Základní literatura Moderní směry v krajinné ekologii Tomáš Kučera Botanický ústav AV ČR http:// www..butbn. http://www butbn.cas. cas.cz/ cz/kucera/ kucera/
Bissonette J.A. (1997): Wildlife and Landscape Ecology. Effects of Pattern and Scale. – Springer, 410 p. Farina A. (1998): Principles and Methods in Landscape Ecology. – Chapman & Hall, 288 p. Forman R.T.T. (1995): Land Mosaics. The Ecology of Landscapes and Regions. – Cambr. Univ. Press, 632 p. Klopatek J.M. & Gardner R.H. [eds.] (1999): Landscape Ecological Analysis. Issues and Applications. – Springer, 400 p. Turner M.G. & Gardner R.H. [eds.] (1991): Quantitative Methods in Landscape Ecology. – In: Ecol. Studies 82, Springer, 536 p. Turner M.G., Gardner R.H. & O’Neill R.V. (2001): Landscape Ecology in Theory and Practice. Pattern and Processes. – Springer, 401 p. Wiens J.A. & Moss M.R. [eds.] (1999): Issues in Landscape Ecology. – ed. IALE, 151 p.
Program
Krajinná ekologie nebo ekologie krajiny?
1) Vymezení krajinné ekologie a její vztah k příbuzným (hraničním) oborům - geoekologii, geobotanice, geomorfologii, atd. Časoprostorová měřítka a škály. Základní paradigmata krajinné ekologie. 2) Struktury krajinné mozaiky - popis, klasifikace a kvantifikace. Základní indexy pro popis krajinných struktur a jejich použití. 3) Funkce krajinné mozaiky a její význam pro organismy (ekotony, perkolační teorie, teorie metapopulací). 4) Uspořádání a procesy v krajině na různých časoprostorových škálách. Disturbance, fragmentace, spojitost. Intenzifikace vs. opuštění krajiny. 5) Prostorové statistiky versus měřítka mozaiky krajinného pokryvu
1
6) Zdroje environmentálních dat a otázky jejich zpracování (funkce GIS, transformace a interpolace dat). Digitální model terénu a jeho aplikace. DPZ. Interpretace a výpovědní schopnost. 7) Funkce vegetace v krajině 1. Makroenergetika krajiny, Holistický přístup. 8) Funkce vegetace v krajině 2. Prostorové charakteristiky, mnohaúrovňový přístup. 9) Návaznosti krajinné ekologie: krajinná archeologie, kr. architektura, historické proměny krajiny. 10) Krajinná ekologie v domácí praxi - mapování krajinného pokryvu, krajinářské hodnocení, ochrana krajinného rázu. Cvičení 1) Základní zdroje dat o krajině. Interpretace leteckých snímků. 2) Metody klasifikace a interpretace družicových dat. 3) Ukázka GISového zpracování jednoduché úlohy. 4) Závěrečný seminář na zadané téma
Krajina a krajinná ekologie • Krajina je celkový charakter regionu (A. von Humboldt) • Krajinná ekologie (konec 30. let, C. Troll) • Krajina je mozaikou heterogenních krajinných forem, vegetačních typů a využití půdy (Urban et al. 1987) • Krajinná ekologie je syntetickým propojením mnoha příbuzných oborů zaměřeným na prostorové a časové uspořádání krajiny (Risser 1987)
Základní principy
Vnímání krajiny
• princip jednoty struktury a funkce krajiny (= indikační hodnota krajinného pokryvu) • princip biotické rozmanitosti (= heterogenita & betadiverzita) • princip toků organismů (migrace, čtení krajiny) • princip přerozdělování (redistribuce) živin • princip toku energií • princip krajinných změn (shifting mosaics) • princip stability krajiny (resistence a resilience po disturbanci)
• lidské – krajina je prostředím přežití, osídlení • geobotanické – krajinný pokryv (vegetace), ekologie • zvířecí – množství měřítek podle životního prostoru
Forman & Godron 1986
Mapování krajinných charakteristik a modely vývoje Aplikace krajinných charakteristik na příkladu Nizozemí (Canters et al. 1991)
Whittaker 1956, Great Smoky Mts.
Kultivace krajin (man-made) • antropogenní přeškálování • vznik nových hranic a koridorů • perturbace • homogenizace krajinného pokryvu • obhospodařování zdrojů Yellowstone NP
2
Klasifikace krajin a krajinná typologie • nomenklatura pro hierarchickou klasifikaci krajin (Klijn & de Haes 1994)
Teorie hierarchie • Uspořádání (pattern) – (1) vývoj (mozaikování plošek), (2) organizace (škály disturbancí, druhového šíření, faktorů prostředí, fyziognomie vegetace), (3) udržitelnost (př. disturbance a jejich absorbce) • Hierarchicky organizované systémy mohou být děleny nebo slučovány na samostatné funkční komponenty operující na různých škálách -- (a) hierarchická struktura komponenty jsou v hierarchickém systému organizovány do úrovní podle funkčních škál. Př. Canopy dynamics na úrovních pater (organizace druhového složení, produkce, vztahů atd.) -- (b) vysvětlující mechanismy. Př: růstová rychlost, životní strategie, ekol. nároky prostředí -- (c) omezující podmínky a kontext okolí
Delcourt et al. 1983
Bissonette 1997
Fraktální geometrie II
Fraktální geometrie
Gleick J. (1987): Chaos: Making a New Science. (Český překlad 1996).
3
Fraktální geometrie IV
Fraktální geometrie III
d = ln A / ln P, resp. D = ln P / ln A (D=1/d)
a+b: D=1.26
kde d (D) je fraktální dimense, A je plocha a P je např. obvod
D=0 c+d: D=1.47
Mapa půdních typů, Burrough 1986
D=0,4
1
1,4
2
2,4
malé útvary mají nižší d (D) než velké (Krummel et al. 1987)
Jak členité je pobřeží Norska? hodnota fraktální dimenze vystihuje členitost pobřeží
RESURS 1
Struktury krajinné mozaiky
d=1,8
d=1,5
d=1,2
Měřitelné parametry krajinné mozaiky
Základní charakteristiky • Plošky (patches): tvar, izolovanost, rozptyl, hranice (ekoton) • Koridory: hustota, křivolakost, spojitost (počet uzlů) • Matrice: četnost složek, poréznost, spojitost sítě • Heterogenita: kontrast, mozaikovitost, zrnitost
Forman & Godron, Krajinná ekologie, p. 91-192 Forman R.T.T., 1995, Land Mosaics. – Cambr. Univ. Press, p. 138-142, 277-282, 317-321.
• • • • • • • • •
distribuce velikostí plošek forma hranic (spojitost, linearita, délka) poměr obvod:plocha (tvar) orientace plošek kontext (matrix) kontrast spojitost (konektivita) bohatost typů a vyrovnanost pokryvu prediktabilita (prostorová autokorelace)
4
Nulové modely krajinné matrice
Heterogenita - ploškovitost
Ekologická heterogenita Heterogenita heterogenity • deterministická • chaotická • náhodná • prostorová a časová • kontinuální, diskontinuální, homogenní heterogenita • funkční heterogenita a její měřítka
Ekotony • délka, šířka, tvar, strmost, vnitřní heterogenita • hustota, fraktální dimenze, mozaikovitost • stabilita, resilience, funkční kontrast, porozita
Koncept posunové mozaiky
Perkolační teorie
• původně difůze roztoků náhodně proudících skrz médium, do kr. ekol. zavedena jako vysvětlení neutrálních modelů (Gardner et al. 1987) • kritická hodnota 0.5928
5
Metapopulační modely
Systém zdroj – spotřeba (source-sink) • populační ekologie – populace zdrojové (natalita, emigrace) a “sink p.” (mortalita, imigrace) • krajina – zdrojová ploška obsahuje zdrojovou populaci, etc. neboli populace je kontrolována kvalitou krajinné mozaiky (mat. modely) • pseudosink (paradox, kdy “source” je dotován imigrací tak, že se jeví jako “sink”) • stabilní maladaptace (příklad: duby a sýkorky) • ekologické invaze
• vztah species-area a species-isolation • menší plošky mají menší pravděpodobnost výskytu než plošky větší • v mnohadruhovém prostředí má každý druh svou prahovou hodnotu • modely vymírání (Kareiva 1998)
Dynamika plošek • shifting mosaics (Clark J.S., Ecology 72: 1119-1137, 1991) • gap dynamics • edge effect (abiotic, direct biol. & indirect biol.)
Fragmentace Změny strukturální – velikost plošek, tvar, stupeň izolace, vlastnictví Historie pasečného hospodaření Efekt fragmentace na ekosystémové procesy: změna toků radiace, větru, vody a živin podmiňuje i změny vegetace • redukce plochy • změny obsahové a strukturní • změny živočišné složky, zejména půdní bioty, dekompozitorů • invaze nepůvodních druhů (včetně savců) • změna režimu disturbancí (včetně obhospodařování)
1975
Disturbance
RHODONIA
1986
1992
• ploškovitost (gap dynamics) – velikost, tvar, rozšíření, heterogenita • dostupnost zdrojů • perioda rotace (dlouhodobé rotace – refugia, reinvaze) • intenzita disturbance (síla, frekvence, rozsah) • disturbanční režim Působení disturbancí na • • • • •
stukturu systému (typ, intenzita, koexistence) zdrojovou základnu životní strategie (life-history) kompetiční schopnosti krajinné charakteristiky (identita, velikost, isolace, skladba, mozaika...)
6
Přírodní disturbance
A polom B-D, F-G lesní požár
Mozaika vytvořená v roce 1988 po požáru v Yellowstone NP
E hurikán H záplavy
Shugart 1999
Environmentální data, GIS a DPZ
Data jsou nezbytná... • typ dat: objektová, kategoriální a kontinuálně proměnlivá (trend) • prostorové vyjádření: bod - linie - polygon (+ databáze atributů) • grafické vyjádření: rastr - vektor • numerické vyjádření: boolovské (0/1), integer, real • vstup dat: rastrový x vektorový systém • metody interpolace dat (body - kontinuální proměnná)
Data • objekty • kontinuální, ordinální – gradient (trend) – povrch
• kategoriální
Environmentální data: • vodní toky • výškopis • komunikace • půdní poměry • krajinný pokryv / využití půdy • geografická referenční síť • a mnoho dalších… => tématické vrstvy
Bernhardsen 1999
7
Prostorové modelování • • • •
mnohorozměrné a prostorové statistiky Bayessovská pravděpodobnost Markovské přechodové matice ekosystémové modelování Vegetation y Distribution Climate
x1
Soils
x2
Topography
Model
Historie krajiny Probability of
= f(c, s, t)
Archeologie krajiny, krajinná architektura, historický vývoj krajinného pokryvu a využití půdy
x3
Krajinná archeologie aneb dějepis v lokálním měřítku • archeologické objekty (středověk): zděné budovy, cesty, vesnice, pole • pedologie – kulturní půdy • využití půdy a vývoj krajinného pokryvu • regionalizace krajiny, umístění sakrálních staveb, cestní síť • pohřbené středověké vesnice • vývoj půdorysu vesnice a polního systému
Vývoj vesnického osídlení od mezolitu po středověk
Souhrn Metody, data
Vlastní náplň
• GIS, RS • geostatistiky, prostorové statistiky, land metrics
• časo-prostorová
– vždy důležitá topologie
Aplikace • ochrana přírody, ES management • prostorové plánování • udržitelný život
– ploška, koridor, mozaika – disturbance, fragmentace
• tématická vrstva – land cover / land use
• funkčně ekologická – ekol. povodí – regionální ekologické jednotky (incl. DEU)
8
Užitečné odkazy • McGarigal stránka krajinné ekologie (Fragstat) http://www.umass.edu/landeco/teaching/landscape_ecology/schedule/land eco_schedule.html • D. Mladenoff http://landscape.forest.wisc.edu/courses/landscape565spr01/readings.htm • M. Turner http://www.wisc.edu/zoology/courses/spring02/879/879home.html • T. Milne http://sevilleta.unm.edu/~bmilne/bio576/instr/instr.html • D.L.Urban http://www.env.duke.edu/lel/teaching.html • Hanski odkazy a software na metapopulace http://www.helsinki.fi/science/metapop/ • iale http://www.iale.ws
Otevřená témata 1) Teorie hierarchie v krajinné ekologii a krajinná ... úroveň (level)? Neboli: slova matou. 2) Škála (scale) v krajinné ekologii. 3) Rovnováha vs. nerovnováha v krajině. 4) Integrace ekologických a geografických principů. 5) Perspektivy využití dat o krajinném pokryvu (land cover) 6) Krajinné uspořádání (pattern): kontext a procesy. 7) Prostorové modelování v krajinné ekologii. 8) Experimentální krajinná ekologie. 9) Paleoekologická analýza jako dědictví minulých krajin. 10) Časový rozměr: kulturní půdy a prostorové uspořádání časných krajin.
11) Disturbance v krajině. 12) Globální změny a krajina 13) Ekologie obnovy (restoration) a krajina 14) Ochrana krajiny – nový program konzervační biologie 15) Konzervační krajinné plánování na krajinné úrovni. 16) Přírodní management a krajinná ekologie. 17) Lesní hospodaření a krajinná ekologie. 18) Krajinná ekologie integruje uspořádání a procesy v říčních systémech. 19) Příroda dolních toků řek – hledání říční identity. 20) Územní plány krajinného pokryvu. 21) Farmaření a farmy v krajině 22) Kulturní aspekty krajinné ekologie. 23) Politicko-ekonomické dimenze v Krajinné ekologii. 24) Kdy je důležitý krajinný rozměr?
9
