavby modelových sítí byla hledána metodika, jak efektivně na základě dat uložených v GIS vytvořit soubor geometrie modelové sítě a následně soubor sítě. 87


Předchozí zkušenosti a výsledky při tvorbě modelových sítí ukázaly, že stávající metody neumožňují rychlou a operativní tvorbu souboru geometrie modelových sítí, případně soubor geometrie neumožňuje operativní změny v geometrii, zásahy do geometrie jsou možné pouze ručně a opravy sítě trvají neúměrně dlouho. Pokud výsledná síť nevyhovuje, pak tvorba nové sítě opět trvá příliš dlouho. Vznikl požadavek vytvořit modelovou síť efektivním způsobem, aby generování geometrie bylo rychlé a aby výsledná geometrie byla invariantní vůči tvorbě výsledného souboru sítě. Pro účely automatizovaného řešení je nejefektivnější předzpracování dat v GIS. Probíhá po částech automatizovaně, máme zpracovánu metodiku [7]. Následný převod předzpracovaných dat z GIS do geometrie ve formátu geo (pro software GMSH – automatický generátor konečných sítí ve 3D) je zásadním úkolem, je potřeba znalost problematiky GIS i generování sítí, stejně jako znalost charakteristik modelovaného území a vlivu jednotlivých objektů a jevů v území na procesy proudění a transportu, pro jejichž modelování je výpočetní síť následně využita. S odvoláním na [6], kde bylo popsáno stanovení požadavků na tvorbu geometrie modelové sítě, se zmíníme stručně o definování požadavků na geometrický model. Jedná se o definice prvků a jevů ovlivňujících chování modelovaného území z hlediska řešených úloh (transport, proudění), definování rozlišení modelu. Automatizované řešení musí být nezávislé na vstupních požadavcích, protože ty jsou řešeny v rámci předzpracování dat v GIS.

2. Geoinformatické modelování geometrie sítě 2.1 Originální geoinformační systém Vytvoření geoinformačního systému je zásadní věcí (myšlen hlavně konceptuální model báze dat s definováním uživatelského pohledu na data, kde jsou specifikovány jednotlivé prvky reálného světa a jejich zásadní vztahy v souladu s účelem vytvářeného modelu). Takto postavený geoinformační systém pak umožňuje vícenásobné použití celého modelu, snadnou aktualizaci dat a v neposlední řadě také zpětnou vazbu pro uživatele vytvářející modelové sítě – jejich geometrii a počáteční podmínky, které i přes specifika jejich tvorby musí zůstat v souladu s realitou. Organizace dat geoinformačního systému umožní v různých fázích tvorby modelové sítě vytvářet také kartografické vizualizace, vizualizace obsahu databáze a exportovat data do potřebných formátů pro další zpracování. Podle [1] je zásadní fází definování geoinformačního systému, který bude sloužit jako originální model pro vícenásobné odvozované modely, jimiž geometrie modelových sítí jsou. Originální model je definován podle účelu, ke kterému bude sloužit. Více o tvorbě GIS a zpracovaní vrstev v [2]. S ohledem na účel modelování, budoucí definování hranice modelu a požadavky na přesnost modelu bude samozřejmě GIS ještě doplněn, lokálně zpřesněn (použítím dat větších měřítek) a doplněn o další požadované tematické vrstvy vystihující vlastnosti modelovaných objektů či modelovaného území. Následně je nutné definovat, které objekty, jevy a vrstvy budou zapracovány jako základ geometrie, stanovit jejich rozsah a rozlišení na základě požadavků na budoucí modelovou geometrii sítě [1].

2.2 Varianta řešení: předzpracování dat v GIS, ruční editace souboru geometrie v GMSH Veškeré prvky (myšleno geografické, hydrogeologické a geologické objekty vstupující do geometrie modelu nebo ovlivňující geometrii modelu) budou převedeny na bodové množiny, jednotlivé body budou mít udány souřadnice v S-JTSK. Jednotlivé objekty reálného světa (resp. originálního modelu geoinformačního systému), které vstupují do geometrie 88


modelové sítě jsou tedy reprezentovány bodovými množinami. Zde pak nastupuje generalizační výběr. Bodová množina je vždy redukována tak, že body, které zůstanou, reprezentují vhodně tvar i velikost objektu v originálním modelu. Zjednodušení pomocí redukce bodové množiny, jež reprezentuje objekt v GIS, je nutné z hlediska množství zpracovávaných dat a také z hlediska účelu a rozlišení modelové sítě. V modelové síti není důležitý přesný tvar (např. linie, které mohou být velmi komplikované svým průběhem), ale zachování především topologických vztahů sousednosti a obsahování a zachování vzájemné vzdálenosti jednotlivých prvků. V této fázi jsou body vyexportovány z GIS do formátu csv, který je dále transformován na formát geo pro GMSH, ten obsahuje informaci o bodech a jejich poloze. Následuje ruční editace v GMSH. Aby bylo zajištěno, že orientace v *.geo souboru a případné opravy budou jednoduše proveditelné, je zásadní zvolit číslování bodů, linií, ploch a objemů podle určitého řádu. Pak je vyhledání daného prvku dle jeho příslušnosti k vyhledávanému objemu, ploše možné. Geometrie se skládá z množiny bodů, linií, ploch a objemů. Nejprve jsou vždy definovány body, na základě bodů linie, na základě linií plochy a plochami jsou ohraničeny a definovány objemy. Tvorba geo souboru začíná definováním bodů (zde se využívají data předzpracovaná v GIS). Linie se pak v GMSH vytvářejí ručně, stejně tak plochy a objemy. Linie v souboru *.geo jsou očíslovány podle předem stanoveného schématu, soubor *.geo je okomentován, aby pozice linie v rámci sítě i původního modelu byla zřejmá. Dále jsou očíslovány plochy modelu geometrie, každá vnější stěna modelovaného bloku, každá tektonická linie vertikální i horizontální (je 2D plochou), rozhraní hornin mají svoje číslování, podle čísla plochy lze velmi rychle zjistit, kde se plocha nachází a naopak. Tento postup (tvorba geometrie na základě bodových vrstev z GIS) je vhodný pro malé modelové geometrie s jednoduchou strukturou. Zároveň se pracuje na automatizaci tohoto řešení, aby jej bylo možné použít pro rozsáhlejší oblasti s velkým množstvím bodů a rozsáhlejší geometrií.

2.3 Varianta řešení: zpracování povrchové sítě v GIS Předzpracování dat pro tvorbu geometrie sítě v GIS znamenalo vytvoření bodových množin reprezentujících prvky tvořící základ geometrie. Pro tento účel byly liniové prvky nahrazeny množinou bodů, kde body byly od sebe vzájemně vzdáleny v souladu s požadavkem na rozlišení modelu. Oblasti v hranicích modelu ohraničené těmito liniemi byly vyplněny pravidelnou bodovou sítí. Dále byly odstraněny body této bodové vrstvy tak, aby žádný z bodů nebyl blíže než definovaná vzdálenost k bodu ležícímu na původních liniích. Základem geometrie je bodová vrstva, která je tvořena bodovým polem definovaným např. následovně: Body leží na tektonických liniích, rozestup bodů 150 m, body leží na rozhraní hornin, mají rozestup 150 m, body leží na hranici modelu a mají také stejný rozestup daný požadavkem na rozlišení modelu. Body mimo linie jsou uspořádány pravidelně v rozestupech 200 m. Vzdálenost každých dvou bodů je minimálně 150 metrů. Každý bod má souřadnice x, y. Dále byl na základě vrstevnic vytvořen digitální model reliéfu a na jeho základě byla každému bodu z vytvořené bodové vrstvy přiřazena nadmořská výška jako souřadnice Z. Bodová vrstva má svoji atributovou tabulku, kde jsou zaznamenány kromě souřadnic X, Y, Z další charakteristiky – příslušnost bodu k typu linie (tektonika, rozhraní hornin, hranice), body uvnitř oblastí nesou informaci o oblasti, do níž patří (tím o fyzikálních vlastnostech). Atributová data bodové vrstvy budou potřeba při tvorbě sítě a souboru materiálových vlastností. Tyto variantu lze použít při požadavku na povrchovou síť.

89


2.4 Varianta řešení: objemová geometrie v GMSH s předzpracováním dat v GIS V této variantě modelování je postup zpracování povrchové sítě stejný jako v předchozím případě. Dále budou data v GIS zpracována tak, aby výsledkem tohoto předzpracování byla vrstva trojúhelníků, která bude tvořit základ budoucí geometrie, jež bude následně vygenerovaná v GMSH. Následuje převedení dat z GIS do formátu dbf požadované struktury. Trojúhelníky musí být popsány podle stanovených pravidel, která jsou dána z důvodu následného použití aplikace pro vygenerování geometrie v geo formátu. Pro výstavbu geometrie byla vyvinuta aplikace Convert2geo [3]. Modelová síť je generována na základě souboru geometrie pomocí generátoru sítí GMSH a vytvořená geometrie je vždy vyplněna elementy modelové sítě. Zásadním problémem je vždy vytvoření geometrie, která navazuje na reálná data a zároveň vyhovuje požadavkům následného modelování – popisuje zásadní charakteristiky území z hlediska účelu modelování a také umožňuje vygenerovat vhodnou síť, na níž lze provést modelové výpočty.

3. Automatizace výstavby geometrie S ohledem k rozloze území, změnám parametrů modelové sítě a rychlé výstavě sítě je nutné zautomatizovat výstavbu geometrie modelových sítí. V rámci přípravné fáze projektu byla provedena rešerše dostupných softwarových produktů, které byly potenciálně schopné automatizovaně vytvářet plnohodnotné prostorové sítě. Standardní nástroje GIS umožňují pouze tzv. 2,5D interpolaci (dvou a půl rozměrnou). Tento typ interpolace je specifický tím, že výsledný interpolovaný povrch je popsán pomocí 2D matice (rastru), nebo případně pomocí TIN (Triangulated Irregular Network). Tyto datové typy neumožňují uložení jednomu bodu o souřadnicích [x, y] dvě hodnoty interpolovaného jevu (např. výšky Z). Vybrané softwarové produkty jsou, dle popisu v manuálových stránkách, interpolovat data plně ve 3D – schopnost modelovat převisy, kupovité geologické vrstvy – oblasti, kde jsou jedné hodnotě souřadnic [x, y] přiřazeny dvě (a více) hodnoty Z. Z dostupných zdrojů byly vybrány tři komerční produkty a jeden SW šířený na základě OPEN-GNU licence: 1. 2. 3. 4.

EVS-PRO – firma C-TECH, RockWorks 2006 – firma RockWare, VOXLER – firma Golden Software, GRASS 6.3 – šířen v rámci OPEN-GNU licence.

Z výsledků testování dostupných komerčních i nekomerčních SW produktů pro tvorbu plně prostorových dat vyplývá, že žádný z těchto programů neumožňuje automatickou tvorbu triangulované sítě potřebné pro výstavbu geometrie modelových sítí dle našich požadavků. Je tedy nutné navrhnout a implementovat algoritmus, jenž je schopný ze vstupních bodů reprezentujících geologické zlomy, rozhraní hornin, vrty aj. generovat síť, která je svými vlastnostmi vhodná pro další zpracování v programu GMSH. Aplikace vychází z faktu, že každá geologická vrstva je definována sítí pravidelných trojbokých hranolů (viz Obr. 1), jejichž geometrie je popsána v souboru typu *.geo, což je formát vstupních dat do SW GMSH. Hierarchie formátu *.geo popisující trojboké hranoly je následující:

90


• každý trojboký hranol je definován body, • body definují linii, • linie definují plochy: o 2 trojúhelníky (podstava), o 3 obdélníky (plášť),

• plochy definují objemy (hranoly). Pro implementaci algoritmu jsme volili prostředky tak, aby výsledná aplikace byla nezávislá na typu platformy. Byly vytvořeny dvě aplikace – jedna využívající možnosti databáze XML a programovacího jazyka XSL a dále jazyka JAVA pro aplikaci CONVERT2GEO popsanou v [9]. Na vstupu výstavby sítě je několik typů dat (body, linie), které reprezentují charakteristiky zpracovávané oblasti (geologické zlomy, rozhraní hornin, vrty, …) – ukázka viz Obr 2. Tyto charakteristiky se následně převedou na body a celá oblast se doplní body genero.vanými v pravidelných intervalech. Na těchto bodech provedeme triangulaci a získáme body, linie a plochy trojúhelníků (viz Obr. 3). Do takto získaných dat je nutné uložit informaci o topologii (vztahy mezi body, liniemi a trojúhelníky), která je využita v aplikaci pro budování trojbokých hranolů.

Obr. 1 Geometrická definice trojbokého hranolu ve formátu *.geo

91


Obr. 2 Testovací oblast – vstupní data

Obr. 3 Trojúhelníková síť generovaná ze vstupních dat

92


Do aplikace vstupují následující informace: • body svrchní a spodní části vrstvy – obsahují souřadnici X, Y, Z, • body definující linie – obsahují odkaz na identifikátor bodu definující souřadnice a identifikátor linie, kterou definují, • linie definující trojúhelníky – obsahují odkaz na identifikátor linie a identifikátor trojúhelníku, který definují.

Obr. 4 Prostředí aplikace CONVERT2GEO [9] Data (ve stanoveném formátu) se získají předzpracováním triangulovaných dat v prostředí GIS. Do aplikace se načítají z atributových tabulek předzpracovaných dat pomocí uživatelského rozhraní (viz Obr. 4). Algoritmus pro generování modelových sítí za pomoci trojbokých hranolů pro oba implementované SW nástroje je následující: 1. Algoritmus předpokládá, že uzly (vrcholy) trojúhelníků ve svrchní a spodní vrstvě mají identickou souřadnici X a Y. 2. Výpis bodů definujících všechny linie v budované síti. 3. Výpis všech linií definující plochy v budované síti. 4. Výpis obdélníků definující pláště trojbokých hranolů. 5. Výpis trojúhelníků definující podstavy trojbokých hranolů. 6. Definice trojbokých hranolů definovaných pláštěm a podstavou. Výsledek je zapsán do souboru *.geo, který popisuje geometrii modelové sítě a který je nativní formát programu GMSH (Obr. 5). Algoritmus je nyní testován na modelových datech o různé struktuře: • Data s rovnoměrným (pravidelným) rozložením vstupních bodů. • Data s nepravidelnou strukturou – zahrnuté geologické hrany, vodní toky, …

93


Obr. 5 Výsledná modelová síť v GMSH [9]

4. Závěr Z dosud zpracovaného výzkumu vyplývá, že je nutné zautomatizovat tvorbu celé geometrie sítě tak, aby na vstupu byla efektivně předzpracovaná data z GIS a na výstupu soubor geometrie ve formátu *.geo pro GMSH. Tímto automatizovaným zpracováním bude dosaženo rychlého vytvoření geometrie modelové sítě, možnosti velmi rychle zkontrolovat celkovou konfiguraci sítě a zhodnotit její kvalitu z hlediska požadavků modelování a dále možnost rychlého vytvoření nové (opravené) sítě podle požadavků modelování. Při požadavku na opravu geometrie sítě je výhodné opravu zavést do vstupních dat, která budou následně předzpracována v GIS a dále zpracovávána automatizovaně. Automatizace výstavby sítí umožňuje také mnohonásobné vytváření sítí na základě různých variant vstupních dat. Připravená metodika a implementované algoritmy byly testovány na čtyřech modelových oblastech, kde byla řešena problematika modelování v různé podrobnosti. V rámci projektů budou požadovány také dílčí sítě větší podrobnosti a menšího rozsahu. To zahrnuje generování velkého množství sítí a bez automatizovaného řešení není možné požadavky na tvorbu modelových sítí splnit.

Literatura [1] Malá, B. (2009) Účelově odvozované modely v procesu předzpracování dat pro tvorbu geometrie modelových sítí. IN: SIMONA 2009. TUL Liberec. [2] Malá, B. (2009) Vytváření geoinformačního systému Poohří jako datové báze pro výstavbu modelových sítí. TUL. [3] Tomčík, D., Malá, B. (2009) Geoinformatické modelování v procesu výstavby modelových sítí. In: SIMONA 2009. TUL. 94


[4] Malá, B. (2009) Bedřichov – geometrie modelové sítě Bedřichov 200 v.1. Zpráva o řešení. TUL. [5] Malá, B. (2009) Geometrie modelové sítě Bedřichov 200m verze 2. Zpráva o řešení. TUL. [6] Maryška, J., Malá, B. (2008) Výstavba modelové sítě a její naplnění hodnotami z GIS SURAO a stanovení počátečních podmínek pro různé varianty migrace. Dílčí závěrečná zpráva projektu Výzkum procesů pole vzdálených interakcí HÚ vyhořelého jaderného paliva a vysoce aktivních odpadů. TU Liberec, 52 s. 7] Malá, B., Pacina, J. (2009) Projekt Poohří. Výstavba modelových sítí a automatizace v rámci tvorby modelových sítí. Zpráva o stavu řešení. TUL Liberec. [8] Pacina, J., Malá, B. (2009) Projekt Poohří. Možnosti automatizace výstavby modelových sítí. Zpráva o stavu řešení. TUL Liberec. [9] Tomčík, D., Malá, B. (2009) Geoinformatické modelování v procesu výstavby modelových sítí. IN: SIMONA 2009. TUL Liberec.

95


VYUŽITÍ ZEŠIKMENÝCH ROZDĚLENÍ PŘI MODELOVÁNÍ VOLATILITY FINANČNÍCH ČASOVÝCH ŘAD APLICATION OF SKEWED DISTRIBUTIONS IN VOLATILITY MODELING OF FINANTIAL TIME SERIES Jan POPELKA Univerzita J. E. Purkyně, Fakulta životního prostředí, Králova výšina 7, 400 96 Ústí nad Labem, Česká republika, [email protected]

Abstrakt Časové řady cen podílových listů českých akciových fondů vykazují vysokou špičatost, záporné zešikmení nepodmíněného rozdělení s tlustými konci, výrazné výkyvy cen a shluky volatility, které jsou nejvíce patrné v době světové hospodářské krize. Záporné šoky zvyšují volatilitu zkoumaných řad více než šoky kladné (pákový efekt). S pomocí lineárních (GARCH) a nelineárních (APARCH) modelů volatility byly předpovídány hodnoty VaR (Value-at-Risk – nejhorší očekávaná ztráta) pro fond ING International Český akciový fond s cílem nalézt nejvhodnější model. Nejkvalitnější předpovědi VaR mezi roky 2007 a 2009, tedy v době světové hospodářské krize, poskytly modely APARCH založené na zešikmených rozděleních nesystematické složky (zešikmené Studentovo a zešikmené GED). Nepřijatelné výsledky předpovídání poskytovaly modely s normálním rozdělením náhodné složky. Abstract Time series of Czech open-end-funds allotment certificates prices show excess peakness, asymmetric unconditional distribution with heavy tails, prices fluctuation and volatility clusters that are at most apparent during the world economic crisis. Bad news increase volatility higher than good news (leverage effect). Using linear (GARCH) and non-linear (APARCH) volatility models the values of VaR (Value-at-Risk – the worst expected loss) for ING International Český akciový fond fund were forecasted to find the most appropriate model. The best forecasts of VaR between 2007 and 2009, during the world economic crisis, provided APARCH models based on asymmetric distributions of error term (skewed Student and skewed GED). Unacceptable forecasting results provided models with normal distribution of error term. Klíčová slova: otevřené podílové fondy, modely volatility, rozdělení nesystematické složky, Value-at-Risk Key words: open-end-funds, volatility models, distribution of error term, Value-at-Risk

Úvod Při zkoumání vývoje denních časových řad logaritmu výnosů1 podílových listů otevřených podílových fondů lze v jejich chování odhalit řadu vlastností společných s dalšími, v praxi 1 Vzhledem k řadě omezení spojených s přímým modelováním cen různých finančních ukazatelů je v literatuře jednoznačně doporučováno pracovat s výnosy logaritmů cen, tedy s ukazatelem rt = ln Pt – ln Pt-1, kde Pt je cena podílového listu v čase t a Pt-1 je cena podílového listu v čase t-1, tedy z předchozího dne (Arlt a Arltová, 2003).

96


častěji zkoumanými finančními časovými řadami, jakými jsou akcie a burzovní indexy. Mechanismus stanovení ceny podílových listů se přitom od oceňování akcií výrazně odlišuje. Zatímco se ceny akcií vytvářejí interakcí nabídky a poptávky na akciovém trhu, není vliv trhu u podílových fondů významný, protože nabídka podílových listů je téměř neomezená. Cena je odvozena z aktiv a prostřednictvím jejich skladby je aktivně regulována manažerem fondu. Aktiva podílových fondů jsou na rozdíl od akcií tvořena řadou rozdílných investičních nástrojů, jako jsou akcie, dluhopisy, instrumenty peněžních trhů a další. Společně s akciemi a indexy vykazuje nepodmíněné rozdělení výnosů podílových listů vysokou špičatost se silnými konci a asymetrii. Patrná je i nekonstantnost rozptylu a výskyt tzv. shluků volatility – oblastí s vyšším rozptylem než v okolí shluku (Popelka, 2007; Popelka, 2008). Dosavadní výzkum zaměřený na časové řady českých podílových fondů vedl k následujícím zjištěním: a) vzhledem k nekonstantnosti rozptylu a výskytu shluků je nutno aplikovat modely volatility neboli modely podmíněného rozptylu (ARCH, GARCH); b) s ohledem na leptokurtické nepodmíněné rozdělení časových řad je vhodné používat modely založené na náhodné složce s pravděpodobnostním rozdělením se špičatostí vyšší než má normální rozdělení a s tlustými konci (zejména Studentovo a GED rozdělení); c) výnosy některých podílových fondů vykazují tzv. pákový efekt, k jejich modelování je vhodnější používat nelineární modely volatility (např. EGARCH, GRJ-GARCH); d) s ohledem na časté zešikmení nepodmíněného rozdělení časových řad je vhodnější používat modely založené na zešikmených rozděleních náhodné složky (zejm. zešikmené Studentovo rozdělení a zešikmené GED rozdělení). Závěry vyplývají z výzkumu časových řad prováděného na podílových fondech vykazujících mezi roky 2001 a 2005 dlouhodobý nárůst cen. Tento článek se věnuje chování parametrů modelů volatility a jejich schopnosti předpovídat budoucí riziko v době, kdy v porovnání s předchozím vývojem docházelo k neobvyklým poklesům a výkyvům cen, tedy od poloviny roku 2007 do začátku roku 2009. Nástup období poklesu lze časově spojit s průběhem světové hospodářské krize, která může být jedním z faktorů působících na výraznou změnu ve vývoji cen. Analýza je založena na cenách podílových listů akciového fondu ING International Český akciový fond2 z let 2001–2009. Řady českých akciových fondů se chovají velmi podobně a k jejich modelování lze použít stejné typy modelů (Popelka, 2007), proto lze obdobné závěry o chování zkoumaných modelů očekávat i u ostatních fondů akciového typu.

VaR analýza Analýza VaR (Value-at-Risk) je široce používaným nástrojem pro kontrolu rizika investic. Hodnota VaR je kvantifikací rizika a představuje „nejhorší očekávanou ztrátu investora v určitém časovém horizontu za předpokladu normálních podmínek na trhu na stanovené hladině spolehlivosti“ (Jorion, 2000). Metoda s určitou pravděpodobností (hladina spolehlivosti) stanovuje nejnižší hodnotu časové řady v blízké budoucnosti. V analýze VaR se využívají zejména krátkodobé předpovědi v řádu několika dnů. Hodnota VaR je vlastně odhadem dolního kvantilu empirického rozdělení hodnot časové řady. Například pro výpočet VaR na hladině spolehlivosti 99 % se využije první percentil rozdělení. S pravděpodobností 1 % bude očekávaná ztráta vyšší než hodnota VaR.

2 K 30. 6. 2008 mělo portfolio fondu hodnotu 790 mil. EUR, z čehož 522 mil. EUR tvořily akcie. Fond investuje nejméně 51 % aktiv do akcií obchodovaných na Burze cenných papírů Praha nebo jiném regulovaném českém trhu. Nejvýše 49 % aktiv je umístěno především do kótovaných polských a maďarských akcií. Komerční banka, ČEZ a Erste Group Bank byly k uvedenému datu nejvýznamnějšími akciemi fondu (ING Investment Management, 2008).

97


Neparametrická metoda historické simulace nepředpokládá, že mají hodnoty časové řady konkrétní pravděpodobnostní rozdělení. Hodnota VaR se odhaduje na základě p-procentního dolního kvantilu vypočteného z podsouboru předcházejících hodnot časové řady (Gustafsson a Lundberg, 2009). Metoda klouzavých průměrů je metodou parametrickou a vychází z předpokladu, že jsou hodnoty časové řady normálně rozdělené. Hodnota VaR je pak založena na historické variabilitě časové řady a distribuční funkci normovaného normálního rozdělení. Metoda poskytuje uspokojivé výsledky pouze za normálních podmínek a nedokáže se vypořádat s případnými shluky volatility v období finančních krizí (Gustafsson a Lundberg, 2009; Bali a Theodossiou, 2008). Řada studií dokazuje, že dobrých výsledků lze dosáhnout používáním pravděpodobnostních rozdělení s vyšší špičatostí a tlustými konci nebo rozdělení zešikmených (např. Cummins, McDonald a Merril, 2004; Bali a Theodossiou, 2008), protože v porovnání s normálním rozdělením poskytují přesnější odhady dolních kvantilů. Metoda použitá v tomto článku se nazývá metoda GARCH a je založena na odhadu variability časové řady pomocí modelů volatility s jiným než normálním rozdělením náhodné složky.

Metoda GARCH Volbou vhodného modelu volatility lze při výpočtu hodnoty VaR postihnout jak shluky volatility (lineární modely ARCH, GARCH), tak i případnou asymetrii volatility (nelineární modely, např. EGARCH, GRJ-GARCH, APARCH), kdy mají kladné a záporné šoky odlišný dopad na volatilitu časové řady (např. pákový efekt pozorovaný u akcií). Aplikace modelů volatility založených na jiném než normálním rozdělení náhodné složky (GED, Studentovo rozdělení a jejich zešikmené varianty) by navíc měla vést k přesnějším odhadům VaR právě z toho důvodu, že se finanční časové řady svou šikmostí a špičatostí od normálního rozdělení často odlišují. Odlišnosti jsou největší v oblasti dolních konců rozdělení, které se k výpočtu VaR používají. Vyplývá to ze studií časových řad indexů S&P500 a Dow-Jones, které v tomto směru provedli Bali a Theodossiou (2007), Lee, Su a Liu (2008) a Bali a Theodossiou (2008). Slabé předpovědi hodnot VaR založené na modelu APARCH s normálním rozdělením náhodné složky popsali Giot a Laurent (2003). Pro předpovídání VaR českého podílového fondu jsou v tomto článku použity lineární modely volatility GARCH a nelineární modely APARCH. V souvislosti s podmíněným rozdělením náhodné složky modelů jsou uvažována leptokurtická symetrická pravděpodobnostní rozdělení, Studentovo (značeno T) a GED, a leptokurtická asymetrická rozdělení, zešikmené Studentovo (ST) a zešikmené GED (SGED). Pro porovnání jsou doplněny i modely s normálním rozdělením náhodné složky (N). Odhady parametrů metodou maximalizace věrohodnostní funkce jsou provedeny pomocí programů R 2.9.2 (aplikace RExcel 3.0.17 a package fGarch), pomocné výpočty a grafy jsou vytvořeny v programu MS Excel 2007.

Modely volatility Lineární model volatility GARCH navrhl Bollerslev (1986). Podmíněný rozptyl časové řady je v modelu lineární funkcí druhých mocnin reziduí modelu a zpožděného podmíněného rozptylu (viz levý sloupec Tabulky 1). Kladné hodnoty nepodmíněného rozptylu je dosaženo, pokud pro parametry modelu platí podmínky ω > 0, α > 0 a β ≥ 0. Odhad hodnoty VaRt+1 na hladině spolehlivosti 1-p na jedno období dopředu se s pomocí modelu GARCH-N provádí na základě jednoduchého výpočtu: VaR t +1 = µˆ + Fp ( zt ) ⋅ σˆ t , kde µˆ , resp. σˆ t , je modelem GARCH předpovězená střední hodnota, resp. směrodatná odchylka, a Fp(zt) je dolní 100·p procentní kvantil normovaného normálního rozdělení (Lee, Su, Liu, 2008). 98


Tabulka 1. Modely GARCH(1,1)-N a APARCH(1,1)-N GARCH(1,1)-N

APARCH(1,1)-N

rt = µ + ε t ε t = σ t zt , , 2 2 2 σ t = ω + α1ε t −1 + β1σ t −1 ,

rt = µ + ε t ε t = σ t zt , ,

zt

~ N (0,1)

δ δ δ σ t = ω + α1 ε t −1 − γε t −1 + β1σ t −1 ,

(

zt

)

~ N (0,1)

Poznámka: rt je hodnota časové řady logaritmu výnosů v čase t, σt je směrodatná odchylka, zt náhodná složka modelu s normovaným normálním rozdělením a μ, ω, α, β, γ a δ jsou parametry modelu.

Nelineární model volatility APARCH(1,1)-N (Ding, Granger a Engle, 1993) je uveden v Tabulce 1 v pravém sloupci. Parametr δ provádí Box-Coxovu transformaci směrodatné odchylky σt a reziduí εt a platí pro něj podmínka δ > 0. Parametr γ popisuje asymetrický vliv pozitivních a negativních šoků na variabilitu časové řady a platí pro něj omezení |γ| ≤ 1. Kladná hodnota parametru γ znamená, že negativní šoky mají na variabilitu větší vliv než šoky pozitivní (pákový efekt), záporná hodnota parametru značí efekt opačný. Model APARCH v sobě sdružuje řadu lineárních a nelineárních modelů volatility3. Odhad hodnoty VaRt+1 na hladině spolehlivosti 1-p se pomocí modelu APARCH provádí podle vzorce: VaR t +1 = µˆ + Fp ( zt ; è ) ⋅ σˆ t , kde µˆ , resp. σˆ t , je střední hodnota, resp. směrodatná odchylka předpovězená modelem APARCH, a Fp(zt;θ) je 100·p procentní kvantil odpovídajícího pravděpodobnostního rozdělení náhodné složky modelu zt s vektorem parametrů θ odhadnutých modelem (Lee, Su, Liu, 2008). U modelu APARCH-SGED tvoří vektor θ parametr tvaru rozdělení κ a parametr zešikmení λ. Hustotní funkci SGED rozdělení uvádí Theodossiou (2001). Parametr tvaru κ popisuje špičatost: pro κ > 0 jde o leptokurtické rozdělení s tlustými konci. Parametr zešikmení λ nabývá hodnot -1 < λ < 1, přičemž kladné hodnoty λ znamenají zešikmení směrem doprava a záporné hodnoty směrem doleva. Pokud platí κ = 2 a λ = 0, mění se SGED rozdělení na normované normální rozdělení. Vektor θ má pro ST rozdělení dva parametry. Pro parametr ν reprezentující stupně volnosti platí 2 < ν < ∞. Parametr šikmosti λ má stejné vlastnosti jako u SGED rozdělení, nabývá hodnoty -1 < λ < 1, a pokud je λ = 0, jde o klasické Studentovo rozdělení. ST rozdělení se mění na normální pro λ = 0 a ν → ∞ (Jondeau, Poon a Rockinger, 2007).

Hodnocení kvality modelů při výpočtu VaR Pokud je metoda GARCH schopna správně předpovídat budoucí hodnoty VaRt+1 na hladině spolehlivosti 1-p (např. 99 %), pak by měl být podíl chybných předpovědí roven číslu p. Tedy v 1 % případů by skutečné hodnoty časové řady měly být nižší než předpovědi VaRt+1 a 99 % (1-p) hodnot by mělo být vyšší. Průměrná binární ztrátová funkce (ABLF) měří průměrný počet překročení hodnoty VaRt+1 a v případě dobrého modelu by měla dosahovat právě hodnoty p. Binární ztrátová funkce (BLF) nabývá hodnoty 1, pokud je skutečná hodnota časové řady rt+1 nižší než předpovězená hodnota VaRt+1, jinak je 0. Kvadratická ztrátová funkce (QLF) penalizuje neočekávané ztráty tím, že klade důraz i na velikost ztráty. Rozdíl skutečné hodnoty časové řady rt+1 a předpovězené hodnoty VaRt+1 je umocněna na druhou, 3 Je-li parametr γ = 0, jde o lineární modely volatility: ARCH (Engle, 1982) – pokud platí γ = 0, δ = 2, β = 0, GARCH (Bollerslev, 1986) – pokud platí γ = 0, δ = 2, TS-GARCH (Taylor, 1986) – pokud γ = 0, δ = 1 nebo NARCH (Higgins a Bera, 1992) – pokud γ = 0, β = 0. Je-li parametr γ odlišný od 0, pak jde o nelineární modely volatility: GRJ-GARCH (Glosten, Jagannathan a Runkle, 1993) – pokud platí δ = 2, TARCH (Zakoian, 1994) – pokud platí δ = 1 nebo Log-ARCH (Geweke, 1986) pro δ → 0.

99


takže velké neočekávané ztráty jsou penalizovány více než ztráty malé (Lee, Su, Liu, 2008). Funkce BLF a QLF jsou uvedeny v Tabulce 2. Tabulka 2. Binární a kvadratická ztrátová funkce Binární ztrátová funkce

Kvadratická ztrátová funkce

1 pokud rt +1 < VaR t +1, BLFt +1 =  0 pokud rt +1 ≥ VaR t +1.

1 + ( r − VaR ) pokud r < VaR , t +1 t +1 t +1 t +1 QLFt +1 =  0 pokud r ≥ VaR  t +1 t +1. 2

Při vyhodnocování kvality předpovědí VaR se doporučuje používat testy věrohodnostním poměrem, které posuzují, zda je skutečný podíl chybných předpovědí modelu πˆ roven očekávané chybovosti modelu p. Kupiec (1995) navrhl test věrohodnostním poměrem nepodmíněného pokrytí s testovou statistikou LRUC, kde p je očekávaný podíl chybných předpovědí (např. na hladině spolehlivosti 99 % je p = 0,01), πˆ = n1 / (n1 + n0 ) je maximálně věrohodný

odhad hodnoty p, n0 je počet správných předpovědí a n1 je počet chybných předpovědí. Statistika LRUC má chí-kvadrát rozdělení s 1 stupněm volnosti:  p n1 (1 − p ) n0  2 LR UC = −2 ln  n n0  ~ χ (1) 1  πˆ (1 − πˆ )  .

Sám autor uvádí, že test poskytuje slabé výsledky, pokud je založen na malém počtu pozorování. Christoffersen a Pelletier (2004) navíc upozorňují, že test neřeší výskyt nenáhodných shluků chyb, které mohou vznikat v důsledku shlukování volatility časových řad. Je tedy nutno testovat i nezávislost výskytu chyb. Autoři navrhli test věrohodnostním poměrem podmíněného pokrytí s testovou statistikou LRCC, který v sobě obsahuje jak test nepodmíněného pokrytí, tak i test nezávislosti výskytu chyb. Testovací statistika má tvar:

 (1 − πˆ ) n0 −n01 πˆ n01 (1 − πˆ ) n1−n11 πˆ n11  πˆ = n / n , 01 01 11 11  ~ χ 2 (2) LR CC = 2 ln  , kde 01 01 0 n0 n1   p (1 − p ) πˆ11 = n11 / n1   a p je očekávaný podíl chybných předpovědí, n0 je počet správných předpovědí a n1 je počet chybných předpovědí, n01 je počet správných předpovědí, po kterých následují předpovědi chybné, n11 je počet chybných předpovědí, po kterých následují předpovědi chybné. Statistika LRCC má chí-kvadrát rozdělení se dvěma stupni volnosti.

Vývoj časové řady Na časové řadě cen podílových listů fondu ING International Český akciový fond lze dobře pozorovat dlouhodobý nárůst s občasnými prudkými propady v období růstu (roky 2001–2007, viz graf Cena na Obr. 2). Nástup období poklesu a nestability se projevuje viditelným zlomem v polovině roku 2007, po němž následují dlouhodobé propady až do března 2009. Zde po dalším zlomu nastává druhé období růstu pokračující až do konce roku 2009, konce sledování časové řady. Cena podílového listu dosáhla maxima v červnu 2007. Na konci období nestability (březen 2009) byla cena po téměř dvou letech propadů na stejné úrovni jako na konci roku 2003. V časové řadě logaritmu výnosů rt se od počátku období poklesu objevují významné shluky volatility, které jsou důsledkem velkého kolísání cen, zejména propadů (viz graf Logaritmus výnosů na Obr. 2). Nejvýraznější shluk je patrný v období nestability mezi srpnem 2008 a březnem 2009, kdy je volatilita řady nejvyšší za celé sledované období.

100


Obr. 1 Vývoj ukazatelů šikmosti a špičatosti v letech 2007–2009 (počítáno z klouzavého podsouboru o rozsahu 1500 hodnot) Popsaný vývoj časové řady má dopad nejen na volatilitu, ale i na tvar nepodmíněného rozdělení logaritmu výnosů rt. Vývoj charakteristik šikmosti a špičatosti počítaných z podsouboru o rozsahu 1500 hodnot je zobrazen na Obrázku 1. Šikmost během roku 2007 klesá k hodnotě -0,8. Od začátku roku 2008 se zešikmení zmírňuje a hodnota se vrací až k -0,4. Zatímco v období růstu dochází k ojedinělým významným propadům v ceně, které se odrážejí v záporném zešikmení, od roku 2008 se objevují i výrazné nárůsty cen, které záporné zešikmení naopak zmírňují. Výrazný výkyv po 19. 9. 2008 je dán nejprve nezvykle vysokým nárůstem ceny podílových listů z 2595,84 Kč na 2815,71 Kč (o 8,5 %) a dalšími následnými výkyvy v obou směrech. Popsaný výkyv se promítá i do vývoje špičatosti. Konstantní vývoj kolem hodnoty 3 se radikálně mění a charakteristika narůstá až nad hodnotu 12. Vývoj tvaru rozdělení bude zohledněn v analýze VaR použitím modelů založených na špičatých a zešikmených rozděleních náhodné složky.

Obr. 2 Vývoj cen podílových listů a logaritmu výnosů fondu ING International Český akciový fond mezi roky 2001–2009 101


Chování parametrů modelů GARCH a APARCH Tabulka 3 obsahuje odhady parametrů modelu APARCH(1,1) s různým rozdělením náhodné složky, vybrané testy modelů a informační kritéria AIC a BIC. Odhady jsou vypočteny k 29. 12. 2006. Počínaje tímto datem bude sledován další vývoj parametrů modelů v čase a kvalita jednodenních předpovědí VaRt+1. Odhady parametrů v tabulce 3 jsou vypočteny na základě časové řady logaritmu výnosů rt o délce 1500 hodnot, což odpovídá 6 rokům (2001–2006). Parametry všech modelů jsou statisticky významné. Kladná hodnota parametru γ znamená, že negativní šoky mají na volatilitu výnosů větší vliv než šoky pozitivní, tzv. pákový efekt. Parametry tvaru κ pro rozdělení GED a SGED jsou u všech modelů kolem hodnoty 1,4. Stupně volnosti ν pro rozdělení T a ST se pohybují kolem hodnoty 7. Rozdělení náhodné složky je tedy špičaté a má tlusté konce. Parametry šikmosti λ pro SGED a ST rozdělení jsou významně odlišné od nuly a kladné, což značí zešikmení náhodné složky směrem doprava. Ani jeden model nevykazuje autokorelaci náhodné složky (Ljungův-Boxův test autokorelace reziduí), náhodná složka modelů je homoskedastická (ARCH LM test). Podle informačních kritérií AIC a SBC je nejvhodnější model APARCH(1,1)-ST, nejméně vhodný je model APARCH(1,1)-GED. Pro zajímavost jsou u modelu s normálním rozdělením náhodné složky APARCH(1,1)-N hodnoty AIC = -6,4401 a SBC = -6,4188. Tabulka 3 Parametry modelů APARCH(1,1) s různým rozdělením náhodné složky Model parametr μ ω α γ β γ λ κ resp. ν L-B test (10) LM ARCH AIC BIC

APARCH(1,1)-SGED APARCH(1,1)-ST odhad sm. chyba odhad sm. chyba 0,0011*** 0,0002 0,0011*** 0,0002 0,0001*** 0,0000 0,0001*** 0,0000 0,0701** 0,0221 0,0666** 0,0221 0,5151* 0,2285 0,5412* 0,2458 0,8461*** 0,0331 0,8495*** 0,0336 1,4950*** 0,3206 1,5060*** 0,3302 0,8747*** 0,0280 0,8991*** 0,0327 1,4110*** 0,0687 7,4190*** 1,3230

APARCH(1,1)-GED APARCH(1,1)-T odhad sm. chyba odhad sm. chyba

12,1528†

11,9836†

10,7484†

11,0184†

6,5406† -6,5331 -6,5048

6,4085† -6,5444 -6,5161

6,5697† -6,5201 -6,4953

6,3589† -6,5395 -6,5147

0,0014*** 0,0001*** 0,0799*** 0,5087* 0,8458*** 1,3670*** 1,3930***

0,0002 0,0000 0,0224 0,2094 0,0324 0,3165 0,0655

0,0013*** 0,0001*** 0,0728** 0,5289* 0,8502*** 1,4430*** 7,0510***

0,0002 0,0000 0,0225 0,2263 0,0329 0,3241 1,1830

Poznámka: p-hodnota testu *** < 0,0001, ** < 0,01, * < 0,05, † > 0,1; L-B test (10) – Ljungův-Boxův test autokorelace reziduí; LM ARCH – test homoskedasticity reziduí; AIC – Akaikeho informační kritérium; SBC – Schwarzovo-Bayesovo informační kritérium.

Detailně je zkoumán vývoj parametrů vybraných modelů mezi 1. 1. 2007 až 5. 3. 2009, kdy v řadě dochází k nejvýraznějším změnám. Odhady jsou založeny na podsouboru o rozsahu 1500 pozorování, který klouže po časové řadě. V grafu Logaritmus výnosů (viz Obr. 3) jsou patrné výrazné výkyvy výnosů do záporných i kladných hodnot v období nestability (srpen 2008 – březen 2009). Tomuto shluku odpovídají fluktuace některých parametrů modelů APARCH(1,1)-SGED a APARCH(1,1)-ST (parametry obou modelů se vyvíjejí velmi podobně). Nestabilní je zejména parametr δ, který reprezentuje Box-Coxovu transformaci směrodatné odchylky σt a reziduí εt. Odhad parametru se v čase pohybuje kolem hodnoty 1,5 a v období nestability u obou modelů vzrůstá k hodnotě 2. Významné fluktuace jsou patrné i u parametru asymetrie γ. Odhad se v čase pohybuje mezi hodnotami 0,5 a 1, přičemž hodnotě 1 se blíží v části období poklesu cen (konkrétně mezi červencem 2007 a srpnem 2008). Podle parametru γ působí na volatilitu po celou sledovanou dobu záporné šoky více než šoky 102

Obr. 3 Ceny podílových listů fondu ING International Český akciový fond v letech 2007–2009, řada logaritmu výnosů rt a grafy vývoje parametrů modelů APARCH(1,1)-ST a APARCH(1,1)-SGED odhadovaných na základě klouzavého podsouboru o rozsahu 1500 hodnot


103


kladné, nejvíce pak právě v období poklesu. Pokles výnosů v tomto období vyvolává větší následné výkyvy časové řady, než vyvolává stejně vysoký nárůst výnosů. Z detailního pohledu na parametr tvaru ν modelu APARCH-ST (viz graf Stupně volnosti v na Obr. 3) lze usoudit, že parametr reaguje na náhlé šoky jak z počátku sledovaného období (prudký nárůst začátkem roku 2007 je zřejmě způsoben kolísáním výnosů na počátku roku 2001), tak i z konce (propad v září roku 2008). Parametr κ modelu APARCH-SGED se chová velmi podobně. Parametry zešikmení λ jsou v obou modelech v rozmezí 0,85–0,9. Také u nich je patrný výkyv způsobený kolísáním z počátku roku 2001. Na začátek období nestability (srpen 2008) reagují zvýšením na horní hranici uvedeného rozmezí. Nejnižší hodnoty lze pozorovat v období poklesu. Modely APARCH tedy reagují na změny jak prostřednictvím parametru reprezentujícího Box-Coxovu transformaci σt a εt, tak i parametrem popisujícím asymetrii vlivu kladných a záporných šoků. Tvar rozdělení náhodné složky modelu se podle očekávání mění v parametru tvaru i v parametru zešikmení.

Kvalita předpovědí VaR Zkoumány byly předpovědní schopnosti modelů pro období poklesu a nestability. Předpovědi pro druhé období růstu počínající březnem 2009 již do analýzy zahrnuty nebyly. Z porovnání výsledků předpovědí hodnot VaRt+1 založených na modelech volatility (Tab. 4) vyplývá, že se nejvíce chybných předpovědí dopustily modely založené na normálním rozdělení nesystematické složky GARCH-N a APARCH-N. Předpovědi byly celkem 15 krát chybné (tj. 2,73 % všech předpovědí) a modely tak mají nejvyšší hodnoty průměrných ztrátových funkcí ABLF a AQLF. Na hladině významnosti 0,01 lze všechny ostatní posuzované modely považovat za vhodné pro předpovídání (p-hodnoty testů LRUC a LRCC jsou větší než 0,01). Na vyšších hladinách významnosti (0,05 a 0,1) dosahují požadovaného procenta chybovosti pouze nelineární modely založené na zešikmených rozděleních APARCH-ST a APARCHSGED. Z celkového počtu 549 předpovědí se dopustily 9 chyb (1,64 %). Model APARCHSGED předpovídá hodnoty VaRt+1 nižší než APARCH-ST, jeho průměrný VaRt+1 o hodnotě -0,346 je nejnižší ze všech modelů. Zbylé modely lze na vyšších hladinách významnosti považovat za nevhodné pro předpovídání. Nelineární modely APARCH se dopustily méně chybných předpovědí než lineární modely GARCH, ať již bylo použito symetrické nebo asymetrické rozdělení náhodné složky modelu. Například model GARCH-SGED dosáhl 2,19 % chybných předpovědí, zatímco APARCH-SGED jen 1,64 %. Podle hodnot ABLF a AQLF mají lineární modely se zešikmeným rozdělením stejně kvalitní předpovědi jako nelineární modely volatility se symetrickým rozdělením (viz modely GARCH(1,1)-SGED a GARCH(1,1)-ST na jedné straně a APARCH(1,1)-GED a APARCH(1,1)-T na druhé straně). Obě skupiny dosáhly 2,19 % chybných předpovědí (model APARCH(1,1)-GED o něco méně). Modely APARCH, jejichž parametry byly odhadovány na základě podsouboru o menším rozsahu hodnot, dosahují podle testů požadované chybovosti odhadů ve výši 1 %, a to i na vyšších hladinách významnosti (p-hodnoty LRUC a LRCC jsou vyšší než 0,1). Zkrácení časových řad přináší snižování průměrné hodnoty VaRt+1. Pro model APARCH(1,1)-SGED je pro 1500 hodnot průměr -0,0346, pro 1000 hodnot (odpovídá cca 4 rokům) -0,0357 a pro 500 hodnot (odpovídá cca 2 rokům) -0,0376. Obdobně je tomu u modelů APARCH(1,1)-ST. Procento chyb je nižší u modelů odhadnutých z kratších časových řad (Tab. 5). Podle testů LRUC a LRCC však není zjištěný nižší podíl chyb významně odlišný v porovnání s modely odhadnutými z delších časových řad, protože p-hodnoty jsou ve všech případech vyšší než 0,1.

104


Tabulka 4 Porovnání předpovědní kvality vybraných modelů odhadovaných na základě podsouborů s rozsahem 1500 hodnot (hladina spolehlivosti 99 %) Počet VaRt+1 chybných (průměr) předpovědí

Model

ABLF

AQLF

LRUC

p-hodnota

LRCC

p-hodnota

APARCH(1,1)SGED APARCH(1,1)-ST

9

-0,0346

0,0164

0,0164

1,9001

0,1681

2,2001

0,3329

9

-0,0343

0,0164

0,0164

1,9001

0,1681

2,2001

0,3329

APARCH(1,1)-GED APARCH(1,1)-T APARCH(1,1)-N

11 12 15

-0,0326 -0,0326 -0,0304

0,0200 0,0219 0,0273

0,0200 0,0219 0,0273

4,3253 5,8258 11,3010

0,0375 0,0158 0,0008

5,9075 7,1227 11,9538

0,0521 0,0284 0,0025

GARCH(1,1)SGED GARCH(1,1)-ST

12

-0,0361

0,0219

0,0219

5,8258

0,0158

7,1227

0,0284

12

-0,0358

0,0219

0,0219

5,8258

0,0158

7,1227

0,0284

GARCH(1,1)-GED GARCH(1,1)-T GARCH(1,1)-N

13 13 15

-0,0343 -0,0342 -0,0317

0,0237 0,0237 0,0273

0,0237 0,0237 0,0273

7,4968 7,4968 11,3010

0,0062 0,0062 0,0008

8,5467 8,5467 11,9538

0,0139 0,0139 0,0025

Tabulka 5 Porovnání předpovědní kvality modelů APARCH odhadovaných na základě podsouborů s nižším rozsahem hodnot (hladina spolehlivosti 99 %) Model APARCH(1,1)SGED (500 hodnot) APARCH(1,1)SGED (1000 hodnot) APARCH(1,1)-ST (500 hodnot) APARCH(1,1)-ST (1000 hodnot)

Počet VaRt+1 chybných (průměr) předpovědí

ABLF

AQLF

LRUC p-hodnota

LRCC

p-hodnota

8

-0,0376

0,0146

0,0146

1,0158

0,3135

1,2524

0,5346

8

-0,0357

0,0146

0,0146

1,0158

0,3135

1,2524

0,5346

8

-0,0381

0,0146

0,0146

1,0158

0,3135

1,2524

0,5346

8

-0,0356

0,0146

0,0146

1,0158

0,3135

1,2524

0,5346

Vývoj odhadovaných hodnot VaRt+1 a skutečných hodnot časové řady logaritmu výnosů rt+1 je na Obrázku 4. Odhady VaRt+1 mají pro jednotlivé modely rozdíly v řádu tisícin, takže je z důvodu názornosti detailně zobrazeno kratší období začínající srpnem roku 2008 a končící březnem 2009. Pohled na výřez časové řady v období nestability zobrazuje rozdíly mezi jednotlivými modely. Všude tam, kde časová řada překračuje předpovědi VaRt+1, se modely dopustily chybných předpovědí. Je patrný rozdíl mezi odhady založenými na modelech APARCH a GARCH. Nelineární modely APARCH rozdílně reagují na kladné a záporné šoky. Pákový efekt je patrný zejména při výrazných nárůstech, kdy modely APARCH předpovídají nízkou volatilitu řady a tím i vyšší hodnoty VaRt+1. Naproti tomu lineární modely GARCH předpovídají stejnou volatilitu po kladných i záporných šocích, tedy nižší hodnotu VaRt+1 po výrazných kladných nárůstech (viz září a listopad 2008). Nejnižší hodnoty VaRt+1 předpovídají modely založené na zešikmených rozděleních ST a SGED, přičemž odhady SGED jsou nepatrně nižší. Oba typy odhadů se však dopouštějí stejného počtu chyb (Tab. 4).

105


Závěr

Obr. 4 Řada logaritmu výnosů podílového fondu ING International Český akciový fond v letech 2007–2009 s předpověďmi hodnot VaRt+1 na jeden den dopředu na hladině spolehlivosti 99 % pro modely APARCH(1,1)-SGED a detailní pohled na předpovědi mezi 1. 8. 2008 až 5. 3. 2009 pro modely APARCH(1,1)-ST, APARCH(1,1)-N, GARCH(1,1)-SGED a GARCH(1,1)-GED

V letech 2007–2009 významně poklesly ceny podílových listů fondu ING International Český akciový fond. Kromě dlouhodobých poklesů docházelo i k výrazným výkyvům cen a výnosů směrem dolů i nahoru. Zejména mezi srpnem 2008 a březnem 2009 dosáhly cenové výkyvy nejvyšších hodnot od počátku časové řady (od roku 2001). Velké změny se promítly do nepodmíněného rozdělení časové řady logaritmu výnosů. Zatímco zešikmení se v důsledku významných kladných výkyvů zmírňuje směrem k symetrickému rozdělení, špičatost naopak roste. Zjištěné vlastnosti tvaru nepodmíněného rozdělení nelze opomíjet při předpovídání hodnot VaR. Modely volatility založené na nesymetrických rozděleních náhodné složky jsou schopny zjištěné změny ve vývoji výnosů postihnout a poskytují kvalitní krátkodobé předpovědi.

106


Při zkoumání schopnosti modelů volatility odhadovat hodnoty VaR na hladině spolehlivosti 99 % v horizontu jednoho dne bylo použito modelů založených na podsouboru o rozsahu 1500 hodnot. Na základě statisticky významného a kladného parametru asymetrie γ modelu APARCH se v časové řadě vyskytuje pákový efekt. Záporné šoky se projevují vyššími následnými výkyvy než šoky kladné. Lineární modely GARCH tento efekt nepostihují a v předpovídání VaR se dopustily vyššího podílu chyb než modely APARCH. Nejvyššího podílu chyb dosáhly modely založené na normálním rozdělení nesystematické složky GARCH-N a APARCH-N (2,73 % procent chybných předpovědí). Na základě srovnání ABLF a AQLF a podle výsledků testů věrohodnostním poměrem LRUC a LRCC se pro sledovanou časovou řadou ukázaly jako nejvhodnější nelineární modely APARCH se zešikmeným rozdělením náhodné složky. Modely se zešikmeným Studentovým rozdělením a zešikmeným GED rozdělením se dopustily stejného procenta chybných předpovědí (1,64 %). U těchto dvou modelů přineslo zkrácení časových řad na 1000, resp. 500, hodnot, snížení průměrné hodnoty VaRt+1 a statisticky nevýznamný pokles počtu. Snížení počtu hodnot použitých k odhadu parametrů modelu tedy nepřináší významné zlepšení předpovědí. Statisticky významné parametry zešikmení obou rozdělení jsou dalším argumentem pro aplikaci zešikmených rozdělení při odhadování parametrů modelů volatility. Předpovědní schopnosti modelů volatility jsou rozdílné, většinou jsou schopny reagovat na nástup neočekávané změny, jaká ve sledované časové řadě nastala v době světové ekonomické krize. Období zvýšené volatility s významnými výkyvy cen podílových listů jsou modely APARCH se zešikmeným rozdělením náhodné složky schopny dobře postihnout a předpovědi budoucích hodnot podílových listů na nich založené dosahují chybovosti na úrovni stanovené hladiny spolehlivosti.

Seznam literatury ARLT, J., ARLTOVÁ, M. (2003): Finanční časové řady. Vlastnosti, metody modelování, příklady a aplikace. 1. vyd., Praha: Grada Publishing, 2003.

BALI, G.T., Theodossiou, P. (2008): Risk measurement performnce of alternative distribution functions. The Journal of Risk and Insurance, 2008, vol. 75, no. 2, s. 411–437. BALI, G.T., Theodossiou, P. (2007): A Conditional-SGT-VaR Approach with Alternative GARCH Models. Annals of Operations Research. 2007, vol. 151, no. 1, s. 241–267. Bollerslev, T. (1986): Generalized Autoregressive Conditional Heteroskedasticity.

Journal of Econometrics. 1986, vol. 31, issue 3, s. 307–327.

CUMMINS, D. J., MCDONALD, J. B., MERRILL, C.: (2004) Risky Loss Distributions and Modeling the Loss Reserve Pay-Out Tail. University of Pennsylvamia, 2004. Working Paper. DING, Z., GRANGER, C. W. J., ENGLE, R. F. (1993): A Long Memory Property of Stock Market Returns and a New Model, Journal of Empirical Finance, vol. 1, s. 83–106. Engle, R. F. (1982): Autoregressive Conditional Heteroskedasticity with Estimates of the Variance of U.K. Inflation. Econometrica, 1982, vol. 50, no. 4, s. 987–1008. Geweke, J. (1986): Modeling the Persistence of Conditional Variances: A Comment. Econometric Reviews. 1986, vol. 5, s. 57–61.

107


GIOT, P., LAURENT, S. (2003): Value-at-Risk for long and short trading positions. Journal of Applied Econometrics. 2003, vol. 18, s. 641–664. Glosten, L., Jagannathan, R., Runkle D. (1993): On the Relation between the Expected Value and the Volatility of the Nominal Excess Return on Stocks. Journal of Finance.1993, vol. 48, no. 5, s. 1779–1801.

GUSTAFSSON, M., LUNDBERG, C. (2009) An empirical evaluation of Value at Risk. University of Gothenburg, 2009. Master Thesis. HIGGINS, M., BERA, A. (1992): A Class of Nonlinear ARCH Models. International Economic Review. 1992, vol. 33, s.137–158. CHRISTOFFERSEN, P., PELLETIER D. (2004): Backtesting Value-at-Risk: A DurationBased Approach. Journal of Financial Econometrics. 2004, vol. 2, no. 1, s. 84–108. ING Investment Management (2008): Auditovaná výroční zpráva za finanční rok uzavření k 30. červnu 2008 [online]. 2008- [cit. 14.6.2010]. Dostupný z WWW: . JORION, P. (2000): Value at Risk: The New Benchmark for Managing Financial Risk. 2. vyd., New York: McGraw-Hill, 2000. JONDEAU, E., POON, S.H., ROCKINGER, M. (2007): Financial modeling under nonGaussian distributions. Springer, 2007, s. 159. KUPIEC, P.H. (1995): Techniques for verifying the accuracy of risk management models. The Journal of Derivatives. 1995, vol. 3, s. 73–84. LEE, M. CH., SU, J. B., LIU, H. CH (2008): Value-at-risk in US stock indices with skewed generalized error distribution. Applied Financial Economics Letters. 2008, vol. 4, issue 6, s. 425–431. Popelka, J. (2008): Podmíněné rozdělení nesystematické složky modelů volatility finančních časových řad. Studia OECOLOGICA 2/2008. Ústí nad Labem: Univerzita J. E. Purkyně v Ústí nad Labem, Fakulta životního prostředí, 2008, s. 64–75. Popelka, J. (2007): Využití lineárních a nelineárních modelů volatility při analýze českých podílových fondů a akcií. Praha: Vysoká škola ekonomická, Fakulta informatiky a statistiky, 2007. Doktorská disertační práce. Taylor, S. J. (1986): Modeling Financial Time Series. New York: Wiley, 1986. Theodossiou, P. (2001): Distribution of Financial Asset Prices, the Skewed Generalized Error Distribution, and the Pricing of Options. Rutgers University, School of Business, 2001. Working Paper.

Zakoian, J. M. (1994): Threshold Heteroskedastic Models. Journal of Economic Dynamics and Control, vol. 15, s. 931–955.

108


PROTIPREDAČNÍ OCHRANA HNÍZDNÍCH BUDEK SÝCE ROUSNÉHO (AEGOLIUS FUNEREUS) V KRUŠNÝCH HORÁCH V LETECH 2006–2009 PROTECTION AGAINST PREDATION OF TENGMALM´S OWL (AEGOLIUS FUNEREUS) NEST BOXES IN THE KRUŠNÉ HORY MTS. IN 2006–2009 Alena HÝLOVÁ1, Jan POPELKA2, Karel ŠŤASTNÝ1, Jan HANEL1 1

Česká zemědělská univerzita, Fakulta životního prostředí, Kamýcká 1176, 165 21 Praha 6 – Suchdol, Česká republika, [email protected] 2 Univerzita J. E. Purkyně, Fakulta životního prostředí, Králova výšina 7, 400 96 Ústí nad Labem, Česká republika, [email protected]

Abstrakt Hnízdní biologie a protipredační ochrana hnízdních budek sýce rousného (Aegolius funereus) byla sledována v období 2006–2009 v Krušných horách. Lokalita výzkumu se nacházela v okolí přehrady Fláje na území o rozloze 70 km2. Celková úspěšnost hnízdění za sledované roky dosahovala hodnoty 57,57 %. Nejčastější příčinou neúspěšného hnízdění bylo opuštění hnízda rodiči (22,73 %) a predace kunou lesní (Martes martes) – (19,70 %). Jako protipredační ochrana byl použit trus kočkovitých šelem a imitace lidského potu (přípravek Hukinol), jež byly aplikovány do blízkosti hnízdních budek. Na nechráněných hnízdech byla zjištěna predace ve výši 66,67 %, na chráněných pouze 12,28 %, přičemž jak trus, tak Hukinol dosahují stejné účinnosti. Abstract Breeding biology and protection against predation of the Tengmalm´s Owl (Aegolius funereus) nest boxes was monitored during 2006–2009 in the Krušné hory Mts. on an area of 70 km2 in the surrounding of dam Fláje. Overall success of nesting attempts reaches 57.57 % for the reference years. The main reasons for unsuccessful nesting were the abandonment by parents (22.73 %) and predation by the Pine Marten (Martes martes) – (19.7 %). Biological (droppings of large cats) and chemical (imitations of human sweat – preparation Hukinol) precautions, which were applied in the surrounding of nest boxes, were used as repellents against predation. Total predation of 66.67 % was found on unprotected nest boxes, while only 12.28 % on protected ones. Both repellents achieve the same effect. Klíčová slova: Sýc rousný (Aegolius funereus), predace, protipredační ochrana Key words: Tengmalm´s Owl (Aegolius funereus), predation, protection against predation

Úvod Sýc rousný (Aegolius funereus) je sova z čeledi puštíkovitých. Dle vyhlášky č. 395/1992 Sb. je v ČR řazen mezi silně ohrožené druhy živočichů a v Červeném seznamu ČR je zařazen do kategorie kriticky ohrožených živočichů (C1). Tento článek vyhodnocuje výsledky pachové protipredační ochrany jako významného nástroje ochrany druhu. V letech 2006– 2009 byla v lokalitě Fláje v Krušných horách testována biologická a chemická pachová 109


protipredační opatření, která měla zabránit vniku kuny lesní (Martes martes) do hnízdních budek. Při volbě protipredačních opatření bylo využito poznatku, že většina savců má v sobě zakódovánu obranu proti predátorovi, přičemž jedním z hlavních ukazatelů přítomnosti predátora je pro savce predátorův pach. Hlavními zdroji pachu jsou kůže či srst, moč, výkaly a produkty análních žláz (Apfelbach a kol., 2005). Protipredační ochrana je významným nástrojem zvyšování hnízdní úspěšnosti chráněných druhů ptáků. Při ochraně hnízd ibisů obrovských (Thaumatibis gigantea) v Thajsku byl počet vylétlých mláďat z chráněných hnízd vyšší oproti hnízdům nechráněným o 50 %. Ochrana byla realizována umístěním 80 cm širokého plastového pásu po obvodu kmene s hnízdem ve výšce nejméně 1,5 metru nad zemí tak, aby se zabránilo ve šplhání savcům používajícím drápy a některým hadům (Keo a kol., 2009). Zakrytí hnízd kulíků hvízdavých (Charadrius melodus) drátěnými klecemi v Severní Dakotě a Montaně zvýšilo úspěšnost vylétnutí mláďat (Murphy a kol., 2003). Stejný postup byl úspěšně aplikován i na hnízda kulíků zrzoocasých (Charadrius vociferus) (Johnson, Oring, 2002). Pach predátorů (Vulpes vulpes, Lutra lutra, Lynx lynx, Canis lupus, Ursus arctos), jako chemická zábrana, byl testován např. u bobra evropského (Castor fiber) a bylo prokázáno, že v letním období tato zábrana významně snižuje ničení stromů (Rosell a Czech, 2000). Při ochraně hnízd motáků lužních (Circus pygargus) v zemědělské krajině na Vysočině se používá oplocenka v kombinaci s pachovou ochranou (např. Invent) (Kunstmüller a kol., 2008). Na Hané byly k pachové ochraně hnízd stejného druhu použity tabletky naftalínu umístěné do hnízd a jejich nejbližšího okolí. V roce 2001 byla pozorována 100% úspěšnost hnízdících párů, přičemž ze 6 hnízd bylo vyvedeno celkem 14 mláďat (Poprach, 2001). Odchyt kuny lesní v oblasti hnízdění sýce rousného v Norsku vedl k úspěšnému hnízdění v hnízdních budkách v blízkém okolí v roce odchytu a částečně i v roce následujícím. V dalším roce se míra predace hnízd vrátila na původní úroveň, což nasvědčuje tomu, že nová kuna se pozice hnízdních budek naučila za dobu kratší než tři roky (Sonerund, 1985). Pomocí experimentu s převěšováním budek byla potvrzena hypotéza, že se stářím budek roste míra jejich predace v důsledku prostorové paměti predátorů. Sonerud (1993) převěsil polovinu (14 budek) z 12 let starých hnízdních budek sýců rousných do vzdálenosti mezi 50 a 200 metry a zjistil, že tímto postupem lze výrazně snížit míru predace kunou lesní. Zatímco na převěšených budkách byla zjištěna 22% predace, na budkách ponechaných na původním místě dosáhlo procento predovaných hnízd hodnoty 83 % (Sonerud, 1993). Četnost predace hnízdních budek sýců rousných narůstá s jejich stářím a je nezávislá na hustotě hnízd (Sonerud, 1985). Pravděpodobnost predace je vyšší v budkách, které byly již dříve predovány, v porovnání s budkami, které nikdy predovány nebyly. Výsledky studie potvrzují hypotézy, že kuna lesní nenavštěvuje budky náhodně, ale opakovaně se vrací tam, kde již dříve v hledání potravy uspěla. Samice sýce rousného preferují nové budky pro hnízdění a většina z nich mění budku mezi sezónami. Umísťování nových budek nebo jejich převěšování vede tedy ke snížení predace hnízd (Sonerud, 1985). Podobné závěry přináší i Korpimäki (1987). Ochrana hnízdních budek sýců rousných v Krušných horách oplechováním a prodloužením střechy plechovým pásem byla realizována v letech 2000 a 2001. I přes tyto zábrany se podařilo kunám lesním do budek vniknout a celková predace v těchto letech dosahovala 50 % (Drdáková, 2002).

Popis lokality Sledovaná lokalita se nachází v severních Čechách ve vrcholových partiích Krušných hor. Rozkládá se na území o rozloze 70 km2 v okolí přehrady Fláje mezi obcemi Klíny, Český 110


Jiřetín a Moldava v Krušných horách (mapy 1–4). Nadmořská výška lokality se pohybuje od 735 do 900 m n. m. V lokalitě došlo v 60.–80. letech 20. století k úplnému zničení lesních ekosystémů vrcholových partií imisemi z tepelných elektráren a průmyslových podniků z podhůří. Tato skutečnost vysvětluje současný mozaikovitý charakter krajiny, kde se střídají rozvolněné a zalesněné plochy. Na imisních holinách převládají porosty třtiny chloupkaté (Calamagrostis villosa). Po odumření porostů produkčního charakteru tvořených smrkem ztepilým (Picea abies) se na zalesněných plochách vyskytují především náhradní dřeviny – smrk pichlavý (Picea pungens), modřín opadavý (Larix decidua), bříza pýřitá (Betula pubescens), bříza bělokorá (Betula pendula), jeřáb obecný (Sorbus aucuparia). Místy se nachází původní přirozený porost buku lesního (Fagus sylvatica).

Metodika Sledování hnízdní biologie V lokalitě se vyskytují budky různého stáří postupně vyvěšované od roku 1999. V roce 2006 se zde nacházelo 115 budek vhodných pro zahnízdění sýce rousného. V roce 2007 byl jejich počet zvýšen na 132 a v roce 2009 na 164 budek (mapy 1–4). Budky byly instalovány do výšky 3 až 6 metrů především na okraje starších lesních porostů v blízkosti holin, průseků a otevřených ploch, ale i na solitérních stromech. Vletový otvor byl situován na různé světové strany směrem do volného prostoru. Vyhodnocení úspěšnosti hnízdění bylo provedeno pomocí periodické kontroly hnízdních budek v intervalu 7–14 dnů. Při nich byly sledovány počty vajec, mláďat a jejich ztráty. Všichni jedinci byli pro účely evidence a zjištění věrnosti k hnízdní budce a lokalitě označeni kroužkem, pokud jej již neměli z minulých let. Odchyt hnízdících samců byl proveden pomocí nárazových sítí s velikostí ok 2 cm. Hnízdící samice byly spolu s mláďaty odchyceny v hnízdní budce. Přítomnost kuny lesní v budce byla určena na základě nalezených pobytových znaků – chlupy v otvoru budky, drápance na budce, typický pach, stopa po zubech na skořápkách zničených vajec. V případě absence uvedených znaků a přítomnosti nepoškozených vychladlých vajec bylo hnízdění považováno za opuštěné rodiči.

Protipredační ochrana Od roku 2006 byla testována biologická a chemická protipredační opatření aplikovaná do blízkosti hnízdních budek. Biologickým protipredačním opatřením byl trus velkých kočkovitých šelem. V letech 2006–2008 se jednalo o směsný vzorek trusu lva pustinného (Panthera leo), tygra indického (Panthera tygris), levharta čínského (Panthera pardus japonensis) a rysa ostrovida (Lynx lynx). Tyto vzorky pocházely z liberecké ZOO. V roce 2009 byl použit trus pantera sněžného (Panthera uncia) ze Zooparku Chomutov. Trus byl umísťován a částečně roztírán u paty stromu s hnízdní budkou. Jako chemické protipredační opatření byl použit přípravek Hukinol, jenž je imitací lidského potu. Tímto přípravkem byl navlhčen hadřík umístěný ve spodní části kmene s hnízdní budkou. Hadřík byl v ochranném krytu (dnem vzhůru obrácený umělohmotný kelímek), aby za deště nedošlo k naředění roztoku. V roce 2006 byla aplikována obě opatření současně, v letech 2007–2009 byl u každé obsazené budky aplikován pouze jeden z repelentů tak, aby byla přibližně polovina hnízd chráněna jedním a polovina druhým způsobem. Přiřazení repelentů k hnízdním budkám bylo provedeno náhodně. První dávka byla aplikována ihned po zaznamenání hnízdění v budce a ochrana byla obnovována při každé kontrole budky, obvykle v intervalu jednoho týdne, až do ukončení hnízdění. Malá část náhodně vybraných hnízd byla s výjimkou roku 111


2007 ponechána bez ochrany, čehož bylo využito pro porovnání úspěšnosti hnízdění a míry predace v chráněných a nechráněných budkách. Umístění všech budek v zájmové oblasti bylo zaměřeno pomocí GPS. V programu ArcGIS 9 byly vytvořeny podrobné mapy hnízdění s informacemi o velikosti snůšek, počtu vylétlých mláďat a predaci hnízd (mapy 1–4). Mapy jsou nezbytné pro terénní výzkum na lokalitě a umožnily analýzy prezentované v tomto článku. Statistické vyhodnocení bylo provedeno v programech Statgraphics Centurion XV a MS Excel.

Výsledky Hnízdní biologie Během let 2006–2009 bylo v lokalitě zaznamenáno 66 hnízdění (v roce 2006 24, v roce 2007 11, v roce 2008 14 a v roce 2009 17 hnízdění), z toho bylo 38 hnízdění dokončených. Celková úspěšnost hnízdění za sledované roky dosáhla hodnoty 57,57 % (Tab. 1). Hlavními příčinami neúspěšných hnízdění bylo opuštění hnízda rodiči (22,73 % z celkového počtu zahnízdění) a predace kunou lesní (19,70 %) – (Tab. 2). Tabulka 1 Souhrnné výsledky hnízdění Rok

2006

Celkem zahnízdění Dokončená hnízdění Nedokončená hnízdění Úspěšnost hnízdění Průměrná snůška Průměrný počet vylétlých mláďat

2007

2008

2009

Celkem

24

11

14

17

66

15

8

7

8

38

9

3

7

9

28

62,50%

72,73%

50,00%

47,06%

57,57%

4,63

5,36

3,07

3,41

4,17

1,63

3,45

1,50

0,76

1,71

Tabulka 2 Příčiny nedokončených hnízdění Rok

2006

2007

2008

2009

Celkem

Počet zahnízdění Predace kunou lesní

24

11

14

17

66

3

1

4

5

% z počtu zahnízdění

12,50%

9,09%

28,57%

29,41%

Opuštění hnízda rodiči

6

2

3

4

% z počtu zahnízdění

25,00%

18,18%

21,43%

23,53%

13 19,70% 15 22,73%

Protipredační ochrana Z celkových 66 zahnízdění bylo 18 hnízd (27,27 %) chráněno trusem, 18 hnízd (27,27 %) Hukinolem a 21 hnízd (v roce 2006) chráněno trusem i Hukinolem současně (31,82 %). Nechráněných hnízd bylo celkem 9 (13,64 %), a to vždy po 3 hnízdech v letech 2006, 2008 a 2009 (tab. 3). Na nechráněných hnízdech byla zjištěna predace ve výši 66,67 % (z 9 nechráněných predováno 6), zatímco na chráněných pouze 12,28 % (z 57 chráněných hnízd predováno 7). Na chráněných hnízdech byla tedy predace prokazatelně nižší oproti nechráněným hnízdům, a to o 54,39 % (Fisherův exaktní test1; p-hodnota < 0,01). Detailní přehled predace chráněných a nechráněných hnízd je uveden v Tabulce 4. 1 Fisherův exaktní test byl použit, protože je schopen testovat soubory s malým počtem pozorování. Patří do skupiny tzv. exaktních testů, které se používají při testování nezávislosti v řídkých kontingenčních tabulkách, na něž z důvodů nesplnění podmínek o minimálním počtu pozorování nelze aplikovat všeobecně používaný chí-kvadrát test (Pecáková, 2007).

112


Porovnání účinnosti protipredačních pachových ochran Pro hodnocení účinnosti obou typů pachové ochrany byla použita data z let 2007–2009, rok 2006 nebyl pro toto porovnání použit z důvodu aplikace obou opatření zároveň. Oba typy pachové ochrany dosahují dle dosavadních výsledků stejné účinnosti. V obou případech bylo predováno 16,7 % hnízd (po 3 hnízdech z 18 chráněných). V roce 2006, kdy byla použita obě protipredační opatření současně, byla míra predace nižší – z 21 chráněných hnízd bylo predováno jen 1 hnízdo (4,8 %) – (Tab. 5). Rozdíl oproti oddělenému použití ochrany však není statisticky významný (Fisherův exaktní test; p-hodnota = 0,32). Porovnáním průměrných velikostí snůšek byl zjištěn statisticky významný rozdíl mezi chráněnými a nechráněnými hnízdy (dvouvýběrový t-test s rovností rozptylů2; p-hodnota < 0,01). V průměru připadá na jedno chráněné hnízdo 4,47 snesených vajec, zatímco na nechráněné jen 2,22 vejce (obr. 1). Z chráněných hnízd vylétlo v průměru 1,88 mláďat, z nechráněných pouze 0,44 mláďata (obr. 2). Rozdíl mezi průměry je statisticky významný (dvouvýběrový t-test s rovností rozptylů3; p-hodnota = 0,03). Na základě intervalového odhadu bylo zjištěno, že na jedno chráněné hnízdo připadá v průměru o 0,12 až 2,75 mláďat více než na nechráněné (95% interval spolehlivosti pro rozdíl středních hodnot). Úspěšnost vylétnutí mláďat je u chráněných hnízd 42 % (107 vylétlých mláďat z 255 snesených vajec), u nechráněných 20 %. I tento rozdíl je statisticky významný (Chí-kvadrát test s Yatesovou korekcí pro čtyřpolní tabulku; p-hodnota = 0,09). Aplikace pachové protipredační ochrany zvyšuje podle výše uvedených ukazatelů hnízdní úspěšnost. Tabulka 3 Počty chráněných a nechráněných hnízdních budek Rok

2006

Počet zahnízdění Hnízda chráněná trusem % z počtu zahnízdění Hnízda chráněná Hukinolem % z počtu zahnízdění Hnízda chráněná trusem i Hukinolem současně % z počtu zahnízdění Hnízda nechráněná % z počtu zahnízdění

2007

2008

2009

Celkem

24

11

14

17

66

0

6

5

7

0,00%

54,55%

35,71%

41,18%

0

5

6

7

0,00%

45,45%

42,86%

41,18%

18 27,27% 18 27,27%

21

0

0

0

21

87,50%

0,00%

0,00%

0,00%

31,82% 9 13,64%

3

0

3

3

12,50%

0,00%

21,43%

17,64%

Tabulka 4 Predace na hnízdních budkách Rok

Predace celkem % z počtu zahnízdění Predace s aplikovanou ochranou % z hnízd chráněných Predace bez aplikované ochrany % z hnízd nechráněných

2006

2007

2008

2009

3

1

4

5

12,50%

9,09%

28,57%

29,41%

Celkem

1

1

3

2

4,76%

9,09%

27,27%

14,29%

13 19,70% 7 12,28%

2

0

1

3

6

66,70%

0,00%

33,40%

100%

66,67%

2 Oba soubory pocházejí z normálního rozdělení (p-hodnota Kolmogorova-Smirnova testu je pro oba soubory > 0,10); rozptyly jsou stejné (p-hodnota F-testu o shodě rozptylů je 0,89) 3 Oba soubory pocházejí z normálního rozdělení (p-hodnota Kolmogorova-Smirnova testu je pro oba soubory > 0,01); rozptyly jsou stejné (p-hodnota F-testu o shodě rozptylů je 0,29)

113


Tabulka 5 Predace na hnízdních budkách chráněných protipredační ochranou Rok

2006

2007

2008

2009

0

1

2

0

0,00%

16,67%

40,00%

0,00%

0

0

1

2

0,00%

0,00%

16,67%

28,57%

3 16,67% 3 16,67%

1

0

0

0

1

4,76%

0,00%

0,00%

0,00%

4,76%

Predovaná hnízda chráněná trusem % z počtu chráněných Predovaná hnízda chráněná Hukinolem % z počtu chráněných Predovaná hnízda chráněná trusem i Hukinolem současně % z počtu chráněných

Celkem

Box-and-Whisker Plot

hnizda_chranena

hnizda_nechranena

0

2

4

6

8

Obr. 1 Porovnání velikosti snůšek v chráněných a nechráněných hnízdech (krabicový diagram s vymezením dolního a horního kvartilu – stěny obdélníku, mediánu – svislá čára uvnitř obdélníku, aritmetického průměru – křížek, hranic odlehlých hodnot – anténky a odlehlých hodnot – body) Box-and-Whisker Plot

hnizda_chranena

hnizda_nechranena

0

2

4

6

8

Obr. 2 Porovnání počtu vylétlých mláďat z chráněných a nechráněných hnízd (krabicový diagram)

Míra predace hnízdění ve stejné budce Ve sledovaném období bylo pozorováno celkem 12 zahnízdění v budkách, ve kterých byla zaznamenána hnízdění i v předchozím roce (5 hnízdění v roce 2007, 4 v roce 2008 a 3 v roce 2009). 33 % z těchto hnízd bylo predováno (celkem 4 hnízda z 12 – 1 v roce 2007, 1 v roce 2008 a 2 v roce 2009). Míra predace hnízd v budkách, které nebyly obsazeny v předchozím roce, dosáhla jen 20 %. Zjištěný rozdíl v míře predace však není dle Fisherova exaktního

114


testu významný (p-hodnota = 0,43). Na základě dosavadního výzkumu nebylo statisticky prokázáno, že hnízdění ve stejné budce zvyšuje riziko predace. Ze zmíněného počtu 12 případů hnízdění ve stejné budce připadají pouze 3 případy na stejné samce (25 %) a 1 na stejnou samici (8,3 %), nebylo však pozorováno hnízdění stejného páru. Ostatní budky byly obsazeny jinými samci a samicemi. Věrnost hnízdní lokalitě je však vyšší. V letech 2007–2009 se podařilo odchytit 27 samců ze 42 hnízdících párů (64,3 %). Ve 13 případech byla zjištěna věrnost hnízdní lokalitě (30,95 %). Dále bylo zjištěno 10 odchytů samic (23,81 %), které hnízdily opakovaně v zájmové oblasti.

Závislost zahnízdění na předchozí predaci V letech 2006–2008 bylo na lokalitě ponecháno 5 predovaných budek do následujícího roku. Ostatní predované budky byly odstraněny. Z ponechaných budek byla jen jedna (20 %) obsazena v dalším roce. Toto hnízdo bylo opět predováno (rok 2009). Nepodařilo se zjistit, zda se jednalo o zahnízdění stejné samice. Oproti tomu z 30 nepredovaných budek v letech 2006–2008 bylo 8 (26,67 %) obsazeno v následujícím roce. Rok 2009 nebyl hodnocen, protože v době zpracování analýzy nebyly k dispozici informace o hnízdění za sezónu 2010. Vypočtený rozdíl v míře obsazenosti budek není dle Fisherova exaktního testu statisticky významný (p-hodnota = 0,65). Podle závěru testu nelze tvrdit, že by predované budky byly v následujícím roce obsazovány méně než budky nepredované.

Diskuse Celková úspěšnost hnízdění za roky 2006–2009 dosáhla hodnoty 57,57 %. Dle Vacíka (1989) jsou Krušné hory v rámci Evropy srovnatelné s Thüringenem v Německu (63 % dokončených hnízdění), s oblastí Schwabische Alb v Německu (48,6 %) a s neurčenou oblastí ve Švédsku (60 %). Vacík (1989) dále zjistil, že v ČSR bylo úspěšně ukončeno až 71,8 % započatých hnízdění. Podobnou hodnotu (72,2 %) udává i Rymešová (2007) pro CHKO Žďárské vrchy. Podle Kloubce (2003) byla úspěšnost na Šumavě v letech 1978–2002 60,2 % a predace 32,5 %. Námi zjištěné hodnoty přispívají k tvrzení Kloubce (2003), že Krušné hory jsou v porovnání se Šumavou méně úspěšnou lokalitou. Podle Drdákové (2002) byla ve stejné lokalitě v Krušných horách zjištěna v letech 2000–2001 úspěšnost hnízdění 40,6 %, což je hodnota nižší než v letech 2006–2009 (57,57 %). Vyšší úspěšnost hnízdění v poslední době přisuzujeme aplikaci pachových protipredačních opatření. Na úspěšnost hnízdění působí i další faktory, jako je míra dostupnosti potravy, hustota predátorů v lokalitě, stáří a lokace budek. Pro posouzení jejich vlivu zatím není dostatek dat, a proto nebyly do analýz zahrnuty. Vlivem stáří budek se na Šumavě zbýval Kloubec (2003). Prokázal, že s rostoucím stářím klesá jejich obsazenost. Stejné závěry přinášejí i zahraniční autoři (Sonerud, 1985; Korpimäki, 1987). Nejčastějšími příčinami neúspěšného hnízdění bylo opuštění hnízda rodiči (22,73 %) a predace kunou lesní (19,7 %). Dle Vacíka (1989) bylo v ČSR průměrně 11,3 % hnízd opuštěno a 15,3 % hnízd predováno. Drdáková (2002) zjistila, že na Flájích v Krušných horách v letech 2000 a 2001 byla hlavní příčinou neúspěšného hnízdění predace (50 %) následovaná opuštěním hnízda (9,4 %) (Drdáková 2002). Krušné hory vykazují oproti jiným místům v ČR a v Evropě vyšší procento opuštěných a predovaných hnízd. Hlavním rozdílem oproti Skandinávii (ve Finsku je opuštěno a predováno pouze necelých 10 % hnízd) je pravděpodobně velmi vysoká početnost kuny lesní u nás (Šťastný, 2009). Dle výsledků Drdákové (2002) byla v letech 2000 a 2001 ve stejné lokalitě v Krušných horách při výzkumu sýce rousného použita umělá ochrana oplechováním budek a prodloužením střechy plechovým pásem. I přes tyto zábrany se však podařilo kunám do budek vniknout 115


a celková predace v těchto letech dosahovala 50 %. Přitom podle autorky (in verb.) nebylo rozlišováno, zda šlo o predaci či zabití mláďat samicí (kronismus). Míra predace v letech 2006–2009 je v porovnání s údaji Drdákové (2002) mnohem nižší, a to pouze 19,70 %. V letech 2006–2009 došlo tedy ke snížení celkové míry predace chráněných i nechráněných hnízd o 30 %. Na nechráněných hnízdech byla zjištěna predace ve výši 66,67 %, na chráněných hnízdech pouze 12,28 %. Přípravek Hukinol i trus kočkovitých šelem dosahují dle dosavadních výsledků stejné účinnosti, pokud jsou aplikovány společně i odděleně. V případě oddělené aplikace bylo u obou přípravků predováno 16,7 % ochráněných hnízd. Při společné aplikaci byla míra predace sice nižší (4,8 %), rozdíl mezi pachovými opatřeními použitými společně nebo odděleně však nebyl statisticky prokázán. Na jedno chráněné hnízdo připadá v průměru o 0,12–2,75 mláďat více než na nechráněné. Průměrný počet vylétlých mláďat v jednotlivých letech je závislý na potravní nabídce (Šťastný, 2009; Hýlová a kol., 2009), což zvětšuje šířku vypočteného intervalu. Proto lze v otravně slabých letech očekávat nižší hodnoty v rámci vypočteného intervalu a v potravně silných letech hodnoty vyšší. Intervalový odhad je v tomto případě vhodnější než odhad jedním číslem, který nepostihuje výše zmíněné rozdíly. Predované budky nebyly v následujícím roce obsazovány méně, než budky nepredované. Toto zjištění lze vysvětlit tím, že budky jsou obsazovány jinými samci a samicemi, kteří o předchozí predaci nevědí. Mezi roky 2007–2009 bylo zaznamenáno hnízdění ve stejné budce pouze u 3 samců a 1 samice. Ostatní budky byly obsazeny jinými samci a samicemi.

Závěr Přípravek Hukinol i trus kočkovitých šelem dosahují dle dosavadních výsledků stejné účinnosti. Predační tlak se na sledované lokalitě podařilo zmírnit aplikací pachových protipredačních opatření, a to o 54,39 %. Navržená opatření významným způsobem snižují riziko predace, a tím přispívají k ochraně druhu. Změny predačního tlaku v jednotlivých letech a jejich dopad na účinnost protipredační ochrany by měly být předmětem dalšího, detailnějšího výzkumu. Analýzy by měly být zaměřeny na vliv potravní nabídky, umístění a stáří budek a početnost predátorů.

Poděkování Výzkum sýce rousného v Krušných horách je realizován díky finanční podpoře Lesů České republiky, s. p. v rámci projektu „Využití predátorů v biologickém boji s drobnými hlodavci ve vyhlášených ptačích oblastech na Krušných horách“ a Interní grantové agentury České zemědělské univerzity v Praze.

Seznam literatury APFELBACH, R., BLANCHARD, C. D., BLANCHARD., R., HAYES, A., MCGREGOR, I. S. (2005) The effects of predator odors in mammalian prey species: A review of field and laboratory studies. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 2005, vol. 29, issue 8, s. 1123–1144. DRDÁKOVÁ, M. (2002) Hnízdní biologie sýce rousného (Aegolius funereus) v imisních oblastech Krušných hor. Praha: Česká zemědělská universita, Lesnická fakulta, 2002. Diplomová práce. 98 s. 116


HÝLOVÁ, A., HANEL, J., SLÁMOVÁ, P., ŠŤASTNÝ, K., POPELKA, J. (2009) Breeding biology and population structure of Tengmalm´s Owl (Aegolius funereus) in the Krušné Mts. in 2006–2009. 2nd European Congress of Conservation Biology, Book of abstracts. Prague, Czech University of Life Sciences, Faculty of Environmental Sciences, 2009, s. 178. JOHNSON, M., ORING, L. W. (2002) Are nest exclosures an effective tool in plover conservation? Waterbirds. 2002, vol. 25, s. 184–190. KEO, O., COLLAR, N. J., SUTHERLAND, W. J. (2009) Nest protectors provide a cost-effective means of increasing breeding success in Giant Ibis Thaumatibis gigantea. Bird Conservation International. 2009, vol. 19, issue 1, s. 77–82. KLOUBEC, B. (2003) Hnízdění sýce rousného (Aegolius funereus) v budkách na Šumavě: shrnutí z let 1978–2002. Buteo. 2003, č. 13, s. 75–86. KORPIMÄKI, E. (1987) Selection for nest-hole shift and tactics of breeding disperzal in Tengmalm‘s Owl Aegolius funereus. Journal of Animal Ecology. 1978, vol. 56, s. 185–196. KUNSTMÜLLER, I., KODET, V., SKŘÍČEK, T. et HOBZA, P. (2008) Problematika hnízdění a ochrana hnízd motáka lužního (Circus pygargus) na zemědělské půdě ve vojtěšce (Medicago sativa). Zprávy MOS 65-66. 2008, s. 13–28. MURPHY, R. K., GREENWOOD, R. J., IVAN, J. S., SMITH, K. A. (2003) Predator exclusion methods for managing endangered shorebirds: are two barriers better than one? Waterbirds. 2003, vol. 26, s. 156–159. PECÁKOVÁ, I. (2007) Testy nezávislosti v řídkých kontingenčních tabulkách. Statistika. 2007, č. 1, s. 61–68. POPRACH, K. (2001) Výroční zpráva občanského sdružení TYTO za rok 2001. Bohuňovice: TYTO, Občanské sdružení pro ochranu přírody a krajiny. 2001. 8 s. ROSELL, F., CZECH, A. (2000) Responses of foraging Eurasian beavers Castor fiber to predator odours. Wildlife biology. 2000, vol 6, issue 1, s. 13–21. RYMEŠOVÁ, D. (2007) Složení potravy a hnízdní úspěšnost sýce rousného (Aegolius funereus) v CHKO Žďárské vrchy. Buteo. 2007, č. 15, s. 49–57. SONERUD, G. A. (1993). Reduced predation by nest box relocation: differential effect on Tengmalm Owl nests and artificial nests. Ornis Scandinavica. 1993, vol. 24, s. 249–253. SONERUND, G. A. (1985) Nest Hole Shift in Tengmalm’s Owl Aegolius funereus as Defence Against Nest Predation Involving Long-Term Memory in the Predator. Journal of Animal Ecology. 1985, vol. 54, no. 1, s. 179–192. ŠŤASTNÝ, K. (2009) Využití predátorů v biologickém boji s drobnými hlodavci ve vyhlášených ptačích oblastech na Krušných horách (dílčí technická zpráva 3 – rok 2009). Závěrečná zpráva pro LČR. 2009. (nepublikováno). VACÍK, R. (1989) Hnízdní biologie sýce rousného, Aegolius funereus, v Čechách a na Moravě. Praha: Univerzita Karlova, Přírodovědecká fakulta, 1989. Diplomová práce.

117


Mapy zahnízdění sýce rousného v jednotlivých letech

Mapa 1 Mapa zahnízdění sýce rousného v roce 2006 s vyznačenými predovanými hnízdy (predace) a uvedenými počty vajec a vylétlých mláďat (snůška/vylétlá mláďata)

118


Mapa 2 Mapa zahnízdění sýce rousného v roce 2007

Mapa 3 Mapa zahnízdění sýce rousného v roce 2008

Mapa 4 Mapa zahnízdění sýce rousného v roce 2009 119

KOŘENOVÉ ÚTVARY V NEOVULKANICKÉM PSEUDOKRASU

Recommend Documents