+385 (0)98 324795, +385 (0)98 340497

Modeliranje šumskih zaliha i tokova ugljika te rizika prema budućim klimatskim scenarijima (MODFLUX)

Domaći projekt

PROGRAM: HRZZ Istraživački projekti

STATUS: Aktualan
Početak: 01. velj 2020.
Kraj: 31. sij 2024.
Naručitelj: Hrvatska zaklada za znanost
http://www.hrzz.hr/default.aspx?id=78&pid=8667&rok=2019-04

SAŽETAK:

Klimatske promjene će utjecati na šume, ali alati, koji bi olakšali procjenu rizika i informirano donošenje odluka temeljeno na razumijevanja biogeokemijskih procesa u šumama, trenutno u Hrvatskoj ne postoje. Cilj MODFLUX-a je osigurati okvir za modeliranje u uvjetima klimatskih promjena koji je prilagođen nacionalnim šumskim ekosustavima i okolišnim uvjetima. Pomoću tehnike model-data-fusion (MDF), kroz iterativni i interaktivni proces usporedbe rezultata modela i izmjerenih podataka, kontinuiranog prilagođavanja parametara modela i moguće modifikacije modela, kalibrirat će se i validirati biogeokemijski procesni model Biome-BGCMuSo za glavne nacionalne šumske ekosustave. U MDF-u će se koristiti dva postojeća neovisna skupa podataka, koji će se još dodatno proširiti podacima novih terenskih izmjera. Prvi skup podataka su visokofrekventni podaci o tokovima CO2 prikupljeni metodom vrtložne kovarijance (i.e. Eddy covariance – EC) sa šumske eksperimentalne stanice u Jastrebarskim lugovima koja je u pogonu od 2008. godine. Drugi skup podataka je prostorno-eksplicitna baza podataka o nadzemnim i podzemnim varijablama šumskih ekosustava (i.e. prirast drvne biomase dobiven analizom drvnih izvrtaka, zalihe ugljika u stelji i tlu, biomasa sitnog korijena) prikupljenih na 250 ploha raspoređenih u kontinentalnoj, alpskoj i mediteranskoj biogeografskoj regiji Hrvatske. Primjenom postojećih scenarija buduće klime kalibrirani model će poboljšati mogućnosti procjene utjecaja klimatskih promjena na različite tipove šuma u Hrvatskoj. Procijenjene promjene u zalihama ugljika u tlu, dobivene kroz MODFLUX, biti će na raspolaganju u izvješćivanju o emisijama stakleničkih plinova u Hrvatskoj. Procjenom rizika od šumskih požara u uvjetima buduće klime, MODFLUX će omogućiti donositeljima odluka i široj javnosti uvid u očekivani budući rizik od požara u šumama bogatim dijelovima Hrvatske koji trenutno nisu pogođeni šumskim požarima. Unaprjeđenje postojeće EC stanice osigurat će nastavak međunarodno jedinstvenog istraživanja tokova CO2 u poplavnim šumama hrasta lužnjaka. Rezultati projekta biti će objavljeni u časopisima visokog odjeka, a podaci prikupljeni u okviru projekta bit će uvršteni u otvorene znanstvene baze podataka.

Istraživačke aktivnosti

Istraživačka stanica za praćenje tokova ugljičnog dioksida (CO2) između šume i atmosfere

Mjerna stanica za praćenje tokova CO2 započela je s mjerenjima 21. rujna 2007. godine i od tada kontinuirano mjeri i pohranjuje podatke o neto izmjeni CO2 između šume i atmosfere. Izmjera se temelji na mikro-meteorološkoj metodi kovarijance turbulentnih vrtloženja kovarijance (engl. Eddy-covariance – EC) i stanica je registrirana u mreži European flux network pod akronimom HR-Jst (45°37’10’’ N, 15°41’16’’ E). Mjernom stanicom se utvrđuje neto izmjena CO2 u ekosustavu – NEE (prema engl. Net Ecosystem Exchange) između šume i atmosfere. Vrijednosti NEE su negativnog predznaka kada je količina ugljika koji je fotosintezom uklonjen iz atmosfere (i ugrađena u biomasu ekosustava) veća od količine ugljika koji je uslijed respiracije ispuštena u obliku CO2 natrag u atmosferu.

U okviru znanstveno-istraživačkog projekta MODFLUX krajem 2021. g. provedena je opsežna obnova mjerne stanice uz vrijednost investicije od približno 400.000 kn. Pri tom su zamijenjeni dotrajali senzori, sustav pohrane podataka i montiran je novi solarni sustav. Neki od novih mjernih instrumenata na vrhu mjerne stanice (anemometar i CO2/H2O analizator, senzor sunčevog zračenja i termometri) nabavljeni u sklopu obnove EC stanice sredstvima projekta MODFLUX mogu se vidjeti na slikama (niže).

Stup istraživačke EC stanice na kojoj su postavljeni novi mjerni uređaji nabavljeni u slopu projekta s novim solarnim sustavom napajanja.

 

Novi analizator CO2 & H2O s 3D anemometrom (lijevo) i osjetnici temperature i relativne vlažnosti zraka (desno).

 

Modeliranje tokova i zaliha ugljika u šumama modelom Biome-BGCMuSo

Biome-BGCMuSo (BBGCMuSo) je nova varijanta dobro poznatog procesnog modela Biome-BGC (Running & Hunt 1993). Njegovo glavno poboljšanje je višeslojni pod-model tla koji omogućuje točniji prikaz profila tla s obzirom na teksturu i gustoću tla, što može doprinijeti poboljšanju simulacije ugljika i protoka vode (Hidy i dr. 2016). U okviru projekta MODFLUX provodi se unapređenje kalibracije i validacije modela uz korištenje podataka izmjera na EC stanici (gore) i korištenjem niza drugih podataka prikupljenih ili izmjerenih u okviru projekta (npr. zaliha ugljka u tlu na gotovo 300 ploha diljem Hrvatske, provedene laboratorijske analize sadržaja ugiljika u listu, plodovima i drvetu za različe vrsta drveća, prirasti stabla itd.). Fokus je na modeliranju kretanja zaliha ugljika u tlu. Prvi rezultati objavljeni su u radu suradnika na projektu (Ostrogović Sever i dr. 2021).

 

Nove prijetnje i rizici za šume

U okviru projekta MODFLUX predviđeno je istraživanje povećanja rizika šumskih požara povezanog porastom temperature i suše uslijed klimatskih promjena, te širenje štetnika poput hrastove mrežaste stjenice (Corythucha arcuata, Say). Opasnost od požara ocjenjuje se pomoću FWI (Fire Weather Index) indeksa opasnosti od šumskog požara. U suradni s Državnim hidrometeolološkim zavodom Republike Hrvatske (DHMZ) provedena je analizom povijesnih podataka meteorolških mjerenja u u razdoblju 1961-2020 te je primjetan značajan porast rizika od požara (slika niže).

Indeks opasnosti od šumskog požara (FWI) za razdoblje 1991.-2020. značajno je porastrao u odnosu na razdoblje 1961.-1990. u svim dijelovima Hrvatske.

 

Širenje hrastove mrežaste stjenice (Corythucha arcuata, Say), štetnika koji se od 2013. godine širi hrastovim šumama Hrvatske (Hrašovec i dr. 2013) istraživano je u okviru projekta MODFLUX, a rezultati su objavljeni u znanstvenom radu Kern i dr. (2021). Invazivni štetnici negativno utječu na rast stabala, a jedan od dramatičnih primjera je izostanak uroda žira hrasta kitnjaka kojem je mrežasta stjenica vjerojatno doprinijela. Sisanjem sokova lista stjenica oštećuje list i time smanjuje sposobnost fotosinteze što za izravnu posljedicu ima smanjeno upijanja CO2 iz atmosfere i što bi se moglo primijetiti i na izmerama koje se provode Jastrebarskim lugovima u okviru EC stanice. Iako je najpouzdaniji način utvrđivanja prisutnosti stjenice njeno evidentiranje na terenu, pravi razmjeri i intenzitet štete najbolje se mogu pratiti pomoću satelitskih snimki. Korištenjem satelitskih snimki osjetnikom MODIS mapirali smo širenje hrastove mrežaste stjenice u Hrvatskoj i utvrdili vjerojatnu nultu točku njenog dolaska u Hrvatsku.

Mapiranje širenja hrastove mrežaste stjenice pomoću satelitskih snimki MODIS utvrđena je vjerojatna ishodišna točka širenja stjenice – odmorište Spačva na autocesti A3.

 

Novi smjerovi istraživanja

Mrtvo drvo važna je strukturna komponenta šumskog ekosustava (Harmon i dr. 1986) sa dvije značajne uloge u vrijeme klimatskih promjena: promicanje bioraznolikosti šume (Humphrey i dr. 2004) i pohranjivanje ugljika (Pan i dr. 2011). Prema UNFCCC-u i EU regulativama mrtvo drvo kategorizirano je kao jedno od pet pohraništa ugljika u šumskom ekosustavu (IPCC 2006) za koje je obavezno izvješćivanje o zalihama i promjenama zaliha ugljika u sklopu nacionalnih izvješća o inventaru stakleničkih plinova. Kako bi se izračunala zaliha ugljika u mrtvom drvu, potrebni su faktori konverzije mrtvog drva po stupnjevima raspadanja: gustoća i koncentracija ugljika. U okviru projekta MODFLUX provedeno je uzorkovanje mrtvog drva na 10 vrsta drveća u tri biogeografske regije Hrvatske: kontinentalnoj, alpinskoj i mediteranskoj. Rezultati istraživanje moći će se koristiti pri obračunu zaliha ugljika u mrtvom drvu u budućim nacionalnim izvješćima o inventaru stakleničkih plinova Republike Hrvatske.

Stupnjevi raspadanja mrtvog drva (Pinus pinaster Aiton) redom od prvog do čevrtog stupnja raspadanja
Diseminacija

Znanstveni radovi

Kern, A., Marjanović, H., Csóka, G., Móricz, N., Pernek, M., Hirka, A., Matošević, D., Paulin, M., Kovač, G., 2021. Detecting the oak lace bug infestation in oak forests using MODIS and meteorological data. Agricultural and Forest Meteorology 306, 108436. https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2021.108436

Ostrogović Sever, M. Z., Barcza, Z., Hidy, D., Kern, A., Dimoski, D., Miko, S., Hasan, O., Grahovac, B., Marjanović, H., 2021. Evaluation of the terrestrial ecosystem model Biome-BGCMuSo for modelling soil organic carbon under different land uses. Land (Basel) 10 (9), 968-968. https://doi.org/10.3390/land10090968

Nussbaumer, A., Gessler, A., Benham, S., de Cinti, Bruno., Etzold, S., Ingerslev, M., Jacob, F., Lebourgeois, F., Levanic, T., Marjanović, H. et al., 2021. Contrasting resource dynamics in mast years for European beech and oak — a continental scale analysis. Frontiers in Forests and Global Change 4, 689836. https://doi.org/10.3389/ffgc.2021.689836

 

Izlaganja na znanstvenim skupovima

Ostrogović Sever, M. Z., Dimoski, D., Anić, M., Marjanović, H., 2021. Forest fine root biomass and soil CNP stoichiometry across three different biogeographical regions in Croatia. EGU General Assembly 2021, online, 19–30 Apr 2021, EGU21-13723. https://doi.org/10.5194/egusphere-egu21-13723

Bitunjac, D., Ostrogović Sever, M. Z., Sever, K., Marjanović, H., 2022. Coarse woody debris density and elemental components by decay classes for ten tree species in Croatia. EGU General Assembly 2022, Vienna, Austria/online, 23–27 May 2022, EGU22-11298. (pdf) https://doi.org/10.5194/egusphere-egu22-11298

Alberti, G., 2022. Linking tree species richness and functional diversity to the carbon cycle in the context of climate change. Natural resources, green technology and sustainable development/4-GREEN2022, Zagreb, Croatia, 14–16 September 2022. (pdf)

Marjanović, H., Anić, M., 2022. Challenges in long term monitoring CO₂ fluxes: The case of Jastrebarsko oak forest. Natural resources, green technology and sustainable development/4-GREEN2022, Zagreb, Croatia, 14–16 September 2022. (pdf)

Bitunjac, D., Ostrogović Sever, M. Z., Sever, K., Marjanović, H., 2022. Density and carbon concentration of downed dead wood by decay classes for ten tree species in Croatia. Natural resources, green technology and sustainable development/4-GREEN2022, Zagreb, Croatia, 14–16 September 2022. (pdf)

Kern, A., Dobor, L., Hollós, R., Marjanović, H.,  Torma, C. Z., Kis, A., Fodor, N., Barcza, Z., 2022. Climate data for 1951–2100 for scientific, societal and policy purposes in Central Europe: the FORESEE database. Natural resources, green technology and sustainable development/4-GREEN2022, Zagreb, Croatia, 14–16 September 2022. (pdf)

Merganičová, K., Merganič, J., 2022.  Modelling ecosystem dynamics under changing environmental conditions. Natural resources, green technology and sustainable development/4-GREEN2022, Zagreb, Croatia, 14–16 September 2022. (pdf)

Ostrogović Sever, M. Z., Bitunjac, D.,  Marjanović, H., 2022. Soil organic carbon modelling in Croatia: needs and challenges. Natural resources, green technology and sustainable development/4-GREEN2022, Zagreb, Croatia, 14–16 September 2022. (pdf)

 

Predstavljanja u medijima

Marjanović, H., 31.03.2022. Emisija “Klimatska budućnost”, N1 televizija. https://hr.n1info.com/video/n1-info/n1-klimatska-buducnost-31-3-2022/