Koncept metodiky monitoringu lesných biotopov

na Slovensku

Prof. Ing. Štefan Š m e l k o, DrSc., EFRA Zvolen

Východiskové údaje

V sústave chránených území európskeho významu NATURA 2000 na Slovensku je :

• 19 lesných biotopov, z toho 8 prioritných,

• v každom biotope väčší počet lokalít (až 50),

• premenlivá výmera (30 - 650 tisíc) , spolu cca 940 tisíc ha,

• veľká rôznorodosť,

• veľký teritoriálny rozptyl po území SR.

Cieľ monitorovania

• zisťovať (mapovať a hodnotiť) stav lesných biotopov o p a k o v a n e v dohodnutých časových intervaloch,

• porovnávať tieto stavy,

• posudzovať vzniknuté zmeny a 

• odvodzovať vývojové trendy

Všeobecné požiadavky na monitorovanie lesných biotopov

1) Biotopy charakterizovať sústavou parametrov, ktoré by vyjadrovali jednak rozsah (počet a veľkosť) i teritoriálne rozmiestnenie biotopov, jednak stav biotopov a stupeň ich priblíženia sa k žiadanému vopred definovanému priaznivému stavu ochrany.

2) Parametre zvoliť tak, aby boli objektívne, jednoznačné, čo najjednoduchšie, logicky pochopiteľné a dobre interpretovateľné.

3) Zabezpečiť porovnateľnosť údajov o stave biotopov navzájom i v dlhšom časovom slede, na domácej i medzinárodnej úrovni –uplatniť biometrické princípy monitorovania

Všeobecné požiadavky na monitorovanie

4) Na mapovanie a hodnotenie stavu biotopov využiť v maximálnej miere všetky dostupné už existujúce informačné zdroje.

5) Celý monitoring metodicky koncipovať tak, aby rešpektoval veľkú rôznorodosť jednotlivých typov lesných biotopov a bol univerzálny a dobre využiteľný nielen pre biotopy európskeho, ale aj národného významu.

6) Výsledky monitoringu o stave biotopov a ich vývoji spracovať a prezentovať vo forme uceleného informačného systému v úzkej väzbe na ostatné s nim súvisiace domáce i medzinárodné informačné systémy.

Hierarchické úrovne monitorovania

• Slovenská republika (všetky lesné biotopy NATURA 2000)

• Biotopy• Lokality biotopov• Základné priestorové jednotky lesa (polygóny– prirodzené zoskupenia lesných porastov), na ktorých sa má stav biotopov posudzovať. Údaje o stave biotopov treba zisťovať a postupne agregovať smerom od najnižšej k najvyššej úrovni

Mapovanie lesných biotopov

 • vyhotoviť zoznam biotopov NATURA 2000 a ich

predbežnú lokalizáciu na území SR,

• pripraviť podklady pre mapovateľa z existujúcich informačných zdrojov, prekryť vrstvy GIS Lesoprojektu, vyhotoviť mapovú dokumentáciu a dať k dispozícii výpis aktuálnych ekologických a porastových charakteristík tých lesných porastov, ktoré príslušný biotop vytvárajú,

• v teréne hranice biotopu overiť, skorigovať a vhodným (dohodnutým) spôsobom vyznačiť, zároveň navrhnúť a  vylíšiť hodnotiace polygóny a všetko zdokumentovať,

• zistiť výmeru biotopov a lokalít.

Hodnotenie stavu biotopov

1) Kvalitatívne hodnotenie • zaradenie biotopu - podľa toho ako spĺňa jednotlivé kritériá a indikátory FCS - do 4

kategórií: A,B,C,D napr. A,B – A,D,B,A,C – A,B .......... tab.1• takéto ohodnotenie vystihuje celkom dobre a rovnakými kritériami najdôležitejšie

stránky biotopu, avšak každú z nich izolovane,• neumožňuje rovnako dobre a objektívne zhodnotiť komplexne celkový stav biotopu na

danej priestorovej jednotke lesa (v hodnotenom polygóne) a potom toto hodnotenie agregovať do vyšších hierarchických rovín

• kategórie A,B,C,D sú totiž typické kvalitatívne veličiny, pre ktoré neplatia bežné matematické operácie

• okrem toho jednotlivé hodnotiace kritériá a indikátory nemajú rovnakú váhu (významnosť).

Tab.1. Príklad konkrétneho kvalitatívneho ohodnotenia stavu biotopu

Stav biotopuKritériá Indikátory A

výbornýB

dobrýC

narušenýD

nevyhovujúci

a1 x a a2 x

b1 xb2 xb3 xb4 x

b

b5 x

c1 x c c2 x

a – typické druhy: a1 – dreviny, a2 – byliny a kryb – štruktúra biotopu: b1 – veková štruktúra, b2 – prirodzené zmladenie drevín, b3 – priestorová štruktúra, b4 – hrubé a zvlášť cenné stromy, b5 – hrubé mŕtve drevoc – negatívne vplyvy: c1- zdravotný stav, c2 – širšie priestorové súvislosti

Hodnotenie stavu biotopov2) Kvantitatívne hodnotenie

• vyjadrenie stavu biotopu pomocou číselného kvantifikátora: priemerná bodová hodnota (známka) Z ........ menej vhodný kvantifikátor Q1 - operátor OR ...................... orientačný kvantifikátor Q2 - operátor AND ................... nevhodný kvantifikátor Q3 - kombinácia oper. OR a AND ... najvhodnejší

• kategóriám A,B,C,D, kritériám a indikátorom sú pridelené váhy „w“ (pre každý biotop individuálne i zovšeobecnené, môžu sa ľubovoľne meniť), pre automatizovaný výpočet je vyprac. program na PC

• kvantifikátor Q svojou hodnotou priamo udáva relatívne priblíženie sa stavu biotopu k želanému „optimu“ = 100%

• z hodnoty Q (napr.= 82,9%) možno ľahko znovu prejsť na kvalitatívne hodnotenie - podľa zvoleného kľúča, napr.:

Q 90 % A, Q = 90 – 70 % B, Q = 70 – 50 % C, Q 50 D

Tab.2. Príklad kvantitatívneho hodnotenia stavu biotopuS t a v b i o t o p u a j e h o k v a n t i f i k á t o r y Q j

A B C D K r i t é r i u m

a j e h o v á h y ( w i )

I n d i k á t o r a j e h o v á h y

( w i j ) Q = 1 , 0 Q = 0 , 8 Q = 0 , 5 Q = - 1 , 0 a 1 = 0 , 3 0 0 , 3 0 0 , 2 4 0 , 1 5 - 0 , 3 0 a = 0 , 4 5

a 2 = 0 , 1 5 0 , 1 5 0 , 1 2 0 , 0 7 5 - 0 , 1 5 b 1 = 0 , 1 0 0 , 1 0 0 , 0 8 0 , 0 5 - 0 , 1 0 b 2 = 0 , 0 5 0 , 0 5 0 , 0 4 0 , 0 2 5 - 0 , 0 5 b 3 = 0 , 1 0 0 , 1 0 0 , 0 8 0 , 0 5 - 0 , 1 0 b 4 = 0 , 0 5 0 , 0 5 0 , 0 4 0 , 0 2 5 - 0 , 0 5

b = 0 , 3 5

b 5 = 0 , 0 5 0 , 0 5 0 , 0 4 0 , 0 2 5 - 0 , 0 5 c 1 = 0 , 1 0 0 , 1 0 0 , 0 8 0 , 0 5 - 0 , 1 0 c = 0 , 2 0 c 2 = 0 , 1 0 0 , 1 0 0 , 0 8 0 , 0 5 - 0 , 1 0

S ú č t y Q i j v r á m c i k r i t é r i í : Q a = 0 , 4 2 Q b = 0 , 2 0 5 Q c = 0 , 1 8

Q 3 =

(max)

2/1)min(*)min()()min(

Q

QQQAVGQ ijijijij * 1 0 0

Q 3 =

100*280,0

2/118,0*18,03/805,018,0 = 8 2 , 9 %

Hlavné menu programu pre výpočet kvantifikátorv Q

- editovací mód

- výberový mód

Metódy monitorovaniaTreba diferencovať a optimalizovať s ohľadom na:

• veľkosť biotopu,

• jeho charakter (vnútornú variabilitu),

• dôležitosť (vzácnosť výskytu),

• disponibilné finančné a personálne zdroje,

• úroveň a obsah využiteľných externých informačných zdrojov v čase vykonania monitoringu,

• skutočnosť, že základnými priestorovými jednotkami pre hodnotenie FCS majú byť polygóny do 100-150 ha.

Uprednostniť postupy, ktoré najlepšie splnia všetky základné

požiadavky kladené na monitorovanie.

Metódy monitorovania

Uvažujú a hodnotia sa tieto možné varianty:1. Prevzatie údajov z existujúcej databázy Lesoprojektu

(LHP) a ich doplnenie o chýbajúce údaje

2. Celoplošné zisťovanie3. Výberové zisťovanie – diferencované podľa veľkostných

kategórií biotopov

4. Kombinované dvojfázové zisťovanie

5. Využitie údajov veľkoplošnej národnej inventarizácie lesov SR (2005-2006)

6. Intenzívny monitoring vzácnych biotopov

Metódy monitorovania1. Prevzatie údajov z existujúcej databázy Lesoprojektu

(LHP) a ich doplnenie o chýbajúce údaje

• dá sa uskutočniť pomerne jednoducho, rýchlo a hospodárne,

• vyžaduje prevod údajov o porastových veličinách (JPRL) na ich prirodzené zoskupenia – polygóny,

• vyžaduje doplnenie dosť veľkého počtu chýbajúcich údajov potrebných pre hodnotenie FCS - priamym meraním alebo približným modelovaním,

• môže poskytnúť výsledky len s  veľmi nízkou a úplne neznámou (nekvantifikovateľnou) vypovedacou hodnotou,

• je použiteľné len pre všeobecné informatívne účely.

Metódy monitorovania2. Celoplošné zisťovanie

• bežne používaná metóda, vykonávaná terénnou pochôdzkou po celom hodnotenom území,

• môže poskytnú len súhrnné posúdenie jednotlivých indikátorov FCS za celé územie,

• nedáva žiadne informácie o vnútornej variabilite FCS po hodnotenej ploche,

• neumožňuje stanoviť ani vypovedaciu hodnotu (chybu) výsledného hodnotenia,

• môžu vzniknúť oprávnené pochybnosti, či sa hodnotiteľovi v rozsiahlejších územiach podarí dostatočne objektívne určiť „súhrnný výsledok“,

• použiteľné je iba pre veľmi malé biotopy, resp. ich lokality do výmery cca 3 až 5 ha.

Metódy monitorovania3. Výberové zisťovanie

• vychádza z teórie matematicko-štatistických metód, je objektívne a hospodárne,

• sústreďuje pozornosť na vhodne zvolené miesta biotopu - tzv. výberové jednotky,

• umožňuje z výsledkov hodnotenia kritérií a indikátorov FCS odvodiť všetky požadované parametre biotopu, kvantifikovať mieru ich presnosti a spoľahlivosti,

• v prípade, že sa výberové jednotky v  teréne vhodne stabilizujú (najlepšie neviditeľne – vreckovým GPS), opakované zisťovanie sa môže robiť vždy na tých istých miestach, získa sa tesná korelácia medzi údajmi a chyba zmeny stavu sa zníži až o 1/2,

• Realizácia - diferencovane podľa veľkostných kategórií biotopov v troch samostatných systémoch I, II, III.

.3. Výberové zisťovanie

Výberový systém I – pre malé územia do 100-150 ha

• uplatní sa jednoduchý jednostupňový výber• výberovej jednotky (VJ) - kruhy, pásové úseky, pásy (ich

rozmery v teréne nevytyčované – FCS posudzované „na dohľad“) – obr. 1-3,

• počet VJ (n) – v závislosti od stupňa variability FCS po ploche biotopu (SR=1,2,3,4) a od požadovanej presnosti výberového výsledku (EQ=7-15%):

SR= 1-malý 2-stredný 3-veľký 4-veľmi veľký n = 10 – 8 33 – 18 73 – 36 130 - 64• rozmiestnenie VJ po hodnotenom území – systematické v

konštantných odstupoch (s),• hodnotenie FCS a záznam výsledkov na každej VJ,• výpočet ukazovateľov charakterizujúcich FCS biotopu – podľa

špeciálneho algoritmu – tab.3.

3. Výberové zisťovanie Výberové jednotky – vybraté miesta pre hodnotenie FCS biotopu

  KRUHY

polomer r 25 m („na dohľad“) výmera p 2000 m2 (20 árov)

s – odstupová vzdialenosť pochodová línia

PÁSOVÉ ÚSEKY

šírka š 40m ( 20m) dĺžka d 50 - 100m výmera p 20 – 40 árov

PÁSY

šírka š = 10 – 20m ( 5 až 10m) dĺžka pásov Li pripadajúca na rozdielnu časť biotopu (rastový stupeň, typologická jednotka ap.) výmera p = š Li

3. Výberové zisťovanieVýberový systém II. – pre stredne veľké územia od

200 do 5000 ha

• uplatní sa model stratifikovaného výberu,• zostaví sa plán výberu – východiskom bude stupeň variability FCS celého

územia (napr. 3), podľa neho sa určí celkový počet VJ (napr. n = 75), tie sa rozdelia na jednotlivé polygóny (j) úmerne ich veľkosti, alebo aj variabilite FCS (napr. nj =3-11 )

• vlastné hodnotenie FCS sa vykoná v každom polygóne podobne ako pri systéme I.

• ukazovatele FCS celého biotopu sa odvodia agregovaním polygónových výsledkov – špeciálny algoritmus – tab.4

• postup je veľmi efektívny - zohľadní skutočný stav a vnútornú štruktúru každého vyskytujúceho sa polygónu a celkový výsledok poskytne s vysokou presnosťou

• problém – určiť hornú, ešte ekonomicky únosnú hranicu veľkosti územia

(počet polygónov v ňom) pre aplikáciu systému II.

3. Výberové zisťovanieVýberový systém III. – pre veľké územia nad 5000 ha

• počet 100-hektárových polygónov je v nich taký veľký (50 až vyše 5300), že použitie výberových systémov I a II by bolo už ekonomicky neúnosné

• uplatnení sa model dvojstupňového výberu,• v 1. stupni sa z celkového počtu M polygónov vyberie

náhodným alebo systematickým spôsobom menší počet m polygónov,

• v 2. stupni sa vo všetkých vybratých polygónoch uskutoční zisťovanie výberovým systémom I,

• pre celý biotop sa ukazovatele FCS odvodia špeciálnym postupom, ktorý je pomerne zložitý a musí zohľadniť zdroje variability FCS tak vo vnútri polygónov ako aj medzi nimi

• problémy – nižšia presnosť, potreba poznať biometrické vlastnosti FCS veľkých biotopov, výskumne doriešiť optimalizáciu nákladov a presnosti

Metódy monitorovania4. Kombinované dvojfázové zisťovanie

• Ide o vhodné prepojenie viacerých metód a technológií, dostatočne presné a hospodárne, použiteľné vo všetkých veľkostných kategóriách biotopov

• v 1. fáze sa údaje o FCS získajú menej presne, ale jednoducho, rýchlo a lacno, a to celoplošne - pre všetky polygóny,

• v 2. fáze sa uskutoční výber malého počtu n zo všetkých N polygónov a zistí sa v nich stav FCS výberovým systémom I ,

• výsledky z 2. fázy sa pomocou špeciálnych biometrických postupov využijú na skorigovanie a spresnenie pôvodne „odhadnutých“ údajov v 1. fáze zisťovania,

• realizácia (asi r. 2015) – predpokladá inováciu LHP (doplnenie o údaje pre FCS), letecké a kozmické snímky s vysokou rozlišovacou schopnosťou, GIS ai.

Metódy monitorovania5. Využitie údajov veľkoplošnej národnej

inventarizácie lesov SR (2005-2006)

• Inventarizácia sa uskutoční v rokoch 2005-2006,

• Pokryje všetky lesy na území SR trvalými inventarizačnými plochami (IP) v sieti 4x4 km,

• Koncipovaná je tak, že na IP sa zistia o .i. aj všetky znaky potrebné pre hodnotenie stavu lesa podľa kritérií a indikátorov NATURA 2000 

• Výsledky umožnia odvodiť súhrnné charakteristiky  FCS vo všetkých lesných ekosystémoch celej SR

• Pre územia NATURA , najmä vo veľmi veľkých biotopoch, by bolo potrebné monitorovaciu sieť zahustiť na 2x2 resp. 1x1 km – ako alternatívu k výberovému systému III.

• Problém: FCS sa vzťahujú na rozdielne jednotky (na 100 ha polygón a na malú IP a jej najbližšie okolie), ich kompatibilitu treba preskúmať a definíciu FCS podľa potreby inovovať

Metódy monitorovania6. Intenzívny monitoring vzácnych biotopov

• Prichádza do úvahy pre mimoriadne významné alebo vzácne sa vyskytujúce biotopy a ich lokality

• Takéto biotopy môžu slúžiť ako demonštračné objekty pre výskum, výchovno-vzdelávaciu, osvetovú a propagačnú činnosť

• Založiť ich treba ako trvalé výskumné plochy, v teréne stabilizovať, stav podchytiť a zdokumentovať komplexne a veľmi detailne, dlhodobo sledovať ich vývoj

• Uplatniť pri tom najmodernejšie technológie (Field-Map pre mapovanie, vizualizáciu pre typické štruktúry, simulačné postupy pre prognózovanie vývoja ai.)

• Počet biotopov, ich lokalít a hodnotených polygónov (N)

• Výmera biotopu a jeho lokalít (P,  ha) - potencionálna a skutočná

• Mapa rozmiestnenia biotopov a ich lokalít po území SR

• Relatívne plošné zastúpenie biotopov (p%) v jednotlivých FCS kategóriách A, B, C, D a chyba určenia tohto podielu (Ep%), t.j. zhodnotenie stavu biotopov pomocou kvalitatívnych veličín

• Číselné kvantifikátory stavu biotopov v jednotlivých kategóriách A, B, C, D i spoločne za všetky kategórie, ich priemerná hodnota (Q), variabilita (sQ) a chyba určenia výsledného kvantifikátora (EQ), t.j. zhodnotenie stavu

biotopov pomocou kvantitatívnych veličín

• Porovnanie dvoch stavov biotopu – zhodnotenie zmeny parametrov FCS

v časovom rade, resp medzi viacerými biotopmi navzájom – špeciálny algoritmus

Výsledky monitorovania Výstupné informácie o stave biotopov

Výsledky monitorovania Výstupné informácie o stave biotopov

• Diferencia FCS medzi dvomi porovnávanými biotopmi (1) a (2):

• Chyba diferencie (pri 95 = spoľahlivosti):

r1,2 - stupeň tesnosti korelácie medzi (1) a (2) stavom biotopu

• Posúdenie diferencie (zmeny FSC) : diferenciu považovať za skutočnú (s 95 % spoľahlivosťou za signifikantnú), ak platí, že

V opačnom prípade ju považovať iba za náhodnú, spôsobenú chybami zisťovania.

12 ppp 12 QQQ

212,12

22

1 ...2 EpEprEpEppE 212,12

22

1 ...2 QEQErQEQEQE

p pE Q QE

Tab.4. Príklad odvodenia parametrov FCS na úrovni jedného polygónu (P = 110 ha, n = 8)

Hodnotenie indikátorov a, b, c Výb.j. i a1 a2 b1 b2 b3 b4 b5 c1 c2

Qi Qi kateg.

1 A A A B B A C A A 96,1 A 2 B B B C C A A C A 77,2 B 3 A C A C A A B A B 87,5 B 4 A B A B C C D B C 68,3 C 5 B C B D B A C A B 74,1 B 6 A B A D B B A A B 84,0 B 7 A B A D C A C B B 76,1 B 8 B B B D B B C B B 72,0 B

Spolu A B A D B A C A B 82,9 B

pk = 100n

nk %5,121008

1Ap %0,75100

8

6Bp %5,12100

8

1Cp

41,798

3,6351

n

QQ

n

ii

2,9

18

3,635.41,7921,51038

1

.

1

2

1

2

n

QQQ

n

QQs ii

n

ii

Q

%6,11100.4,79

2,9100.%

Q

ss Q

Q 5,68

2,9.2.2

n

sQE Q IS = 5,64,79QEQ = od 72,9 do 85,9

Tab.5. Príklad odvodenia parametrov FCS na úrovni jedného biotopu zloženého z 10 polygónov

– Parametre stavu biotopu na 10 modelových polygónoch (j = 1, 2...10) Polygón

(j) Výmera Pj

(ha) Počet výb.jed. nj

Kvantifikátor jQ(%)

Variabilita Qi

sQ(j)

Chyba jQE

1 130 10 97,0 A 10 6,4 2 150 11 78,2 B 30 17,9 3 90 7 59,6 C 30 23,1 4 120 9 91,5 A 20 13,3 5 80 6 68,0 C 30 24,5 6 110 8 82,9 B 20 13,9 7 140 11 86,1 B 40 24,9 8 70 5 94,6 A 20 17,5 9 40 3 -25,0 D 10 11,5

10 70 5 -67,0 D 30 26,2

Tab.5. Príklad odvodenia parametrov FCS na úrovni jedného biotopu zloženého z 10 polygónov - pokračovanie

b) Súhrnné charakteristiky (parametre) stavu biotopu podľa kategórií A,B,C.D a vcelku Kategó- ria k

Počet mk

mk%

Výmera Pk (ha)

Pk % kQ sQ(k) nk kQE

A 3 30,0 320 32,0 94,4 16,7 24 6,8 B 3 30,0 400 40,0 82,2 31,7 30 11,6 C 2 20,0 170 17,0 63,5 30,0 13 16,6 D 2 20,0 110 11,0 -51,7 24,6 8 17,3 A- C 8 80,0 890 89,0 83,1 26,9 67 6,6 A - D 10 100,0 1000 100,0 68,2 26,7 75 6,2

c) Výpočtové vzorce pre kategórie (k): 100.%

m

mm k

k 100.%P

PP k

k

k

k

m

ijk

m

jjkjk

k

P

QP

Q

1

1

.

k

k

m

jjk

m

jjkjk

kQ

P

sQP

s

1

1

2

)(

.

k

kQ

n

sQE )(.2 kk QEQIS %95

Signifikantná diferencia Qpre A-C z dvoch zistení (1,2) by musela byť väčšia ako

QE = 3,96,66,6 22

Koncept informačného systému pre monitoring FCS lesných biotopov (Fabrika 2004)

HANDHELD PCs GPS adaptérom

terénnyzber dát

hardware software dáta

• FieldGIS(lokalizácia a navigácia)

• tabuľka hodnotenia biotopov(indikátory resp. kritéria)

• výpočet kvantifikátorov• interface na IS

• GIS vrstvy:- orografická

- geomorfologická- územnosprávna

- typologická- typizačná

- lesohospodárska• rôzne databázy

ETT proces - extrakcia, transformácia, transport

Priestor

Orografická j.Geomorfologická j.Územnosprávna j.Lesohospodárska j.Typologická j.Typizačná j.BiotopPorast

Popis

PorastDátum

Q1....Q2....Q3..........

Čas

6 ročný cyklusRokDátum

Popis

Biotop6 ročný cyklus

počet lokalítpočet porastovcelková výmerarel.pl.zast. pre A..DQ pre stavy A..Dpriemerné Qvariabilita Qchyba Q........

Tabuľky dimenzií Tabuľky faktov

čas

priestor

porast

OLAP Server

OLAP Server

Kontingenčná tabuľka

Dátový sklad

GIS

čas

priestor

biotop

Frekvencia monitorovania 

• Projekt NATURA 2000 predpokladá 6 ročný cyklus monitorovania

• V SR do úvahy prichádza synchronizácia termínov NATURA s dvomi celoštátnymi aktivitami:

- vykonávanie národnej inventarizácie lesa, kde sa počíta s 10 ročným cyklom opakovania (v r. 2005-06, 2015-16 atď.)

- vyhotovovanie súhrnných informácií o stave lesov z LHP (kde je cyklus 5–ročný)

• Pravdepodobný termín prvého monitoringu lesných biotopov NATURA-SR ..... r. 2007-2009

Realizácia monitoringu lesných biotopov

Vyžaduje:• vypracovanie metodiky a podrobných pracovných postupov

monitorovania a ich experimentálne overenie v modelových územiach,

• zriadenie resp. poverenie špecializovanej organizácie (subjektu) pre túto činnosť,

• vytvorenie organizačných štruktúr pre rutinné vykonávanie monitoringu (riadiace, koordinačné, odborné skupiny),

• výber a zaškolenie pracovníkov pre terénne práce, kontrolu a spracovanie výsledkov monitoringu,

• zabezpečenie finančných prostriedkov na overovanie metodík, materiálne a prístrojové vybavenie a vykonanie prvého cyklu monitoringu.