Fragmentace a degradace biotopů Kulturní krajina: Dnešní zemědělská krajina ve středních Čechách Fragmentace a degradace biotopů Mýtiny v nížinných lesích jak je vytvářeli neolitičtí zemědělci Fragmentace a degradace biotopů Návrat stáda ­ Pieter Bruegel starší, 1565 Senoseč ­ Pieter Bruegel starší, 1565 Od nástupu zemědělství prošla krajina (,,příroda") velkým množstvím postupných změn ­ především v oblastech starých civilizací (Dálný Východ, Mediterán). Dlouhý vývoj pod vlivem člověka má za sebou ve většině Evropy. Odlesnění bylo v Evropě dlouhým procesem (získávání zemědělské půdy, topného a stavebního dříví ­ také pro vydřevnění dolů, dřevěné uhlí pro sklářské hutě atd., lesní pastva), který vyvrcholil začátkem novověku: v důsledku intensivního přepásání docházelo k významné vodní a větrné erozi, vznikly vnitrozemské písečné duny a vřesoviště. Krajina však byla velice heterogenní, přetrvávaly zbytky takřka netknuté přírody. Tento vývoj zastavil až nástup moderního lesnictví a opětovné zalesňování. Fragmentace a degradace biotopů Hrad Karlštejn (F. Fridrich, cca 1870) Hrad Karlštejn (B. Havránek, 1849) Daleko větší míru odlesnění a existenci krátkostébelných oligotrofních či suchých trávníků (,,stepí") až do konce 19. století dokumentují např. také záběry hradu Karlštejna a okolí (zde původně také z vojenských důvodů). Hrad Karlštejn dnes Fragmentace a degradace biotopů 1960 1970 1980 Kulturní krajina Evropy doznala v průběhu 20. století dramatických změn (na obrázcích vpravo vývoj okolí fiktivní vesnice v západ. Německu od r. 1960 do r. 1980 a s ním spojený úbytek živočišných druhů), rychlost těchto změn a přesný časový průběh ovšem záležel na konkrétním regionu. Rozmanitá, mozaikovitá venkovská krajina s rozmanitou florou a faunou byla mnohde vystřídána neosobní krajinou s napřímenými toky, velkými lány polí, bez mezí, hájků a stromořadí, intensivně využívanou za nasazení značných dávek hnojiv a pesticidů. Druhová diversita poklesla na minimum, tvořené několika přizpůsobivými druhy. Fragmentace a degradace biotopů Fragmentace a degradace biotopů Okraj Prahy Labe mezi Poděbradami a Mělníkem Přirozeně meandrující dolní tok řeky Napřímení toku a zpevnění břehů Vodohospodářské změny v krajině Fragmentace a degradace biotopů Regulace Rýna u Karlsruhe Regulace Rýna u Breisachu 1828 1872 (narovnání toku - stavitel J. G Tulla) 1963 Vodohospodářské změny v krajině Fragmentace a degradace biotopů Regulace Moravy (pod Veselí nad Moravou) Vodohospodářské změny v krajině Fragmentace a degradace biotopů Před 1868 Po 1973 Korekce vodních toků v Juře, CH (horní obrázek ukazuje stav před zahájením prací, spodní stav po 2. etapě, která byla konečná) Vodohospodářské změny v krajině Fragmentace a degradace biotopů Altmühltal - průplav Rýn-Mohán-Dunaj Narovnání vedlejšího ramena Mississipi Přehrady: Lipno na Vltavě Přehrady: Slapy na Vltavě Fragmentace a degradace biotopů Povodně: přírodní katastrofy umocněné některými vodo- hospodářskými opatřeními Okolí Novo- mlýnských nádrží, Jižní Morava, 2006 Praha, 2002 Protržení hráze na Labi, Německo, 2002 Fragmentace a degradace biotopů Fragmentace a degradace biotopů Luhy Rašeliniště Močály Slané louky na mořském pobřeží Mokřady patří mezi nejohroženější biotopy Fragmentace a degradace biotopů Aralské jezero: zmenšování a fragmentace vodní plochy od roku 1960 vodní plocha objem v % obsah soli Fragmentace a degradace biotopů Aralské jezero: zasolení, dezertifikace, a boj proti nim vysazováním vegetace Fragmentace a degradace biotopů Příliš intensivní pastva zvyšuje míru půdní eroze Pastva a eroze Fragmentace a degradace biotopů V případě velkých písečných dun slouží větrolamy pouze zpomalení jejich postupu. Větrná eroze Fragmentace a degradace biotopů Vodní eroze a opatření proti ní Fragmentace a degradace biotopů Erodovaná krajina po odlesnění - Madagaskar Eroze po obnažení tropické půdy odlesněním Fragmentace a degradace biotopů Terasování Zakládání travnatých pruhů Vysazování agáv na svahu Příklady opatření proti vodní erozi Fragmentace a degradace biotopů Dezertifikace: postup existujících pouští a přeměna jiných ekosystémů v pouště Fragmentace a degradace biotopů Aridní oblasti Země DesertifikaceDegradace půdy Dezertifikace Fragmentace a degradace biotopů Dezertifikace Fragmentace a degradace biotopů Největší současnou hrozbou pro zachování biodiversity je odlesňování v tropech a to jak deštných pralesů tak rostlinných společenstev vyšších poloh či sušších oblastí. Pohled na amazónský prales (nahoře), dva pohledy do interiéru neotropického deštného lesa (vlevo) Fragmentace a degradace biotopů Poloha zbývajících tropických deštných lesů Fragmentace a degradace biotopů Fragmentace a degradace biotopů A. Patnáct ,,horkých míst" tropických deštných lesů s vysokou mírou endemismu, významně ohrožených bezprostředním vymíráním druhů. Zakroužkované oblasti: čtyři ostrovní ,,horká místa": Karibské ostrovy, Madagaskar, ostrovy v Indickém oceánu, ostrovy Sundské a Wallisovy oblasti. Oblast Polynésie-Mikronésie pokrývá velký počet tichomořských ostrovů včetně Havajských, Fidžijských, Samojských, Mariánských a francouzské Polynésie. Zakroužkovaná písmena označují tři zbývající neporušené oblasti tropického lesa různého rozsahu. Fragmentace a degradace biotopů B. Deset ,,horkých míst" v dalších ekosystémech. Mediteránní oblast vyznačená čárou. Odlesňování v tropech a subtropech Fragmentace a degradace biotopů Paseka vzniklá mýcením tropického lesa za pomoci ohně (vlevo) Plavení vytěženého dřeva na Borneu (vpravo) Fragmentace a degradace biotopů Odlesňování v tropech a subtropech Fragmentace a degradace biotopů Fragmentace a degradace biotopů Tropical forest area (3) and reported tropical deforestation rates by country. The deforestation rates from the 1970s are from the Food and Agriculture Organization (FAO). The 1980s data are from Meyers and the World Resources Institute (WRI) . Fragmentace a degradace biotopů Rychlost odlesňování pro vybrané oblasti v ,,horkých místech" - roční úbytek lesa v procentech Latinská Amerika 0.38% Střední Amerika 0.8-1.5% Brazilská Amazonie Acre 4.4% Rondonia 3.2% Para 1.4-2.7% Kolumbíjsko-ekvádorské pomezí 1.5% Peruánské Andy 0.5-1.0% Afrika 0.43% Madagaskar 1.4-4.7% Jihovýchodní Asie 0.91% Jižní Vietnam 1.2-3.2% Podle Achard et al. (2002), modifikováno Fragmentace a degradace biotopů Úbytek tropických lesů Lesní okraj po vymýcení části trop. lesa Lesňáček Bachmanův (Vermivora bachmanii) byl jedním z prvních neotropických tažných ptáků, který vyhynul vinou odlesnění tropů - konkrétně na svém zimovišti na Kubě (hnízdil v sev. Americe, naposled pozorován v 60. letech 20. století). Fragmentace a degradace biotopů Důsledek zemědělství klůčením a žďářením (slash and burn): Mobilizace živin z popela Částečné zničení humusu ohněm Ztráta živin vyluhováním V době druhé sklizně bývá zbytek humusu rozložen, malý přísun, žádná regenerace humusu. V případě hnojení hnojivo půdou ,,proteče" (nízká kationtová výměnná kapacita). Tropické půdy Fragmentace a degradace biotopů Fragmentace a degradace biotopů Pastvina na místě bývalého deštného pralesa (Balbina, Amazonie) Nárůst plochy pastvin skotu v brazilské Amazonii v letech 1998-2003 Erozní struhy na místě vykáceného deštného pralesa (Presidente Figueiredo, Amazonie) Vlivem vysokých srážek a hluboko zvětralých půd dochází v tropech ve velké míře k vodní erozi půdy Fragmentace a degradace biotopů Opětovné zalesňování odlesněných ploch Odlesňování v tropech a subtropech Fragmentace a degradace biotopů Výsledek tradičního postupu při kácení deštného pralesa (I) a postupu při kterém je zachována polopřirozená lesní vegetace a jsou pěstovány plodiny na malých plochách (II). Fragmentace a degradace biotopů 400 n. l. 1086 n. l. 1650 n. l. 1960 n. l. Fragmentace a degradace biotopů Úbytek a fragmentace plochy lesů (černě) v hrabství Warwickshire (Anglie) Ztráta primárního lesa v Costa Rice Fragmentace a úbytek lesů na územích Goito, Porto Mantovano a Marmirolo (provincie Mantova, sev. Itálie) Lesní ostrůvek v kulturní krajině Friulské nížiny (sev. Itálie) Fragmentace a degradace biotopů Zbytky nížinných lesů (habrových doubrav) v Pádské nížině (Itálie) Fragmentace a degradace biotopů Fragmentace a degradace biotopů Lesní plocha (v ha, logaritmická škála) Pravděpodobnostpozorování(%) Pravděpodobnost pozorování drozda Hylocichla mustelina v zralém porostu ve státě Maryland (USA) v závislosti na rozloze porostu Fragmentace a degradace biotopů Malá ztráta plochy může vést k znásobení okrajového efektu Fragmentace a degradace biotopů Rušení lidskou činností podél okrajů lesa je v obydlené krajině také součástí okrajového efektu: výrazně zmenšuje skutečnou plochu využívanou mnohými zvířaty Vliv přítomnosti a počtu sportovních rybářů na břehu na počet hnízd vodních ptáků v chráněném území Hagenauer Bucht (Rakousko/Německo: řeka Inn) Fragmentace a degradace biotopů Fragmentace a degradace biotopů Fotografie ze satelitu oblasti v jižní části brazilského státu Rondonia pořízená 5. června 1988. Tropický les, odlesněné plochy, plochy regenerující vegetace a izolované lesní plochy jsou označené popisky. Plocha označená ,,Isolated Forest" je cca. 3 km široká a 15 km dlouhá. Landsat Thematic Mapper color composite image of southern Rondonia state, Brazil, for path 230 and row 69 acquired on 5 June 1988. Areas of tropical forest, deforestation, regrowth, and isolated forest are labeled. The area identified as isolated forest is about 3 km by 15 km in size. Fragment tropického deštného pralesa obklopený vykáceným územím poblíž Manausu (Brazilie) Fragmentace a degradace biotopů Okraje lesa jsou zvlášť náchylné pro působení větru ­ polomy Fragmentace a degradace biotopů Representation of deforestation in the Amazon of Brazil from (A) 1978 and (B) 1988. The deforestation represented in these figures is confined exclusively to the forest strata. The data were averaged into 16 km grid cells. Spatial analysis of the geometry of deforestation is critical to the estimation of forest fragmentation and the edge effect. If 100 km2 of tropical deforestation occurs as a 10 km by 10 km square and we assume that the edge effect is 1 km, the total area affected is ~143 km2. In contrast, if the 100 km2 of deforestation is distributed as ten strips, each 10 km by 1 km, the affected area is ~350 km2. Odlesnění v brazilské Amazonii v letech 1978 (A) a 1988 (B). Fragmentace a degradace biotopů Map of the Brazilian Amazon Basin showing where biological diversity was adversely affected in 1988 by deforestation, isolation of forest, and the 1-km edge effect of deforestation. The largest contributor to the area of negative effects on biological diversity was the 1-km edge effect from adjacent areas of deforestation. Isolation of forest patches was not a large contributor to this problem. The affected-habitat data were averaged into 16 km by 16 km grid cells. Postižení přírody brazilské Amazonie odlesněním, izolací lesních fragmentů a s tím spojeným okrajovým efektem (do hloubky 1 km) v r. 1988. Fragmenty tropického deštného lesa ponechané za účelem ochrany přírody a výzkumu v Amazonii (Lovejoy): vlevo ostrůvek 10 ha, vpravo ostrůvek 1 ha) Fragmentace a degradace biotopů Mapa projektu ,,Biological Dynamics of Forest Fragments" sev. od Manausu v Amazonii. Studijní plochy (rezervace) černé, souvislá plocha primárního lesa bílá, plochy sekundárního lesa a pastvin šedé. U úmrtnosti stromů se projevuje výrazný okrajový efekt Fragmentace a degradace biotopů Fragmentace a degradace biotopů Pekari páskovaný (Pecari tajacu) Mravenčík dvoubarvý (Gymnopithys leucaspis)mravenec Eciton burchelli Bufo cf. margaritifer ­ příklad terrikolní žáby (ropuchy) Živočichové postiženi fragmentací amazonského pralesa (příklady) Fragmentace a degradace biotopů Přechody mezi odlišnými biotopy, tzv. ekotony, často vykazují obzvlášť vysokou biodiversitu ­ toto je také součást okrajového efektu! Přechod lesa a pole Hranice lesa v horách Mořské pobřeží (slapová zóna mělkého pobřeží) Břeh rybníka (stojaté či tekoucí vody) Fragmentace a degradace biotopů Izolace biotopů vlivem přírodních i antropogenních překážek izolované vrcholky hor izolovaná vodní tělesa lesy oddělené silnicí listnaté lesy oddělené jehličnatým porostem Fragmentace a degradace biotopů Fragmentace a degradace biotopů Fragmentace a degradace biotopů Fragmentace a degradace biotopů Pokusy k ostrovní zoogeografii ­ D. S. Simberloff a E. O. Wilson Jižní výběžek Floridy s ostrůvky Florida Keys: Umístění experimentálních ploch (obdelníky) Fragmentace a degradace biotopů Mangrovové ostrůvky zařazené do pokusu: nahoře druhý nejmenší, dole největší Nahoře: Stavba lešení kolem mangrovového ostrůvku. Dole: ostrůvek zakrytý stanem pro fumigaci Fragmentace a degradace biotopů Křivky osídlování (kolonizace) čtyř malých mangrovových ostrůvků v dolních Florida Keys, jejichž kompletní fauna, sestávající takřka celá z členovců, byla zahubena fumigací metylbromidem. Vynesené hodnoty představují odhady počtu přítomných druhů, které odpovídají počtu skutečně pozorovaných druhů a malému podílu druhů nepozorovaných, jejichž přítomnost byla předpokládána na základě kritérií použitých Simberloffem a Wilsonem (1969) a Simberloffem (1969). Počet druhů je inversní funkcí vzdálenosti ostrova od nejbližšího zdroje imigrantů. Tento efekt byl patrný z inventarizace před odstraněním fauny a byl zachován poté, co lokální fauny po fumigaci opět dosáhly rovnovážného stavu. Nejbližší ostrov E2 má tedy nejvíce druhů, nejvzdálenější ostrov E1 nejnižší počet druhů a středně velké a vzdálené ostrovy E3 a ST2 mají středně vysoké počty druhů. Fragmentace a degradace biotopů Teorie ostrovní biogeografie (ekologie) vyvolala velkou odezvu v ochranářských kruzích a debatu o správné strategii při navrhování a vyhlašování chráněných územích známou pod zkratkou SLOSS - single large or several small? Fragmentace a degradace biotopů Fragmentace a degradace biotopů / Habitat fragmentation and degradation Fragmentace a degradace biotopů Fragmentace a degradace biotopů EECONET ­ panevropská ekologická síť Propojením biotopů jejich uspořádáním ve vzájemné blízkosti, zřizováním ,,nášlapných kamenů" (stepstones) a linearáních spojení (biokoridorů) má být usnadněna migrace jedinců, tok genů a rekolonizace stanovišť. Příkladem mohou být EECONET nebo český Územní systém ekologické stability (ÚSES). Fragmentace a degradace biotopů Prostupnost krajiny pro velké savce převzato z: Anděl et al. 2005 Fragmentace a degradace biotopů Zastoupení skupin obratlovců mezi obětmi silniční dopravy v třech evropských a sedmi severoamerických studiích Fragmentace a degradace biotopů Prostupnost krajiny pro velké savce Nadchod pro zvěř na dálnici v Nizozemsku Podchod pro zvěř na trati v Dolním Rakousku Stavba nadchodu pro zvěř na trati v Dol. Rakousku Fragmentace krajiny frekventovanými dopravními cestami představuje velké omezení migrace větších savců (zvěře) a příčinu četných ztrát na životech. Fragmentace a degradace biotopů Prostupnost krajiny pro velké savce xxx-blog.org Délkapřechodu Přechod pro zvěř Dřeviny vysokého vzrůstu napomáhají orientaci zvěře Clona bránící pohledu na dopravní cestu 50-90 % šířky je třeba osázet dřevinami Šířka např. 25 m Výška clony bránící pohledu: cca. 2 m Keře umístěny na nadchodu i v jeho předpolí tak, aby naváděly zvěř Osaprůhledu Fragmentace a degradace biotopů Migrační radius sedmi evropských druhů obojživelníků (Blab, 1986) Prostupnost krajiny pro migrující obojživelníky Fragmentace a degradace biotopů Prostupnost krajiny pro migrující obojživelníky Přejetá ropucha obecná Dopravní značka varující před tahem obojživelníků (Německo) Podchod pro obojživelníky pod silnici - trvalé opatření (Rakousko) Záchytné ploty s padacími pastmi k zachyceni táhnoucích obojživelníků a jejich následné přenesení přes silnici, resp. na trdliště (Rakousko) ­ dočasné opatření (pozor na jednosměrnost zařízení!) Kombinovaný plot pro zvěř a obojživelníky - trvalé opatření (Rakousko) Fragmentace a degradace biotopů Prostupnost krajiny pro létající obratolovce: ptáky a netopýry 10-40 tisíc [zdroj: ABC]Větrné elektrárny 40-50 milionů [zdroj: AWEA]Osvětlené věže - vysílače 60-80 milionů [zdroj: AWEA]Automobily 70 milionů [zdroj: AWEA]Pesticidy 100 milionů -1 miliarda [zdroj: TreeHugger] Okna (obytných i komerčních budov) 130-174 milionů [zdroj: AWEA]Vedení vysokého napětí stovky milionů [zdroj: AWEA]Domácí a zdivočelé kočky Usmrcení ptáci za rok (USA)Antropogenní příčina Větrná farma v průsmyku Altamont v Kalifornii, USA Větrné elektrárny umístěné v místech kde dochází ke koncentraci tažných ptáků mohou usmrtit mnoho těchto ptáků. Snad ještě větší riziko představují v místech se zvýšenou aktivitou netopýrů. Počty usmrcené větrnými elektrárnami se jeví ve srovnání jako zanedbatelné, ale kočky zpravidla neuloví čápy, jeřáby či velké dravce! Fragmentace a degradace biotopů Prostupnost krajiny ­ řek pro ryby Rybí přechod (obchvat) na Lužické Nise Rybí přechod na Dyji u Bulhar Fragmentace a degradace biotopů Prostupnost krajiny ­ řek pro ryby Rybí přechod na řece Columbia, USA (přehrada John Day Dam) Rybí přechod na řece Isar, Německo Rybí přechod na řece Kamenici, Josefův důl, Česko Kaskádový rybovod Meandrový rybovod Fragmentace a degradace biotopů Ekologická kontinuita Druhy indikující kontinuitu zalesnění: Acalles sp. (Curculionidae) Rhysodes sulcatus (Rhysodidae) Fragmentace a degradace biotopů I. vojenskI. vojenskéé mapovmapováánníí -- 240 let (cca)240 let (cca) Fragmentace a degradace biotopů II. vojenskII. vojenskéé mapovmapováánníí -- 190 let (cca)190 let (cca) Fragmentace a degradace biotopů ortofotoortofoto (rok 2006)(rok 2006) Fragmentace a degradace biotopů I. vojenskI. vojenskéé mapovmapováánníí -- 240 let (cca)240 let (cca)PPřřevod map na polygonyevod map na polygony Fragmentace a degradace biotopů I. vojenskI. vojenskéé mapovmapováánníí -- 240 let (cca)240 let (cca)Polygony dle biotopPolygony dle biotopůů Fragmentace a degradace biotopů II. vojenskII. vojenskéé mapovmapováánníí -- 190 let (cca)190 let (cca) Polygony dle biotopPolygony dle biotopůů Fragmentace a degradace biotopů ortofotoortofoto (rok 2006)(rok 2006)Polygony dle biotopPolygony dle biotopůů Fragmentace a degradace biotopů zdroj ortofoto: GEODIS JedinJedináá kontinuita v krajinkontinuita v krajiněě za poslednza poslednííhoho ččtvrt tistvrt tisííciletciletíí......