Ekosystémové funkce údolních a poříčních niv v podmínkách environmentální změny RNDr. Jiří Jakubínský, Ph.D. Ústav výzkumu globální změny AV ČR, v. v. i. Ústav botaniky a zoologie PřF MU Oborový seminář | Geografický ústav PřF MU | jaro 2020 Osnova prezentace • Představení autora prezentace a jeho pracoviště • Vymezení ekosystémů údolních a poříčních niv v praxi • Niva nebo říční krajina? • Zákonná ochrana niv v České republice - proč je dobré se tím zabývat? • Ekosystémové funkce a služby poskytované nivami • Příbřežní biotopy, jejich význam a hodnocení • Retenční schopnost současné krajiny – její modelování a přístupy ke zlepšení vodoretenční funkce • Aktuální témata k řešení 2 O mně • Absolvent Geografického ústavu PřF MU (Fyzická geografie) - téma disertační práce: „Regenerace potočních krajin a jejich hodnocení” (2016) - řešená problematika: hydromorfologické mapování malých toků, interakce mezi hydromorf. stavem toků a ekologickým stavem okolní krajiny, vymezování niv a říčních krajin • Postdoktorand na Ústavu výzkumu globální změny AV ČR – CzechGlobe - 2012/2013: Oddělení adaptačních strategií - od r. 2013: Oddělení ukládání uhlíku v krajině (nyní zástupce vedoucího odd.) - řešená problematika: environmentální modelování (zejm. erozně-akumulační modely a modely vodoretence), ekosystémové funkce vodních toků a na ně navázaných biotopů, vymezování říčních ekosystémů, dopady klimatické změny na říční ekosystémy v našich podmínkách • Odborný pracovník na Ústavu botaniky a zoologie PřF MU - hydrobiologická sekce ústavu, od r. 2018 - řešená problematika: mapování hydromorfologického stavu vysýchavých vodních toků - Projekt „Vysýchání toků a jejich biodiverzita: vliv přírodních podmínek a antropogenních úprav“ (TAČR Beta, 2018-2021, řešitel: Dr. Pařil) • Externí vyučující na Katedře geografie, PedF MU (od r. 2015) - výuka předmětu Atmosféra a hydrosféra Země (+ Klimatologie a hydrogeografie) - vedení závěrečných prací 3 O mém pracovišti • Ústav výzkumu globální změny AV ČR, v. v. i. • Oddělení ukládání uhlíku v krajině (vedoucí doc. Pavel Cudlín) - nyní 18 výzkumných pracovníků, 2 doktorandi, 6 techniků - oddělení se podle tematického zaměření pracovníků dělí na 3 hlavní výzkumné „skupiny“: - 1) studium vlivu globální změny na roli biodiverzity pro plnění vybraných ekosystémových funkcí, jako základ pro hodnocení ekosystémových služeb - 2) studium reakcí lesních ekosystémů na environmentální změnu - 3) studium podzemních ekosystémových procesů v lesních ekosystémech - aktuálně je intenzivněji rozvíjena také problematika hodnocení stavu říčních ekosystémů, predikcí jejich vývoje do budoucnosti v podmínkách environmentální změny a možných opatření ke zmírnění dopadů změny, zejm. na hydrologický režim krajiny 4 Údolní a poříční niva • „rovinaté území v blízkosti vodního toku, jenž toto území pravidelně zaplavuje a ukládáním sedimentů podmiňuje jeho existenci“ (Goudie, 2004) • „niva“ je starobylý termín s více různými významy – v minulosti také např. subalpínské louky nad horní hranicí lesa, které vznikly umělým snížením lesní hranice nebo také přirozeně v ledovcových kotlech (Vitásek, 1966) • objevuje se v pomístních názvech českých a moravských obcí – obvykle odkaz na přítomnost rozlehlých a rovinatých, často miskovitě prohloubených polí v blízkosti vodního toku • obdobné významy i u zahraničních ekvivalentů – „floodplain“ nebo „alluvial plain“ (EN), „plaine inondable“ (FR), „równina zalewowa“ (PL) … 5 Přístupy k vymezení nivy I. • Geomorfologický přístup - tradiční postup zohledňující zejména genezi a morfologii reliéfu, ostatní definice z něj zprostředkovaně vycházejí - niva chápána jako prostor depozice fluviálních sedimentů - „akumulační rovina podél vodního toku, tvořená nekonsolidovanými sedimenty transportovanými a usazenými tímto vodním tokem, jenž bývá při povodních zpravidla částečně či celá zaplavována“ (Demek, 1988) - Demek (1999) nivu rozděluje na údolní (vyvinutou na dnech úzkých údolí horních a středních toků) a poříční (na dolních tocích velkých řek) - vymezení nivy na základě terénního průzkumu morfologických tvarů terénu, eventuálně v kombinaci s geologickými mapami 6 zdroj: ČGS Přístupy k vymezení nivy II. • Hydrologický přístup - vymezení na základě rozsahu záplavového území (nejčastěji Q100) - pozitiva: snadno dostupná a relativně přesná data na významných tocích, snadná aktualizace dat (na základě DMR) - negativa: de facto vymezujeme říční krajinu, nikoliv nivu, data prozatím nejsou dostupná pro drobné vodní toky, vymezené území nemusí mít veškeré vlastnosti, které by niva měla mít dle definic (např. v horských lokalitách) 7 Zdroj: POVIS Zdroj: zitkrajinou.cz Přístupy k vymezení nivy III. • Pedologický (pedogeografický) přístup - vymezení na základě rozsahu hydromorfních půd na fluviálních sedimentech (Ložek, 2003) - nejčastěji fluvizemě, černice, gleje - pozitiva: obvykle velmi přesné analogové podklady (mapy BPEJ, Komplexního průzkumu půd) - negativa: nutné využívat odlišné zdroje dat pro lesní a ornou půdu, rozdílná přesnost dat v rámci různých lokalit 8 zdroj: VÚMOP zdroj: VÚMOP Přístupy k vymezení nivy IV. • Geobotanický (krajinněekologický) přístup - vymezení na základě rozsahu fluviálně podmíněné vegetace, lemující vodní toky - vychází z regionalizace nivních biochor, ekosystémů a společenstev rostlin a živočichů (Křížek a kol., 2006) - vhodným zdroje dat jsou biotopy z mapování NATURA 2000 (1:10 000) a lesní typologické mapy ÚHUL (1:10 000) - pozitiva: vysoká přesnost podkladů a analogové i digitální podobě - negativa: lze aplikovat výhradně na přírodní a přírodě blízké úseky vodních toků nebo úseky, kde se uplatnilo málo intenzivní zemědělské hospodaření → pro velkou část ČR nepoužitelné, vhodné spíše pro vymezení příbřežní zóny vodních toků 9 Přístupy k vymezení nivy IV. 10 • Geobotanický (krajinněekologický) přístup zdroj: ÚHÚL Niva nebo říční krajina? • „říční krajina“ je relativně nový termín – používá se sporadicky od 2. pol. 20. století (v angličtině – „river landscape“ nebo „riverscape“) – poprvé použili zřejmě Leopold a Marchand (1968) • u nás termín použit poprvé prof. Štěrbou (UPOL) v 80. letech • „říční krajina je tvořena ekosystémem současné řeky a přilehlými ekosystémy, které jsou touto řekou vytvořeny nebo zásadním způsobem podmíněny“ (Štěrba a kol., 2008) • prostorový rozsah velmi podobný nivě, ale …! • vazba výhradně na ekosystém současného vodního toku, tj. respektuje aktuální rozsah inundačního území – tzn. vliv antropogenních aktivit → např. výstavbou náspu dopravní komunikace na údolním dně paralelně s vodním tokem tak ovlivníme rozsah říční krajiny, ale nikoliv nivy – niva je výsledek dlouhodobého procesu ukládání sedimentů v inundačním území 11 Niva nebo říční krajina? 12 Upraveno podle: Pearson Prentice Hall, Inc. (2005). Ochrana nivních ekosystémů podle zákona… • dle zákona o ochraně přírody a krajiny 114/92 Sb. patří niva mezi „významné krajinné prvky“ (VKP) • jde o „ekologicky, geomorfologicky nebo esteticky hodnotnou část krajiny utvářející její typický vzhled nebo přispívající k udržení její stability“ • veškeré VKP by dle zákona měly být chráněny před poškozováním či ničením a využívány jedině tak, aby nebyla narušena jejich obnova a nedošlo k ohrožení nebo oslabení jejich stabilizační funkce • nemělo by tedy docházet k „umisťování staveb, pozemkovým úpravám, změnám kultur pozemků, odvodňování pozemků, úpravám vodních toků a nádrží nebo také těžbě nerostů“ • realita je však často odlišná  13 …a ochrana niv v praxi I. • Sdělení legislativního odboru MŽP z roku 1993: „v případě kdy niva v důsledku provedených terénních úprav, zástavby či jiných technických zásahů ztratí svůj přirozený charakter, není již ze zákona dále hodnocena jako niva (tedy VKP)“ • praxe je bohužel tedy taková, že jakákoliv stavba v nivě toku (ať už povolená či nikoliv) je ze strany orgánů ochrany přírody a krajiny impulsem k vyjmutí nivy daného toku (v celé délce!) z VKP → celá niva je tedy chápána jako „degradovaná a neplnící ekostabilizační funkci“ i po plošně velmi omezeném zásahu do tohoto ekosystému • problematický je víceznačný výklad pojmu a zejména samotných předpokladů, které musí být splněny pro „legislativní vnímání“ území jako VKP • aktuálně MŽP začíná prosazovat poněkud odlišný postup, který by mohl vyřešit současnou nevyhovující situaci a zajistit vyšší stupeň ochrany přírody a krajiny v nivách toků (snaha o vyřešení problému za pomoci plánovaných projektových výzev pro výzkumné organizace) 14 …a ochrana niv v praxi II. • Nivy v Česku tedy z hlediska ochrany jejich přírodních hodnot čelí dvěma klíčovým problémům: 1) dosud neexistuje konsensus v otázce vymezování niv (který z uvedených postupů je nejvhodnější) → důsledkem je neexistence jakéhokoliv komplexního mapového díla, které by zobrazovalo rozsah niv v Česku (minimálně u významných vodních toků) 2) nivy jsou chráněny neefektivně, resp. obvykle nástroje ochrany přírody a krajiny nejsou aplikovány vůbec (!) – z důvodu nejednoznačného výkladu platné legislativy → důsledkem toho je stále rostoucí rozloha degradovaných nivních areálů, které v důsledku antropogenních zásahů nejsou schopny plnit své přirozené funkce a poskytovat společnosti ekosystémové služby 15 Ekosystémové funkce a služby vodních toků a jejich niv I. • „ekosystémové služby představují podmínky a procesy, které prostřednictvím přírodních ekosystémů i jejich dílčích složek (druhů), zajišťují udržitelný a plnohodnotný lidský život“ (Daily 1997) • obecně lze ekosystémové služby (ES) považovat za přínosy, které příroda poskytuje jednotlivcům, společnosti i národní ekonomice • hlavní faktor ovlivňující kvalitu ES = antropogenní aktivity v krajině • přímé ovlivnění – úpravy vodních toků a niv, revitalizace, … • nepřímé ovlivnění – změny ve využití území v rámci širšího povodí (nikoliv přímo v nivě), klimatická změna, … • charakter interakcí mezi řekami a jejich nivami je klíčovým předpokladem pro pochopení funkcí a služeb (Hynes 1975; Décamps et al. 1988) • nejvyšší kvality obvykle dosahují ES v rámci tzv. příbřežní zóny toků 16 Ekosystémové funkce a služby vodních toků a jejich niv II. • kvantifikace vybraných ekosystémových služeb vodních toků a niv (přehled služeb a indikátory vhodné pro kvantifikaci): - poskytování užitkové vody (objem odebrané vody z koryta) - poskytování pitné vody (objem odebrané vody upravené pro účely konzumace) - energie (množství elektřiny vyrobené vodními elektrárnami) - protipovodňová ochrana (rozsah nivy a její retenční schopnost) - regulace (mikro-mezo)klimatu (vegetační pokryv, vlastnosti terénu) - poskytování vhodného životního prostředí – „habitat service“ (počty a parametry migračních bariér v korytě) - estetická a rekreační funkce (přítomnost ubytovacích kapacit a turistické infrastruktury v blízkosti nivy, turistické stezky v nivě, atd.) → ekosystémové služby zásobovací / regulační / kulturní 17 Ekosystémové funkce a služby vodních toků a jejich niv III. • Potenciál pro zvýšení kvality plnění ekosystémových funkcí nivních ekosystémů v 7 povodích v ČR 18 Zdroj: Jakubínský (2016) Ekosystémové funkce a služby vodních toků a jejich niv IV. 19 • Potenciál pro zvýšení kvality plnění ekosystémových funkcí nivních ekosystémů v 7 povodích v ČR → Jakubínský, J.; Cudlín, P.; Štěrbová, L. 2019. Hodnocení příbřežních biotopů malých vodních toků a jimi plněných ekosystémových funkcí v krajině. Studia OECOLOGICA 13(1): 13-25, 2 Příbřežní biotopy I. • „území lemující vodní toky, které je v optimálních podmínkách v přímém kontaktu s korytem vodního toku a charakter zde se vyskytující vegetace je přímo podmíněn hydrologickým režimem daného toku a jeho morfologickým stavem“ (Jakubínský et al., 2019) • rozsah obvykle 5-10 m od hrany koryta (Bohl, 1986), dle Matouškové (2008) přibližně 10 m u malých a středních toků 20 zdroj: Salt Lake County Government Centre, 2019 Příbřežní biotopy II. • průměrné šířky příbřežní zóny vodních toků (vždy pro jeden břeh) ve vybraných typech krajiny pro jednotlivé řády vodních toků dle klasifikace Strahlera (1957) 21 zdroj: Jakubínský et al., 2019 Příbřežní biotopy III. • Pro potřeby hodnocení ekologického stavu příbřežní zóny vodních toků je naším týmem v CzechGlobe aktuálně vyvíjena hodnotící metodika RHQI (Riparian Habitat Quality Index) a software pro automatizaci hodnocení • součást řešení projektu LTC18069 „Management malých vodních toků a příbřežních biotopů pro zmírnění dopadů environmentální změny (SMART2Envi)“ • dlouhodobá spolupráce s mezinárodním týmem odborníků v rámci COST akce CONVERGES (více na www.converges.eu) • Cílem českého projektu je vyvinout hodnotící postup, jehož výsledky budou využitelné v praxi pro identifikaci lokalit vhodných pro revitalizaci vodního toku a příbřežní zóny (tzn. místa, kde revitalizace bude uskutečnitelná a zároveň dostatečně efektivní) 22 Příbřežní biotopy IV. • Vybrané vstupní indikátory pro vyhodnocení ekologického stavu příbřežní zóny vodních toků + výsledek experimentální aplikace metody RHQI na povodí toku Všeminka na Zlínsku 23 → Jakubínský, J.; Pástor, M.; Cudlín, O.; Purkyt, J.; Štěrbová, L.; Cudlín, P. 2019. Hodnocení stavu příbřežních biotopů jako podklad pro plánování jejich managementu. Vodní hospodářství 69(11): 10-15 Retenční schopnost současné krajiny • řešena je zejména problematika přirozené vodoretenční schopnosti půdy a souvislostí mezi touto charakteristikou a typem (+stavem) příslušných biotopů • vodoretenční schopnost půdy je modelována aktuálně vyvíjeným nástrojem LOREP (při dlouhodobé spolupráci s Katedrou geoinformatiky UPOL) • srovnávací aplikace existujících erozně-akumulačních modelů, vycházejících z rovnice (R)USLE (Wishmeier & Smith, 1978) • pracujeme s modely WaTEM/SEDEM, InVEST, TerrSet, USPED a dalšími • aktuálně náš tým spolupracuje se Státním pozemkovým úřadem při řešení otázek přírodě-blízkých protipovodňových opatření a jejich akceptovatelnosti ze strany vlastníků soukromé půdy zejména v nivách toků 24 Retenční schopnost současné krajiny 25 → Jakubínský, J., Pechanec, V., Procházka, J., Cudlín, P. 2019. Modelling of Soil Erosion and Accumulation in Agricultural Landscape (…). Water 11(404), 21 p. doi: 10.3390/w11030404 • Případová studie aplikace 4 nejčastěji užívaných erozně-akumulačních modelů na povodí Kopaninského potoka Retenční schopnost současné krajiny 26 → Jakubínský, J., Pechanec, V., Procházka, J., Cudlín, P. 2019. Modelling of Soil Erosion and Accumulation in Agricultural Landscape (…). Water 11(404), 21 p. doi: 10.3390/w11030404 • Případová studie aplikace 4 nejčastěji užívaných erozně-akumulačních modelů na povodí Kopaninského potoka (→ půdní eroze) Retenční schopnost současné krajiny 27 → Jakubínský, J., Pechanec, V., Procházka, J., Cudlín, P. 2019. Modelling of Soil Erosion and Accumulation in Agricultural Landscape (…). Water 11(404), 21 p. doi: 10.3390/w11030404 • Případová studie aplikace 4 nejčastěji užívaných erozně-akumulačních modelů na povodí Kopaninského potoka (→ akumulace půdy) Retenční schopnost současné krajiny 28 → Jakubínský, J., Pechanec, V., Procházka, J., Cudlín, P. 2019. Modelling of Soil Erosion and Accumulation in Agricultural Landscape (…). Water 11(404), 21 p. doi: 10.3390/w11030404 • Případová studie aplikace 4 nejčastěji užívaných erozně-akumulačních modelů na povodí Kopaninského potoka (→ detailní srovnání modelů) Retenční schopnost současné krajiny 29 • Problematika řešena aktuálně v rámci běžícího projektu „Land4Flood: Realizace přírodě blízkých protipovodňových opatření na soukromé půdě“ (ve spolupráci s UJEP a METCENAS, o.p.s.) → Cíl projektu: zlepšit organizaci přírodních povodňových opatření využitím systémového přístupu, včetně přírodních, technických, organizačních a socioekonomických aspektů řízení povodňového rizika na soukromé půdě, prostřednictvím: (a) modelování a hodnocení proveditelnosti a účinků přírodních opatření (tj. zejména vlivu na retenční funkci krajiny) (b) zřízení komunikační platformy pro odborné hodnocení a šíření informací o protipovodňových opatřeních na soukromé půdě (c) v souladu se strategiemi EU na posilování spolupráce v redukci rizik s rozvojovými zeměmi provést případové studie a diseminovat poznatky v rozvojové zemi (Nepál) • Aktivity jsou součástí celoevropské COST akce Land4Flood - Natural Flood Retention on Private Land (více na www.land4flood.eu) Retenční schopnost současné krajiny 30 • Vybrané výstupy projektu Land4Flood – mapy potenciální retence vody a výšky odtoku z krajiny při návrhové srážce (výstupy modelu LOREP) pro povodí Lučního potoka na Litoměřicku Retenční schopnost současné krajiny 31 • Vybrané výstupy projektu Land4Flood – mapy potenciální retence vody a výšky odtoku z krajiny při návrhové srážce (výstupy modelu LOREP) pro povodí Lučního potoka na Litoměřicku Zaujalo vás některé z témat a jste … • Student(ka) v prvním ročníku magisterského studia - v případě zájmu vás rádi uvítáme u nás na CzechGlobe (Oddělení ukládání uhlíku v krajině) na krátkodobé (2 týdny) i delší odborné stáži • Student(ka) ve druhém (a posledním) ročníku studia - pokud uvažujete o pokračování v doktorském studiu, existuje možnost přihlášení se k některému z následujících témat disertačních prací, vypsaných již v IS (v programu Fyzická geografie) - téma 1: Ekosystémové funkce údolních niv v podmínkách probíhající environmentální změny - téma 2: Přírodě blízká opatření ke zmírnění dopadů hydrometeorologických extrémů na soukromé půdě a jejich společenská akceptovatelnost • Stávající doktorand(ka) - příležitostně hledáme schopné doktorandy pro různé druhy prací (GIS analýzy, terénní práce, atd.), s možností spolupráce ve formě DPP, DPČ … tak se zkuste ozvat :) 32 Děkuji za pozornost věnovanou této prezentaci. jakubinsky.j@czechglobe.cz 33