Zleceniodawca:
MNiSW - grant własny

Okres trwania tematu:
2002-2005

Określenie zmian fitocenotycznych zachodzących w przesuszanych siedliskach hydrogenicznych Puszczy Białowieskiej oraz sposobów im zapobiegania

 

Streszczenie zakończonego tematu badawczego

Celem badań było określenie przyczyn, kierunku i charakteru zmian występujących w siedliskach hydrogenicznych Puszczy Białowieskiej oraz opracowanie działań zapewniających ich trwałość. Szczegółowymi celami projektu były:

-  określenie i analiza trendów kształtowania się  warunków klimatycznych i wodnych w Puszczy Białowieskiej,

- określenie zakresu, dynamiki i przyczyn zmian położenia wód gruntowych w przesuszanych siedliskach Puszczy Białowieskiej,

 - rozpoznanie przyczyn, kierunku i charakteru zmian w  zbiorowiskach roślinnych,

 - opracowanie sposobów zapobiegania procesowi osuszania badanych siedlisk.

Sumy opadów w Białowieży charakteryzuje duża zmienność w poszczególnych latach  hydrologicznych (od 434,5 mm do 898,0 mm). W okresie 1967-1980 wystąpiły trzy okresy o zróżnicowanych ilościach opadów. W okresach  1950 – 1966 oraz 1981 -2004 opady były niższe od średnich z wielolecia. Natomiast w okresie  1967 – 1980 opady były wyższe od przeciętnych. Obecnie panujące w Puszczy warunki wodne są determinowane występowaniem licznych lat suchych pogłębiających deficyt wodny po bardzo suchym roku 1991, w którym opady wyniosły zaledwie 73,6% opadu średniego wieloletniego i który był pierwszym bardzo suchym rokiem od 1964 roku. W ostatnich latach można zauważyć także występowanie innych niekorzystnych warunków meteorologicznych istotnie wpływjących zarówno na warunki wodne Puszczy Białowieskiej, jak i na stan i stabilność siedlisk puszczańskich. Można do nich zaliczyć stopniowe podwyższanie się średniej rocznej temperatury powietrza, wywołanej głównie coraz cieplejszymi półroczami zimowymi, co powoduje także wcześniejsze topnienie śniegu i odpływ wody. Systematyczne pomiary wód gruntowych od 1985 r. wskazują, że we wszystkich punktach pomiarowych, które nie podlegały wpływom innych czynników, jak klimatyczne, wystąpiło zauważalne obniżenie poziomu wody. Średnio w ciągu ostatnich 20 lat w olsach jesionowych poziom wody gruntowej obniżył się o 21 cm. Także w borach bagiennych stwierdzono obniżenie o 22 cm.

Badania fitocenotyczne prowadzono na 107 powierzchniach założonych przed około 40 laty, obejmując prawie wszystkie zbiorowiska bagienne i łęgowe występujące w Puszczy. Pierwsze badania fitosocjologiczne w Puszczy Białowieskiej na siedliskach hydrogenicznych wykonano głównie w latach 60-tych i 70-tych ubiegłego wieku, a powtórzono je w roku 1998. W ramach niniejszego projektu w latach 2003-2005 na terenie Rezerwatu ścisłego BPN oraz Rezerwatu Głęboki Kąt, Głuszec i Wilczy Szlak wykonano lustrację terenową powierzchni (zdjęć) założonych w latach sześćdziesiątych i siedemdziesiątych ubiegłego wieku. Opis roślinności w dwu nawrotach wykonano tą samą metodą Braun-Blanquet`a (1964).

Zdjęcia z porównywanych dwóch okresów badawczych zestawiono w uporządkowane tabele fitosocjologiczne, gdzie podano liczbę wystąpień, współczynniki pokrycia dla gatunków oraz sumy współczynników pokrycia gatunków charakterystycznych dla grup syngenetycznych. W celu określenia spektrum ekologicznego występujących gatunków roślin, jak i zmian warunków siedliskowych siedlisk bagiennych i łęgowych Puszczy użyto średnich wartości liczb (wskaźników) ekologicznych roślin zielnych. Analizie poddano zmiany wskaźnika światła (L), wilgotności (M), żyzności (Tr) i kwasowości (R). Wartości średnie liczb ekologicznych wyliczono zarówno w oparciu o występowanie gatunków, jak i występowanie ważone procentowym stopniem pokrycia. Łączne tempo, kierunek i charakter zmian fitocenoz określono przy użyciu metody porządkowania, tzw. nietendencyjnej analizy zgodności  DCA (Detrended Correspondence Analysis - Hill i Gauch 1980). Na podstawie wyników DCA sporządzono  diagram ordynacyjny według pierwszych, najważniejszych dwu osi porządkowania. Dodatkowo, w celu rozpoznania głównych gradientów zmienności, naniesiono wartości wskaźników ekologicznych, jako dane towarzyszące. Powierzchnie zostały uporządkowane na podstawie gatunków zielnych i mchów. Analizy wykonano w pakiecie CANOCO ver. 4.5  (ter Braak i Smilauer 2002).

Analizując pokrycie warstw w poszczególnych zbiorowiskach w okresie letnim można stwierdzić, że piętro drzew (A) zmniejszyło istotnie swoje pokrycie w zespole łęgu (Circaeo-Alnetum), borealnej świerczyny (Sphagno girgensohnii-Piceetum) i torfowcowo-brzozowego lasu bagiennego (Sphagno-Betuletum pubescentis). W zespole borealnej świerczyny warstwa drzew zmniejszyła procent pokrycia blisko o 20 %. Drugie piętro drzewostanu nie zwiększyło swojego pokrycia tylko w zespole olsu, łęgu jesionowo-olszowego, jak i torfowcowo-brzozowego lasu bagiennego. Istotny wzrost pokrycia warstwy krzewów (B) odnotowano we wszystkich zespołach leśnych. Szczególnie duży wzrost pokrycia krzewów i podrostu stwierdzono w zespole borealnej świerczyny (28,8%) oraz łęgu jesionowo-olszowego (24,8%). Pokrycie warstwy ziół wzrosło we wszystkich zespołach, z tym że istotne zmiany wartości zaszły w zespole olsu porzeczkowego. Pokrycie warstwy mchów nie zmieniło się istotnie tylko w olsie i łęgu. W pozostałych zespołach nastąpił spadek pokrycia, szczególnie w sosnowym borze bagiennym (-25%) i borach mieszanych bagiennych (ok. –13%). Biorąc pod uwagę ogólne zestawienie ww. charakterystyk, w roślinności siedlisk hydrogenicznych nastąpił wzrost pokrycia drugiego piętra drzewostanu (A2) oraz warstwy krzewów i roślin zielnych (B i C). Ogólne pokrycie piętra drzew (A), jak i warstwy mchów (D) zmniejszyło swoje pokrycie. Wraz z pokryciem warstwy mchów zmniejszyła się również istotnie ich liczba. W pozostałych warstwach roślinności liczba gatunków wzrosłą w niewielkim stopniu, bo o niecały jeden gatunek ale różnica ta okazała się statystycznie istotna. Ogólna liczba gatunków odnotowanych w siedliskach hydrogenicznych pozostała bez istotnych zmian.    Średnie wartości liczb ekologicznych dla zespołów roślinnych nie wskazują istotnych zmian w zespole sosnowego boru bagiennego i łęgu jesionowo-olszowego. Wszystkie wskaźniki ekologiczne uległy zmianie w sosnowo-brzozowym lesie bagiennym, gdzie wskaźnik świetlny i wilgotności gleby istotnie zmalał, a wskaźnik trofizmu i odczynu gleby wzrósł. Wskaźnik trofizmu i kwasowości wzrósł również w zespole olsu i borelanej świerczyny. Wilgotność gleby określona na podstawie liczb ekologicznych zmniejszyła się ponadto istotnie w zespołach: Sphagno-Betuletum, Ribeso-Alnetum i Vaccinio uliginosi-Pinetum. W pozostałych zespołach spadek wilgotności okazał się nieistotny. Ogólnie dla wszystkich zespołów nastąpiły istotne zmiany we wszystkich badanych wskaźnikach ekologicznych. Dostęp światła do dna lasu oraz wilgotność podłoża zmniejszyły się, natomiast żyzność gleby i jej odczyn wzrosły. Brak istotnych różnic między wskaźnikami ekologicznymi, liczonymi jako średnie ważone, wystąpił w zespole Sphagno-Betuletum. Wskaźnik wilgotności gleby ponadto wzrósł istotnie, idąc od największej różnicy, kolejno w zespole: boru bagiennego, olsu, sosnowo-brzozowego lasu bagiennego. Żyzność podłoża wzrosła istotnie oprócz mszaru sosnowego, również w borealnej świerczynie i łęgu. Wskaźniki wyliczone dla wszystkich powierzchni łącznie zmieniły się podobnie jak w poprzedniej metodzie obliczeń.

Zmiany składu gatunkowego drzewostanu zespołu Sphagno girgensohnii-Piceetum w rezerwacie Głęboki Kąt. Powierzchnia: 0,5 ha.

Z analiz statystycznych wynika, że istotne zmiany według pierwszej osi DCA wyrażającej żyzność i odczyn gleby zaszły w zespole: Sphagno girgensohnii-Piceetum, Sphagno-Betuletum, Thelypterido-Betuletum. Największe zmiany składu florystycznego według pierwszej osi DCA zaszły w siedlisku Sphagno girgensohnii-Piceetum. Według drugiej osi wyrażającej wilgotność gleby i natężenie światła pod okapem drzewostanu, istotne zmiany zaszły w zespole olsu i wysokotorfowiskowego mszaru sosnowego. Ogólnie zmiany sukcesyjne we wszystkich powierzchniach były istotne zarówno według pierwszej i drugiej osi porządkowania. Zmiany roślinności wyrażone różnicami w wskaźnikach porządkowania, są też odzwierciedleniem zmian wskaźników ekologicznym z tym, że obejmują one pełniejszy obraz zmian runa, gdyż oprócz roślin zielnych były tu analizowane mszaki i wątrobowce.

Wyniki korelacji różnic między wartościami nowych i starych współczynników porządkowania powierzchni, wyliczonych dla pierwszej osi DCA nie wykazują istotnego związku z wybranymi parametrami powierzchni badawczych. Świadczy to o braku związku zmian roślinności postępującej według gradientu żyzności siedliska z czynnikami, które mogły by wpłynąć na tempo sukcesji. Odmienna sytuacja zaistniała w przypadku korelacji ww. cech z drugą osią DCA. Tu oprócz głębokości torfu zmierzonego na powierzchniach, wszystkie pozostałe parametry miały istotny wpływ na zmiany roślinności na powierzchniach przy założonym poziomie istotności p < 0,05. Cechy powierzchni, takie jak: liczba lat jaka upłynęła od pierwszej obserwacji (wykonania zdjęcia), wielkość płatu w jakim założono powierzchnię, oraz odległość od granicy płatu zespołu w jakim dana powierzchnia została założona,  były odwrotnie proporcjonalne do różnic w składzie florystycznym. Można to tłumaczyć tym, że im mniejsza powierzchnia płatu, mniejsza liczba lat od wykonania po raz pierwszy zdjęcia, oraz mniejsza odległość od granicy płatu zespołu, to zmiany w składzie florystycznym na powierzchniach były większe.

Zmiany wskaźników ekologicznych ważonych ilościowością gatunków roślin zielnych dla poszczególnych zespołów w porównywanych okresach badawczych. ± błąd standardowy średniej arytmetycznej. * różnice istotne statystycznie na podstawie testu kolejności par Wilcoxona przy p<0,05.

Cechy

 Stare zdjęcia

 Nowe zdjęcia

Różnica

Nowe- Stare

 
 

Vaccinio uliginosi-Pinetum Kleist 1929

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Wskaźnik świetlny (L)

3,47

±

0,08

3,42

±

0,04

-0,05

 

 

Wskaźnik wilgotności gleby (W)

4,28

±

0,13

3,95

±

0,12

-0,33

*

 

Wskaźnik trofizmu (Tr)

2,25

±

0,14

2,24

±

0,07

-0,01

 

 

Wskaźnik kwasowości gleby (R)

2,37

±

0,1

2,56

±

0,1

0,19

 

 

Ledo-Sphagnetum magellanici Sukopp 1929

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Wskaźnik świetlny (L)

3,68

±

0,06

3,45

±

0,04

-0,23

*

 

Wskaźnik wilgotności gleby (W)

4,73

±

0,07

4,34

±

0,08

-0,39

*

 

Wskaźnik trofizmu (Tr)

1,78

±

0,04

2,06

±

0,04

0,28

*

 

Wskaźnik kwasowości gleby (R)

1,84

±

0,05

2,22

±

0,07

0,38

*

 

Sphagno girgensohnii-Piceetum Polak. 1962

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Wskaźnik świetlny (L)

2,91

±

0,16

2,64

±

0,18

-0,27

 

 

Wskaźnik wilgotności gleby (W)

3,64

±

0,07

3,66

±

0,08

0,02

 

 

Wskaźnik trofizmu (Tr)

2,75

±

0,05

2,89

±

0,06

0,14

*

 

Wskaźnik kwasowości gleby (R)

3,17

±

0,06

3,23

±

0,05

0,06

 

 

Sphagno-Betuletum pubescentis Sokoł. 1985

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Wskaźnik świetlny (L)

3,84

±

0,08

3,83

±

0,08

-0,01

 

 

Wskaźnik wilgotności gleby (W)

4,73

±

0,08

4,60

±

0,13

-0,13

 

 

Wskaźnik trofizmu (Tr)

3,15

±

0,07

3,02

±

0,12

-0,13

 

 

Wskaźnik kwasowości gleby (R)

3,53

±

0,09

3,43

±

0,12

-0,10

 

 

Thelypterido-Betuletum pubescentis Czerw. 1972

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Wskaźnik świetlny (L)

3,29

±

0,09

2,89

±

0,15

-0,40

*

 

Wskaźnik wilgotności gleby (W)

4,59

±

0,1

4,41

±

0,12

-0,18

 

 

Wskaźnik trofizmu (Tr)

3,33

±

0,06

3,47

±

0,07

0,14

 

 

Wskaźnik kwasowości gleby (R)

3,84

±

0,08

3,89

±

0,07

0,05

 

 

Ribeso nigri-Alnetum Sol.-Górn. 1975

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Wskaźnik świetlny (L)

3,46

±

0,11

3,36

±

0,14

-0,10

 

 

Wskaźnik wilgotności gleby (W)

4,82

±

0,11

4,63

±

0,09

-0,19

*

 

Wskaźnik trofizmu (Tr)

3,44

±

0,04

3,48

±

0,05

0,04

 

 

Wskaźnik kwasowości gleby (R)

3,63

±

0,06

3,82

±

0,03

0,19

*

 

Circaeo-Alnetum Oberd. 1953

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Wskaźnik świetlny (L)

2,81

±

0,06

2,87

±

0,06

0,06

 

 

Wskaźnik wilgotności gleby (W)

3,74

±

0,04

3,71

±

0,04

-0,03

 

 

Wskaźnik trofizmu (Tr)

4,05

±

0,03

3,97

±

0,04

-0,08

*

 

Wskaźnik kwasowości gleby (R)

4,17

±

0,03

4,12

±

0,04

-0,05

 

 

Wszystkie zespoły

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Wskaźnik świetlny (L)

3,31

±

0,05

3,17

±

0,06

-0,14

*

 

Wskaźnik wilgotności gleby (W)

4,33

±

0,05

4,17

±

0,05

-0,16

*

 

Wskaźnik trofizmu (Tr)

3,07

±

0,07

3,12

±

0,06

0,05

*

 

Wskaźnik kwasowości gleby (R)

3,33

±

0,07

3,42

±

0,06

0,09

*

 

 

Możliwości i sposoby wykorzystania wyników badań

    Wyniki badań prowadzonych w Puszczy Białowieskiej wskazują na występowanie zmian czynników klimatycznych i warunków wodnych mających istotny wpływ na kształtowanie się i funkcjonowanie poszczególnych składników ekosystemu leśnego Puszczy. Zidentyfikowane zmiany mają charakter kierunkowy, a objawiają się m.in. obniżaniem zwierciadła wody gruntowej w siedliskach wilgotnych i bagiennych. Zmniejszenie dostępności wody stanowi zagrożenie dla ekosystemu leśnego tych siedlisk. Z uwagi na duży udział siedlisk hydrogenicznych w Puszczy Białowieskiej zmiany ich stosunków wodnych mogą wpłynąć pośrednio na pogorszenie kondycji zdrowotnej całego ekosystemu leśnego Puszczy. Wszelkie przedsięwzięcia ograniczające istniejące zagrożenia powinny być ostrożne, przezorne i nie powodujące głębokich zmian warunków wodnych. Nie mogą one powodować przekraczania zdolności buforowych obecnego, a kształtowanego przez dłuższy okres, układu przyrodniczego. Należy podejmować działania o małym zasięgu oddziaływania, lecz w miarę liczne i rozproszone. Kontynuacja badań hydrologicznych i fitosocjologicznych prowadzonych przez Instytut Badawczy Leśnictwa, mających charakter monitoringowy jest potrzebna i uzasadniona. Badania powinny obejmować analizę zmian warunków hydrogeologicznych, hydrologicznych, glebowych w powiązaniu z sukcesją roślinności całej Puszczy.