Oddělení GIS a DPZ

Lidé ׀ Grantové projekty ׀ Publikace

Oddělení GIS a DPZ se zabývá aplikací Geografických informačních systémů (GIS) a Dálkového průzkumu země (DPZ) v botanice. Formálně byla založena v červnu 2007, ale využívání geoinformačních technologií bylo na půdě  Botanického ústavu rozvíjeno již od roku 1998 v rámci Geobotanického oddělení. Zaměření na zpracování a analýzu prostorově vázaných dat určuje velmi široké pole potenciálního využití, z nichž je možné jmenovat například: i) mapování vegetace i jednotlivých druhů, ii) odvozování vztahů mezi florou, vegetací a faktory prostředí, iii) analýza prostorového uspořádání (pattern) a prostorových vztahů sledovaných objektů, iv) analýza časoprostorových změn. Laboratoř poskytuje jak servisní práce při podpoře řešení projektů v ostatních odděleních ústavu, tak vyvíjí vlastní vědeckou činnost zaměřenou především na sledování dlouhodobých změn populací a společenstev a jejich prostorové struktury na různých prostorových škálách s využitím dat DPZ, terénního měření a jejich zpracování v prostředí GIS a prostorově explicitního modelování. Laboratoř disponuje kompletním softwarovým vybavením pro analýzu vektorových a rastrových dat a zpracování dat DPZ (ArcGIS -ArcInfo a vybrané extenze;PCI Geomatica Prime 10.0 s moduly Orthoengine; Definiens Developer 7.0), tak zařízením pro terénní měření polohy (GPS Trimble PathFinder Pro XRS se submetrovou přesností a mapovací sestavu FieldMap).

Významné projekty

Témata

Sledování dlouhodobých změn s využitím dat DPZ

Dálkový průzkum Země (DPZ), využívající časové řady leteckých i družicových snímků, nabízí mnoho informací o vývoji a změnách krajiny, jejího využití, obhospodařování, a umožňuje sledovat změny vegetace a antropogenní vlivy na ni. U nás se vzhledem k prostorovému rozlišení a dostupnosti tradičně v botanice využívají především snímky letecké. Historické snímky pocházejí jednak z archívu AOPK (zaměřené na CHKO a NP), jednak z archívu VGHMÚř Dobruška, který obsahuje panchromatické snímky od 40. do 90. let v přibližně desetiletých intervalech. Současné snímky poskytuje VÚGTK Praha a soukromé subjekty (ARGUS GEO Systém, Geodis atd.). Letecké snímky lze využít i pro studium dynamiky šíření jednotlivých druhů, jsou-li tyto dostatečně výrazné, aby je bylo možno na snímcích rozeznat.

Vývoj invaze bolševníku velkolepého (Heracleum mantegazzianum), význam prostorového a časového měřítka

Málokdy je možné při výzkumu invazních druhů určit počátek invaze. Letecké snímky, dokumentující invazi Heracleum mantegazzianum v CHKO Slavkovský les v letech 1947-2006, umožňují kvantifikovat rychlost šíření a analyzovat populační dynamiku druhu. Z archivních i současných snímků byl analyzován průběh invaze druhu na 10 lokalitách CHKO Slavkovský les v 11 termínech. V současné době se projekt rozšířil na celé území CHKO. V době květu a na počátku plodu (od června do srpna) lze druh na leteckých snímcích snadno rozpoznat. Informace, zaznamenávané na leteckých snímcích za využití terénních pozorování byly – plocha zamořená bolševníkem, doba počátku invaze, charakteristiky invadovaného stanoviště, intenzita kvetení bolševníku, a struktura invadovaného porostu. Zamoření porostu je vztaženo k době od počátku invaze a získané regresní křivky jsou využity ke stanovení rychlosti šíření.

Informace o vývoji invaze, získané ze snímků a trvalých ploch, jsou podkladem pro tvorbu matematických modelů invaze. Naměřené hodnoty rychlosti šíření bolševníku jsou srovnatelné s nejagresivnějšími invazními druhy jinde ve světě a silný vliv rychlosti šíření na velikost zamořené plochy napovídá, že druh není výrazně limitován místními podmínkami prostředí. To naznačuje, že podmínky prostředí nejsou pro rostlinu zásadní.

Müllerová J., Pyšek P., Jarošík V. & Pergl J. (2005): Aerial photographs as a tool for assessing the regional dynamics of the invasive plant species Heracleum mantegazzianum.- Journal of Applied Ecology 42 (6):1-12.

Nehrbass N., Winker E., Müllerová J., Pergl J., Pyšek P. et Perglová I. (2007): A simulation model of plant invasion: long-distance dispersal determines the pattern of spread.- Biol. Invasions, 9:383-395.

Pyšek, P., Jarošík, V., Müllerová, J., Pergl. J. et Wild. J. (2008): Comparing the rate of invasion by Heracleum mantegazzianum at continental, regional, and local scales. Diversity Distrib. 14:355–363.

Prostorově explicitní modelování

Studium dynamiky mnoha přírodních systémů ať už na populační či ekosystémové úrovni je často komplikováno obtížným získáním základních dat o studovaných objektech, obecně krátkými dobami dostupných sledování a nereprezentativností dat (často jsme schopni sledovat jednu z mnoha populací či nepatrnou část území). Ve všech těchto případech nám může pomoci vytvoření modelu daného systému. V terénu neproveditelné dlouhodobé sledování je nahrazeno rychlou počítačovou simulací. Ta umožňuje testovat mnoho scénářů dynamiky (kombinací parametrů) a analyzovat vliv jednotlivých parametrů na dynamiku modelu. Výsledky simulací ukazující stav systému v konkrétním čase mohou být porovnány s pozorovaným stavem reálného systému a na základě shodného pattern (např. prostorového uspořádání, věkové struktury apod.) pak lze vybírat nejpravděpodobnější scénáře i kombinace parametrů. Je třeba ale brát v úvahu ne vždy jednoznačnou vazbu mezi zjištěným pattern a procesy, které vedou k jeho vzniku. Simulace nemohou zcela nahradit terénní pozorování, a jejich výsledkem není exaktní stanovení v terénu neurčitelných parametrů, ale spíše odhad určitého rámce, ve kterém se mohou hodnoty sledovaných parametrů pohybovat.

Koexistence klečo-travinné mozaiky na hřebenech Krkonoš

Vegetace vrcholových plató subalpínského pásma Krkonoš je tvořena mozaikou klečových porostů a travinné vegetace. Dnešní podoba mozaiky je výsledkem silných antropických vlivů působících již od 14. století a zahrnujících kácení a opětovné vysazování kleče horské (Pinus mugo) a pasení i kosení travinné vegetace. Především z intenzity exploatace klečových porostů v průběhu staletí pak dovozují původní rozšíření kleče v těchto polohách. Přesto zůstává otázka přirozeného zastoupení kleče ve vegetaci vrcholových partií Krkonoš stále otevřená a aktuální. Nové studie ukazují, že zastoupení a charakter klečových porostů výrazně ovlivňují druhové složení a celkovou diverzitu ekosystému. Studium mechanismů koexistence takto odlišných životních forem – keřů a travin – je zajímavá i z čistě teoretického hlediska.

Klíčem k pochopení vztahů mezi složkami klečo-travinné mozaiky a tím i k odhadu jejich přirozeného zastoupení může být studium dlouhodobé populační dynamiky jednotlivých. Vzhledem k dlouhověkosti kleče v kombinaci s keřovitou formou růstu a schopností klonálního šíření je však velmi obtížné použít klasické přístupy populační ekologie založené na sběru demografických dat. Vytvořili jsme proto počítačový prostorově explicitní, individuálně orientovaný model.

Model simuluje dynamiku keřů na úrovni individuí a travinné vegetace a sukcesních ploch na úrovni patchů. Intraspecifická kompetice je modelována pomocí zón vlivu – field of neighbourhood (FON). Modelováno je území o velikosti 50 x 50 m rozdělené na buňky o velikosti 25 x 25 cm. Parametry modelu byly určeny jak z terénních měření tak pomocí simulací a porovnání modelovaného prostorového pattern s reálným. Také byl simulován vliv disturbancí na dynamiku klečo-travinné mozaiky.

Model predikuje možnost dlouhodobé koexistence kleče a travinné vegetace udržované vztahem kompetitor – kolonizátor typu: colonization-competition trad-off. Disturbance působené především gradací hmyzích defoliátorů vychylují poměr zastoupení druhů v mozaice, ale nejsou nezbytně nutné pro její udržení.

Wild J. et Kyncl T. (2004): Studium dynamiky přirozené klečo-travinné vegetace pomocí prostorově explicitního modelu – předběžné výsledky. In: Štursa J., Mazursky K. R., Palucki A. & Potocka J. (eds.), Geoekologické problémy Krkonoš. Sborn. Mez. Věd. Konf., Listopad 2003, Szklarska Poręba. Opera Corcontica, 41: 441–451.

Wild J. et Winkler E. (2008): Krummholz and grassland coexistence above the forest-line in the Krkonoše Mountains: Grid-based model of shrub dynamics. Ecological Modelling 213: 293-307.