Michal Čermák
Institut geoinformatiky
VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ - TECHNICKÁ
UNIVERZITA OSTRAVA
E - mail: cermak.mi@seznam.cz
This thesis is concentrated on influence of environment on Norway spruce (Picea abies) pest typographer bark beetle (Ips typographus). It explores determination possibilities of most endangered places based on digital elevation model and another data. Leading part describes typographer bark beetle, its presence, life style and tree damage. Next part investigates factors, influencing development, life, reproduction and adult emergence of bark beetle and tries to identify these factors importance. Final part includes description of data used, the problematic of their processing and determination of endangered places. It also proposes use of different data that may better describe factors relative to bark beetle spread.
Tato práce se zabývá vlivem prostředí na škůdce smrku ztepilého (Picea abies) - kůrovce lýkožrouta smrkového (Ips typographus). Zkoumá možnosti určení nejohroženějších ploch na základě digitálního modelu terénu a dalších dat. V úvodu se zabývá popisem lýkožrouta smrkového, jeho výskytem, způsobem života a poškozením dřeviny. V další části zkoumá faktory které mají vliv na vývoj, život, rozmnožování a rojení kůrovce a snaží se určit důležitost jednotlivých faktorů. V konečné fázi řeší popis použitých dat, problematiku jejich zpracování, možnosti určení ohrožených ploch z dostupných dat a určuje potenciální data vhodná pro upřesnění ohrožených ploch.
V letech 1943 - 1955, tedy během a po druhé světové válce, došlo v celé střední Evropě k velké kůrovcové kalamitě. Tehdy se vyskytl kůrovec lýkožrout smrkový od Švýcarska a Rakouska až k severnímu Německu a od Rýna na západě až po jižní Polsko a Slovensko a Maďarsko na východě. Podle propočtů a odhadů bylo napadeno více než 30 mil m3 smrkového dříví. Byla to časově druhá, ale svým rozsahem největší kalamita lýkožrouta smrkového v historii. Po rozsáhlé vichřici v roce 1984 v Bavorském národním parku se kůrovec začal rychle množit a zanedlouho se značně rozšířil i do Národního parku Šumava. Ukázalo se, že kůrovec je schopný přežívat a množit se v různých výškách. Vzhledem k tomu, že u nás došlo v minulých letech k nahrazení původního, převážně listnatého lesa málo stabilními, zato rychle rostoucími jehličnatými monokulturami, jsou ohroženy všechny smrkové lesy na území celé ČR. Extrémní klimatické podmínky let 2002 a 2003 způsobily oslabení smrkových porostů v lesích a následné náhlé zvýšení populační hustoty kůrovců tak, že existuje reálné nebezpečí jejich přemnožení, vzniku kalamitního stavu a nepředvídatelných škod na lesních majetcích na území celé České republiky. Ministerstvo zemědělství vyhodnotilo situaci a dospělo k závěru, že současný stav populační hustoty kůrovců naplňuje ustanovení § 32 odst. 2 lesního zákona o vzniku mimořádných okolností v lesích. Tato práce, zadaná Krajským úřadem kraje Vysočina, který v tomto spolupracuje s Lesy ČR s.p., by měla pomoci při boji s kůrovcem. Výsledek práce by měl pomoci majitelům lesa, kteří jsou povinni kůrovcem napadené dříví včas zpracovat a odvézt z lesa či asanovat, určit nejvíce ohrožené plochy, včas zasáhnout a zabránit tak mimořádným a kalamitním stavům a ušetřit také svoje peníze, neboť kůrovcem napadené dříví má o až 1/3 nižší zpeněžení a u některých sortimentů představuje ztrátu až 500 Kč/m3.
Hlavním cílem diplomové práce je zjistit možnosti určení lesních porostů, které jsou svými dispozicemi nejvhodnější pro život a rozmnožování kůrovce a určit tak ohrožené oblasti, na které by měla být soustředěna pozornost při boji s kůrovcem. K určení takovýchto ploch je třeba vymezit faktory, které mají vliv na výskyt kůrovce v přírodě, určit důležitost těchto faktorů a nalézt závislost výskytu, rojení a rozmnožování kůrovce na těchto faktorech a případné interakce mezi jednotlivými faktory. Také je třeba zjistit možnosti získání rizikových faktorů z dostupných dat a sestavit postup, který by umožnil předpovědět zvýšený výskyt kůrovce a také určit data, která by umožnila přesnější předpověď.
Patří do řádu brouků (Coleoptera), čeledi kůrovcovitých (Scolytidae). Je jedním ze šesti zástupců tohoto rodu u nás. V České republice je lýkožrout smrkový ve smyslu vyhlášky Mze č. 101/1996 Sb. § 3 v platném znění charakterizován jako kalamitní škůdce.
Jedním z nejdůležitějších kroků práce bylo jasně určit a vyčlenit kritické faktory, které mají vliv na výskyt kůrovce v lesních porostech a hlavně, které je možné vizualizovat a zpracovávat pomocí nástrojů GIS s využitím DMT, popřípadě jiných dat, která se podaří získat. Na určení těchto faktorů bylo spolupracováno (kromě odborné literatury) s Ing. Miroslavem Bačovským. Ing. Bačovský je lesní správce lesní správy Lesů ČR s.p. ve Svitavách. Pomohl určit a utříbit jednotlivé níže popsané faktory. Na velikost populace kůrovce působí přímo i nepřímo celá řada faktorů, které spolu vzájemně významně souvisí.
Důležitou částí práce jsou data. Bylo zapotřebí získat data, na kterých by bylo možné vizualizovat a vyčlenit kritické faktory a připravit je tak pro další práci a analýzy. Krajský úřad kraje Vysočina a LHC Náměšť nad Oslavou - LČR s.p. poskytli data týkající se správního obvodu obce s rozšířenou působností Náměšť nad Oslavou. Jedná se konkrétně o digitální model terénu, ortofoto, porostní mapu, výpis těžby kůrovcového dříví a hranice správních obvodů a města s rozšířenou působností Kraje Vysočina. Data byla předána Ing. Michalem Popiolkem na CD.
Pro zpracování byly zvoleny programové prostředky ArcView GIS 3.2 a ArcGIS 9 od firmy ESRI. Tyto prostředky byly vybrány z několika důvodů. Jedním z nich byl formát obdržených dat. Data byla dodána ve formátech firmy ESRI a nebyla tedy nutná žádná další konverze. Dalším důvodem bylo, že zadavatel (Kraj Vysočina) tento software vlastní a bude-li chtít v tomto pokračovat, nebude problém použít postupy navržené v této práci. Navíc je tento software dostatečně robustní nástroj v práci s vektory i rastry, pomocí nějž je možné provést všechny potřebné operace.
Zdravotní stav smrčin a počasí byly označeny jako rozhodující faktor. Nejvýznamnější vliv mají na výskyt kůrovce následky požárů, větru, blesků, sněhu atd. Tyto faktory ale není možné zpracovávat vzhledem k neexistenci dat toto popisujících. Budou tudíž zpracovávány hlavně faktory, které mají vliv na zdravotní stav smrčin a současně také na kůrovce (nadmořská výška, expozice a sklon svahu).
Byly určeny poměrné vlivy jednotlivých faktorů na výskyt lýkožrouta smrkového. Vyjadřují je rastr Aspekt (orientace svahu s poměrem vlivu orientací na výskyt lýkožrouta), rast K (koeficienty relativní ozářenosti podle orientace a sklonu svahu) a rastr Výška (intervaly nadmořské výšky s poměrem vlivu na výskyt kůrovce), jak je popsáno v kapitole 7.2. Dále bylo třeba určit celkový vliv těchto faktorů společně, tedy vliv každého z faktorů na celkové ohrožení. Tento vliv je vyjádřen koeficienty (váhami) A a B aplikovanými na vstupní rastry. Způsob spojování rastrů a aplikace vah jsou vyjádřeny v kartografickém modelu (zobrazen v prezentaci). Ke spojení byl použit modul Single Output Map Algebra v sadě nástrojů Map Algebra toolboxu Spatial Analyst Tools. Postupným zvyšováním vah jednotlivých faktorů a statistickým posuzováním dílčích výsledků bylo zjišťováno, který z faktorů má větší a který menší vliv. Při posuzování výsledků muselo být přihlédnuto k tomu, že zpracovávané faktory nejsou jediné a ani nejvlivnější, dále také ke skutečnosti, že sledovaná oblast je poměrně malé rozlohy a výškového převýšení a ani místo těžby není určené s dostatečnou přesností (pouze v rámci porostu, který může dosahovat až několika hektarů). Není tudíž možné provádět žádné exaktní analýzy, jde spíše pouze o to, co nejvíce se přiblížit výsledku. Výsledný rastr ohrožených ploch byl modulem Reclassify, který je součástí ArcToolboxů 3D Analyst Tools a Spatial Analyst Tools v sadě nástrojů Raster Reclass, rozdělen na 10 stejně velkých intervalů hodnot - stupňů ohrožení. Poté byl převeden na shapefile modulem Rastr to Polygon z ArcToolboxu Conversion Tools, oříznut vrstvou hranic Náměšť nad Oslavou modulem Clip z ArcToolboxu Analysis Tools a pomocí modulu Intersect ze stejného ArcToolboxu byl zjištěn průnik mezi touto vrstvou a vrstvou těžby kůrovcového dříví nad 10 m3. Polygony byly sjednoceny modulem Dissolve z ArcToolboxu Data Management Tools podle stupně ohrožení a modulem Calculate Areas ze sady Utilities Arctoolboxu Spatial Statistics Tools vypočítány velikosti ploch jednotlivých intervalů. Postupným testováním těchto velikostí, tedy velikostí ploch jednotlivých stupňů ohrožení na kterých bylo vytěženo nad 10 m3 kůrovcového dříví, byly hledány koeficienty (váhy), které určovaly nejlepší výsledky.
Jak již bylo řečeno, nebylo možné zpracovat všechny faktory, které na výskyt, rojení a rozmnožování lýkožrouta působí. Jedná se především o faktory náhodné, nepředvídatelné nebo těžko prostorově lokalizovatelné. Jsou to hlavně následky přírodních jevů nebo nešetrné lidské činnosti, jako polomy nebo vývraty způsobené větrem, sněhem, ledovkou, bouřemi, požáry nebo nešetrnou těžbou. Dále jsou to také informace o výskytu jiných zástupců lesní fauny a flóry, kteří mají na kůrovce nebo smrky vliv. Nebyly ale zpracovávány také další faktory. Data popisující některé vlivy nebylo možné získat, byla nedostatečného rozlišení nebo by bylo nutné je náročně sbírat v terénu, přesto by jistě přispěla ke zpřesnění výsledků. Zde jsou uvedena některá z nich, které je doporučeno zpracováva: Mapa srážek, Monitoring sucha, Hladina podzemní vody, Imise...
Cílem této práce bylo určit faktory mající vliv na výskyt a rozmnožování kůrovce zjistitelné z DMT, popřípadě jiných dat, nalézt mezi nimi závislost a určit plochy, které jsou těmito faktory nejvíce ohroženy. Z odborné literatury, internetu a během konzultací s lesníky byly nastudovány životní zvyklosti a potřeby lýkožrouta smrkového, jako největšího škůdce z čeledi kůrovcovitých. Práce popisuje faktory, které mají větší či menší vliv na výskyt, rojení, šíření a rozmnožování kůrovce. Zabývá se také zkoumáním, které faktory lze zjistit a zpracovávat z dostupných dat a které faktory zjistit z různých důvodů nelze. Jako nejkritičtější byly určeny faktory, které nelze žádným způsobem předvídat, ani jim ve většině případů zamezit. Jsou to především následky přírodních vlivů jako větrné vývraty a polomy, poškození stromů ledovkou, sněhem nebo požáry. Velmi významné jsou také nešetrné zásahy člověka do lesního porostu, například narušením porostní stěny nebo pokácením a neodkorněním stromů zanechaných v lese. V takto oslabených stromech neschopných obrany se lýkožrout velmi rychle rozmnožuje a při přemnožení napadá i zdravé stromy, nezávisle na dalších faktorech. Nicméně nejsou-li lesní porosty postiženy výše zmíněnými faktory, napadá lýkožrout smrkový stromy oslabené jiným způsobem. V největší míře jsou to porosty oslabené počasím, respektive suchem. Na sucho má kromě množství srážek vliv také sluneční záření a nadmořská výška, což umožňuje uplatnit právě DMT. Sucho společně s intenzitou slunečního záření a nadmořskou výškou se tedy staly stěžejním pro další postup. Z výzkumů Ing. Zumra, statistickým testováním a následným posuzováním výsledků byly odvozeny koeficienty vyjadřující poměr vlivů jednotlivých vlastností stanovišť na výskyt lýkožrouta smrkového. Za použití těchto koeficientů byla sestavena mapa ohrožených oblastí. Práce tímto navrhuje postupy, pomocí kterých je možné za pomoci dostupných dat určit oblasti více či méně ohrožené napadením lýkožroutem smrkovým. Byly také určeny datové zdroje, pomocí kterých by bylo možné dosažené výsledky zpřesnit. Většinu dat z těchto zdrojů by bylo možné použít na větším tréninkovém území, u jiných by byl nutný jejich ruční (časově velmi náročný) sběr. Jak už bylo řečeno, pomocí dostupných dat bylo možné zpracovat jen několik z řady faktorů. Výsledky této práce je tedy možné použít jako podklad pro vytipování ohrožených oblastí pouze za "ideálních" podmínek, tedy bude-li zabráněno ostatním vlivům, nebo budou-li následky těchto vlivů včasně eliminovány. Ne vždy je to ale možné, a proto je třeba tyto faktory brát v potaz a při vyhledávání napadených oblastí je zohledňovat.