Modeli utjecaja topoklime na vegetaciju krša : doktorska disertacija - Antonić, Oleg; Legović, Tarzan (Zagreb : O. Antonić, 1996)
Sažetak: MODELI UTJECAJA TOTPKLIME NA VEGETACIJU KRŠA Mogućnosti topoklimatskih modela u objašanjavanju prostorne varijabilnosti vegetacije istraživani su na dva primjera s hrvatskog Krša: NP Risnjak i Zavižan (Sjeverni Velebit). Vegetacijski uzorak određen je natri razine prostorne varijabilnosti: fitocenoze Risnjaka i Zavižana (terestrički kartirane u skladu s metodama fitocenološke škole Zuerich-Montpellier), relativni udjeli dominantnih vrsta drveća u NP Risnjak (interpretirane infracrvene aerofotorgarmetrijske snimke) i dendrometrijski parametri (promjer i visina stabla, visina krošnje, radijalni prirast, zakrivljenost stabla, debljina kore) populacija bukve(Fagus sylvatica), terenski mjereni na sistematskom uzorku u Viljskoj ponikvi na Risnjaku.
Parametri propadanja šuma (oštećenje krošanja) dobiveni interpretacijom aerofotogrametrijskih snimaka, kao i koncentracije teških metala u tlu uključeni su u istraživanje i korelirani s modeliranom izloženošću vjetru za različite hipotetske smjerove. Topoklimaske varijabile izvedene su iz digitalnog modela terena u okviru rasterskog geografskog informacijskog sustava. Uključeni su slijedeći procijenitelji: nadmoska visina, nagib terena, relativna orijentacija terena (četiri kutne udaljenosti od hipotetskih smjerova dolaska oborinskih vjetrova), direktna solarna radijacija (relativno prema nepoznatoj dnevnoj sumi na horizontalnoj površini), difuzna solarna radijacija (također relativno prema dnevnoj sumi), dubina u ponikvi i recipročna površina izmjene temperatura (hipotetski procjenitelji temperaturne invrzije u ponikvama)
procjenitelji izloženosti terena vjetru (na temelju visine horizonta u različitim smjerovima), zakrivljenost terena u smjeru najvećeg nagiba, zakrivljenost terena okomito na smjer najvećeg nagiba, hipotetska akumulacija vode (otežana s propusnošću stijena i logaritamski transformirana), potencijalna količina oborine u slivu i potencijalna akumulacija snijega (prema Brown 1994). Svi ti modeli imaju prostornu razlučivost od 10*10 m. Udio vapnenca izveden iz geološke karte također je uključen u analizu za Risnjak, jer je područje Zavižana geološki homogeno. Prostorna varijabilnost tla je zanemarena uz hipotezu o zajedničkom postglacijalnom podrijetlu tla i vegetacije pod utjecajem abiotskih činitelja. Ova je hipoteza odvojeno testirana na kvalitativnoj razini.
Modelirane totpklimatske varijable diskriminiraju glavninu fitocenoza na istraživanom području, s težištem na onim varijablama koje se odnose na temperaturni gradijent. U oba slučaja glavni procjenitelj je nadmorska visina, ali drugi relevantni procjenitelji (npr. radijacija, izloženost morskim vjetrovima) nisu jednaki za oba područja, vjerojatno zbog različitih makroklimatskih uvjeta, te dva različita tipa zonacije vegetacije na Zavižanu. Udio vapnenca diskriminira acidofilnu fitocenozu Blechno-Abietetum što potvrđuje logičnu pretpostavku o valajnosti topoklimatskih procjena samo pod istim geološkim uvjetima.
Gradijent jela (Abies alba) - bukva (Fagus sylvatica) je temeljna značajka prostorne varijabilnosti udjela dominantnih vrsta drveća u NP Risnjak, jer su udjeli te dvije vrste značajno procjenejni s većinom modeliranih varijabli uz uzajamno suprotne predznake. Učestalost sreke (Picea abies), kao pionirske vrste, vrlo slabo ali značajno korelira s topoklimatskim procjeniteljima samo ako smreka nije dominantna vrsta u sastojini. Učestalost planinskog bora (Pinus mugo) je značajno procjenjena samo s tri varijable (nadmorska visina, dubina u ponikvi, udio vapnenca), vjerojatno usljed malog areala te vrste na istraživanom području.
Shannon-Wiener indes diverziteta, primjenjen na relativne udjele spomenutih vrsta visoko pozitivno korelira s udjelom jele (kompozicija i predznaci topoklimatskih procjenitelja su također vrlo slični), a negativno s udjelom bukve. U skladu s tim, područja malog diverziteta su uglavnom monodominantne pretplaninske šume bukve, a jela i/ili smreka gotovo nikada ne isključuju bukvu (osim jele na silikatima i smreke u ponikvama), nego samo povećavaju divezitet. Odstupanja od slijedećih regresijskih modela značajno kolerilaju s modeliranim varijablama: promjer stabla i visina stabla, visina stabla i visina krošnje, srednji debljinski prirast i srednja sastojinska visina, standardna devijacija debljinskog prirasta i srednja sastojinska visina.
Izloženost vjetru iz hipotetskih smjerova koji padaju u zapadni kvadrant su značajni procjenitelji parametara propadanja šuma i koncentrtacija teških metala u tlu. Ti se smjerovi pokllapaju s glavnim smjerom dolaska ciklona i također sa smjerovima izvora industrijskog onečišćenja pretpostavljenim od drugih autora. Sukladno tome, uspostavljena je nova metoda za indirektnu detekciju smjerova izvora onečišćenja. Učestalosti parova (fitocenoza, pedokartografska jedinica) su značajno različite od hipotetskih u skladu sa zakonom množenja vjerojatnosti i to ukupno, posebno za svaku fitocenozu, te posebno za svaku pedokartografsku jedinicu. Ovi rezultati impliciraju visoku prostornu korelaciju između vegetacije i tala.
Zajedničko postglacijalno podrijetlo vagetacije i tla pod utjacajem abiotskih faktora moglo je biti pretpostavljeno, jer prostorna razdioba fitocenoza visoko korelira s topoklimom i istovremeno s prostornom razdiobom tipova tla. Daljnja istarživanja trebaju uključiti: makroklimatsku kalibraciju topoklimatskih modela na većim područjima, egzaktnije definiranje topoklimatskih procjenitelja, precizinije definiranje utjecaja mikroklime i upotrebu nelinearnih multivarijantnih modela odgovora različtih vrsta na topoklimatske varijable.
Summary: MODELS OF THE TOPOCLIMATIC IMPACT ON THE KARST VEGETATION Possibilities of the topoclimatic models in explanation of the vegetation spatial variability have been studied for two examples from Croatian Karst: NP Risnjak and Zavižan (North Velebit). Vegetation pattern has been defined on the three levels of variability: phytocoenoses of Risnjak and Zavižan (terrestrially mapped according to the methods of the Zuerich-Montpellier school), relative abundances of dominant tree species in NP Risnjak (remotely sensed and interpreted by the infrared aerophotos) and dendrometrical parameters (tree diameter, tree height, crown height, radial increment, tree curvature, bark thickness) of the beech population (Fagus sylvatica), terrestially measured on the systematical sample in the sinkhole "Viljska ponikva" on Risnjak.
Forest decline parameters (crown damages) derived from the infrared aerophotos and heavy metals soil concentracions have been included in the study and correlated with modelled exposure to the wind for different hypothetic directions. Topoclimatic variables have been derived from the digital terrain model in frame of the raster geographical information system. Following estimators have been included: altitude, slope, relative aspect (four angle distances of the hypothetical incoming directions of the precipitation wind), direct solar irradiation (relative to the unknown daily sums on horizontal surfaces), diffuse solar irradiation (also relative to the daily total), depth in the sinkhole and reciprocal area of the temperature excange (hypothetic estimators of the temperature inversion in the sinkholes)
estimators of the terrain exposure to wind from given direction (based on horizon angles in different directions), curvature in direction of slope, curvature perpendicular to the slope direction, hypothetical flow accumulation (weighed by the geological porosity and logarithmically transformed), potential tract precipitation and snow accumulation potential (according to Brown 1994). All of these models have spatial resolution of the 10*10 m.The portion of the limestones derived from the geological maps has been also included in the analysis for Risnjak, because region of Zavižan is geoplogicalla homogeneosus. Soil spatial variability has been neglected with the hypothesis of the common postglacial origin of the soil and vegetation under implact of the abiotical factors. This hypothesis has been tested separately on the qualitative level.
Modelled topoclimatic variables discriminated the main part of phytocoenoses on the studied areas, with the weight on these variables that represent temperature gradient. In both cases major estimators is altitude, but other relevant estimators (e.g. irradiation, exposure to the maritime winds) are not same for both areas, probably due to the different macroclimatic conditions and two different types of the vegetation zoning on the Zavižan. The portion of the limestones discriminated acidophyllic phytocoenosis Blechno-Abietetum that confirms a logical hypothesis about validity of the topoclimatic estimates only under constant geological conditions.
The fir (Abies alba) - beech (Fagus sylvatica) gradient is the basic characteristic of the dominant tree pattern in NP Risnjak, because relative abundances of these two species have been significantly estimated by the majority of modelled variables with the mutually opposite sings. Frequency of the spruce (Picea abies), as the pioneering species, is scarcely but significantly correlated with the topoclimatic estimators only if spruce is not dominant species in the forest. Mountain pine (Pinus mugo) frequency is significantly estimated only by the three variables (altitude, sinkhole depth, portion of the limestones), probably due to the small area of this species in the studied region.
Shannon- Wiener index of diversity, applied on the relative abundances of the mentioned dominant tree species, is highly positively correlated with the fir relative abundance (composition and signs of the topoclimatic estimators are also very similar), and negatively with a beech relative abundance. According to this, area of the scarce diversity are mainly monodominant submontane beech forests, and fir and/or spruce almost nowhere eliminate the beech (excluding the fir on the silicate and the spruce in the sinkholes), than only enlarge the diversity.
Residuals of the following regression models have been significantly correlated with modelled variables: tree diameter and tree height, tree height and crown height, mean radial increment and distance from the mean stand height and standard deviation of radial increment and distance from the mean stand height. Exposures to the wind from hypothetical directions that fall to the west quadrant are significant estimators of the forest decline parameters and heavy metals soil concentrations. These directions overlop with main direction of cyclone incoming, and also with directions of the industrial pollution sources presumed by other authors. Consequently, new method for indirect detection of the pollution souce direction has been established.
Frequencies of the pairs (phytocoenosis, pedocartographic unit) are significantly different from hypothetical frequencies according to the law of the probably multiplication in total, separately for each pyhtocoenosis and separately for each pedocartographic unit. These result omply high spatial correlation beetwen vegetation and soils. Common postglacial origin of the vegetation and soil under impact of the abiotical factors could have been presumed, because spatial arrangement of the phytocoenoses highly correlate with topoclimate and simultaneously with spatial arrangement of the soil types. Future reserch should include: more precise definition of the topoclimatic estimators, macroclimatic calibration of the topoclimatic models on the larger areas, more precise definition of the different species responses on the topoclimati variables.
Mentor: Tarzan Legović
Sveučilište u Zagrebu, Prirodoslovno-matematički fakultet, Zagreb,1996
Bibliografija: str. 103-111
Summary
Keywords: Vegetacija krša -- Utjecaj topoklime