Výzkum a dokumentace

Ochrana přírody 1/2017 — 5. 3. 2017 — Výzkum a dokumentace — Tištěná verze článku v pdf

Hodnocení biotopů zemědělsko-lesní krajiny v souvislosti se změnou klimatu pomocí modelů a GIS nástr

autoři: Ondřej Cudlín, Vilém Pechanec, Jan Purkyt, Lenka Štěrbová, Pavel Cudlín

Proč se zabývat klimatickou změnou a biodiverzitou?
Podle klimatických modelů se v ČR očekává především nárůst teploty, jejíž roční průměr by se mohl zvýšit do roku 2100 o 1,5–4,5 °C. Rozloha pícninářské a obilnářsko-bramborářské výrobní oblasti s chladnějšími podmínkami se výrazně sníží, a naopak naroste podíl řepařské a kukuřičné výrobní oblasti (Žalud et al. 2007). Buček & Vlčková (2011) uveřejnili predikci změn lesních vegetačních stupňů v ČR. Prognózované změny klimatických podmínek pro pěstování smrku vedou k závěru, že dobré a velmi dobré klimatické podmínky pro smrk ztepilý zůstanou zachovány pouze v oblastech jeho přirozeného rozšíření. Z předchozího textu je patrné, že bude stále více potřebnější odhadnout, jaký vliv bude mít změna klimatu na současnou biologickou rozmanitost, například na složení rostlinných a živočišných společenstev. Změna druhů se projeví nejen v zemědělství a lesnictví, ale může mít vliv i na fungování ekosystémů. Biodiverzita může hrát roli jakési pojistky při klimatické změně, protože ekosystémy s větším počtem druhů se mohou lépe přizpůsobit změně vnějších podmínek: uvedenou zákonitost označujeme jako portfoliový efekt (Vačkář & Plesník 2005). Z tohoto důvodu jsme zkoumali pomocí metody hodnocení a oceňování biotopů (Seják et al. 2003) jednotlivé typy biotopů, ze kterých se skládá zemědělsko-lesní krajina ČR. Pro výběr nejcennějších biotopů z hlediska biodiverzity byly použity prostorové modely GLOBIO3 a Marxan.

Obr. 1 Typy biotopů v povodí Kopaninského potoka
vymapované podle katalogu biotopů ČR (Chytrý et al. 2010)
a metodiky BVM (Seják et al. 2003). Zpracoval Ondřej Cudlín

Vysvětlivky zkratek jednotlivých biotopů: K3 – Vysoké mezofilní a xerofilní křoviny, L2.2A a L2.2B – Údolní jasanovo-olšové luhy, L5.1 – Květnaté bučiny, L5.4 – Acidofilní bučiny, L7.1 – Suché acidofilní doubravy, T1.5 – Vlhké pcháčové louky, T1.6 – Vlhká tužebníková lada, T1.9 – Střídavě vlhké bezkolencové louky, T1.1 – Mezofilní ovsíkové louky, T1.3 – Poháňkové pastviny, T5.5 – Acidofilní trávníky mělkých půd, V1G – Makrofytní vegetace přirozeně eutrofních a mezotrofních stojatých vod – bez ochranářsky významných druhů, X4.4 – Jednoleté a ozimé kultury na orné půdě, X5.2 – Užitkové zahrady a zahrádkářské kolonie, X5.3 – Intenzivní vinice, chmelnice a sady, XK2 – Lada s křovinnými porosty a stromy, XL1 – Remízky, aleje a liniové porosty v krajině, XL3 – Monokultury stanovištně nevhodných dřevin, XL5 – Paseky, les po výsadbě a renaturalizační výsadby dřevin, XM1 – Zamokřelá ruderální lada, XT2 – Degradovaná vlhká lada, XT3 – Intenzivní nebo degradované mezofilní louky, XV2 – Degradovaná biota vod, XX3.1 – Plošně zastavěné území s minimální vegetací

Kde byla biodiverzita sledována?
Pro hodnocení stavu biodiverzity bylo zvoleno povodí Kopaninského potoka na Českomoravské vrchovině, 6  km JZ od Humpolce. Jedná se o malé dílčí povodí Želivky o rozloze 726 ha, spadající do Pelhřimovského bioregionu, který je z větší části tvořen komplexem pararul až migmatitů. V nižších částech bioregionu převládají kyselé typické kambizemě. Podnebí studijní plochy je převážně mírně teplé, místy chladnější až středně vlhké, s průměrnými teplotami 7 oC a ročními srážkami 650 mm (Quitt 1975). Podle mapy potenciální přirozené vegetace v povodí převládají kyselé bučiny (Luzulo-Fagetum), jen částečně by se v území vyskytovaly i květnaté bučiny (Dentario enneaphyli-Fagetum, Festuco-Fagetum) (Neuhäuslová 1998).

Hodnocení jednotlivých typů biotopů
Jednotlivé biotopy byly hodnoceny pomocí expertní a nákladové metodiky Hodnocení a oceňování biotopů České republiky (Biotope Valuation Method – BVM, Seják et al. 2003). Tato metoda vychází z metody pro odhad ekologické újmy v Hesensku, v Německé spolkové republice, ve které čtyři hodnocená kritéria vyjadřují vnitřní hodnotu kvality typu biotopu a čtyři kritéria charakterizují vnější vlastnosti biotopů, především vzácnost a ohroženost. Metoda BVM porovnává jednotlivé typy biotopů z hlediska osmi kritérií: fylogenetické zralosti biotopu, přirozenosti rostlinných společenstev, diverzity a struktury rostlinných druhů, vzácnosti biotopu, vzácnosti rostlinných druhů v biotopu, zranitelnosti a ohroženosti kvality biotopu. Metodika hodnotí 193 biotopů rozdělených do pěti tříd přirozenosti: biotopy přírodní, přírodě blízké, přírodě vzdálené, přírodě cizí a antropogenní. Pro zjištění kvality konkrétního přírodního a přírodě blízkého biotopu a jeho přispění k diverzitě a stabilitě na krajinné úrovni bylo provedeno individuální hodnocení na základě reprezentativnosti a zachovalosti, převzaté z hodnocení biotopů podle metodiky používané Agenturou ochrany přírody a krajiny ČR pro přípravu podkladů pro vytváření soustavy chráněných území Natura 2000 (Guth 2002). Bodové hodnocení biotopů (v rozmezí 0–60 bodů) lze podle metodiky BVM převést i na finanční hodnocení. Hodnota bodu se odvíjí od efektivity nákladů revitalizačních opatření MŽP v rámci krajinotvorných programů Program revitalizace říčních systémů a Program péče o krajinu. Finanční hodnota jednoho bodu, tj. 15,99 Kč (po zohlednění inflace mezi lety 2003–2014; Seják in verb.), představuje náklady, které bylo nutno vynaložit na zvýšení kvality biotopu na ploše 1 m² o jeden bod. Většina přírodních a přírodě blízkých biotopů byla převzata z Vrstvy mapování biotopů 2014 © AOPK ČR, ve které jsou jednotlivé biotopy zařazeny podle katalogu biotopů ČR (Chytrý et al. 2010).

Na území Kopaninského potoka bylo vymapováno celkem 471 segmentů, které byly zastoupeny 12 přírodními a přírodě blízkými typy biotopů a zaujímaly 3  %  území, osmi biotopy přírodě vzdálenými, zabírajícími 46  % , třemi biotopy přírodě cizími, tvořícími 41  %  zkoumané plochy, a jedním antropogenním biotopem se zastoupením 0,6  %  (obr. 1). Na relativně velké části území se vyskytovalo více typů biotopů s různým typem přirozenosti v jednom segmentu, tvořících mozaiku a zahrnujících téměř 10 % území. Vybrané území bylo významně ovlivněno lidskou činností a lesní a luční ekosystémy byly z větší části převedeny na monokulturní porosty, tedy s převahou pouze jednoho nebo několika málo druhů. Podle potenciální přirozené vegetace by se vyskytovala v horní části povodí (přibližně na třetině území) bučina s kyčelnicí devítilistou (Neuhäuslová l.c.), kterou je možné zařadit do biotopu L5.1 – Květnaté bučiny (Chytrý et al. l.c.) a v dolní části povodí (přibližně na dvou třetinách území) by se vyskytovala biková bučina (Neuhäuslová l.c.), která spadá do typu biotopu L5.4 – Acidofilní bučiny (Chytrý et al. l.c.). Při srovnání současné celkové bodové hodnoty biodiverzity všech biotopů s biotopy potenciální přirozené vegetace jsme zjistili, že současný vegetační pokryv v povodí Kopaninského potoka vykazuje pouze 40  %  hodnoty biodiverzity biotopů. 

 
Jak je na tom diverzita biotopů dnes
Současný stav jednotlivých biotopů z pohledu přirozenosti a míry ovlivnění lidskou činností byl vyhodnocen pomocí modifikovaného modelu GLOBIO3, vyvinutého nizozemskou Agenturou pro hodnocení životního prostředí (PBL) pro klasifikaci stavu biodiverzity v minulosti, současnosti i budoucnosti. Pracuje se znalostní bází regresních vztahů mezi tlaky společnosti (pressures) a biodiverzitou na regionální, kontinentální a globální úrovni. Výsledky simulace slouží k posuzování dopadů lidské činnosti na biodiverzitu včetně ekosystémů a poskytuje podklady pro politické rozhodování od lokální po globální úroveň (Alkemade et al. 2009).

Pro zjištění stávajícího stavu biotopů byla vytvořena mapa oblastí se současným vysokým ohrožením biodiverzity na základě nízké přirozenosti biotopů. Využili jsme výše zmíněný model GLOBIO3, který pracuje s pěti základními hnacími silami, ovlivňujícími biodiverzitu: využití území, vliv infrastruktury, fragmentace území, ukládání atmosférického dusíku a dopady změny klimatu. Model používá pro hodnocení vlivu každé hnací síly indikátor MSA (průměrný počet druhů na jednotku plochy), který ve světovém měřítku zohledňuje ohrožení vybraných ohrožených druhů. S ohledem na podmínky ČR jsme pozměnili indikátor MSA na MHV (průměrná hodnota biotopu na jednotku plochy), zohledňující míru ohroženosti biodiverzity v krajině na základě hodnocení biotopů metodou (Seják et al. 2003).

Obr. 2 Výsledná hodnota indexu MHV pro všech pět
hnacích sil v povodí Kopaninského potoka.
Zpracoval Vilém Pechanec

Výstupem modelu je mapová vrstva, zahrnující působení všech pěti hnacích sil na kvalitu biotopu a umožňující určit místa s vysokým stupněm ohrožení, která potřebují zvláštní péči, zvláště pak s ohledem na přicházející klimatickou změnu (obr. 2). Hodnoty blížící se nule představují maximální vliv všech pěti hnacích sil, a tudíž indikují minimální zachovalost přírodního biotopu. Naopak hodnoty blížící se jedné znamenají minimální vliv všech pěti hnacích sil a maximální zachovalost přírodního biotopu. Nejvyšší hodnoty indikátoru MHV se pohybují v rozmezí 0,81–0,9 a byly zjištěny pro zbytky biotopu Údolní jasanovo-olšové luhy (biotopy L2.2A a L2.2B) a pro malý fragment Acidofilní bučiny (biotop L5.4). Stále relativně vysoké hodnoty indikátoru MHV v rozpětí 0,61–0,8 zaznamenal velký komplex hospodářského lesa (biotop XL3), který si i přes ne zcela vhodné druhové a věkové složení porostu stále zachovává určitou míru přirozenosti a odolnosti vůči zmíněným hnacím silám. Nižších hodnot indikátoru MHV (od 0,31 do 0,5) dosahovaly pole a louky. Nejnižší rozpětí hodnot indikátoru MHV (0,31–0,4) vykazovala plocha tvořená hlavně poli v levé části povodí. Do této části povodí totiž nejvíce zasahuje silnice 3. třídy a významně ovlivňuje celkovou výslednou hodnotu indikátoru MHV (obr. 1).

Budoucí ochrana cenných biotopů
Pomocí modelu GLOBIO3 byly určeny biotopy s nejvyšší a nejnižší přirozeností. Pro výběr prioritních, dosud nechráněných ploch přírodních a přírodě blízkých biotopů posloužil model Marxan, který se používá v ochranářském plánování a našel uplatnění již ve 184 zemích. Je možné chránit jednotlivé druhy, biotopy, ale i větší celky, jako jsou biomy. Model Marxan se při výběru prioritních lokalit pro ochranu přírody a krajiny snaží najít kombinaci plánovacích jednotek (ploch, do kterých je rozděleno zájmové území), aby byly ve výsledném řešení zahrnuty uživatelem zadané z pohledu péče o přírodní a krajinné dědictví nejcennější prvky a celkové náklady na vybranou síť plánovacích jednotek byly co nejnižší (Game & Grantham, 2008).

Obr. 3 Bodové hodnocení biodiverzity v povodí Kopaninského
potoka v hexagonech o straně 50 m pomocí modelu Marxan.
Zpracoval Vilém Pechanec

Pro naše účely model kombinoval stávající kategorie územní ochrany, hodnotu biodiverzity (vyjádřenou v bodech pro jednotlivé segmenty biotopů metodou BVM), penalizaci za případné poškození cenného biotopu vlivem nedostatečné ochrany a nálezová data, v našem případě zastoupení cenných a zachovalých biotopů (obr. 3). Takto vybraná místa jsou významná pro zachování a šíření planě rostoucích rostlin a volně žijících živočichů do okolní krajiny, obzvláště v souvislosti s klimatickou změnou. V modelu Marxan byly nejprve vypočítány hodnoty biodiverzity v hexagonové síti o straně 50 m pro celé vybrané povodí (obr. 3). Nejvyšších hodnot dosahovaly opět Údolní jasanovo-olšové luhy a dále biotopy Vlhké pcháčové louky a Vlhká tužebníková lada v širší nivě Kopaninského potoka. Další biotopy s obdobnou hodnotou biodiverzity byly rozptýleny po celém povodí: jednalo se o zbytky Acidofilních bučin a Květnatých bučin a Mezofilní ovsíkové louky. Všechny zmíněné biotopy zasluhují pozornost ochrany přírody. Nejnižší hodnoty biodiverzity vykazovala zastavěná území obcí a všechna pole, a to bez rozdílu umístění v celém povodí. Nejcennější biotopy, zasluhující si zvláštní pozornost, zaujímají celkem 97 428 m2  povodí Kopaninského potoka (obr. 4) a jde o segmenty biotopů Údolní jasanovo-olšové luhy a Acidofilní bučiny a také o těsně na hranici povodí malý segment biotopu Štěrbinová vegetace silikátových skal a drolin.

Obr. 4 Výsledný návrh prostorově kompaktních cenných území.
Zpracoval Vilém Pechanec

Návrhy opatření pro ochranu biodiverzity
Krajina Kopaninského potoka je intenzivně využívána, přesto je zde hodnota přirozenosti biotopů relativně vysoká, 75  %  vybraného povodí dosahuje hodnoty indexu MHV vyšší než 0,4. Přitom při stanovení původního indikátoru MSA modelem GLOBIO3 pro celou ČR téměř 80  %  území republiky vykazuje hodnotu MSA nižší než 0,3 (Kaňková 2013). Aby nedošlo k nevratným ztrátám biodiverzity, v oblastech s vyššími hodnotami indikátoru MHV nad 0,6 by měly být zavedeny ekologicky šetrnější způsoby zemědělského a především lesnického hospodaření. Vybrané přírodní a přírodě blízké lesní porosty by měly být zařazeny do kategorie lesů zvláštního určení a bylo by vhodné v nich uplatňovat přírodě blízké hospodaření, aby v těchto místech vznikaly bohatě strukturované lesy s vysokou věkovou, druhovou a prostorovou diverzitou. Nejcennější zbytky přírodních biotopů lužních lesů a bučin o rozloze 9,74 ha z celkové plochy 726 ha povodí Kopaninského potoka by mohly být vyhlášené jako zvláště chráněné území.

Kombinované použití představených modelů by mohlo být přínosem pro návrhy a realizaci takových změn v krajině, při kterých by byla podpořena stanoviště s vysokou mírou ohrožení biodiverzity. Popsané postupy současně umožňují predikci změn na základě vstupních hnacích sil. Nevýhodou modelů zůstává určité zobecnění informace, dané rozlišením výstupních dat (pixel/velikost zrna) a možné nepřesnosti při vytváření podkladů z více mapových vrstev. Přesto využívání modelů a nástrojů GIS při udržitelném využívání krajiny bude mít stále stoupající význam; jeho využití ovšem závisí na výběru vhodných nástrojů a správné interpretaci výstupů z modelů.

Poděkování
Tento příspěvek vznikl v rámci projektu LaPlaNt (Informační kampaň pro posílení udržitelného užívání vodních zdrojů a ekosystémových služeb krajiny v podmínkách globální změny; projekt č. EHP-CZ-02-OV-1-030-2015), financovaného programem CZO2 pro Životní prostředí z fondů EHP. Použité modely byly vypracovány za finanční podpory MŠMT v rámci programu NPU I, číslo projektu LO1415 a v rámci projektu LD 14039.