Uniwersytet Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie Wydział Biologii i Nauk o Ziemi Instytut Nauk o Ziemi Zakład Ochrony Środowiska Marcin Kozieł Uwarunkowania zmian struktury i funkcjonowania krajobrazu w dolinie Wieprza w Nadwieprzańskim Parku Krajobrazowym Promotor: dr hab. Józef Superson, prof. UMCS Recenzenci: dr hab. Mariusz Kistowski, prof. UG (Uniwersytet Gdański) dr hab. Maciej Pietrzak, prof. AWF (Akademia Wychowania Fizycznego w Poznaniu) Lublin, 19 listopada 2008

Wprowadzenie Termin „krajobraz” w naukach geograficznych rozumiany jest jako „część epigeosfery (zewnętrznej strefy Ziemi), stanowiąca złożony przestrzennie geokompleks o swoistej strukturze i wewnętrznych powiązaniach” (Kondracki, Richling 1983) Struktura krajobrazu jest to „zespół składników, tworzących krajobraz i wzajemne między nimi relacje” (Kondracki, Richling 1983) Funkcjonowanie krajobrazu (geokompleksów) to zespół wszystkich procesów powodujących wymianę oraz transformację materii, energii i informacji pomiędzy elementami i komponentami środowiska przyrodniczego, które prowadzą do zmiany stanu układów przyrodniczych (Richling, Solon 1998)

Obszar badań Nadwieprzański Park Krajobrazowy (NPK) położony jest w centralnej części województwa lubelskiego; chroni najcenniejszy pod względem przyrodniczym i kulturowym fragment środkowej części doliny Wieprza. Północno-zachodnia część Parku znajduje się w granicach Płaskowyżu Świdnickiego, południowa – w obrębie Obniżenia Dorohuckiego. NPK, mimo że wraz z otuliną ma charakter typowo dolinny, odznacza się wyraźnym zróżnicowaniem krajobrazowym. 1 — granica parku, 2 — granica osłony parku, 3 — projektowane rezerwaty, 4 — wody, 5 — łąki, pastwiska, 6 — lasy, 7 — pomniki przyrody, 8 – punkty widokowe, 9 – ostoje ptaków, 10 – stanowiska rzadkich gatunków roślin, 11 — zabytek architektury, 12 – zabytkowy kościół

Cele pracy Określenie uwarunkowań zmian struktury krajobrazu doliny Wieprza w czasie ostatnich 25-30 lat. Ocena związków i mocy powiązań użytkowania terenu z trzema abiotycznymi komponentami środowiska przyrodniczego. Określenie zmian (z jednoczesnym wyjaśnieniem ich przyczyn), jakie zaszły w funkcjonowaniu krajobrazu doliny Wieprza. Sprawdzenie w praktyce nowoczesnych metod ilościowej i jakościowej oceny struktury (kompozycji i konfiguracji) krajobrazu.

Analiza struktury krajobrazu – Metoda badań

Materiały źródłowe Materiały kartograficzne Materiały teledetekcyjne Mapy topograficzne w skali 1:10000 w układzie 1965 (koniec lat 70-tych) oraz układzie 1992 (początek XXI w.) Mapy topograficzne w skali 1:100000 (m.in.: WIG, WZKart) Mapy glebowo-rolnicze w skali 1:25000 Mapy geologiczne w skali 1:50000 Materiały teledetekcyjne Ortofotomapy Dane statystyczne: Bank Danych Regionalnych (www.stat.gov.pl) Raporty o stanie środowiska województwa lubelskiego Wyniki pomiaru zanieczyszczeń wód Wieprza i jego dopływów z lat 1990-2006 – WIOŚ Lublin Dokumenty archiwalne, opracowania archeologiczne i historyczne

Podział doliny Wieprza w granicach NPK Spiczyn Kijany Nowogród Łęczna Ciechanki Krzesimowskie Łańcuchów Milejów Jaszczów Siostrzytów Pełczyn źródło: Landsat 7 Pseudo geocover 2000 – NASA World Wind

Wybór pól testowych W odcinku północnym wyznaczono cztery pola testowe, w równoleżnikowym – dwa, w południowym – cztery. Powierzchnia każdego z pól testowych w odcinku północnym wynosi 500 ha, w dwóch pozostałych odcinkach – 750 ha. Łączna powierzchnia objęta badaniami to 6500 ha. 1 – Pola testowe: A – Spiczyn, B – Nowogród, C – Karolin, D – Kolonia Trębaczów, E – Zakrzów, F – Ciechanki, G – Łańcuchów, H – Klarów, I – Kolonia Jaszczów, J – Siostrzytów 2 – dolina Wieprza, 3 – obszar NPK, 4 – granice między odcinkami doliny Wieprza Podział obszaru badań na pola testowe

Mapa krajobrazowa (geokompleksów)

Mapa krajobrazowa (geokompleksów)

Analiza ilościowo-jakościowa struktury krajobrazu Do analiz struktury krajobrazu zastosowano następujące miary i wskaźniki: miary powierzchni płatów – powierzchnia (AREA); miary gęstości i rozmiaru płatów – liczba płatów (NUMP), średnia wielkość płata (MPS); miary krawędzi – łączna długość granic (TE), gęstość granic (ED), średnia długość granic (MPE); miary kształtu – średni wskaźnik kształtu (MSI), średni rozmiar fraktalny płata (MPFD); wskaźniki różnorodności i rozkładu – miara średniej odległości do najbliższego sąsiada (MNN), miara zróżnicowania granic (IJI), wskaźnik różnorodności płatów Shannon’a (SDI), wskaźnik rozkładu przestrzennego i liczby płatów (SEI).

Wyniki

Typy krajobrazu doliny Wieprza (NPK) Spiczyn Kijany Nowogród Łęczna Ciechanki Krzesimowskie Łańcuchów Milejów Jaszczów Siostrzytów Pełczyn źródło: Landsat 7 Pseudo geocover 2000 – NASA World Wind

Wyniki Fragmentacja Pole testowe „Nowogród” Przełomowy odcinek Wieprza – Góra Spichlerzowa w Nowogrodzie

Wyniki Brak zmian Pole testowe „Ciechanki” Równoleżnikowy odcinek Wieprza – Wola Łańcuchowska

Wyniki Scalanie Pole testowe „Kolonia Jaszczów” Południowy odcinek Wieprza – Siostrzytów

Wyniki

Zmiany w funkcjonowaniu koryta Wieprza W południowej części doliny Wieprza w granicach NPK obserwuje się dużą dynamikę zmian morfologii koryta. Największe zmiany położenia linii brzegowej miały miejsce w pobliżu miejscowości Ciechanki Krzesimowskie. W latach 1977-2001 nadbudowywanie brzegów miało przewagę nad niszczeniem. Efektem silnej migracji bocznej koryta jest wzrost szerokości pasa meandrowego, który w południowym fragmencie doliny Wieprza wynosił w 1977 roku od 120 do 350 m, zaś w 2001 roku od 130 do 370 m. Zmiany biegu koryta Wieprza w latach 1936-1999

Zmiany jakości wód Wieprza Wyniki analiz z dziewięciu punktów pomiarowych, pozwoliły prześledzić zmiany chemizmu wód Wieprza na odcinku od Trawnik po Serniki, a także wód w odcinkach ujściowych jego dopływów. Wybrano cztery parametry, które pozwalają na przedstawienie warunków tlenowych oraz biogenicznych wód śródlądowych. Parametry chemizmu wód rzecznych Wieprza oraz jego dopływów określono dla lat 1991-2006. Wyniki analiz zestawiono z danymi pochodzącymi z lat 1981-1990. Lokalizacja punktów poboru wód na Wieprzu i jego dopływach 1 – punkt pomiarowo-kontrolny wód Wieprza; 2 – punkt pomiarowo-kontrolny wód dopływów Wieprza

Zakres zmienności średniego rocznego: a) stężenia tlenu rozpuszczonego, b) obciążenia substancją organiczną, c) stężenia azotu amonowego, d) stężenia fosforanów wód Wieprza w latach 1991-2006

Zakres zmienności średniego rocznego: a) stężenia tlenu rozpuszczonego, b) obciążenia substancją organiczną, c) stężenia azotu amonowego, d) stężenia fosforanów wód trzech dopływów Wieprza w latach 1991-2006

Akumulacja metali ciężkich w aluwiach doliny Wieprza Lokalizacja poboru prób osadów aluwialnych 1 – punkt poboru próby

Akumulacja metali ciężkich w aluwiach doliny Wieprza

Akumulacja metali ciężkich w aluwiach doliny Wieprza Pionowe zróżnicowanie Cd, Cu, Pb i Zn w dziesięciu profilach pobranych w dolinie Wieprza

Wnioski Struktura przestrzenna krajobrazów w dolinie Wieprza charakteryzuje się złożonością, która jest efektem nakładania się wpływu czynników biotycznych, abiotycznych i antropogenicznych. Najbardziej zmiennym elementem składowym struktury krajobrazu jest użytkowanie terenu, które w sposób istotny determinuje kształt, wielkość oraz częstość występowania wydzielonych geokompleksów. Liczba typów geokompleksów wydzielonych w obrębie doliny jest znacznie większa niż na obszarze do niej przyległym. Liczba oraz typ poszczególnych geokompleksów zależy od warunków środowiskowych danego obszaru (może być traktowana jako wyraz zróżnicowania środowiska). W latach 1977-2005, w odcinku północnym doliny Wieprza doszło do fragmentacji krajobrazu, zaś w południowym – do scalenia. W odcinku równoleżnikowym, w tym samym czasie, nie odnotowano istotnych zmian mozaiki krajobrazowej. W latach 1977-2005 liczba powiązań silnych, średnich i słabych pomiędzy użytkowaniem terenu, a trzema abiotycznymi komponentami: rzeźbą terenu, utworami powierzchniowymi i pokrywą glebową zasadniczo nie uległa zmianie. We wszystkich polach testowych dominują powiązania słabe; najmniej stwierdzono powiązań przeciętnych (średnich). Porównanie wartości wskaźników powiązań między parami komponentów tworzących strukturę krajobrazu, uzyskanych dla 1977 i dla 2005 roku, pozwala na wskazanie osłabionych układów powodujących zmniejszenie jej stabilności.

Wnioski Wahania stanu wód w rzece wyznaczają rytm funkcjonowania doliny i mają bezpośredni wpływ na rozwój jej krajobrazu, zwłaszcza w strefie meandrowania rzeki. Pobór wód Wieprza przez kanał Wieprz-Krzna przyczynia się do spadku przepływu oraz zmniejszenia ilości wody w korycie rzeki, a zatem wpływa na tempo zmian przebiegu koryta rzeki. Przeprowadzone badania zmian biegu koryta Wieprza w granicach NPK, wykazały, że procesy korytowe mają największą siłę w południowym odcinku badanej doliny, o czym świadczy stwierdzona wielkość przesunięć poziomych brzegów koryta Wieprza oraz duża liczba „aktywnych” i „martwych” starorzeczy. W latach 1991-2006 stwierdzono znaczną poprawę jakości parametrów fizykochemicznych wód Wieprza i jego dopływów, w stosunku do okresu 1981-1990. Jednocześnie wykazano, że dopływy mają istotny wpływ na stosunki chemiczne i stan jakości wód Wieprza. Podwyższona koncentracja metali ciężkich w warstwach przypowierzchniowych wskazują na aktywność człowieka, choć wiadomo, że obszar NPK w przeszłości, jak i obecnie, nie podlegał intensywnej antropopresji. Na tym etapie badań (brak datowań, wartość pH i substancji organicznej określono tylko dla warstwy powierzchniowej) trudno jest jednoznacznie wskazać główne źródło zanieczyszczeń, a mobilności pierwiastków w profilach pionowych nie można tłumaczyć jedynie na podstawie wyników frakcji aluwiów.

Wnioski Dziękuję za uwagę Wykorzystanie technik GIS otwiera nowa możliwości w badaniach krajobrazowych. Zastosowane w pracy oprogramowanie (Arc View) pozwoliło na stworzenie bazy danych o środowisku dla badanych pól testowych. Zbudowanie takich baz danych metodami tradycyjnymi jest wręcz niemożliwe ze względu na ogromną praco- i czasochłonność. Różnorodne metryki krajobrazowe wyrażają istniejące relacje oraz pozwalają na wykrywanie zaistniałych zmian w krajobrazie. Ogromna liczba dostępnych metryk sprawia, że wiele z nich jest niepotrzebnie dublowana w opracowaniach (charakteryzują to samo zjawisko). Patch Analyst, podobnie jak inne programy np. FRAGSTATS stanowi cenny zestaw narzędzi przydatnych nie tylko do badań krajobrazowych, ale również może być z powodzeniem stosowane w praktyce, w postaci aplikacji z zakresu zarządzania, planowania i ochrony środowiska. Wyniki otrzymane dla poszczególnych miar i wskaźników krajobrazowych obliczonych dla dwóch formatów danych: wektorowych i rastrowych mogą się między sobą różnić. Największe rozbieżności dotyczą miar długości granic, gdyż dane rastrowe nie pozwalają na obliczenie długości granic wewnętrznych w obrębie płata. Bardziej wiarygodne (dokładniejsze) wyniki zapewnia model wektorowy niż model rastrowy. Rezultaty uzyskiwane na danych rastrowych zależą w znacznym stopniu od wielkości pola podstawowego (pixela), do którego przypisane są atrybuty. Dziękuję za uwagę