Vedoucí: Mgr. Martin Kopecký, Ph.D.

Lidé ׀ Grantové projekty ׀ Publikace | Detailní web (EN)

Výzkumná témata

• Měření a modelování mikroklimatu
• Modelování rozšíření druhů
• Vliv disturbancí na lesní vegetaci
• Reakce rostlinných společenstev na globální změny prostředí
• Využití dálkového průzkumu Země v rostlinné ekologii 

Součástí oddělení je Laboratoř GIS a DPZ.

Vybrané výsledky z posledních let 

1/ Pravěké osídlení a zavlečené rostliny – pouto, které trvá?

Významnou část české flóry tvoří tzv. archeofyty – rostliny, které se rozšířily s přispěním člověka v době před rokem 1492 (objevení Ameriky). Studie mezioborového týmu botaniků, paleoekologů a archeologů zkoumala, do jaké míry odráží současné zastoupení archeofytů v lokální flóře intenzitu lidského osídlení v minulosti a nakolik je řízeno aktuálními podmínkami v krajině.
Studie propojuje obsáhlé databáze o výskytu rostlin v ČR (PLADIAS) a archeologické nálezové databáze pro Čechy a Moravu. I přes značný vliv současného využití krajiny je vyšší zastoupení archeofytů v oblastech s vyšší intenzitou pravěkého osídlení stále patrné. Navzdory tomu je velikost současného areálu jednotlivých druhů řízena zejména jejich ekologickými nároky a nikoliv dobou od zavlečení. Tento paradox vysvětlujeme vazbou zavlečených rostlin na typ prostředí odpovídající krajině, kterou upředňostňovaly pravěké společnosti, vzhledem k tomu že doba od zavlečení archeofytů je všeobecně dostatečná pro kolonizaci jejich potenciálního areálu v rámci České republiky.

Spolupracující subjekt: Archeologický ústav AVČR; Přírodovědecká fakulta UK ; Ústav archeologie a muzeologie MUNI

• Macek M., Abraham V., Tkáč P., Novák D. & Kolář J. 2023: The diversity and distribution of introduced plant species reflect 8000 years of settlement history. Journal of Ecology 111, 787 – 798. doi:10.1111/1365-2745.14060

 

Údaje o zastoupení archeofytů v české flóře na základě databáze PLADIAS (A), intenzita pravěkého osídlení modelovaná na základě archeologických nálezových databázi (B), nadmořská výška jako hlavní faktor řídící klima (C) a lesnatost území jako ukazatel využití krajiny (D).

 

2/ myClim: Zpracování a standardizované analýzy mikroklimatických dat v R

S rostoucí dostupností zařízení pro automatický záznam mikroklimatu došlo k masivnímu rozšíření jejich využívání. Díky neustále se zmenšujícím rozměrům mikroklimatických čidel, rostoucí výdrže baterií a paměťové kapacity je tak možné podrobně měřit mikroklima i na obtížně dostupných místech. Tato technologická revoluce s sebou však nese nejen velký potenciál pro získání nových poznatků, ale také nové výzvy jako jsou správa obrovského množství dat a různorodé metody jejich zpracování. S řešením těchto výzev může výrazně pomoci naše inovativní softwarová knihovna myClim, jejíž vývoj jsme dokončili v roce 2023.
myClim knihovna umožňuje načítání, zpracování, kalibraci, vizualizaci a vyhodnocování mikroklimatických dat v prostředí populárního skriptovacího jazyka R. Kromě významného zjednodušení práce s velkým objemem mikroklimatických dat nabízí myClim standardizované výpočty ekologicky relevantních proměnných, jejich agregaci a export. Tato harmonizace a standardizace výrazně zvyšuje porovnatelnost výsledků napříč mikroklimatickými studiemi a tím i efektivnější syntézy mikroklimatických dat v globálním měřítku.    

• Man M., Kalčík V., Macek M., Brůna J., Hederová L., Wild J. & Kopecký M. 2023: myClim: Microclimate data handling and standardised analyses in R. Methods in Ecology and Evolution 14, 2308 – 2320. doi:1111/2041-210X.14192

 

Detekce sněhové pokrývky na základě měření přízemní teploty s použitím knihovny myClim.  

 

3/ DaLiBor: Databáze lišejníků a mechorostů České republiky

Většina údajů o výskytu mechorostů a lišejníků z ČR doposud nebyla převedena do jednotného formátu ani shromážděna v centrální databázi. Proto jsme vytvořili DaLiBor, Databázi lišejníků a mechorostů České republiky (https://dalibor.ibot.cas.cz). DaLiBor je nástrojem pro standardizaci, validaci, editaci a sdílení nálezových dat pod licencí Creative Commons license (CC-BY-SA). K začátku roku 2023 bylo v databázi 662 610 údajů, konkrétně 506 578 (76 %) záznamů o mechorostech a 156 032 (24 %) záznamů o lišejnících. Data z DaLiBor potvrzují význam chráněných územích, kde byla zjištěna nejvyšší diverzita mechorostů a lišejníků v ČR. Na úrovni biotopu byl nejvyšší počet údajů, a to včetně druhů z Červeného seznamu, zaznamenán v přirozených bučinách a hospodářských jehličnatých lesích. Ne úrovni substrátu byl pro mechorosty i lišejníky nejdůležitější buk lesní (Fagus sylvatica); strom s nejvyšším počtem zaznamenaných druhů. Díky standardizovaným datům z DaliBor jsme vytvořili mapy pravděpodobností výskytu vhodných habitatů vybraných ohrožených druhů. Mapy posloužily pro zacílení terénního výzkumu v NP České Švýcarsko, kde byly díky tomu nalezeny dosud neznámé lokality Dicranum majus a Polytrichastrum alpinum.

• Man M., Malíček J., Kalčík V., Novotný P., Chobot K. & Wild J. (2022) DaLiBor: Database of Lichens and Bryophytes of the Czech Republic. – Preslia 94: 579–605

Záznamy o mechorostech (vlevo) z DaLiBor pokrývají rovnoměrně celou Českou republiku, kdežto záznamy o lišejnících (vpravo) v některých částech ČR zcela chybí. Vzácné (dole; CR, EN, RE, VU)  mechorosty jsou koncentrované ve východní části ČR, kdežto vzácné lišejníky spíše v západní.  

 

4/ Modelování lesního mikroklimatu: dokážou drony nahradit terénní měření?

Struktura stromového patra výrazně ovlivňuje mikroklima, které zažívají rostliny rostoucí v lesním podrostu. V naší studii jsme využili podrobná měření vzdušných a půdních teplot v Českém Krasu a srovnali jsme tři kontrastní způsoby získání podrobných dat o struktuře stromového patra z hlediska jejich úspěšnosti při podrobném modelování lesního mikroklimatu. Kromě klasického přístupu založeného na měření korunového zápoje a výšky porostu přímo v terénu jsme poprvé srovnali data laserového skenování (LiDAR) a fotogrammetrie (SfM) získané pomocí dronů. Zjistili jsme, že obě metody dálkového průzkumu země dokážou nahradit terénní měření struktury lesa, a že výrazně levnější fotogrametrická SfM metoda dokáže poskytnout údaje o struktuře lesa srovnatelné s dražším laserovým skenováním. Naše výsledky také poukázaly na větší náročnost modelování půdních teplot v lesním podrostu.

• Kašpar V., Hederová L., Macek M., Müllerová J., Prošek J., Surový P., Wild J. & Kopecký M. 2021: Temperature buffering in temperate forests: Comparing microclimate models based on ground measurements with active and passive remote sensing. Remote Sensing of Environment 263, 1 – 10. doi:10.1016/j.rse.2021.112522

Podrost listnatého lesa představuje jemnozrnnou mosaiku teplejších a chladnějších míst. Výskyt různých druhů rostlin v podrostu lesa tuto mosaiku citlivě odráží a botanik zkoumající zákonitosti rozšíření rostlin proto potřebuje podrobné informace o lesním mikroklimatu. V našem článku jsme srovnali různé způsoby, jak tyto klíčové informace získat jak terénním měřením, tak dálkovým průzkumem země.

 

5/ Zákonitosti rozšíření a diverzity rostlin podél gradientu nadmořské výšky

Vztah rostlinné diverzity k nadmořské výšce odráží především klimatické tolerance jednotlivých druhů, ale na formování gradientů diverzity se podílí i další procesy dané prostorovými a evolučně-historickými procesy. Dvě studie autorského kolektivu složeného z členů oddělení GIS a DPZ a z oddělení funkční ekologie využily data z dlouhodobých výzkumných aktivit BÚ v západním Himálaji k přehodnocení základní ekologické hypotézy ohledně rozšíření druhů podél gradientu nadmořských výšek – tzv. elevační Rapoportovo pravidlo, které předpokládá širší rozsah obsazených nadmořských výšek a tudíž větší klimatické tolerance u druhů vyšších poloh) a „mid-domain effect“ (predikující maximum diverzity ve středních nadmořských výškách na základě geometrických zákonitostí). Na příkladu flóry západního Himálaje jsme s využitím pokročilých nulových modelů demonstrovali, že dřívější testy obou ekologických hypotéz dostatečně nezohlednily geografické vlivy. Obě zdánlivá pravidla v distribuci rostlin podél gradientu nadmořské výšky tak neodráží reálné nároky rostlin a obě ekologické hypotézy tak musí být zásadně přehodnoceny.

• Macek M., Dvorský M., Klimeš A., Wild J., Doležal J. & Kopecký M. 2021: Midpoint attractor models resolve the mid-elevation peak in Himalayan plant species richness. Ecography 44, 1665 – 1677. doi:10.1111/ecog.05901

• Macek M., Dvorský M., Kopecký M., Wild J. & Doležal J. 2021. Elevational range size patterns of vascular plants in Himalaya contradict Rapoport’s rule. Journal of Ecology : 1-34. doi: 10.1111/1365-2745.13772

 

Strmé gradienty nadmořské výšky, světové výškové maximum výskytu cévnatých rostlin v 6150 m n.m. a relativní nedotčenost činí z himálajského Ladakhu ideální přírodní laboratoř pro výzkum rostlinné diverzity.

 

6/ Mikroklimatické čidlo TMS

Po deseti letech intenzivního vývoje a testování jsme publikovali oficiální popis mikroklimatického čidla TMS. Čidlo TMS umožňuje dlouhodobé měření vzdušné, povrchové a půdní teploty a půdní vlhkosti přímo v podmínkách, které zažívá řada rostlin a živočichů. Vyvinuté čidlo je navíc velmi odolné a umožňuje dlouhodobé měření i v těch nejnáročnějších podmínkách.

Mikroklimatické čidlo TMS svým designem připomíná rostlinu a umožňuje tak měřit vzdušnou a půdní teplotu, stejně jako půdní vlhkost tak jak ji vnímají rostliny.

• Wild J., Kopecký M., Macek M., Šanda M., Jankovec J. & Haase T. (2019) Climate at ecologically relevant scales: A new temperature and soil moisture logger for long-term microclimate measurement. Agricultural and Forest Meteorology 268: 40–47. https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2018.12.018

7/ Obnova smrkového lesa po kůrovcové kalamitě

V poslední době narůstá četnost rozsáhlých a intenzivních narušení (disturbancí) lesních porostů zejména v jehličnatých porostech severní polokoule. I přes intenzivní výzkum stále postrádáme studie, které by dokázaly rozklíčovat jednotlivé obnovné procesy a podpořily tak rozhodování lesníků, kteří jsou odpovědní za jejich obnovu po disturbanci. My jsme sledovali osud více jak 2500 jedinců zmlazení 12 let po velkém narušení lýkožroutem smrkovým, který způsobil odumření stromového patra ve smrkových porostech v jihovýchodním Německu. Naše výsledky překvapivě ukázaly, že největší množství zmlazení se uchytilo právě v průběhu tříletého odumírání stromového patra způsobeného žírem lýkožrouta. Naše studie upozornila na klíčový význam této opomíjené kohorty zmlazení pro obnovu napadeného porostu. Překvapivě byla tato klíčová kohorta zmlazení dosud přehlížena a obecně se soudilo, že klíčovou roli mají jedinci etablovaní již před disturbancí (tzv. advance regeneration). Naše výsledky také odhalily, že často pozorované rozdíly v obnově stromů na různých mikrostanovištích jsou způsobeny diferencovanou mortalitou semenáčků, nikoliv rozdílnou rychlostí jejich růstu. Tyto nové poznatky založené na rozsáhlém a detailním datovém souboru výrazně přispěly k porozumění procesů klíčových pro obnovu lesů po rozsáhlých kůrovcových kalamitách.

Velkoplošný rozpad stromového patra v Bavorském Národním Parku, kde jsme podrobně studovali procesy smrkového lesa po kůrovcové kalamitě.

• Macek M., Wild J., Kopecký M., Červenka J., Svoboda M., Zenáhlíková J., Brůna J., Mosandl R., & Fischer A. (2017) Life and death of Picea abies after bark-beetle outbreak: ecological processes driving seedling recruitment. Ecological Applications, 27, 156–167.