Vplyv Vplyv globálnej globálnej klimatickej zmeny klimatickej zmeny na lesy Slovenskana lesy SlovenskaJozef MINĎÁŠmindas@nlcsk.org

Národné lesnícke centrumLesnícky výskumný ústav Zvolen, SLOVAKIA

GlobGlobálna zmena klímy – vážny álna zmena klímy – vážny environmentálny problémenvironmentálny problém

• Nárast výskytu mimoriadne teplých rokov, zvýšená frekvencia výskytu poveternostných extrémov (suchá, hurikány, povodne) – extrémny nárast hospodárskych škôd

• Ľudstvo a jeho rozvoj sú „dimenzované“ na dlhodobo stabilné podmienky klímy

• Zmeny sa dotýkajú celej planéty• Zmena klímy vážne ohrozuje socioekonomické podmienky

existencie takmer celej ľudskej populácie – hrozí novodobý exodus tretieho sveta

KKlimaticklimatickáá zmen zmenaa a lesy a lesy – politické a – politické a inštitucionálne východiskáinštitucionálne východiská

• 1988 - Vznik IPCC (Medzivládny panel OSN pre klimatickú zmenu)

• 1992 - Podpis rámcového dohovoru OSN o zmene klímy – plnenie záväzkov

• Konferencia ministrov o ochrane lesov Európy – rezolúcia H4 a V5

„Stratégia dlhodobej adaptácie lesov Európy na klimatickú

zmenu“ (H4)

„Klimatická zmena a trvalo udržateľné obhospodarovanie

lesov v Európe“ (V5)• Kjótsky protokol (znižovanie emisií GHGs)

Skleníkové plyny v atmosféreSkleníkové plyny v atmosfére

300

500

700

900

1100

1300

1500

1700

1900

900 950 1000 105

0 1100 115

0 1200 125

0 1300 135

0 1400 145

0 1500 155

0 1600 165

0 1700 175

0 1800 185

0 1900 195

0 2000

260

280

300

320

340

360

380

400

420

CH4 CO2 N20

CH 4 [ppbv] Koncentrácia hlavných skleníkových plynov v atmosfére od roku 900 CO 2 [ppmv] N 2 O [ppbv]

Všetky údaje sú schematicky upravené podľa IPCC 2001

• CO2 emisie 9 mlrd ton C• CH4 emisie 550 mil ton C• Emisie N2O 18 mil ton N

Skleníkové plyny v atmosfére Skleníkové plyny v atmosfére – príčina klimatickej zmeny– príčina klimatickej zmeny

Rast koncentrácií skleníkových plynov

Antropogénne emisie skleníkových plynov(energetika, priemysel, doprava, odpady,

poľnohospodárstvo, odlesňovanie)

Zmena radiačnej bilancie zemského povrchu

ZMENA KLÍMY

• Globálne cirkulačné modely (GCM) – sú fyzikálne konzistentné, zahŕňajú modely fyziky atmosféry, globálneho uhlíkového cyklu, atmosférickej chémie, oceánického prúdenia atď.

• GCM modely poskytujú výstupy v globálnom merítku v sieti gridových bodov, ktoré reprezentujú územné priemery na ploche asi 60-100 tisíc km2

• Aplikácia výstupov GCM modelov – tvorba regionálnycvh scenárov

• Ukážka výstupov GCM modelov – Teplota vzduchu, Zrážky, Pôdna vlhkosť

Zmena klímy – scenáreZmena klímy – scenáre

CCCma model (www.cccma.bc.ec.gc.ca)Canadian Centre for Climate Modelling and Assessing

Teplota vzduchu

CCCma model (www.cccma.bc.ec.gc.ca)Canadian Centre for Climate Modelling and Assessing

Vlhkosť pôdy

• Rozpracované regionálne scenáre pre CCCM97, CCCM2000, GISS98

• Predpokladaný nárast teploty vzduchu v rozsahu 2-4 st.C (ročný priemer), s rôznym rozdelením odchýlok mesačných teplôt vzduchu

• Nárast úhrnov zrážok v zimnom polroku, pokles v letnom polroku

• Rast hodnôt evapotranspirácie, zhoršovanie vodnej bilancie krajiny

• Nárast intenzity zrážok z konventívnej oblačnosti• Zmeny v snehovej pokrývke – pokles dĺžky trvania

Zmena klímy – scenáre pre SlovenskoZmena klímy – scenáre pre Slovensko

Scenáre ročných priemerov teploty vzduchu v Hurbanove v rokoch 2001-2090 podľa modelu CCCM2000

9

10

11

12

13

14

15

20

00

20

05

20

10

20

15

20

20

20

25

20

30

20

35

20

40

20

45

20

50

20

55

20

60

20

65

20

70

20

75

20

80

20

85

[°C]

• Svetový klimatický systém je veľmi úzko prepojený s obsahom radiačne aktívnych plynov v atmosfére

• Antropogénne emisie skleníkových plynov vykazujú trvale rastúci trend, ktorý bude pokračovať minimálne v najbližších 2-3 desaťročiach

• Adekvátne so vzrastajúcimi emisiami skleníkových plynov rastú aj ich skutočné koncentrácie v ovzduší

• Používané globálne cirkulačné modely sú verifikované (simulácia minulej klímy) a ich výsledky možno považovať za hodnoverné

• Pozorovaný rast teploty vzduchu, zmeny vo frekvencii a intenzite niektorých meteorologických javov a procesov predstavujú vážne varovné signály, ktoré nesmieme ignorovať

Je naozaj hrozba zmeny klímy reálna ?Je naozaj hrozba zmeny klímy reálna ?

Signály klimatickej zmenySignály klimatickej zmeny - - PríkladPríklad: : Leto Leto 20032003 v v EurópeEurópe

Ciais et al., Nature 2005

Rekonštrukcia letných teplôt v Burgundsku

Chuine et al., Nature, 2004

Historické záznamy teploty vzduchu vo Švajčiarsku

Shär et al., Nature 2003

Hesse: seasonal variation of tree circumference as measured on 11 beech trees among the dominant and codominant crown classes

during the period 1999-2003 (the same trees were measured each year).

0

5

10

15

20

25

60 120 180 240 300DOY

C

(

mm

)

199920002001

20022003

Rok 2003 – Odozva v rastovom procese drevínRok 2003 – Odozva v rastovom procese drevín

A. Granier et al. submitted

• Zmena bioklimatických podmienok a z toho rezultujúca komplexná zmena stanovištných podmienok (zmeny vodnej bilancie, zmeny v živinovom kolobehu, ...)

• Zmena genetickej štruktúry a diverzity populácií lesných drevín

• Zmeny fyziologických procesov lesných drevín a z toho vyplývajúce zmeny ich zdravotného stavu

• Zmeny rastovo-produkčného procesu lesných drevín• Zmeny v štruktúre lesov (zvýšená mortalita) a ich

ekologickej stabilite• Zmeny v pôsobení abiotických a biotických

škodlivých činiteľov v lesných ekosystémoch

DDôôsledksledkyy zmeny klímy na lesné ekosystémyzmeny klímy na lesné ekosystémy

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Mean annual air temperature [oC]

Picea abiesAbies alba Quercus petraea

Carpinus betulus

Fagus sylvatica

Pinus mugo

Klimatické areály jednotlivých lesných drevín na Slovensku na základe ich prirodzeného výskytu

St.C

Zmeny bioklimatických podmienokZmeny bioklimatických podmienok

• Premietnutie zmien klímy (scenáre) vo vzťahu k ekologickým nárokom lesných drevín (ekosystémov)

Zmeny bioklimatických podmienokZmeny bioklimatických podmienok

Súčasná klíma

„Smrekovo-jedľovo-buková klíma“

„Dubovo-buková klíma“

Scenár CCCM97

BioBioklimatické podmienkyklimatické podmienky – – Fraxinus exc.Fraxinus exc.

IT = (Tsite – Topt)/dT

IT= +1 (dolná hranica) IT= -1 (horná hanica)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Existence limit at upper bound

Ecological pesimum at upper bound

Impaired conditions at upper bound

Ecological optimum

Impaired conditions at low er bound

Ecological pesimum at low er bound

Existence limit at low er bound

Percentage of individual categories (%)

Fraxinus excelsior - CC

Fraxinus excelsior

Fraxinus excelsior

Planárny a kolínny stupeň• Výrazné zhoršenie vodnej bilancie• Predlžovanie periód sucha (výskyt už v jarnom období)• Postupná aridizácia až dezertifikácia krajiny

Submontánny a montánny stupeň• Zhoršenie vodnej bilancie (posun hladiny vyrovnanej vodnej

bilancie zo 600 až na 1000 m)• Výskyt periód sucha aj v letnom období• Zvýšenie extrémnych teplôt a intenzity zrážok

Supramontánny, alpínsky a subalpínsky stupeň• Zmeny vodnej bilancie a nárast teplôt (zlepšenie

bioklimatických podmienok)• Priaznivý vplyv bioklímy na mineralizáciu organickej hmoty

(zlepšenie výživy)

Zmeny bioklimatických podmienokZmeny bioklimatických podmienok

• Lesy v strednej Európe sú vystavené dlhodobému antropickému tlaku – výsledkom sú druhove, vekove a štrukturálne zmenené lesné ekosystémy

• Dominancia ihličnatých spravidla monodrevinových porastov (smrek, borovica) – najmä Česko a Poľsko

• Vplyv klimatickej zmeny sa bude prejavovať iba sprostredkovane, nakoľko prakticky všetky lesy v strednej Európe sú priamo obhospodarované

• Zmena drevinového zloženia stredoeurópskych lesov bude teda výslednicou zmien stanovištných podmienok a cielených (resp. vynútených) zmien v obnovnom (výhľadovom, cieľovom) drevinovom zložení

Drevinové zloženie stredoeurópskych Drevinové zloženie stredoeurópskych lesov – východiskálesov – východiská

• Dynamické modely umožňujú modelovať časový vývoj charakteristík lesného porastu

• Model vyžaduje vstupné údaje pre jednotlivé lesné dreviny:

Maximálny vek stromov Maximálnu hrúbku a výšku stromu Charakteristiky prirodzeného zmladenia lesných

drevín

Modelovanie na základe funkcie odozvy (teplota vzduchu, vodná bilancia, výživa, tolerancia k svetlu)

„„Forest Gap“ – dynamický modelForest Gap“ – dynamický model

Lokalita Holdridge zone

Nadmor. výška

[m a.s.l.]

Priem.ročná teplota

[oC]

Ročné zrážky

[mm]

Dominantné

dreviny

Lomnistá dolina

6 1700 1.0 1330 Sorbus aucuparia

Pinus mugo

Piľsko 11 1250 2.6 1450 Picea abies

Sorbus aucuparia

Dobroč 10 850 4.9 940 Abies alba

Fagus sylvatica

Sitno 15 500 7.7 830 Quercus petraea

Carpinus betulus

Fagus sylvatica

„„Forest Gap“ – dynamický modelForest Gap“ – dynamický model

Nízke Tatry 1 700 m a.s.l., current climate

0

40

80

120

160

200

1 21 41 61 81 101 121 141 161 181 201 221 241 261 281

years

Bio

mas

s t/h

a

Picea Sorbus Pinus mugo

Nízke Tatry 1 700 m a.s.l., climate scenario CCCM

0

40

80

120

160

200

1 21 41 61 81 101 121 141 161 181 201 221 241 261 281

years

Bio

mas

s t/h

a

Abies Picea

Fagus Sorbus

„„Forest Gap“ – dynamický modelForest Gap“ – dynamický model

Dobročský prales 850 m n.m. - CCCM scenario (2xCO2)

0

50

100

150

200

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451

Roky/years

Biom

ass t

/ha

Fagus sylvatica Quercus sp.

Acer sp. Fraxinus

Dobročský prales 850 m n.m. - Súčasná klíma (Current climate)

0

50

100

150

200

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451

Roky/years

Biom

ass t

/ha

Abies alba Picea abies Fagus sylvaticaQuercus petraea Acer sp. Fraxinus

„„Forest Gap“ – dynamický modelForest Gap“ – dynamický model

Drevinové zloženie stredoeurópskych Drevinové zloženie stredoeurópskych lesov – očakávané zmenylesov – očakávané zmeny

Lesné spoločenstvá

Očakávané zmeny

1.-3. VS Zánik spoločenstiev SM a JD

Nástup dubových xerotermných lesov

Zhoršenie podmienok pre pestovanie BK

4.-6. VS Pokles zastúpenie SM a JD

Rozvoj zmioešaných spoločenstiev buka

Posilnenie účasti dubov v lesných porastoch

7.-8. VS Rozvoj zmiešaných porastov SM-JD-BK

Posun hornej hranice lesa

Klimatická vodná bilanciaKlimatická vodná bilanciaBukovo-dubový VSBukovo-dubový VS

2nd Beech-oak stage-current climate (1951-80)Myjava (375 m a.s.l.)

PE = 599 mm P = 664 mm

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

month

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

potential evapotranspiration precipitation

2nd Beech-oak stage-CCCM scenario(2075)Myjava (375 m a.s.l.)

PE = 713 mm P = 707 mm

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

month

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

potential evapotranspiration precipitation

Škvarenina et al. 2001

4th Beech stage-current climate (1951-80)Plaveč (448 m a.s.l.)

PE = 536 mm P = 669 mm

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

month

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

potential evapotranspiration precipitation

4th Beech stage-CCCM scenario(2075) Plaveč (448 m a.s.l.)

PE = 649 mm P = 685 mm

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

month

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

potential evapotranspiration precipitation

Klimatická vodná bilanciaKlimatická vodná bilanciaBukový VSBukový VS

Škvarenina et al. 2001

• Multilineárna regresia založená na mesačných údajoch klimatických veličín (zrážky, teplota) a radiálnom prírastku jednotlivých stromov

• Verifikácia a konštrukcia modelu (SZ časť Slovenska, Smrek)

Rastové zmenyRastové zmeny – dendro – dendrokklimatlimatický modelický model

0

0,5

1

1,5

2

2,5

1925 1950 1975 2000 2025 2050 2075 2100

Year

Index

real

progn

• 19% stromov – negatívna reakcia (pokles)• 81% trees – pozitívna reakcia (rast)• Teplota vzduchu hraje dominantnú úlohu• Zvyšovanie prírastku s rastúcou nadmorskou výškou

Rastové zmeny Rastové zmeny – dendro– dendroklimatický modelklimatický model

y = 0,0005x + 0,7229

R2 = 0,3712

0,00

0,40

0,80

1,20

1,60

2,00

800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500

altitude (m)

Inde

x

• Varovné signály – výskyt 3 orkánov v období 1990-2000 (Vivian, Wiebke, Lothar), niekoľko 100 miliónov m3 kalamitného dreva

• Nastávajú zmeny v distribučnom pôsobení abiotických činiteľov (výskyt vetrových kalamít v letnom období)

• Môžeme očakávať narastajúci trend fyziologického poškodzovania suchom, stúpne riziko výskytu lesných požiarov

• Otázne sú zmeny v pôsobení snehu, vetra, námrazy a ďalších mechanicky pôsobiacich faktorov (ľadovica)

Pôsobenie abiotických faktorov na lesy Pôsobenie abiotických faktorov na lesy – očakávané zmeny– očakávané zmeny

 

Zmeny vo vývoji škodcov •Kratší vývoj•Viac generáciíPrežívanie extrémnych situácií•Extrémne nízka teplota•Vyššia teplota spojená so suchom

Dĺžka vývoja: 1. Hmyz nie je schopný regulovať svoju teplotu a tá preto rozhodujúcim

spôsobom ovplyvňuje jeho bionómiu.   2. V rámci limitov pracuje vo všeobecnosti metabolizmus hmyzu pri vyššej

teplote rýchlejšie a pri nižšej pomalšie.  3. Dĺžka vývoja u väčšiny druhov závisí na teplote. Optimálnou teplotou je 25-

35°C. Výhody kratšieho vývoja: väčšie a životaschopnejšie imága

-         rýchlejší prístup k potrave-         menšia šanca napadnutia parazitoidmi, patogénmi... 

Nevýhody kratšieho vývoja:-         zlá synchronizácia s prostredím / fenológiou-         zvýšené nároky na potravu v kratšom čase-         nedostatočná vyvinutosť

Teplota °C

dĺž

ka v

ývoja

KKlimaticklimatickáá zmen zmenaa a lesy a lesy – – biotické faktory HMYZbiotické faktory HMYZ

Očakávaný vývoj vybraných druhov hmyzu Očakávaný vývoj vybraných druhov hmyzu vo vzťahu ku klimatickej zmenevo vzťahu ku klimatickej zmene

• Analyzovali sa dlhodobé údaje zo Slovenska pomocou gradientovej analýzy (Canonical correspondence analysis) a hľadali sa kľúčové faktory ovplyvňujúce priestorovú distribúciu druhov – Lymantria dispar and Operophtera brumata.

Turcani et. al. 2005

Lymantria dispar

Air temperature equal to

long-term average

+ 1°C

+ 2°C

Operophtera brumata

Air temperature equal to

long-term average

+ 1°C

+ 2°C

 

Lesy v 1.-2. lvsprenikanie južných druhov do oblasti vďaka zmenám v biotopoch a zlepšeniu klimatickej vhodnosti prostredia

-vytvoria sa priaznivé podmienky pre aktivizáciu domácich teplomilných druhov

-Thaumetopoea pityocampa - Dociostaurus maroccanus

-Lymantria dispar-Tortricidae- Adelgidae

- Colias erate

KKlimaticklimatickáá zmen zmenaa a lesy a lesy – biotické – biotické faktory HMYZfaktory HMYZ

3.-5. Vegetačný stupeň• Môžeme predpokladať prienik niektorých

teplomilnejších druhov avšak vzhľadom na konkurenčné prostredie bude trvať istú dobu pokiaľ sa tu plne etablujú

• Väčšiu aktivitu v tomto prostredí očakávame od druhov škodiacich na voľných plochách – napr. pri zalesňovaní, celkove budú tieto polohy pravdepodobne najmenej postihnuté predmetnými vplyvmi

6.-7. Vegetačný stupeň• Predpokladá sa výskyt širšieho spektra škodcov,

ktorých gradácie budú intenzívnejšie• Očakáva sa aktivita najmä domácich druhov

KKlimaticklimatickáá zmen zmenaa a lesy a lesy – biotické – biotické faktory HMYZfaktory HMYZ

• Komplexná zmena stanovištných podmienok môže významne zmeniť parametre obhospodarovania lesov a ich funkčnej účinnosti (problém hynutia smrečín – ohrozenie vodohospodárskej funkcie lesov)

• Ak chceme zabezpečiť TUOL musíme adaptačnú stratégiu „zabudovať“ do stratégií trvaloudržateľného obhospodarovania lesov

• Je treba realizovať všeobecne platné opatrenia na podporu genetickej, druhovej a štrukturálnej diverzity lesov a ich ekologickej stability

• Potrebujeme rozšíriť kritériá a indikátory TUOL o indikátory špecificky orientované na dôsledky zmeny klímy na les a tieto využívať na podporu realizácie adaptačných opatrení

Trvaloudržateľné obhospodarovanie Trvaloudržateľné obhospodarovanie lesov v podmienkach klimatickej zmenylesov v podmienkach klimatickej zmeny

• Príčinou zmeny klímy je antropogénny nárast obsahu skleníkových plynov v ovzduší a následná zmena radiačnej bilancie zemského povrchu

• Súčasné modely GCM pre oblasť strednej Európy udávajú rast teploty vzduchu, zmeny v distribúcii zrážok a zmeny vo vodnej bilancii (zhoršovanie)

• Komplexná zmena stanovištných podmienok spôsobí významné zmeny v drevinovom zložení lesov, v distribúcii a intenzite pôsobenia abiotických faktorov a v areáloch, invázii a gradácii hmyzích škodcov

• Hrozba zmeny klímy je reálna a pri zabezpečení trvalo udržateľného obhospodarovania lesov ju musíme brať do úvahy

Zmena klímy a stredoeurópske lesyZmena klímy a stredoeurópske lesySSÚHRNÚHRN

• Na prípravu prednášky som použil predovšetkým materiály publikované v rámci Národného klimatického programu SR a a priebežných výsledkov projektu „Klimatické zmeny a lesy Slovenska“

• Webovské stránky IPCC (www.ipcc.ch) a sekretariátu UN FCCC (www.unfccc.de)

Použité materiályPoužité materiály

Ďakujem za Ďakujem za pozornosťpozornosť