Embed Size (px)
Citation preview
REGIA NAŢIONALĂ A PĂDURILOR INSTITUTUL DE CERCETĂRI ŞI AMENAJĂRI SILVICE
RECONSTITUIREA PRIN METODE
DENDROECOLOGICE A DINAMICII PERTURBĂRILOR ÎN PĂDURILE NATURALE DIN
CARPAȚII ORIENTALI TE40/2011
Sinteză – 2011-2014
Director Ştiinţific, Responsabil temă, Dr.ing. Ovidiu Badea Dr.ing. Ionel Popa
Contract nr. 72/2011
2
INSTITUTUL DE CERCETĂRI ŞI AMENAJĂRI SILVICE
STAŢIUNEA EXPERIMENTALĂ DE CULTURA MOLIDULUI
CÂMPULUNG MOLDOVENESC
TE40/2011 Titlul temei: „Reconstituirea prin metode dendroecologice a dinamicii perturbărilor în pădurile naturale din Carpații Orientali”
Ciclul de cercetare: 2011-2014
Beneficiarul cercetării: Unitatea Executivă pentru Finanţarea Învăţământului Superior, a Cercetării, Dezvoltării şi Inovării (UEFISCDI)
Director proiect: Dr.ing. Ionel POPA – Staţiunea Experimentală de Cultura Molidului – Câmpulung Moldovenesc
Echipa de cercetare: Dr.ing. Sidor Cristian – Staţiunea Experimentală de Cultura Molidului – Câmpulung Moldovenesc
Dr.ing. Nechita Constantin – Staţiunea Experimentală de Cultura Molidului – Câmpulung Moldovenesc
Drd. Semeniuc Anca– Staţiunea Experimentală de Cultura Molidului – Câmpulung Moldovenesc
Dr.ing. Cenusă Radu - Staţiunea Experimentală de Cultura Molidului – Câmpulung Moldovenesc
Tehn. Vlădeanu Dumitru - Staţiunea Experimentală de Cultura Molidului – Câmpulung Moldovenesc
Directorul Institutului: Ing. Gheorghe Dumitriu
Director Ştiinţific: Dr.ing. Ovidiu Badea
Şef Staţiune: Dr. ing. Ionel POPA
3
1. Introducere
Majoritatea ecosistemelor forestiere montane din Europa au fost afectate de activităţi umane de mai multe secole. Informaţii despre structura şi dinamica naturală a acestora sunt foarte puţine, atât în Europa de vest cât şi în Europa centrală şi sudică (Svoboda et al., 2010). Cunoaşterea dinamicii structurale a pădurii montane superioare reprezintă o condiţie esenţială pentru asigurarea unui management sustenabil mai ales în perspectiva unei silviculturi apropiate de natură. Pădurea naturală reprezintă o sursă de informaţii preţioasă privind dinamica naturală şi evoluţia ecosistemelor forestiere fără influenţa directă a acţiunii omului (Motta et al., 2010). Modul de structurare şi organizare, sub raportul parametrilor dendrometrici, funcţionali şi spaţiali, constituie un model pentru pădurea cultivată, mai ales în restricţiile actuale impuse de conceptele de gestionare durabilă şi promovare a unui management forestier apropiat de natură (Motta et al., 1999).
Dinamica structurii acestor ecosisteme naturale este în mod direct condiţionată de regimul factorilor perturbatori şi procesele competiţionale specifice (Franklin et al., 2007; Picket şi White, 1985). Structura pădurii este o funcţie de perturbare şi timp (Fule et al., 1997; Spies, 1998). Perturbarea este definită drept un eveniment relativ discret în timp care modifică structura ecosistemului forestier schimbând disponibilitatea resurselor, substratului sau a mediului fizic (Picket şi White, 1985). Perturbarea poate induce atât o modificare a ritmului de creştere radială (competiţie, vânt etc.) cât şi o alterare a structurii anatomice a lemnului (îngheţuri, incendii etc.). Dacă în cea de-a doua situaţie prin analize vizuale se poate identifica exact anul producerii perturbării, în cazul schimbării dinamicii proceselor de creştere sunt necesare metode statistice specifice dendroecologiei (metoda ratelor de creştere, metoda separării semnalelor etc.).
Studiul rolului factorilor perturbatori în dinamica structurii ecosistemelor forestiere înregistrează o atenție deosebită în ultimele decenii (Pickett și White 1985; Splechtna et al. 2005; Motta 2002; Svoboda și Pouska 2008). Perturbările au un rol esențial în majoritatea proceselor ecosistemice (Peterson and Pickett 1995). Procesele de regenerare sunt direct condiționate, în majoritatea cazurilor, în pădurile montane de regimul perturbărilor, dintre care doborâturile produse de vânt constituie un factor important (Nagel et al., 2010; Svoboda et al., 2010). Intensitatea și frecvența perturbărilor afectează semnificativ structura și funcțiile ecosistemului forestier montan (Fraver and White, 2005). O bună cunoaștere și înțelegere a efectelor induse de factorii perturbatori asupra structurii pădurii permite formularea unor strategii de management forestier durabil, fundamentat pe baze științifice, având drept obiectiv conservarea diversității speciilor și habitatelor, concomitent cu asigurarea unor efecte economice maxime (Nilsson et al., 2001; Kuuluvainen, 2002).
Analiza inelelor anuale şi a structurii pe clase de vârstă reprezintă aspecte cheie în studiul dinamicii ecosistemelor forestiere (Fritts şi Swetnam, 1989; Abrams et al., 2001). Pornind de la această abordare, a fost posibilă reconstituirea dezvoltării istorice a pădurilor
4
sub aspectul periodicităţii şi intensităţii perturbaţiilor, a impactului variaţiilor anuale şi multianuale ale factorilor climatici extremi (Foster, 1988; Cherubini et al., 1996; Abrams şi Orwing, 1996; Abrams et al., 2001).
Ajustarea metodelor de management forestier al pădurilor montane din Carpații Orientali, regiune puternic afectată în ultimele decenii de acțiunea factorilor de risc naturali (doborâturi produse de vânt, atacuri de insecte etc.) reprezintă un obiectiv strategic pe termen lung în domeniul silviculturii. Pentru atingerea acestuia este necesară o cunoaștere aprofundată a regimului perturbărilor și a efectelor induse la nivelul structurii și funcționalității pădurii. Tehnicile de dendroecologie, aplicate pe ecosisteme forestiere naturale, constituie instrumente eficiente pentru reconstituirea dinamicii istorice a regimului factorilor perturbatori și a modificărilor structurale induse.
Molidul (Picea abies (l.) Karst.) reprezintă cea mai importantă specie forestieră din Carpații și are o pondere semnificativă la nivel european. Prin valoarea economică și ecologică, molidișurile și amestecurile cu molid reprezintă principalele ecosisteme forestier din zona montană. Dinamica structurală și stabilitatea molidișurilor din zona montană este direct corelată cu regimul disturbanțelor. Asigurarea unui management sustenabil al acestor pădurii este condiționată de înțelegerea proceselor naturale, a dinamicii disturbanțelor și efectul acestora asupra structurii (Janda et al., 2014). Pădurea naturală reprezintă o sursă de informaţii preţioasă privind dinamica naturală şi evoluţia ecosistemelor forestiere fără influenţa directă a acţiunii omului (Motta et al., 2010). Modul de structurare şi organizare, sub raportul parametrilor dendrometrici, funcţionali şi spaţiali, reprezintă un model pentru pădurea cultivată, mai ales în restricţiile actuale impuse de conceptele de gestionare durabilă şi promovare a unui management forestier apropiat de natură (Motta et al., 1999).
2. Material şi metodă
Cercetările derulate în perioada 2011-2013 au vizat activităţi de cercetare din cadrul primelor două obiective ştiinţifice cuprinse în planul de realizare al proiectului, respectiv: reconstituirea dinamicii structurii unei păduri naturale de limită sub impactul perturbărilor şi a schimbărilor climatice prin metode dendroecologice; analiza dezvoltării arboretului și dinamica structurii în ultimii 200 de ani după o doborâtură produsă de vânt cu efecte catastrofale în Masivul Călimani.
Cercetările derulate în anul 2014 au vizat activităţi de cercetare din cadrul ultimului obiectiv din planul de realizare al proiectului, respectiv: dinamica istorică a disturbanțelor și efectul acestora asupra structurii în pădurea naturală de molid din Codrul Secular Giumalău.
În Parcul Naţional Călimani au instalate sau reinventariate un număr de cinci suprafețe experimentale de lungă durată: două suprafeţe experimentale permanente cu suprafaţă de 2,25 ha (1750 m altitudine) - SP1 şi de 1,0 ha (1500 m altitudine) - SP2 instalate în anul 2006, două suprafețe experimentale cu mărime de 0,5 ha – SP3 (1760 m) și SP4 (1550 m) instalate în anul 1978 și o suprafață experimentală de 0,49 ha (SP5) instalată
5
în anul 2013 (fig. 2.1). În Codrul Secular Giumalău s-a procedat la reinventarierea unei suprafețe experimentale permanente cu mărime de 4 ha (200x200 m) instalate în anul 2008.
Fig. 2.1 Localizarea suprafețelor experimentale din Munții Călimani
În toate aceste suprafețe experimentale s-au (re)inventariat caracteristicile dendrometrice (specie, diametru de bază, înălțime, stare de vegetație, diametru și lungime coroană, vătămări) precum și poziția spațială într-un sistem de coordonate local. De asemenea s-au inventariat lemnul mort existent la sol (diametru la capele, lungime și clasă de degradare) precum și semințișul existent (specie, clasă de înălțime). Suprafețele SP3 și SP4 au fost reinventariate succesiv în anii 1988, 1997 și 2012. Suprafețele SP1 și SP2 au fost reinventariate în anul 2012. În vederea evaluării prin metode dendroecologice a regimului perturbărilor s-au prelevat probe de creștere în anul 2012 și 2013 de la fiecare arbore cu diametrul peste 14 cm (SP1) și peste 5 cm (SP2, SP5). Probele de creștere au fost prelucrate conform metodologiei de analiză a datelor dendrocronologice (Popa, 2004). Gestiunea datelor primare s-a realizat în baze de date Excel, text și format Tucson (carote de creștere), analiza și interogarea realizându-se cu rutine specifice programate în SAS și R.
În raport cu obiectivele cercetării s-au aplicat metode de analiză statistică specifice. Evoluția structurii ecosistemului forestier montan natural, din cadrul SP3 și SP4, sub impactul perturbărilor naturale s-a evaluat prin metoda inventarierilor succesive. Structura arboretelor s-a analizat prin intermediul parametrilor statistici de caracterizare (nr. arbori/ha, suprafață de bază/ha, distribuție număr de arbori pe categorii de diametre și înălțimi, corelații dintre diametrul de bază, înălțime și vârstă), respectiv statistici spațiale pentru cuantificarea modului de structurare spațială a arboretului.
Funcţia Ripley K univariată permite cuantificarea statistică a intensităţii de ordin secundar a proceselor punctuale, prin relevarea interacţiunii spaţiale dintre evenimente şi modul de variaţie al acestora în raport cu distanţa (Ripley, 1977; Hasse et al., 1999). Ipoteza nulă este reprezentată de un proces Poisson omogen, respectiv a unei distribuţii spaţiale randomizate, calculată statistic prin simulare matematică (1000 repetiţii), pentru o
6
probabilitate de acoperire de 99% (Hardisty, 1999). Analiza prezenţei structurilor spațiale agregate, randomizate sau regulate (analiza univariată) s-a realizat pentru o distanţă egală cu jumătate din latura minimă a suprafeței de probă, cu pasul de 5 m. Descrierea structurii spaţiale a ecosistemului forestier s-a realizat prin tehnicile de analiză a proceselor punctuale în raport cu diametrul de bază, diferențiat pe specii și categorii dimensionale.
Analiza regimului factorilor perturbatori prin metode dendroecologice s-a realizat prin două metode statistice: metoda ratelor de creștere și metoda liniei de limită (boundary line) (Black și Abrams, 2003). Modificarea structurii ecosistemului forestier urmare a acțiunii unui factor perturbator (incendii, atacuri de insecte, doborâturi de produse de vânt, etc.) este înregistrată obiectiv de arbore în structura inelului anual.
Metoda ratelor de creștere este una din cele mai utilizate metode de cuantificare a frecvenței și intensității perturbărilor ecologice, bazată pe compararea creșterilor radiale de după și dinainte de perturbare (Lorimer, 1985, Abrams și Nowacki, 1992).
Uzual evenimentele de modificare a creșterii sunt determinate folosind ecuația:
%GC = [(M2 – M1)/M1] × 100
Unde %GC = procentul modificărilor de creștere, calculată drept raport dintre media a zece inelele de creștere anterioare și zece posterioare anului pentru care se calculează. M1 = media a 10 inele de creștere anterioare, M2 = media a 10 inele de creștere ulterioare. Deoarece valoarea %GC este obținută din analiza unui interval ce acoperă 20 de ani vor fi eliminați din calcule primii 10 și ultimii 10 ani ai seriei de creștere individuală. Clasificarea modificărilor de creștere și cuantificarea perturbărilor s-a realizat în două clase: GC%: 25-50% - modificare moderată și GC:50% - modificare majoră.
Metoda liniei de limită este folosită pentru a scala evenimentele perturbatoare la valoarea maximă posibilă, în raport cu creșterea anterioară, ceea ce permite o comparație directă a istoriei perturbărilor în generații de arbori de pe aceeași suprafață (Nagel et al., 2007).
Prima etapă în aplicarea metodei curbei de limită constă în calcularea procentului ratei de creştere (PGC) conform metodologiei formulate de Nowacki și Abrams (1997) pentru fiecare specie și suprafață experimentală. Pentru fiecare an procentul modificărilor de creștere este egală cu:
2 1
1
( )M MPGC
M
unde: M1 - este media creșterilor cu 10 ani anteriori anului de referință, care include și anul pentru care se calculează rata, iar M2 - este media creșterilor pentru cei 10 anii următori. Creşterea anterioară (PG) se determină ca medie a creșterilor celor 10 ani precedenți. Astfel, pentru fiecare lățime a inelului din fiecare serie de creștere, exceptând primii și ultimii 10 ani din serii, care s-au folosit pentru a calcula cele două valori, respectiv
7
PGC și PG (se pot folosi și perioade de ani diferite). Apare și un prim dezavantaj pentru această metodă în care se pierde o perioadă de ani, înainte și după anul în care se calculează rata de răspuns, ca ani dinainte și după din formula de calcul. Pentru a filtra evenimentele perturbatoare cu influență asupra proceselor de creștere radială sunt excluse valorile negative și cele mai mici de 25%. Pentru valorile PG mai mici de 1 mm se împart în clase cu mărimea de 0,25 mm, după care se determină media celor mai mari 10 valori ale fiecărei clase. În cazul valorilor mai mari de 1 mm ale creşterii anterioare, se împart în clase cu mărimi de 0,50 mm şi se calculează media celor mai mari 10 valori din fiecare clasă, reprezentând potențialul maxim de răspuns auxologic. Raportul curbei de limită calculat între potențialul maxim de răspuns și procentul modificărilor de creștere exprimă intensitatea reacției arborilor la evenimente modificatoare ale structurii.
Analiza statistică privind perioadele de regenerare și vârsta arborilor s-a considerat vârsta la înălțimea de 1.30 m. S-a evitat estimarea numărului de ani necesari atingerii înălțimii de 1.30 m datorită variabilității foarte ridicate. Pentru arborii la care nu se dispune de informații privind vârsta (dimensiuni redusă, prezență putregai, etc.) estimarea s-a realizat în baza unui model regresiv liniar având drept variabilă explicativă diametrul de bază. Estimarea numărului de inele lipsă pentru probele de creștere s-a realizat prin metoda cercurilor concentrice ținând cont de diametrul de bază și creșterea medie.
3. Rezultate preliminarii
3.1. Structura ecosistemelor forestiere de limită
În cazul suprafeței experimentale SP1, localizată într-un ecosistem de limită altitudinală superioară dinamica structurală este determinată în principal de procesele de regenerare și extindere în altitudine a limitei pădurii. Astfel, în cadrul unei mase relativ compacte de jneapăn și ienupăr, speciile principale (molid și zâmbru) manifestă procese de regenerare foarte active.
Compoziţia ecosistemului forestier analizat este de 33% molid, 66% zâmbru şi 1% scoruş, calculată în raport cu suprafaţa de bază. Din numărul total de arbori pe picior inventariaţi, 96% sunt arbori verzi, iar restul de 4% arbori uscaţi pe picior. Suprafaţa totală de bază este de 20,6 m2·ha-1, fiind de 6,8 m2·ha-1 pentru molid şi 13,5 m2·ha-1 la zâmbru. Diametrul de bază mediu în cazul zâmbrului este dublu faţă de molid. Diametrele maxime se înregistrează tot în cazul zâmbrului (102 cm), faţă de molid cu 53 cm. Înălţimile medii sunt comparabile (11 m) pentru ambele specii principale. Vârsta medie la zâmbru este de 98 de ani, la molid de 57 de ani, iar la scoruş de 42 de ani, cu un maxim de 285 de ani pentru un exemplar de zâmbru (tabelul 3.1.).
Distribuţia numărului de arbori pe categorii de diametre prezintă o aliură exponenţial descrescătoare în cazul molidului şi al arboretului total, respectiv unimodală pentru scoruş.
8
În cazul zâmbrului distribuţia numărului de arbori pe categorii de diametre este bimodală, cu un vârf în jurul categoriei de diametre de 12 cm şi al doilea vârf la categoria de 36 cm (fig. 3.1). Acest tip de distribuţie a numărului de arbori pe categorii de diametre este specific pădurii naturale aflate la limita altitudinală superioară a vegetaţiei (Cenuşă, 1996).
Tabelul 3.1 Parametrii dendrometrici pentru suprafaţa experimentală din munţii Călimani
* SD – abaterea standard
Analiza distribuţiei numărului de arbori pe categorii de înălţime şi a corelaţiei dintre diametrul de bază şi înălţime relevă o superioritate a molidului din punct de vedere al vigorii de creştere în înălţime (fig. 3.2). Astfel, molidul se dovedeşte un competitor puternic pentru zâmbru, cu tendinţe de copleşire în cazul grupurilor de arbori formate din cele două specii.
Fig. 3.1 Distribuția numărului de arbori pe categorii de diametre (SP1)
Referitor la distribuţia numărului de arbori în raport cu vârsta se constată în cazul molidului o distribuţie unimodală cu asimetrie de stânga, diferită de repartiţia numărului de arbori pe categorii de diametre. Acest fapt oferă indicii privind legătura corelativă slabă existentă între diametrul de bază şi vârsta arborilor pentru ecosistemele forestiere naturale
Parametru Molid Zâmbru Scoruş Total
Verde Uscat Verde Uscat Verde Uscat Verde Uscat Număr (arbori·ha-1) 196 10 101 3 14 0 311 13
Suprafaţa de bază (m2·ha-1) 6,8 0,2 13,5 0,4 0,2 0,0 20,6 0,6 Diametru de bază (medie±SD) (cm) 18,4±10,2 13,7±7,9 36,3±19,6 39,9±17,1 13,9±4,2 6,7 24,1±16,2 19,1±15
Înălţimea (medie±SD) (m) 11,2±5,1 7,0±4,4 11,8±4,3 6,95±5,2 7,9±2,2 4,0 11,2±4,8 6,9±4,4
9
situate la limita altitudinală superioară de vegetaţie. Distribuţia diferită a numărului de arbori în raport cu vârsta comparativ cu diametrul de bază este evidentă şi în cazul zâmbrului. Atât pentru molid cât şi pentru zâmbru modulul funcţiei de repartiţie experimentală se regăseşte în jurul categoriei de vârstă de 70 de ani. Însă la zâmbru se remarcă un număr semnificativ de arbori cu vârste peste 100 de ani, faţă de molid, ceea ce induce diferenţa în vârsta medie a celor două specii. Asimetria de stânga este evidentă mai ales în cazul distribuţiei de ansamblu, pentru toate speciile considerate împreună.
y = 8.2468ln(x) ‐ 11.59R² = 0.796
y = 5.6809ln(x) ‐ 7.6191R² = 0.7556
0
5
10
15
20
25
30
0 20 40 60 80 100
h (m)
d (cm)
Molid Zâmbrub
Fig. 3.2 Distribuţia numărului de arbori pe categorii de înălţimi (a). Corelaţia dintre diametrul de bază şi înălţime (b).
Analiza corelaţiei dintre diametrul de bază şi vârstă, atât pentru molid cât şi la zâmbru, evidenţiază o dispersie ridicată a câmpului de corelaţie, modelul regresiv liniar explicând numai 50% din variabilitate. În condiţiile de vegetaţie şi structură specifice pădurii de limită diametrul de bază nu constituie un indicator fidel al vârstei arborilor, putând oferi numai informaţii relative. Astfel se pot întâlni arbori cu diametrul de bază egal cu 20 cm, dar cu vârste cuprinse între 30 şi 130 de ani, atât la molid cât şi la zâmbru.
În cazul SP2 structura actuală este specifică unui ecosistem forestier complex, fiind rezultatul efectelor acțiunii doborâturilor produse de vânt. Compoziția arboretului analizat este de 9MO1PIC (după numărul de arbori), respectiv 7MO3PIC (după suprafața de bază). Analizând valoarea diametrului de bază mediu se constată că acesta înregistrează cea mai mare valoare pentru zâmbru (31,6 cm), în condițiile în care diametrul minim pentru arboretul total este de 2,1 cm, iar diametrul maxim are valoarea 83,2 cm. Referitor la coeficientul de variație corespunzător diametrului, acesta înregistrează cele mai mari valori la molid (99,4%). Distribuția numărului de arbori pe categorii de diametre reflectă structura arboretelor în plan orizontal şi caracterizează raporturile de competiţie (în cazul de faţă intraspecifică) ca efect a poziţiei pe care o ocupă arborii în arboret. Referitor la distribuția numărului de arbori pe categorii de diametre, aceasta este tipică arboretelor pluriene, pentru arboretul total și pentru specia molid. Pentru zâmbru distribuția numărului de arbori pe categorii de diametre, este tipică arboretelor echiene (fig. 3.3).
10
0
100
200
300
400
500
600
700
0 8 16 24 32 40 48 56 64 72 80 88
Num
ăr d
e ar
bori
·ha-1
Diametrul (cm)
Arboret totalTotal arbori
Uscați
Meyer distributiony = 1141,41e-0,15219x
0
100
200
300
400
500
600
700
0 8 16 24 32 40 48 56 64 72
Num
ăr d
e ar
bori
·ha-1
Diametrul (cm)
MolidMolid
Molid uscat
Meyer distributiony = 1193,39e-0,16467x
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 8 16 24 32 40 48 56 64 72 80 88
Num
ăr d
e ar
bori
·ha-1
Diametrul (cm)
Pin cembra
Gamma distribution
Pin cembra
Uscați
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0 8 16 24 32
Num
ăr d
e ar
bori
·ha-1
Diametrul (cm)
Scoruș
Fig. 3.3 Distribuția numărului de arbori pe categorii de diametre (SP2)
Compoziția arboretului din SP5 este 68% molid, 30% zâmbru și 0,2% scoruș, calculat în raport cu suprafața de bază. Analiza parametrilor dendrometrici scoate în evidență faptul că abaterea standard a diametrului de bază are valori mai mici în cazul scorușului și mai mari în cazul zâmbrului, molidul având valori intermediare. În ceea ce privește coeficientul de variație al diametrului, la zâmbru are valorile cele mai reduse, iar molidul și scorușul valorile cele mai mari.
Suprafaţa bază totală este de 55,3 m2/ha, distribuită pe specii astfel: 38,1 m2/ha pentru molid, 16,6 m2/ha la zâmbru și 0,6 m2/ha pentru scoruș. Diametrul de bază mediu în cazul zâmbrului este mai mare decât dublu faţă de molid.
În ceea ce privește distribuția numărului de arbori la hectar pe categorii de diametre, aceasta este tipică arboretelor relativ echiene, atât în cazul molidului cât şi al zâmbrului și scorușului (fig. 3.4). Distribuția experimentală este tipică pentru un arboret aflat în faza optimală de dezvoltare cu procese concurențiale foarte active. Structura actuală reprezintă rezultatul regenerării unui arboret de molid cu zâmbru și scoruș într-o suprafață afectată în trecut de o perturbare majoră (doborâtură catastrofală produsă de vânt) coroborat cu procese concurențiale pe termen lung. Analiza dendroecologică a permis datarea doborâturii catastrofale în deceniile 1840-1850.
Curbele experimentale de distribuţie ale molidului, scorușului și arboretului total prezintă o asimetrie pozitivă de stânga, asimetria fiind mai pronunțată în cazul molidului și în cazul introducerii în analiză a tuturor speciilor. Acest tip de distribuţie reflectă structura
11
arboretelor în plan orizontal şi caracterizează raporturile de competiţie (în cazul de faţă intraspecifică) ca efect a poziţiei pe care o ocupă arborii în arboret. În cazul zâmbrului curba de distribuţie a numărului de arbori la hectar pe categorii de diametre prezintă o asimetrie negativă de dreapta datorită faptului că această specie a pus în valoare mai bine condițiile staționale reflectate în creșterea în diametru comparativ cu molidul.
Analiza indicatorilor statistici din suprafață experimentală SP3 (tabelul 3.2) scoate în evidență faptul că pe toată perioada analizată (1978-2012) abaterea standard are valori mai mici în cazul scorușului și mai mari în cazul zâmbrului, molidul având valori intermediare. În ceea ce privește coeficientul de variație zâmbrul are valorile cele mai reduse, iar molidul (pentru perioadele 1978 și 1997) și scorușul (pentru perioada 2012) valorile cele mai mari. De menționat este și faptul că pentru toate speciile numărul arborilor la hectar prezintă o scădere exponențială, mai semnificativă fiind în cazul molidului (de la 1100 arbori la hectar în 1978 la 730 arbori la hectar în 2012).
În ceea privește suprafață experimentală SP4 (tabelul 3.3), atât valorile abaterii standard cât și a coeficientului de variație au valori duble și chiar mai mari comparativ cu prima suprafață, atât pentru molid cât și pentru zâmbru. De menționat este și faptul că în cadrul suprafeței experimentale SP4 în compoziția arboretului nu mai există scoruș. Numărul de arbori la hectar se menține relativ constant în cazul zâmbrului și are o creștere semnificativă în cazul molidului în anul 2012 comparativ cu anii 1978 și 1997 datorită unor ochiuri de regenerare care au apărut în jurul anilor 2000.
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56
Tre
es n
umbe
r pe
r he
ctar
Diameter category
All the species
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56
Tre
es n
umbe
r pe
r he
ctar
Diameter category
Norway spruce
0
5
10
15
20
25
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52
Tre
es n
umbe
r pe
r he
ctar
Diameter category
Pinus cembra
0
2
4
6
8
10
12
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
Tre
es n
umbe
r pe
r he
ctar
Diameter category
Mountain ash
Fig. 3.4. Distribuția numărului de arbori pe categorii de diametre în SP5
12
În ceea ce privește distribuția numărului de arbori la hectar pe categorii de diametre (SP4), aceasta este tipică arboretelor relativ echiene, atât în cazul molidului cât şi al zâmbrului (fig. 3.5). Toate curbele de distribuţie prezintă o asimetrie pozitivă de stânga pentru toată perioada analizată, asimetria fiind mai pronunțată în cazul molidului și în cazul introducerii în analiză a tuturor speciilor. Acest tip de distribuţie reflectă structura arboretelor în plan orizontal şi caracterizează raporturile de competiţie (în cazul de faţă intraspecifică) ca efect a poziţiei pe care o ocupă arborii în arboret. În cazul molidului, a scorușului și pentru toate speciile se observă și faptul că odată cu înaintarea în vârstă curbele se apropie mai mult de distribuția normală (mai pronunțat în cazul molidului).
Tabelul 3.2. Parametri dendrometrici pentru suprafața experimentală SP4
Parametru 1978 1997 2012
Molid Zâmbru Scoruș Molid Zâmbru Scoruș Molid Zâmbr
u Scoruș
Diametrul de bază mediu (cm) 16,93 32,20 9,88 19,89 34,97 12,20 21,55 36,91 12,20
Varianța 32,37 51,17 6,10 31,07 58,04 9,06 37,02 73,51 15,20
Abaterea standard 5,69 7,15 2,47 5,57 7,62 3,01 6,08 8,57 3,90
Coeficientul de variație (%) 33,61 22,22 25,00 28,03 21,79 24,68 28,23 23,23 31,96
Nr. arbori la hectar 1100 184 68 886 182 40 730 162 20
Suprafața de bază la hectar (m2) 27,71 15,77 0,56 29,88 18,41 0,49 28,97 18,35 0,26
Tabelul 3.3. Parametri dendrometrici pentru suprafața experimentală SP3
Parametru 1978 1997 2012
Molid Zâmbru Molid Zâmbru Molid Zâmbru
Diametrul de bază mediu (cm) 23,65 32,28 29,32 39,86 19,82 42,57
Varianța 228,91 244,31 218,77 289,61 283,12 305,89
Abaterea standard 15,13 15,63 14,79 17,02 16,83 17,49
Coeficientul de variație (%) 63,96 48,43 50,44 42,70 84,90 41,08
Nr. arbori la hectar 324,0 58,0 302,0 56,0 530,0 56,0
Suprafața de bază la hectar (m2) 20,22 5,81 25,62 8,17 28,09 9,22
13
Fig. 3.5. Distribuția numărului de arbori pe categorii de diametre în cadrul SP4
Spre deosebire de SP4, în cadrul SP3 (fig.3.6) molidul și arboretul total prezintă în anul 2012 o curbă exponențial negativă caracteristică arboretelor relativ pluriene. Zâmbrul prezintă aproximativ același trend al curbelor ca și în prima suprafață experimentală.
Structura actuală a suprafețelor experimentale analizate, din punct de vedere al parametrilor biometrici cât și al distribuției numărului de arbori pe categorii de diametre reflectă dinamica proceselor competiționale și regimul factorilor perturbatori (doborâturi produse de vânt) coroborat cu modificările climatice, mai ales în cazul SP1 (avansul limitei superioare a pădurii).
14
Fig. 3.6 Distribuția numărului de arbori pe categorii de diametre în cadrul SP3
3.2 Structura spațială a ecosistemelor forestiere afectate de factori perturbatori
Ecosistemul forestier natural de limită altitudinală (SP1) de pe versantul nordic al Munţilor Călimani, analizat în ansamblu, prezintă o structură spaţială agregată indiferent de distanţă sau categorie dimensională (fig. 3.7). Agregarea spaţială relevată de funcţia Ripley K se realizează în grupuri mari, valorile experimentale fiind semnificative indiferent de distanţă. Dacă în cazul arborilor subţiri şi mijlocii funcţia statistică Ripley este foarte semnificativă, pentru arbori groşi până la o mărime a grupurilor de 10-15 m, valorile experimentale sunt uşor superioare limitelor de semnificaţie. Analiza efectuată separat pentru fiecare specie principală (molid şi zâmbru) evidenţiază unele particularităţi comparativ cu arboretul total. Astfel dacă se consideră în analiză toţi arborii, indiferent de clasa dimensională, atât pentru molid cât şi la zâmbru, modul de organizare spaţială este de tipul agregat. Diferenţiat pe categorii dimensionale, în raport cu diametrul de bază, se remarcă la arborii de molid cu d>40 cm existenţa unei structuri randomizate până la distanţe de 40 m. Structura agregată specifică arboretului total se evidenţiază numai la distanţe mai mari de 50 m.
15
‐2
‐1
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80
L(d)
d (m)
Toți arbori ‐ d<20 cm
‐2
‐1
0
1
2
3
4
5
6
7
0 10 20 30 40 50 60 70 80
L(d)
d (m)
Molid ‐ d<20 cm
‐6
‐4
‐2
0
2
4
6
0 20 40 60 80
L(d)
d (m)
Zâmbru ‐ d<20 cm
‐2
‐1
0
1
2
3
4
5
0 20 40 60 80
L(d)
d (m)
Toți arbori ‐ 20<d<40 cm
‐4
‐2
0
2
4
6
8
10
0 20 40 60 80
L(d)
d (m)
Molid ‐ 20<d<40 cm
‐4
‐2
0
2
4
6
8
0 20 40 60 80
L(d)
d (m)
Zâmbru ‐ 20<d40 cm
‐3
‐2
‐1
0
1
2
3
4
5
0 20 40 60 80
L(d)
d (m)
Toți arbori ‐ d>40 cm
‐20
‐15
‐10
‐5
0
5
10
15
0 20 40 60 80
L(d)
d (m)
Molid ‐ d>40 cm
‐4
‐3
‐2
‐1
0
1
2
3
4
5
6
7
0 20 40 60 80L(d)d (m)
Zâmbru ‐ d>40 cm
‐1
0
1
2
3
4
0 10 20 30 40 50 60 70 80
L(d)
d (m)
Toți arbori
‐2
‐1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 10 20 30 40 50 60 70 80
L(d)
d (m)
Molid
‐2
‐1
0
1
2
3
4
5
6
7
0 10 20 30 40 50 60 70 80
L(d)
d (m)
Zâmbru
Fig. 3.7. Analiza proceselor spaţiale punctuale cu funcţia Ripley K univariată (SP1)
La zâmbru structura spaţială randomizată se întâlneşte la arborii subţiri (d<20 cm) şi până la distanţa de 40 m, după care este de tip agregat. Restul categoriilor dimensionale, indiferent de specie, se dispun în spaţiu în structuri agregate. Acest tip de organizare spaţială este specific ecosistemelor forestiere localizate la limita de vegetaţie (altitudinală sau latitudinală) (Holmeier, 2009; Popa, 2007).
Analiza bivariată a proceselor spaţiale punctuale prin intermediul funcţiei Ripley permite evidenţierea proceselor de atracţie sau repulsie existenţe între diferite categorii dimensionale sau specii (fig. 3.8). La nivel global între molid şi zâmbru se constată existenţa unui proces de respingere spaţială pentru distanţe cuprinse între 10 şi 30 m, fiind indiferenţi pentru restul distanţelor. Între arborii de dimensiuni apropiate (subţiri şi mijlocii, mijlocii şi groşi) s-a cuantificat statistic un proces de atracţie indiferent de distanţă, analiză valabilă atât pentru arboretul total cât şi pentru fiecare specie analizată separat. Dispunerea spaţială a arborilor de aceeaşi categorie dimensională, dar din specii diferite, este întâmplătoare, cu excepţia arborilor groşi unde se constată un proces spaţial de respingere între molid şi zâmbru pentru distanţe cuprinse între 20 şi 50 m.
În cadrul aceleaşi specii se constată un trend general de asociere spaţială pozitivă între arbori cu diametre diferite, observându-se un proces indiferent, la limita semnificaţiei statistice, pentru interacţiunea dintre arborii subţiri şi groşi de molid, la distanţe mai mici de 20 m. Interesant de remarcat este respingerea existentă, la nivel de organizare spaţială, între
16
arborii de molid subţiri şi cei mijlocii de zâmbru, semnificativă statistic indiferent de distanţă. Constatăm adevărul potrivit căruia structura spaţială formată din grupul de arbori cu diametrul mai mic decât media este determinat în principal de molid, iar grupul arborilor cu diametrul mai mare decât media este format din combinaţia celor două specii principale.
‐1
0
1
0 10 20 30 40 50 60 70 80
L(d)
d (m)
Molid ‐ Zâmbru
‐2
‐1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 10 20 30 40 50 60 70 80
L(d)
d (m)
Molid: subțiri ‐mijlocii
‐4
‐2
0
2
4
6
8
10
12
14
0 10 20 30 40 50 60 70 80
L(d)
d (m)
Molid: subțiri ‐ groși
‐4
‐2
0
2
4
6
8
10
12
14
0 10 20 30 40 50 60 70 80
L(d)
d (m)
Molid: mijlocii ‐ groși
‐3
‐2
‐1
0
1
2
3
4
5
6
7
0 10 20 30 40 50 60 70 80
L(d)
d (m)
Zâmbru: subțiri ‐mijlocii
‐4
‐2
0
2
4
6
8
0 10 20 30 40 50 60 70 80
L(d)
d (m)
Zâmbru: subțiri ‐ groși
‐4
‐2
0
2
4
6
8
0 10 20 30 40 50 60 70 80
L(d)
d (m)
Zâmbru: mijlocii ‐ groși
‐2
‐1
0
1
2
0 10 20 30 40 50 60 70 80
L(d)
d (m)
Mo ‐ subțiri ‐ Pic ‐ subțiri
‐2
‐1
0
1
2
0 10 20 30 40 50 60 70 80
L(d)
d (m)
Mo ‐mijlocii ‐ Pic ‐mijlocii
‐5
‐4
‐3
‐2
‐1
0
1
2
3
4
0 10 20 30 40 50 60 70 80
L(d)
d (m)
Mo ‐ groși ‐ Pic ‐ groși
‐4
‐3
‐2
‐1
0
1
2
0 10 20 30 40 50 60 70 80
L(d)
d (m)
Mo ‐ subțiri ‐ Pic ‐mijlocii
‐2
‐1
0
1
2
0 10 20 30 40 50 60 70 80
L(d)
d (m)
Mo ‐ subțiri ‐ Pic ‐ groși
‐2
‐1
0
1
2
0 10 20 30 40 50 60 70 80
L(d)
d (m)
Mo ‐mijlocii ‐ Pic ‐ groși
‐1
0
1
2
3
4
0 10 20 30 40 50 60 70 80
L(d)
d (m)
Subțiri ‐mijlocii
‐2
‐1
0
1
2
3
0 10 20 30 40 50 60 70 80
L(d)
d (m)
Subțiri ‐ groși
‐2
‐1
0
1
2
3
4
0 10 20 30 40 50 60 70 80
L(d)
d (m)
Mijlocii ‐ groși
Fig. 3.8. Analiza proceselor spaţiale punctuale cu funcţia Ripley K bivariată (SP1).
Această ipoteză este susţinută şi de observaţiile din teren, conform căreia în jurul arborilor groşi jneapănul (specie de lumină) este eliminat creând condiţii optime pentru instalarea unei noi generaţii. Nu sunt excluse interacţiunile de tip aleopatic care conduc la eliminarea jneapănului.
Regenerarea zâmbrului este direct condiţionată de activitatea gaiţei de munte (Nucifraga caryocatactes), abundentă în special la altitudini ridicate (Cenuşă, 1996; Holtmeier, 2009). Aceasta reprezintă una dintre explicaţiile privind abundenţa zâmbrului în partea superioară a zonei de studiu. De asemenea în condiţiile actuale de încălzire globală molidul şi zâmbru au tendinţa de a ridica limita superioară a pădurii, aspect evident pe versantul estic al masivului Pietricelul din Munţii Călimani. Structura spaţială a pădurii naturale de limită este determinată de interacţiunea complexă a diverşi factori: condiţiile staţionale, condiţiile de regenerare, temperamentul speciilor, factorii perturbatori (zăpadă, vânt), procesele competiţionale intra- şi inter specifice, limitările de ordin climatic (Lingua et al., 2008).
Pădurea naturală de limită altitudinală superioară, neperturbată antropic, este caracterizată de o amplitudine mare a diametrului de bază, maximul fiind înregistrat în cazul zâmbrului, specie mai longevivă comparativ cu molidul. De asemenea distribuţia
17
exponenţială negativă evidenţiată la molid este tipică pentru pădurile virgine (Kuuluvainen et al., 1998). Analiza statistică realizată privind modul de organizare spaţială a evidenţiat dinamica structurală tipică pădurii de ecoton (Cenuşă, 1996; Carrer şi Urbinati, 2001). În general, nu au fost observate procese de repulsie spaţială între arbori, importanţa asocierii dintre arbori, în condiţiile specifice zonei alpine şi sub-alpine, fiind cunoscute în literatură (Bebi et al., 2001).
Organizarea spațială pe specii și pentru arboretul total din SP5 (fig. 3.9) este diferită atât în cazul molidului, zâmbrului și al scorușului, cât și în cazul arboretului total. Molidul prezintă o structură agregată doar pentru distanțe de până la 15 m și mai mari de 25 m. Structura spațială uniformă reprezintă rezultatul unei competiții intraspecifice foarte puternice (Pielou, 1960). Pentru distanțe cuprinse între 15 și 25 de metri structura este una randomizată. În cazul zâmbrului structura este agregată, iar în cazul scorușului dispunerea spațială este randomizată.
‐0,6
‐0,4
‐0,2
0
0,2
0,4
0,6
0 5 10 15 20 25 30 35
L(d)
d(m)
Norwayspuce
‐1,5
‐1
‐0,5
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
0 5 10 15 20 25 30 35
L(d)
d(m)
Pinuscembra
‐4
‐3
‐2
‐1
0
1
2
3
4
0 5 10 15 20 25 30 35
L(d)
d(m)
Mountainash
‐0,6
‐0,4
‐0,2
0
0,2
0,4
0 5 10 15 20 25 30 35
L(d)
d(m)
Allthespecies
Fig.3.9 Structura spațială cuantificată cu funcția Ripley univariată (SP5)
Structura spațială a arboretului total este agregată până la distanțe de până la 15 m după care dispunerea devine randomizată. Referitor la analiza pe categorii dimensionale (molid și arboret total) a proceselor spațiale punctuale (fig. 3.10) s-a evidențiat faptul că atât în cazul molidului cât și al arboretului total arborii cu diametre mai mici de 20 de cm prezintă o structură agregată până la o distanță de 20 de metri după care devine randomizată. Arborii cu diametre mai mari de 20 cm prezintă o dispunere randomizată atât în cazul molidului cât și al arboretului total. O situație similară a fost identificată și prin analiza
18
structurii spațiale a unui molidiș natural din Codrul Secular Giumalău, arborii de molid cu diametre cuprinse între 20 și 40 cm având o dispunere randomizată (Popa, 2006).
Analiza bivariată a proceselor spaţiale punctuale prin intermediul funcţiei Ripley permite evidenţierea proceselor de atracţie sau repulsie existente între diferite categorii dimensionale sau specii (Popa și Sidor, 2013). Între molid şi zâmbru se constată existenţa unui proces de respingere spaţială pentru distanţe cuprinse între 10 şi 20 m, fiind indiferenţi pentru restul distanţelor (fig. 3.11). Un proces asemănător a fost evidențiat și în cazul molidului și al zâmbrului localizați la limita superioară altitudinală în munții Călimani, la o altitudine de aproximativ 1700 m (Popa și Sidor, 2013).
‐0,6
‐0,4
‐0,2
0
0,2
0,4
0,6
0 5 10 15 20 25 30 35
L(d)
d(m)
Norwayspucewithd<20cm
‐0,8
1,2
3,2
5,2
7,2
9,2
11,2
13,2
0 5 10 15 20 25 30 35
L(d)
d(m)
Norwayspucewithd>20cm
‐0,6
‐0,4
‐0,2
0
0,2
0,4
0,6
0 5 10 15 20 25 30 35
L(d)
d(m)
Allthespecies withd<20cm
‐4
‐2
0
2
4
6
8
10
0 5 10 15 20 25 30 35
L(d)
d(m)
Allthespecies withd>20cm
Fig. 3.10. Analiza pe categorii dimensionale (molid și arboret total) a proceselor spațiale punctuale cu funcția Ripley univariată (SP5)
‐0,8
‐0,6
‐0,4
‐0,2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
0 5 10 15 20 25 30 35
L(d)
d(m)
NorwayspruceandPinuscembra
Fig. 3.11 Analiza proceselor spaţiale punctuale cu funcţia Ripley K bivariate- molid și zâmbru (SP5)
19
Dinamica structurii spațiale în timp, în cazul SP3 și SP4, este diferită atât în cazul molidului și al zâmbrului, cât și în cazul arboretului total. Ecosistemul forestier (SP4) localizat la 1550 m altitudine prezintă o structură agregată doar în cazul molidului în anul 1978 (fig. 3.12). Această structură se păstrează în cazul molidului și în anul 2012, dar numai pentru distanțe mai mari de 20 de metri. La zâmbru și total arboret, în ambele perioade, structura este una randomizată. Analiza organizării spațiale a arborilor uscați existenți în arboret în anul 2012 a scos în relief faptul că aceștia prezintă o dispunere de tip agregat. Arboretul total din suprafața experimentală (SP3) amplasată la altitudinea de 1750 m prezintă o structură spațială randomizată în anul 1978, și o structură agregată în anul 2012 doar la distanțe mai mici de 15 m (fig. 3.13). În cazul zâmbrului agregarea spaţială relevată de funcţia Ripley K se realizează în grupuri mari, valorile experimentale fiind semnificative indiferent de distanţă, iar în cazul molidului dispunerea este randomizată. În ceea ce privește structura spațială a arborilor regenerați existenți în arboret în anul 2012, aceasta este una agregată pentru distanțe de până la 20 metri după care devine randomizată.
Fig.3.12. Analiza proceselor spațiale punctuale cu funcția Ripley univariată în cadrul SP4
20
Fig. 3.13. Analiza proceselor spațiale punctuale cu funcția Ripley univariată în cadrul SP3
Analiza structurală a ecosistemelor forestiere integrată cu o cunoaștere cât mai detaliată a relațiilor spațiale dintre diferite componente ale acestora, coroborată cu regimul perturbărilor, permite obținerea unei imagini complexe și foarte apropiată de adevăr a dinamicii spațiale și a modului de organizare a pădurii.
3.3 Dinamica proceselor de regenerare în ecosisteme forestiere montane
Analiza structurii în raport cu caracteristicile dendrometrice, respectiv diametrul de bază și înălțime, oferă numai parțial informații privind regimul factorilor perturbatori și impactul acestora asupra structurii la nivel spațial și temporal. Introducerea în analiză a elementului vârstă permite, prin aplicarea unor tehnici de analiză dendroecologică, evidențierea mult mai fidelă legăturii dintre perturbări și dinamica structurală. Astfel pentru trei suprafețe experimentale s-au prelevat și analiza probe de creștere de la majoritatea arborilor.
Analiza distribuției numărului de arbori pe clase de vârstă, respectiv perioade de regenerare în SP1, arboret de limită altitudinală, se pot desprinde următoarele concluzii (fig. 3.14, 3.15):
- numărul arborilor cu vârste mai mari de 200 de ani este foarte redus, fiind reprezentați în special de zâmbru;
- în cazul zâmbrului se remarcă un ritm de regenerare relativ constant începând cu deceniul 1840 cu un maxim între anii 1890 și 1930. Un al doilea val de regenerare se observă după anul 1970;
21
- spre deosebire de zâmbru, la molid se constată un val de regenerare relativ redus ca număr de arbori în perioada 1860-1910, urmat de o intensificarea semnificativă în perioada 1930-1960. Maximul proceselor de regenerare se remarcă după deceniul 1970;
- referitor la distribuția spațială a regenerării se constată o grupare a zâmbrului în partea superioară, la altitudini mai mari, iar a molidului în partea inferioară și în amestec intim cu zâmbru;
- colonizarea masei compacte de jneapăn se realizează prin apariția de exemplare izolate sau grupuri de 4-5 arbori de zâmbru, iar ulterior apare molidul;
- dinamica structurală la nivel spațial, în special procesele de regenerare, este determinată în special climatic și mai puțin de acțiunea doborâturilor produse de vânt;
- zăpadă reprezintă un factor limitativ al proceselor de creștere în înălțime prin ruperi de trunchi frecvente în cazul semințișului.
0
10
20
30
40
50
60
nr. arb/ha
Vârsta (ani)
mo pic
0
10
20
30
40
50
60
nr. arb/ha
Anul
mo pic
Fig. 3.14 Distribuția numărului de arbori pe clase de vârstă (a) și perioade de regenerare (b) în SP1
Modelul de dinamică spațială și structurală din SP1 este tipic pentru un ecosistem forestier de limită altitudinală superioară în care se manifestă tendințe evidente de colonizare în altitudine, cu determinare climatică. Se remarcă succesiunea speciilor în colonizarea masei de jneapăn, întâi zâmbru și ulterior molidul, determinată de suportabilitatea condițiilor ecologice specifice limitei altitudinale a pădurii, diferită de la specie la specie.
22
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 20 40 60 80 100 120 140
1810
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 20 40 60 80 100 120 140
1910
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 20 40 60 80 100 120 140
1960
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 20 40 60 80 100 120 140
2012
Fig. 3.15 Reconstituirea dinamicii structurii ecosistemului forestier în SP1
(roșu – zâmbru; albastru – molid; verde – scoruș)
Spre deosebire de suprafața experimentală SP1 în cea de-a doua suprafață de studiu (SP2) analiza a vizat un arboret de amestec (molid cu zâmbru) aflat în faza optimală târzie de dezvoltare în care dinamica spațială este puternic influențată de regimul doborâturilor produse de vânt. Analiza distribuției numărului de arbori pe clase de vârstă, respectiv pe perioade de regenerare, coroborată cu dinamica spațială a regenerării reflectă un model complet diferit față de cazul anterior (fig. 3.16 și 3.17). Se desprind următoarele concluzii:
- în suprafața studiată există o matrice relativ uniform distribuită, cu excepția părții sud-vestice și centrale, de arbori cu vârstă mai mare de 150 de ani (cu maxim de 350-410 ani) reprezentați atât de molid cât și de zâmbru;
- un prim val de regenerare se observă începând cu deceniul 1850, cu maximul în anul 1890. Regenerarea se produce mai ales în golurile existente din sud-vestul și centrul suprafeței de probă. În cazul zâmbrului regenerarea se realizează cu preponderență numai în această etapă;
23
- la molid se constată un al doilea val de regenerare începând cu deceniul 1930 și un maxim în perioada 1960-1970 cu intensități de 2-3 ori mai ridicate față de perioada precedentă;
- dinamica structurală este determinată de un eveniment perturbator major, respectiv o doborâtură produsă de vânt în masă, care s-a manifestat în deceniul 1840-1850 și care a afectat ecosistemul studiat. Cel de-al doilea val de regenerare este legat de efectul unor doborâturi produse de vânt cu caracter endemic care au determinat o deschidere de ochiuri, favorizând regenerarea masivă a molidului (fig. 3.17).
0
100
200
300
400
500
600
700
800
10 30 50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250 270 290 310 330 >350
nr. arb/ha
Vârsta (ani)
mo pic
0
100
200
300
400
500
600
700
>1700
1710
1720
1730
1740
1750
1760
1770
1780
1790
1800
1810
1820
1830
1840
1850
1860
1870
1880
1890
1900
1910
1920
1930
1940
1950
1960
1970
1980
1990
nr. arb/ha
Anul
mo pic
Fig. 3.15 Distribuția numărului de arbori pe clase de vârstă (a) și perioade de regenerare (b) în SP2
0
20
40
60
80
100
120
140
1800 1810 1820 1830 1840 1850 1860 1870 1880 1890 1900 1910 1920
nr. arb/ha
Anul
mo pic
24
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100
1850
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100
1910
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100
1960
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100
2012
Fig. 3.16 Reconstituirea dinamicii structurii ecosistemului forestier în SP2
(roșu – zâmbru; albastru – molid; verde – scoruș)
anul2000198019601940192019001880186018401820180017801760174017201700168016601640162016001580
2000198019601940192019001880186018401820180017801760174017201700168016601640162016001580
ir (m
m)
1250
1200
1150
1100
1050
1000
950
900
850
800
750
700
650
600
550
500
450
400
350
300
250
200
150
Fig. 3.17 Variația creșterii radiale medii la arborii bătrâni (vârstă > 250 de ani) în SP2
25
Manifestarea perturbării majore din deceniul 1840-1850 este reflectată fidel și de curba de creștere medie calculată pentru arborii cu vârstă mai mare de 250 de ani. De asemenea perioadele de regenerare activă a molidului își găsesc corespondență în curba de creștere medie, prin existența unor perioade cu creștere radială accelerată.
0
100
200
300
400
500
600
700
30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180
nr. arb/ha
Vârsta (ani)
mo za
0
100
200
300
400
500
600
700
1830 1840 1850 1860 1870 1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980
nr. arb/ha
Anul
mo pic
Fig. 3.18 Distribuția numărului de arbori pe clase de vârstă (a) și perioade de regenerare (b) în SP5
26
Pentru a evidenția dinamica structurală după o perturbare majoră a fost identificat un arboret regenerat natural după o doborâtură produsă de vânt în masă. Conform rezultatelor privind dinamica istorică a regimului perturbărilor coroborată cu datarea lemnului mort de zâmbru existent s-a stabilit faptul potrivit căruia în perioada 1840-1850 a avut loc o doborâtură produsă de vânt de intensitate foarte mare pe versantul nordic al Munților Călimani. Arboretele din zonă au fost afectate în proporție variabilă între 10 și 100%. În urma analizelor pe ortofotoplanuri coroborate cu observații directe pe teren a fost stabilită o zonă afectată în proporție de peste 90% în care s-a amplasat o suprafață experimentală (SP5). Analiza distribuției numărului de arbori pe clase de vârstă și perioade de regenerare confirmă informațiile privind evoluția arboretului actual în urma unei doborâturi produse de vânt în masă. Tipul de distribuție este apropiată de distribuția normală și cu o amplitudine de variație redusă în opoziție cu structura reliefată de diametrul de bază (fig. 3.18).
Se observă existența unui număr foarte mic de arbori cu vârste mai mari de 150 de ani (vârsta la 0,5 m) și a unui val de regenerare începând cu deceniul 1860 cu un maxim în deceniu 1880. În cazul zâmbrului se remarcă un decalaj față de molid cu circa 10-20 de ani.
0
10
20
30
40
50
60
70
0 10 20 30 40 50 60 70
1860
0
10
20
30
40
50
60
70
0 10 20 30 40 50 60 70
1910
0
10
20
30
40
50
60
70
0 10 20 30 40 50 60 70
1960
0
10
20
30
40
50
60
70
0 10 20 30 40 50 60 70
2013
Fig. 3.19 Reconstituirea dinamicii structurii ecosistemului forestier în SP5 (roșu – zâmbru; albastru – molid)
27
Distribuția spațială a arborilor în raport cu vârsta reflectă o dinamică specifică regenerării în teren descoperit, apărut urmare a doborâturii produse de vânt în masă (fig. 3.19). Ulterior acestei perturbări majore dinamica structurală, mai ales sub raport dimensional, este condiționată de procesele concurențiale. Se remarcă avantajul concurențial al zâmbrului comparativ cu molidul susținut de diametrul mediu de bază semnificativ mai mare.
3.4. Reconstituirea dinamicii istorice a perturbărilor în Munții Călimani
Prin intermediul distribuției temporale și spațiale a vârstei arborilor s-au pus în evidență cohortele de regenerare apărute, în general, urmare a unor modificări semnificative în structura arboretului datorită acțiunii factorilor perturbatori. În general, cercetările privind dinamica proceselor de regenerare și a evoluției semințișului indică un decalaj între momentul deschideri golurilor, a instalării semințișului și atingerea înălțimii de prelevare a carotelor, care în cazul păduri naturale din zona montană superioară poate să atingă 40-50 de ani. Utilizarea lățimii inelului anual, drept indicator al modificării structurii arboretului prin deschiderea de goluri, analiza prin metode de dendroecologie permite completarea informațiilor privind regimul factorilor perturbatori.
În cazul zonei de studiu s-au utilizat două metode: metoda ratelor de creștere aplicată pe setul de date de creștere de la zâmbru pentru perioada 1000-2013 cu acoperire spațială partea superioară a versantul nordic al Munților Călimani din căldarea Răchitiș și metoda liniei de limită (boundary line) (Black et al., 2009) aplicată în cazul suprafețelor experimentale SP1, SP2 și SP5, diferențiat pe specii.
Analiza variației linei de limită la molid și zâmbru evidențiază diferențe între suprafețele experimentale, evidente mai ales în cazul molidului (fig. 3.20).
0
100
200
300
400
500
600
700
0 1 2 3 4 5 6
PGRC(%)
p_Ir (mm)
SP1_mo SP2_mo SP5_mo
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0 1 2 3 4 5 6
PGRC(%)
p_Ir (mm)
SP1_za SP2_za SP5_za
Fig. 3.20 Variația liniei de limită la molid și zâmbru în Munții Călimani
Se remarcă influența structurii arboretului și regimul factorilor perturbatori în diferențierea reacției arborilor la perturbări raportat la creșterea radială precedentă. Astfel în cazul molidului din SP5, arboret cu procese concurențiale intense, reacția la modificarea structurii, exprimată prin procentul schimbărilor de creștere este mai redusă comparativ cu SP1 unde concurența este mult mai redusă. La zâmbru diferențele sunt mai reduse explicate și prin condițiile de optim ecologic pentru această specie existente în zona de studiu.
28
Aplicând această metodă de analiză dendroecologică, pentru fiecare suprafață și specie, se constată următoarele:
- dinamica factorilor perturbatori este similară între suprafețele experimentale;
- sunt surprinse în special perturbările majore cu efecte semnificative asupra structurii arboretului;
- în cazul molidului se remarcă următoarele decenii cu perturbări: 1990 (SP1 și SP5), 1970 (SP2 și SP5), 1940 (SP1, SP2, SP5), 1910 (SP2), 1890 (SP5) și 1860 (SP2 și SP5) (fig. 3.21);
- la zâmbru perioadele cu perturbări sunt relativ similare, remarcându-se totuși unele diferențe atât ca perioadă cât și ca intensitate de reacție: 1990 (SP1, SP2 și SP5), 1960 (SP1), 1940 (SP1 și SP5), 1910 (SP1, SP2 și SP5), 1870-1880 (SP1, SP2, SP5) și 1840 (SP2) (fig. 3.22);
- se constată o concordanță mai bună la zâmbru comparativ cu molidul în ceea ce privește regimul perturbărilor din cele trei suprafețe experimentale.
0
5
10
15
20
25
30
35
1800 1810 1820 1830 1840 1850 1860 1870 1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000
% nr. arbori
Anul
SP1
0
2
4
6
8
10
12
14
16
1800 1810 1820 1830 1840 1850 1860 1870 1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000
% nr. arbori
Anul
SP2
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
1800 1810 1820 1830 1840 1850 1860 1870 1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000
% nr. arbori
Anul
SP5
Fig. 3.21 Dinamica perturbărilor identificate prin metoda liniei de limită la molid
29
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
1800 1810 1820 1830 1840 1850 1860 1870 1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000
% nr. arbori
Anul
SP1
0
5
10
15
20
25
30
1800 1810 1820 1830 1840 1850 1860 1870 1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000
% nr. arbori
Anul
SP2
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
1800 1810 1820 1830 1840 1850 1860 1870 1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000
% nr. arbori
Anul
SP3
Fig. 3.22 Dinamica perturbărilor identificate prin metoda liniei de limită la zâmbru
Pentru extinderea temporală a seriei istorice privind regimul perturbărilor în Munții Călimani s-a aplicat metoda ratelor de creștere pe setul de date dendrocronologice pentru zâmbru, constituit atât din arbori vii cât și lemn fosil. Setul de date constituit din 636 de carote de creștere, acoperă o perioadă de 1014 ani, cu o replicație mai mare de 10 arbori după anul 1174. Cea mai lungă și susținută modificare de creștere pozitivă s-a observat pentru o perioadă de 15 ani, din anul 1839, până în anul 1853. Acest eveniment perturbator fiind catalogat ca fiind major. Cea mai lungă perioadă dintre două evenimente succesive este observată între anii 1321 și 1461, respectiv 141 ani (fig. 3.23).
Analiza statistică a permis identificarea unui număr de 16 perturbări majore: 1983 –
1992, 1964 – 1978, 1943 – 1953, 1911 -1924, 1873 – 1899, 1840 – 1855, 1816 -1829, 1786 – 1792,
30
1747 – 1761, 1695 – 1711, 1677 – 1685, 1621 – 1634, 1603 – 1606, 1531 – 1541, 1462 – 1483,
1297 – 1305.
Fig. 3.23 Dinamica istorică a perturbărilor în Munții Călimani
Se remarcă o intensificare a frecvenței perturbărilor în ultimele secole coroborată de o creștere semnificativă a intensității răspunsului dendroecologic.
Continuarea cercetărilor și în alte ecosisteme forestiere naturale prin aplicarea de metode statistice specifice datării perturbărilor va permite o evaluarea mai precisă a efectelor induse asupra structurii arboretului.
31
3.5. Modificări structurale pe termen scurt în Codrul Secular Giumalău
Primul aspect investigat a vizat dinamica pe termen scurt (2008-2014) a structurii pădurii naturale de molid din Codrul Secular Giumalău sub impactul disturbanțelor (doborâturi produse de vânt, atacuri de insecte (Ips. spp.) și procese de eliminare naturală).
Variația parametrilor dendrometrici relevă o scădere a numărului de arbori vii pe picior de la 486 arbori·ha-1 în anul 2008 la 455 arbori·ha-1 în anul 2014. În schimb suprafața de bază și volumul la hectar rămâne relativ constante datorită creșterii curente (tabelul 3.4).
Tabelul 3.4 Parametrii statistici suprafața experimentală Codrul Secular Giumalău
Anul StareN
(arbori·ha-1) G
(m2·ha-1)V
(m3·ha-1)Diametru
mediu (cm)Înălțimea medie (m)
2008 Viu 486 42.2 490.4 26 17.4 Mort 135 6.4 69.4 19 10.1 Total 621 48.6 559.8 23 13.8
2014 Viu 455 41.1 479.4 27 17.8 Mort 119 7.9 89.4 22 15.3 Total 574 49.0 568.8 25 16.5
Referitor la arborii morți pe picior se observă o reducere a numărului de exemplare de la 135 arbori·ha-1 la 119 arbori·ha-1 între 2008 și 2014, coroborată cu o creștere a volumului de la 69.4 m3·ha-1 la 89.4 m3·ha-1. Explicația se regăsește în dispariția unui număr important de arbori subțiri (morți pe picior în 2008) și uscare unor arbori groși în perioada 2008-2014 urmare a atacurilor de insecte.
Numărul mediu de arbori morți din diverse cauze între 2008 și 2014 este de 31 arbori·ha-1, dintre care majoritatea (58%) au drept agent disturbant Ips spp.. Volumului arborilor doborâți de vânt este relativ redus (22% din volumul total afectat) indicând atât o incidență mai redusă a acestui factor de risc cât și o stabilitate relativ ridicată a arboretului (tabelul 3.5).
Tabelul 3.5 Parametrii statistici privind mortalitatea între 2008 și 2014
în suprafața experimentală Codrul Secular Giumalău
Cauză moarteN
(arbori·ha-1)G
(m2·ha-1)V
(m3·ha-1)Diametru
mediu (cm) Înălțimea medie (m)
Insecte 18 3.4 40.5 46.0 27.2 Vânt 6 1.0 11.9 42.0 25.8
Alte cauze 7 0.1 0.8 12.0 9.2 Total 31 4.5 53.2 33.0 20.8
Distribuția numărului de arbori pe categorii de diametre reflectă o distribuție bimodală cu un plus de arbori la categoriile de 4 și 8 cm (fig. 3.24). În cazul arborilor morți pe picior se observă o reducere a numărului de arbori subțiri și o creștere a celor cu diametre peste 40 cm.
32
0
30
60
90
0
20
40
60
80
0
10
20
0
5
10
15
4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64 68 72 76 80 84 88 92 96d (cm)
No
. tr
ee
s/h
a
Living 2008 Living 2014 Dead 2008 Dead 2014
Fig. 3.24 Distribuția numărului de arbori pe categorii de diametre și stare de vegetație
Distribuția numărului de arbori pe categorii de diametre și cauze ale morții între 2008 și 2014 relevă o incidență foarte ridicată a atacurilor de insecte în categoria arborilor mijlocii și groși. În general, arborii subțiri cu diametru mai mic de 24 cm au murit datorită proceselor competiționale specifice ecosistemului forestier (fig. 3.25).
0.0
0.5
1.0
1.5
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
0.0
0.2
0.4
0.6
0
1
2
4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64 68 72 76 80 84 88 92 96D(cm)
No
. tre
es
/ha
Other causes Insect Wind Total
Fig. 3.25 Distribuția numărului de arbori pe categorii de diametre și cauze ale morții între 2008 și 2014
Analiza spațială (funcția Ripley K) relevă pentru anul 2008 o structură agregată în cazul arborilor subțiri (d<20 cm) și per total arboret. În cazul arborilor mijlocii (20<d<40 cm) structura este regulată la distanțe cuprinse între 2 și 3 m, respectiv agregată în rest.
33
Specific arborilor groși (d>40 cm) este o structură regulată până la o distanță de 26 m și randomizată în rest (fig. 3.26).
0
50
100
150
200
0 50 100 150 200x
y
Status 2008 Dead Living D (cm) 0 25 50 75
All trees Large trees
Medium trees Small trees
0
1
2
3
-1.0
-0.5
0.0
0
1
2
3
0
5
10
15
0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50
0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50r(m)
L(r)
-r
Fig. 3.26. Structura spațială a pădurii naturale de molid din Codrul Secular Giumalău (2008)
Aplicând metoda funcției Ripley K univariată și în cazul arborilor vii din anul 2014, diferențiat pe grupe dimensionale, nu se observă o modificare semnificativă a modului de organizare spațială (fig. 3.27).
0
50
100
150
200
0 50 100 150 200x
y
Status 2014 Dead Living D (cm) 25 50 75
All trees Large trees
Medium trees Small trees
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
-0.5
0.0
0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
0
3
6
9
0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50
0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50r(m)
L(r)
-r
Fig. 3.27 Structura spațială a pădurii naturale de molid din Codrul Secular Giumalău (2014)
Unele diferențe se remarcă în cazul arborilor groși, respectiv structura este regulată numai până la o distanță de 20 m, iar după 40 m structura are tendințe de agregare.
Analiza modului de organizare spațială a arborilor morți între 2008 și 2014 relevă o structură agregată (fig. 3.28). Modul de manifestare a disturbanțelor în cazul suprafeței
34
analizate este de tip grupat, indiferent de factorul de risc. În cazul arborilor uscați urmare a proceselor competiționale se remarcă o structură randomizat pentru distanțe cuprinse între 30 și 45 m.
0
50
100
150
200
0 50 100 150 200x
y
Causes of dead Other causes Insect Wind D (cm) 0 25 50 75
All causes Insect
Other causes Wind
-2
0
2
4
6
-4
-2
0
2
4
6
-2.5
0.0
2.5
5.0
7.5
0
10
20
30
40
0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50
0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50r(m)
L(r)
-r
Fig. 3.28 Structura spațială a arborilor morți între 2008 și 2014
3.6 Dinamica disturbanțelor pe termen lung în Codrul Secular Giumalău
Analiza modului de repartiție a numărului de arbori pe clase de vârstă și perioade de regenerare integrată cu distribuția la nivel spațial permite identificare perioadelor cu regenerare activă.
Din punct de vedere al repartiției numărului de arbori pe clase de vârstă și perioade de regenerare se remarcă un maxim pentru arborii tineri cu vârsta sub 20 de ani (fig. 3.29). Interpretarea acestui maxim trebuie privit cu rezervă deoarece în cazul arborilor subțiri vârsta a fost estimată prin intermediul unui model liniar. Relevantă pentru analiza noastră este distribuția numărului de arbori pe perioade de regenerare. Se observă trei maxime centrate în jurul anilor: 1840, 1900-1920 și 2000.
0
50
100
150
200
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300
Age classes (years)
Nu
mb
er
of
tre
es
0
50
100
150
1680 1700 1720 1740 1760 1780 1800 1820 1840 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000
Periods
Nu
mb
er o
f tr
ees
Fig. 3.29 Distribuția numărului de arbori pe clase de vârstă și perioade de regenerare
35
Analiza în timp și spațiu a perioadelor de regenerare evidențiază o mutare în spațiu a nucleelor cu procese de regenerare activă. În perioada 1800-1850 se remarcă o regenerare activă în partea superioară a suprafeței experimentale. Procesul de regenerare în partea inferioară a suprafeței experimentale este foarte puternic în perioada 1900-1950 (fig. 3.30). Interpretarea informaților derivate din acest tip de analiză trebuie să țină cont de faptul că sunt incluși numai arbori vii la data inventarierii. De exemplu procesele de regenerare anterioare anului 1800 au fost mult mai ample, noi putând cuantifica în prezent numai arbori care au supraviețuit proceselor de eliminare naturală și acțiunii factorilor de risc (atacuri de insecte, doborâturi produse de vânt etc.).
1700 1750 1800
1850 1900 1950
0
50
100
150
200
0
50
100
150
200
100 125 150 175 200100 125 150 175 200100 125 150 175 200x
y
1800 1850
1900 1950
0
1
2
3
4
0.0
0.5
1.0
1.5
0
2
4
6
0
5
10
15
20
0 5 10 15 20 25 0 5 10 15 20 25
0 5 10 15 20 25 0 5 10 15 20 25r(m)
L(r)
-r
Fig. 3.30 Distribuția spațială a arborilor pe perioade de regenerare
Din punct de vedere al modului de organizare spațială a proceselor de regenerare rezultatele obținute sunt în concordanță cu structura spațială a arborilor subțiri. Indiferent de perioada de timp procesele de regenerare prezintă o structură spațială agregată indiferent de distanța de analiză. Se observă totuși anterior anului 1900 o structura randomizată pentru distanțe mai mici de 3-4 m, însă trebuie ținut cont de faptul că nu se dispune de informații complete privind regenerarea.
Analiza distribuției spațiale a vârstei arborilor a pus în evidență cohortele de regenerare apărute, în general, urmare a unor modificări semnificative în structura arboretului datorită disturbanțelor. Aplicând metodele de analiză dendroecologică se completează ansamblul de informații privind regimul disturbanțelor. Modificare spațiului de creștere al arborilor, prin dispariția vecinilor, ca efect al acțiunii unui factor de risc (insecte
36
sau doborâturi produse de vânt), induce o reacție la nivelul proceselor de bioacumulare, reflectate fidel în parametrii inelului anual.
Aplicând metoda linie de limită s-au cuantificat disturbanțe majore ale creștere (>50% din linia de limită) și disturbanțe moderate (între 25 și 50% din valoarea liniei de limită) (fig. 3.31).
Fig. 3.31 Linia limită cuantifică pentru molid din Codrul Secular Giumalău
Variația procentului de arbori cu modificări moderate și majore ale creșterii radiale evidențiază un maxim în jurul anului 1800 urmată de o perioadă cu frecvență redusă a disturbanțelor. Un alt doilea maxim se remarcă în deceniu 1970 care se corelează cu doborâturile catastrofale din perioada anilor 1964-1966 care au avut loc în zonă (fig. 3.32).
Procesele de regenerare foarte intense din perioada 1800 – 1850 din partea superioară a suprafeței experimentale se corelează foarte bine cu frecvența ridicată a arborilor modificări semnificative ale creșterii radiale din deceniile 1800-1810. Disturbanțele din perioada 1910-1920 își găsesc efectul în procesele de regenerare din partea inferioară a suprafeței experimentale care se manifestă după anul 1900.
37
0
5
1700 1720 1740 1760 1780 1800 1820 1840 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000Decade
Nu
mb
er
of
tre
es (
%)
Major
Moderate
Fig. 3.32 Dinamica disturbanțelor evidențiate prin metoda linie de limită
Ipoteza este confirmată și de distribuția spațială a arborilor cu modificări semnificative de creștere. Spațial avem o disturbanță majoră în deceniu 1800-1810 localizat în partea superioară a suprafeței experimentale și o a doua disturbanță semnificativă în jurul deceniului 1910-1920 localizată preponderent în jumătatea inferioară a suprafeței. Ambele disturbanțe sunt urmate de procese de regenerare semnificative. Referitor la doborâturile produse de vânt în deceniul 1960 acestea indus modificări ale creșterii radiale la un număr ridicat de arbori distribuiți spațial pe toată suprafața experimentală.
Analiza modului de organizare spațială a arborilor cu modificări de creștere (moderate și majore) reflectă, în general, o structură agregată la distanțe mari (peste 10 metri) și o structura randomizată sau regulată la distanțe mici. De asemenea se observă diferențe de la o perioadă la alta în ceea ce privește distanța de modificare a structurii spațiale (fig. 3.33).
Rezultatele obținute evidențiază dinamica disturbanțelor și coerența proceselor de regenerare în ultimii 300 de ani într-un molidiș natural din Carpații Orientali.
38
1700 1750 1800
1850 1900 1950
0
50
100
150
200
0
50
100
150
200
100 125 150 175 200100 125 150 175 200100 125 150 175 200x
y1800 1850
1900 1950
0
2
4
-1
0
1
2
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
0 5 10 15 20 25 0 5 10 15 20 25
0 5 10 15 20 25 0 5 10 15 20 25r(m)
L(r)
-r
Fig. 3.33 Structura spațială a arborilor cu modificări moderate și majore ale creșterii radiale
Bibliografie
Abrams, M.D., Nowacki, G.J., 1992. Historical variation in fire, oak recruitment, and post-logging accelerated
succession in central Pennsylvania. Bull. Torrey Bot. Club 119, 19–28. Abrams, M.D., Orwig, D.A., 1996. A 300-year history of disturbance and canopy recruitment for co-occurring
white pine and hemlock on the Allegheny Plateau, USA. J. Ecol. 84, 353–363. Abrams, M.D., Copenheaver, C.A., Black, B.A., van de Gevel, S., 2001. Dendroecology and climatic impacts
for a relict, oldgrowth, bog forest in the Ridge and Valley Province of central Pennsylvania, USA. Can. J. Bot. 79, 58–69.
Black, B.A. & Abrams. M.D. 2003. Use of boundary-line growth patterns as a basis for dendroecological release criteria. Ecol. Appl. 13: 1733-1749.
Black, A.B., Abrams, M.D., Rentch, J.S., and Gould, P.J. 2009. Properties of boundary-line release criteria in North American tree species. Ann. For. Sci. 66(2): 205.
Bebi, P., Kienast, P., Schonenberg, W., 2001, Assessingstructure in mountainforests as a basis for investigatingtheforest’sdynamicsand protective function. Forest Ecologyand Management, 145:3-14.
Carrer, M., Urbinati C., 2001, Spatialanalysis of structural andtree-ringrelatedparameters in a timberlineforest in the Italian Alps. Journal of VegetationScience 12: 643–652.
Cenușă, R., 1996. Probleme de ecologie forestieră. Aplicaţii la molidişuri naturale din Bucovina. Universitatea din Suceava, Facultatea de silvicultură, 165 p. Duduman, G., 2009. Fundamentarea ecologică a calculului posibilității în pădurile tratate în codru grădinărit. Editura Universității Suceava, România, Suceava, 300 p.
Cherubini, P., Piussi, P., and Schweingruber, F.H. 1996. Spatiotemporal growth dynamics and disturbances in a subalpine spruce forest in the Alps: a dendroecological reconstruction. Can. J. For. Res. 26(6): 991–1001.
Franklin, J.F., Mitchell R.J., Palik, B., 2007. Natural disturbanceand stand developmentprinciples for ecologicalforestry. USDA Forest Service, GTR-NRS-19. 44 p.
Foster, D. R. 1988. Species and stand response to catastrophic wind in central New England, U.S.A. Journal of Ecology 76: 135-151.
39
Fraver, S., and White, A.S. 2005. Identifying growth releases in dendrochronological studies of forest disturbance. Can. J. For. Res. 35(7): 1648–1656.
Fritts H.C., Swetnam T.W. 1989. Dendroecology: a tool for evaluating variations in past and present forest environments. Adv. Ecol. Res. 19: 111–175.
Fulé, P.Z., W.W. Covington, and M.M. Moore. 1997. Determining reference conditions for ecosystem management of southwestern ponderosa pine. Ecological Applications 7:895-908.
Haase, P.,Pugnaire, F.I.,Clark, S.C.,Incoll, L.D.,1999,Spatialpatterns in a two-tiered semi-arid shrubland in southeastern Spain. Journal of VegetationScience. 7:527-534.
Hardisty, F., 1999. Visualizing Monte Carlo simulation of univariate spatial point patterns. Teză de doctorat. Ohio State University. 130 p.
Holtmeier, F.-K., 2009, MountainTimberlines: Ecology, Patchiness, and Dynamics. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht., 437 p.
Kuuluvainen, T., Syrjänen, K., Kalliola, R., 1998, Structure of a pristinePiceaabiesforest in northeastern Europe. Journal of VegetationScience 9: 563–574.
Kuuluvainen, T. 2002. Natural variability of forests as a reference for restoring and managing biological diversity in boreal Fennoscandia. - Silva Fennica 36, 97-125.
Lingua, G., C. Franchin, V. Todeschini, S. Castiglione, S. Biondi, B. Burlando, V. Parravicini, P. Torrigiani and G. Berta, 2008. Arbuscular mycorrhizal fungi differentially affect the response to high zinc concentrations of two registered poplar clones. Environ. Pollut., 153:137-147.
Lorimer, C.G., 1985. Methodological considerations in the analysis of forest disturbance history. Can. J. For. Res. 15, 200–213.
Motta, R., Nola, P., Piussi, P., 1999. Structure and stand development in three subalpine Norwayspruce (Piceaabies (L.) Karst.) stands in Paneveggio (Trento, Italy). Global EcologyandBiogeography 8: 455–471.
Motta, R. 2002. Old-growth forests and silviculture in the Italian Alps: the case-study of the strict reserve of Paneveggio (TN). Plant Biosyst. 136: 223–231.
Motta, R., Berretti, R., Castagneri, D., Lingua, E., Nola, P., Vacchiano, G. 2010. Stand andcoarsewoodydebrisdynamics in subalpine Norwayspruceforestswithdrawnfrom regular management. Annals of Forest Science 67: 803.
Nagel, T.A., Levanic, T., Diaci, J., 2007. A dendroecological reconstruction of disturbance in an old-growth Fagus–Abies forest in Slovenia. Ann. For. Sci. 64, 891–897.
Nagel, T.A., Svoboda, M., Rugani, T., Diaci, J., 2010. Gap regeneration and replacement patterns in an old-growth Fagus-Abies forest of Bosnia-Hertegovina. Plant. Ecol 208:307-318.
Nilsson, S.G., Hedin, J., and Niklasson, M. 2001. Biodiversity and its assessment in boreal and nemoral forests. - Scandinavian Journal of Forest Research 16, 10-26.
Nowacki, G.J., Abrams, M.D., 1997. Radial – growth averaging criteria for reconstructing disturbance histories from presettlement – origin oaks. Ecol. Monogr. 67, 225 – 249.
Peterson, C.J., and Pickett, S.T.A. 1995. Forest reorganization: A case study in an old-growth forest catastrophic blowdown. Ecology, 76 (3): 763–774.
Pickett, S.T.A., and White, P.S. (Editors). 1985. The ecology of natural disturbance and patch dynamics. Academic Press, New York.
Pielou, E. C., 1960. A single mechanism to account for regular, random and aggregated populations. J. Ecol. 48:575-584.
Popa, I., 2006. Cuantificarea modului de organizare spațială a ecosistemului forestier din Codrul Secular Giumalău prin intermediul funcției Ripley K. Revista pădurilor 3:3-12.
Popa, I., 2007. Managementul riscului la doborâturi produse de vânt. Editura Tehnică Silvică, România, Bucureşti, 235 p.
Popa, I., Sidor, C., 2013. Structura spațială a unei păduri natural de limită altitudinală superioară din Munții Călimani (Carpații Orinetali, România), in Giurgiu, V. (eds.), 2013, Pădurile virgine și cvasivirgine ale României, Editura Academiei Române.
Ripley, B.D., 1977. Modelling spatial patterns. J.R. Stat. Soc. B., 39:172-212. Spies, T.A., 1998. Forest structure: a key to the ecosystem. North-west Sci. 72 (Special Issue 2):34-39. Splechtna, B.E., Gratzer, G., and Black, B.A. 2005. Disturbance history of a European old-growth mixed-
species forest — a spatial dendroecological analysis. J. Veg. Sci. 16: 511–522. Svoboda, M., and Pouska, V. 2008. Structure of a Central-European mountain spruce old-growth forest with
respect to historical development. For. Ecol. Manag. 255(7): 2177–2188 Svoboda, M., Fraver, S., Janda, P., Bace, R., Zenáhliíková, J., 2010. Natural developmentandregeneration
of a Central European montane spruceforest. Forest Ecologyand Management 260: 707–714.
