Roksana Knapik* & Andrzej Raj
Karkonoski Park Narodowy, ul. Chałubińskiego 23, 58-570 Jelenia Góra, Polska
* Corresponding author, e-mail: roksana@kpnmab.pl Received 13 March 2014 | Accepted 12 June 2014
Published online at www.senckenberg.de/peckiana 30 June 2014 | Printed version 30 June 2014
Strzeszczenie
Monitoring przyrodniczy jest bardzo ważnym narzędziem do analizy zmian zachodzących w przyrodzie. W Karkonoskim Parku Narodowym jego realizację zaplanowano na różnych poziomach – całościowym, ekosystemowym oraz gatunkowym. Ze względu na klęskę ekologiczną, podczas organizacji monitoringu w 2001 roku, największy nacisk położono na ekosystemy leśne, gdzie ustanowiono sieć kołowych i stałych powierzchni monitoringowych. Od 2013 roku monitoring na powierzchniach kołowych realizowany jest również w ekosystemach nieleśnych, powyżej górnej granicy lasu. Równolegle prowadzony jest monitoring gatunków roślin, zwierząt i grzybów oraz monitoring przyrody nieożywionej, którego szczególnie ważnym elementem jest monitoring hydrologiczny.
Zusammenfassung
Naturmonitoring im Riesengebirgsnationalpark als ein Werkzeug zur Beobachtung der Umweltveränderungen
Umweltmonitoring ist ein sehr wichtiges Instrument für die Analyse von Veränderungen in der Natur. Im Riesen- gebirgsnationalpark wurde es auf verschiedenen Ebenen organisiert: auf holostischer Ebene, auf Ökosystemebene und auf der Ebene der Arten. Wegen der Umweltkatastrophe wurde bei der Einrichtung des Monitorings im Jahre 2001 der Schwerpunkt auf Waldökosysteme gelegt und ein Netzwerk von festen, kreisförmigen Monitoringpunkten etabliert. Seit 2013 wird auch oberhalb der Waldgrenze Monitoring in kreisförmigen Plots durchgeführt. Pflanzen-, Tier- und Pilzarten werden parallel erfaßt, zusammen mit der Untersuchung der unbelebten Natur, insbesondere hydrologischen Messungen.
Abstract
Environmental monitoring in the Karkonosze National Park as a tool for observation of environmental changes
Environmental monitoring is a very important tool for the analysis of changes occurring in nature. In the Karkonosze National Park, its implementation was planned at different levels - a holistic, ecosystem and species level. Due to the environmental disaster, during the organization of the monitoring in 2001, the greatest emphasis was placed on forest ecosystems, where a network of circular and fixed monitoring plots was established. Starting in 2013, monitoring on circular monitoring plots is realized also in non-forest ecosystems, above the tree line. Parallel monitoring of plant, animal and fungi species is conducted, together with the monitoring of inanimate nature, with a very important component which is hydrological monitoring.
Keywords forest ecostems | non-forest ecosystems | species | circular plots | river basins
1. Wstęp
Według klasycznej definicji monitoring to “zbieranie i analiza danych z powtarzanych obserwacji i pomiarów różnych parametrów dla śledzenia zachodzących zmian w zarządzanym obiekcie“ (Elzinga i in. 1998).
Szczególnym rodzajem monitoringu jest monitoring przyrodniczy, który w parkach narodowych jest nieodzownym elementem skutecznego zarządzania zasobami przyrodniczymi oraz ich ochrony, a także narzędziem do śledzenia zachodzących w nich zmian. Brak jest jednolitych standardów czy instrukcji do prowadzenia obserwacji czy analizy poszczególnych komponentów środowiska w zakresie monitoringu przyrodniczego, gdyż jego specyfika wynika z rodzaju i złożoności obiektów poddawanych monitorowaniu. Ze względu na różnorodność obiektów przyrodniczych oraz różne cele jakim mają służyć wyniki monitoringu, w większości przypadków proces ten odbywa się według metodyki indywidualnie dostosowanej do osiągnięcia zamierzonych efektów. Ważną rolę w procesie monitorowania zmian w środowisku odgrywają stałe powierzchnie, reprezentujące różne ekosystemy, zbiorowiska roślinne i inne, na których prowadzone są długoterminowe obserwacje i badania naukowe. Obszary chronione, a w szczególności parki narodowe i rezerwaty przyrody powinny wdrażać i realizować monitoring przyrodniczy w celu realizacji swoich podstawowych zadań z zakresu ochrony przyrody.
W Karkonoskim Parku Narodowym (KPN) monitoring przyrodniczy odbywa się na różnych płaszczyznach, według odrębnie przygotowanej metodyki. Koordynacją zadań z tego zakresu zajmuje się Stacja Monitoringowo-Badawcza, będąca jednostką organizacyjną w obrębie Działu Ochrony Przyrody.
Artykuł prezentuje założenia wybranych elementów monitoringu przyrodniczego w zakresie ekosystemów leśnych, nieleśnych powyżej górnej granicy lasu, gatunków roślin, zwierząt i grzybów oraz przyrody nieożywionej, realizowanego przez Karkonoski Park Narodowy i nastawionego na śledzenie zmian w środowisku.
Założenia te przedstawiono w formie prezentowanej podczas konferencji „Odnowa w środowisku – Czarny Trójkąt nabiera kolorów“, która odbyła się w Goerlitz w dniach 3-5 kwietnia 2014 roku.
1.1. Monitoring ekosystemów leśnych Ze względu na klęskę ekologiczną, która dotknęła karkonoskie lasy pod koniec XX wieku, w pierwszej kolejności główny nacisk położono na monitoring ekosystemów leśnych. Stanowią one jeden z najbardziej złożonych układów ekologicznych na naszej planecie
i wymagają realizacji długofalowych badań ekologic- znych. Celem monitoringu ekosystemów leśnych w KPN jest nie tylko poznanie mechanizmów funkcjonujących na poszczególnych poziomach ekosystemu, ale również określenie kierunków przemian przebiegających zarówno bez udziału człowieka, jak i w przypadkach, kiedy realizowane są określone zabiegi ochronne.
Monitoring ekosystemów leśnych w Karkonoskim Parku Narodowym prowadzony jest według szczegółowo opracowanej metodyki od 2001 roku (Raj & Zientarski 2008). W zależności od informacji, jakie należy uzyskać, wytypowano różne rodzaje powierzchni monitoringowych, a mianowicie:
• sieć stałych powierzchni kołowych,
• stałe powierzchnie obserwacyjne poza siecią,
• punkty obserwacyjne,
• czasowe powierzchnie obserwacyjne.
Najbardziej rozbudowanym zakresem monitoringu objęta została sieć stałych powierzchni kołowych w siatce 200 × 300 m (łącznie 650 powierzchni) wyznaczonych i trwale oznaczonych w terenie (Ryc. 1). Obejmują one cały obszar lasów parku. Monitorowane są drzewostan, porosty, wybrane grupy bezkręgowców (co 5 lat), roślinność (co 10 lat) i gleby (co 15 lat). W ekosystemach leśnych prowadzone są pomiary drzewostanu (co 5 lat), roślinności (co 10 lat), gleb (co 15 lat) oraz porostów (co 5 lat). Pomiary parametrów drzewostanu przeprowadzono już trzy razy, w latach 2001, 2007 i 2012. Pomiary roślinności wykonano dwa razy – w latach 2001 i 2012, a ich metodyka zakłada wykonanie zdjęć fitosocjologicznych metodą Braun – Blanqueta. Pierwszą edycję badań glebowych na powierzchniach kołowych wykonano w latach 2004–2007. Metodyka zakłada, że próbki pobiera się z każdego punktu monitoringowego w kilku powtórzeniach z pomocą laski glebowej, z co najmniej trzech punktów ulokowanych wewnątrz powierzchni monitoringowych (Karczewska i in. 2007).
Z każdej powierzchni pozyskiwane są trzy uśrednione próby: próchnicy nadkładowej (w całej miąższości), oraz z głębokości 0–10 i 10–20 cm. Oznaczane są następujące właściwości gleb: całkowita zawartość węgla organicznego, materia organiczna w poziomach próchnic leśnych oraz w glebach organicznych, pH, przyswajalne formy P, K, Mg, całkowite zawartości Cu, Pb i Zn, w poziomach mineralnych 10–20 cm skład granulometryczny oraz zawartość siarki ogólnej nefelometrycznie. W ramach monitoringu porostów na powierzchniach kołowych w 2005 roku wyznaczone zostały po 3 okazy drzew z najbogatszą biotą porostów (tzw. drzewa monitoringowe), z pierśnicą nie mniejszą niż 10 cm. Metodyka zakłada, że na każdym z nich opisywana jest dokładnie biota porostów, do wysokości 2 mm od nasady pnia, z podaniem ilościowości każdego gatunku
(Kossowska i in. 2007). Pomiary te zostały wykonane w 2005 i 2011 roku. Gromadzenie i przetwarzanie danych z monitoringu odbywa się w systemie informacji przestrzennej GIS.
1.2. Monitoring ekosystemów nieleśnych położonych powyżej górnej granicy lasu Od wielu lat dyrekcja Karkonoskiego Parku Narodowego oraz naukowcy współpracujący z Parkiem widzieli potrzebę wprowadzenia regularnych badań ekosystemów nieleśnych i wchodzących w ich skład zbiorowisk roślinnych i gatunków roślin. Pierwsze prace związane z tym tematem zostały podjęte w roku 2002, kiedy to przeprowadzono obserwacje na stałych powierzchniach badawczych, wyznaczonych w ekosystemach nieleśnych w sieci 200 × 300 m (Dunajski & Potocka 2004). Analiza wyników tamtych prac oraz doświadczenia ekspertów wykonujących obserwacje, stały się podstawą do weryfikacji i modyfikacji opracowanej wówczas metodyki. Badania ekosystemów nieleśnych według nowych wytycznych przeprowadzono w 2013 roku. Były one pierwszym etapem prowadzonych cyklicznie obserwacji, których celem będzie badanie reakcji roślinności na globalne procesy, takie jak zmiany klimatyczne, depozycja azotu czy ekspansja gatunków obcych oraz tempo
i kierunek reakcji konkretnych zbiorowisk i populacji roślin na obserwowane zjawiska i procesy, np. zmiany sposobu użytkowania terenu (Malicki & Pielech 2012).
Prowadzenie tego monitoringu zaplanowano w cyklach 5-letnich. W roku 2013 został zrealizowany pierwszy etap obserwacji mających na celu śledzenie procesów zachodzących w układach ekologicznych. W stosunku do poprzedniej edycji wskazano konieczność zagęszczenia liczby powierzchni w obszarach o najwyższej ilości zbiorowisk małopowierzchniowych, kosztem dotych- czasowych lokalizacji w nadreprezentowanych w próbie zbiorowisk wielkopowierzchniowych z zaroślami sosny kosodrzewiny. Obserwacje wykonano na trwale zaznaczonych w terenie 200 powierzchniach (Ryc. 2), które zostały wyznaczone na planie kwadratu o wymiarach 5 × 5 m, zorientowanego względem kie- runków świata. Metodyka zakłada, że wykonuje się na nich spis wszystkich gatunków roślin naczyniowych i mszaków. Udział gatunku na powierzchni szacuje się przy pomocy skali 10-stopniowej przedziałowej.
Dodatkowo w 2014 roku przewidziane są do realizacji szczegółowe badania cennych zbiorowisk małopowierzchniowych i jednocześnie związanych z nimi populacji rzadkich i zagrożonych gatunków roślin. Ich celem ma być kontrola stanu zachowania poszczególnych płatów cennych zbiorowisk, rozpoznanie struktury gatunkowej płatów, udziału poszczególnych komponentów flory oraz ustalenie zakresu, kierunku
Rycina 1. Rozmieszczenie kołowych powierzchni monitoringowych w ekosystemach leśnych Karkonoskiego Parku Narodowego.
Abbildung 1. Verteilung der kreisförmigen Monitoringflächen in Waldökosystemen des Riesengebirgsnationalparks.
Figure 1. Distribution of circular monitoring plots in forest ecosystems in the Karkonosze National Park.
i tempa ewentualnych zmian w strukturze gatunkowej danego zbiorowiska. W przypadku zbiorowisk torfowiskowych celem jest również obserwacja zmian poziomu wód gruntowych oraz ich chemizmu, a w przypadku wyleżysk śnieżnych odnotowywanie długości zalegania pokrywy śnieżnej i jej wpływu na dane zbiorowisko.
1.3. Monitoring gatunków roślin, zwierząt i grzybów
Karkonoski Park Narodowy realizuje monitoring nie tylko na poziomie ekosystemowym, ale także gatunkowym. Od kilku lat prowadzony jest systematycznie monitoring rzadkich i zagrożonych
Rycina 2. Rozmieszczenie powierzchni monitoringowych w ekosystemach nieleśnych Karkonoskiego Parku Narodowego powyżej górnej granicy lasu
Abbildung 2. Verteilung der kreisförmigen Monitoringflächen in "Nichtwald"-Ökosystemen im Riesengebirgsnationalpark oberhalb der Baumgrenze.
Figure 2. Distribution of monitoring plots in non-forest ecosystems in the Karkonosze National Park above the tree line.
Rycina 3. Obszar zlewni monitoringowanych w ramach monitoringu hydrologicznego w Karkonoskim Parku Narodowym:
I – zlewnia Kamieńczyka, II – zlewnia Wrzosówki, III – zlewnia Łomnicy (wg Marszałek & Rysiukiewicz 2012).
Abbildung 3. Einzugsgebiete der Wasserläufe, die im Rahmen des hydrologischen Monitorings im Riesengebirgsnationalpark überwacht werden I –Zackerle (Kamieńczyk), II – Heidewasser (Wrzosówka), III – Lomnitz (Łomnica).
Figure 3. Area of river basins monitored in the frame of hydrological monitoring in the Karkonosze National Park: I – Kamieńczyk basin, II – Wrzosówka basin, III – Łomnica basin (according to Marszałek & Rysiukiewicz 2012).
gatunków roślin, a dzięki jego wynikom udało się na czas podjął szereg działań ratujących ginące populacje niektórych z nich. Obecnie obejmuje on 41 gatunków, występujących zarówno w ekosystemach nieleśnych, jak i leśnych, dla których wykonywana jest ocena stanu populacji w Karkonoskim Parku Narodowym.
W zakresie monitoringu fauny warto odnotować badania rozmieszczenia oraz liczebności ptaków na terenie Karkonoskiego Parku Narodowego realizowane w 2013 roku. Ponieważ jest to powtórzenie badań z początku lat 90. XX wieku (Flousek & Gramsz 1999), ma to charakter monitoringu. Jego celem jest uzyskanie danych dotyczących rozmieszczenia ptaków lęgowych w czeskich i polskich Karkonoszach oraz porównanie ich z poprzednią edycją monitoringu w celu wychwycenia zmian w środowisku. Charakter badań polega na analizach jakościowych opartych na międzynarodowej sieci kartograficznej/geograficznej (łącznie 469 kwadratów boku około 1,5 km) oraz ilościowych w jednej trzeciej kwadratów kartograficznych (łącznie 156 kwadratów). W ramach tego samego projektu, finansowanego ze środków UE, realizowany jest także monitoring zwierzyny płowej na terenie Karkonoszy. Polega on na badaniu migracji i przestrzennych wymagań jelenia europejskiego w Karkonoszach z użyciem technologii telemetrycznej GPS.
Grzyby przez wiele lat były w Karkonoskim Parku Narodowym pomijane przy planowaniu monitoringu, głównie ze względu na nieregularność pojawiania się ich owocników. Aby więc opracować metodykę monitoringu ujmującego zmiany w biocie grzybów, w latach 2012–2014 zaplanowano do realizacji inwentaryzację grzybów wielkoowocnikowych. Badania oparte są na obserwacjach marszrutowych form owocnikowych grzybów mających ograniczoną trwałość i pojawiających się nieregularnie. Dlatego obserwacje prowadzone są przez trzy kolejne lata. Dla uchwycenia zmienności siedlisk jakie zasiedlają, przystosowań co do warunków termicznych i wilgotnościowych, terminu wytwarzania owocników badania prowadzone są w miesiącach od kwietnia do listopada. Efektem inwentaryzacji będzie również opracowanie szczegółowej metodyki grzybów na terenie Karkonoskiego Parku Narodowego.
1.4. Monitoring przyrody nieożywionej Wody stanowią jeden z najcenniejszych elementów przyrody Karkonoszy, stanowiących o wyjątkowości ekosystemów tych gór. Zanieczyszczenie środowiska, postępująca presja okolicznych miejscowości na korzystanie z zasobów wodnych oraz prowadzenie nowych inwestycji związanych z uprawianiem sportów zimowych, tworzą potrzebę bacznego przyglądania
się wodom Karkonoskiego Parku Narodowego.
W tym celu administracja Parku rozpoczęła realizację szeroko zakrojonego monitoringu hydrologicznego i klimatycznego, częściowo opartego na koncepcji ochrony środowiska wodnego opracowanego dla obszaru KPN w 2011 roku (Marszałek & Rysiukiewicz 2012). W wybranych zlewniach (potoki: Kamieńczyk, Wrzosówka i Łomnica), reprezentatywnych dla całego obszaru Karkonoskiego Parku Narodowego, zaplanowano pomiary ilościowe i jakościowe wód (Ryc. 3). Ilościowy system monitoringu obejmuje wody powierzchniowe (ciągły monitoring stanów wód i pomiary natężenia przepływu na wybranych przekrojach hydrometrycznych), wody podziemne (ciągły monitoring poziomu zwierciadła wody w piezometrach i pomiary wydajności źródeł) oraz wody infiltracyjne w strefie aeracji (po jednym punkcie poboru prób na zlewnię).
Monitoring jakości wód obejmuje pomiar właściwości fizykochemicznych 2-krotnie w ciągu roku w sezonie wiosennym i jesiennym. W obszarze (lub w bliskiej okolicy) każdej z reprezentatywnych zlewni położone są stacje meteorologiczne, z których dane służą do opracowania bilansów wodnych. Są to: Karkonoska Stacja Meteorologiczna Zakładu Klimatologii i Ochrony Atmosfery Uniwersytetu Wrocławskiego na Szrenicy (zlewnia Kamieńczyka), stacja meteorologiczna Karkonoskiego Parku Narodowego w Jagniątkowie, wyposażona w deszczomierz laserowy (zlewnia Wrzosówki) oraz Wysokogórskie Obserwatorium Meteorologiczne IMGW im. T. Hołdysa na Śnieżce (zlewnia Łomnicy).
Uzbrajanie wszystkich zlewni oraz pomiary są systematycznie dostosowywane do wymogów metodycznych Zintegrowanego Monitoringu Środowiska Przyrodniczego (Kostrzewski 1993), gdyż w oparciu o jedną z nich planowane jest utworzenie w Karkonoszach Stacji Bazowej ZMŚP. W ramach tego monitoringu od 2015/2016 roku w Karkonoskim Parku Narodowym będą monitorowane również inne elementy przyrody nieożywionej – chemizm powietrza, opadu i roztworów glebowych.
2. Podsumowanie
Skuteczność monitoringu przyrodniczego w Karko- noskim Parku Narodowym opiera się na organizacji na różnych poziomach – całościowym, ekosystemowym oraz gatunkowym. Takie holistyczne podejście gwarantuje istnienie dobrego narzędzia do śledzenia zmian w środowisku, które w sposób naturalny oraz na skutek antropopresji się zmienia. Niektóre
wydarzenia, takie jak np. klęski ekologiczne, pojawiają się gwałtownie i tylko szczegółowy monitoring może pozwolić na szybkie i skuteczne reagowanie. Dodatkowo monitorowanie różnych komponentów środowiska na tym samym obszarze, w tym przyrody nieożywionej, daje możliwość określenia przyczyn negatywnych i pozytywnych zjawisk zachodzących w przyrodzie.
Niestety stosunkowo krótki okres realizacji monitoringu przyrodniczego w Karkonoskim Parku Narodowym (niektóre komponenty środowiska były oceniane tylko podczas jednej edycji badań) pozwala na razie określić bieżący stan przyrody Karkonoszy. Na dalekosiężne wnioski dotyczące długoterminowych zmian w poszczególnych ekosystemach trzeba jeszcze poczekać.
Do najważniejszych zadań w zakresie monitoringu przyrodniczego w Karkonoskim Parku Narodowym w najbliższej przyszłości należy Stacji Bazowej Zintegrowanego Monitoringu Środowiska Przyrod- niczego, której zlewnią reprezentatywną będzie zlewnia Wrzosówki. W ten sposób Karkonosze zostaną włączone w system Państwowego Monitoringu Środowiska.
3. Literatura
Elzinga, C., D. Salzer, J. Willoughby & J. P. Gibbs (2001):
Monitoring Plant and Animal Populations. – Blackwell Science: 360 pp.
Dunajski, A. & J. Potocka (2004): Podstawy metodyczne
monitoringu roślinności nieleśnej Karkonoskiego Parku Narodowego. – Opera Corcontica 41/1: 204–212.
Flousek, J. & B. Gramsz (1999): Atlas hnízdního rozšíření ptáků Krkonoš (1991-1994). – Správa Krkonošského národního parku, Vrchlabí: 424 pp.
Karczewska A., K. Szopka, A. Bogacz, C. Kabała & D.
Duszyńska (2007): Rozważania nad metodyką monitoringu gleb strefy leśnej Karkonoskiego Parku Narodowego. – Opera Corcontica 44/1: 95–105.
Kossowska, M., K. Szczepańska, W. Fałtynowicz, K. Jando, A.
Kowalewska & M. Dimos (2007): Różnorodność gatunkowa porostów epifitycznych na stałych powierzchniach monitoringowych w Karkonoskim Parku narodowym. – Parki Narodowe i Rezerwaty Przyrody 26(1): 3–16.
Kostrzewski, A. (ed.) (1993): Zintegrowany Monitoring Środowiska Przyrodniczego. Monitoring geoekosystemów. - Centrum ZMŚP Poznań. – Biblioteka Monitoringu Środowiska, Warszawa: 294 pp.
Malicki, M. & R. Pielech (eds) (2012): Badania ekosystemów nieleśnych Karkonoskiego Parku Narodowego. – Maszynopis, Archiwum Karkonoskiego Parku Narodowego:
39 pp.
Marszałek, H. & M. Rysiukiewicz (2012): Koncepcja ochrony środowiska wodnego Karkonoskiego Parku Narodowego. – Monitoring Środowiska Przyrodniczego, Vol. 13: 11–20.
Raj, A. & J. Zientarski 2008: Monitoring ekosystemów leśnych w Karkonoskim Parku Narodowym. – In: Mazur, A., A.
Raj & R. Knapik (eds): Monitoring ekosystemów leśnych w Karkonoskim Parku Narodowym. – Karkonoski Park Narodowy, Jelenia Góra: 9–16.