Za využití moderních geoinformatických metod byly vytvořeny rekonstrukční mapy využití krajiny. Na základě těchto map bylo každé období popsáno z pohledu struktury a využití krajiny se zřetelem na potenciálně existující hraniční a přechodové prvky krajiny. Velkou roli zde hrála kvalita kartografických podkladů a jejich interpretace při tvorbě rekonstrukčních map. Rekonstrukční mapa z období I. vojenského mapování nebyly zahrnovány do prostorových analýz z důvodů nepřesnosti v geometrii mapy. Byly však využívány relativní hodnoty sledovaných parametrů využití krajiny.
Území povodí Trkmanky bylo v posledních cca 250 letech zachyceno jako intenzívně zemědělsky využívaná krajina s převahou orných půd, téměř rovnoměrným rozmístěním travních porostů, vysokým zastoupením trvalých kultur a lesy ve vyšších nadmořských výškách. Travní porosty se více nacházely v okolí vodních toků a v zamokřených polohách. V krajině byl vysoký podíl rybníků, soustředěných především do niv vodních toků. Následující vývoj směřuje k vyššímu zastoupení orné půdy, snížení ploch lesů a vodních ploch a postupnému nárůstu zastavěných ploch.
Kolísání zastoupení orných půd reflektuje společenské tlaky na zemědělskou produkci, rozšíření trvalých kultur – vinic, sadů a zahrad – odráží poptávku, technické a společenské poměry. Snižující se podíl travních porostů vypovídá o zvyšujícím se tlaku na zornění území.
Nejhorší situace v povodí Trkmanky nastala ve druhé polovině 20. století, ve sledovaných časových horizontech let 1953 a 1995. Krajina nesla stopy socialistického obhospodařování, poměr kategorií využití krajiny ani struktura krajiny nebyla optimální. Z výsledků posledních dvou časových horizontů z roku 2001 a 2008 však vyplývá mírné zlepšení.
Jako srovnávací báze byla vytvořena mapa potenciální přírodní vegetace se sítí přirozených ekotonů (konvergentních a divergentních hranic mezi společenstvy) a mapa současného stavu území. Typy aktuální vegetace, resp. plochy rozmanitého využití krajiny, jsou v rámci území většinou v závislosti na reliéfu rozmanitě rozmístěny a strukturovány – od jednoduché velkoplošné mozaiky po mozaiku maloplošnou a pestrou. Tím je i velmi rozmanité rozložení sítě ekotonů, její hustota a kvalita. Srovnávací bází pro pochopení rozmístění ploch rozdílného využití je mapa potenciální vegetace, rozlišující homogenní přírodní krajinné jednotky, vyznačující se určitým ekotopem a na něj vázanou určitou potenciální biotou. Při tvorbě bylo akceptováno pojetí geobiocenologické (Zlatník 1976, Buček, Lacina 1999) s přihlédnutím k pojetí geobotanickému (Neuhäuslová, Moravec 1997). Současně byly zohledněny antropogenně podmíněné ireverzibilní změny ekotopu. Je totiž nesporné, že dokonce už do postglaciálního vývoje vegetace významně zasáhl v převážné části zkoumaného povodí neolitický zemědělec.
Hranice mezi přírodními krajinnými jednotkami jsou rozdílného významu a odpovídají kontrastu parametrů jmenovaných složek u sousedících jednotek. Tyto přírodní hranice jsou různou měrou sledovanými rozhraními ploch různého využití právě podle významnosti těchto hranic. Lze předpokládat, že optimálně funkční a setrvalé ekotony probíhají po linii stabilních hranic jednotek využití krajiny.
V popisech stavu krajiny v jednotlivých časových etapách byl podán detailní popis, typologie a prostorová stabilita ekotonů v kontextu celkové krajinné struktury. Tímto přístupem autoři podchytili stabilitu území napříč prostorem a časem ve sledovaném období (1764–2008).
Mezi jednotlivými mapami (časovými horizonty) byly provedeny analýzy změn v kvalitativním a kvantitativním využití krajiny v celém sledovaném časovém období (1764 – 1836 – 1876 –1920 – 1953 – 1995 – 2007). Zjištěné změny byly kvalifikovány a kvantifikovány z hlediska biodiverzity i fyzickogeografických podmínek.
Prostorovými analýzami ploch jednotlivých kategorií byly identifikovány stabilní plochy lesů, orných půd, travních porostů, vinic a vodních ploch. Identifikované plochy (s hodnotou 7) byly stejně využívané po celé sledované období.
Plocha 4 468,8 ha byla lesní plochou ve všech sledovaných časových horizontech (1836–2008). Relativně nízké rozlohy lesních ploch s nižším počtem vypovídají o vysoké stabilitě ploch lesů. Orné půdy se stabilně vyskytovaly na výměře 10 034 ha. Rozšířeny jsou po celém území povodí. Téměř každá plocha (s výjimkou lesních ploch) byla v průběhu sledovaného období ornou půdou. Analýzy prostorové stability travních porostů vykazují nízké hodnoty z důvodu velmi malé rozlohy, ale především vlivem prostorových změn – migrace poloh. Stabilní plochy travních porostů, setrvávajících na stejné lokalitě po celé sledované období, se vyskytují na výměře pouhých 9,66 ha. Rozloha stabilních ploch vinic je 234 ha a nejvíce se nacházejí v osvědčených lokalitách na jižních svazích ve specifických půdních a klimatických podmínkách v okolí vinařských obcí. Vodní plochy jsou z časoprostorového hlediska velmi nestabilním krajinným prvkem. Přispívá k tomu jednak výrazná změna rozlohy vodních ploch ve sledovaném období a také poměrně nízké zastoupení v krajině. Stabilní vodní plochy, tj. lokality, jež byly vodní plochou ve všech sledovaných časových horizontech, mají rozlohu 0,01 ha. V šesti obdobích byly vodní plochy zjištěny na ploše 0,14 ha, v pěti obdobích pak na ploše 0,24 ha.
Z výsledků analýz byly stanoveny koeficienty ekologické stability (ES) a perzistence ploch na pozadí přírodních krajinných jednotek. Jde o hodnocení prostorových změn, založené na metodě využití přechodové matice, která zachycuje změny. Právě tyto analýzy poskytnou zásadní informace o stavu krajiny, místech výrazných krajinných změn a naopak o regionech či prostorech a lokalitách méně dotčených, tedy časově stabilních, příp. umožní modelování primární krajinné struktury pro posouzení celkové změny krajiny v období působení antropických aktivit. Výpočet koeficientu ekologické stability KES_Míchal podle Míchala (1984).
Analýzou liniových hraničních struktur v celém sledovaném časovém období (1764–2008) byly zjištěny jejich morfometrické parametry (početnost, tvar, plocha, obvod, délka, orientace, křivost, hustota, sousedství aj.) a jejich vztah k parametrům přírodních krajinných jednotek a jejich hranic a faktory procesů v nich probíhající (propustnost, časová a prostorová stabilita) (Hansen, Risser, di Castri 1992).
Pro zkoumané časové horizonty povodí Trkmanky byly vyjádřeny krajinně-ekologické indexy. Z výsledků vyplývá lepší stav krajiny v počátečních obdobích sledování s výjimkou indexu počtu plošek NP.
Zvyšuje se počet plošek (index NP), klesá velikost krajinných plošek s výjimkou orných půd a ostatních ploch (index MPS), převažují podlouhlé tvary krajinných plošek (index MSI) spíše přírodních tvarů krajinných plošek (index MFRACT). Nejvyšší hodnotu indexu MFRACT, tzn. vyšší tvarovou heterogenitu, mají travní porosty, následovány překvapivě ornými půdami, a zastavěnými plochami. Nejnižší hodnoty vykazují lesy, což je způsobeno geometrickými tvary lesních porostů.
Z vývoje indexů hran vyplývá, že nejfrekventovanější hranou jsou v povodí Trkmanky okraje nezpevněných cest a okraje orné půdy. Nejdelší hranice v území povodí Trkmanky tvoří nezpevněné cesty, tj. polní a lesní cesty, s nejvíce plošně zastoupenými kategoriemi, ornou půdou, lesy a v počátku sledovaného období také travními porosty. Nejvyšší hodnoty indexu ED a nejvyšší hustotu v území vykazují v téměř všech časových horizontech nezpevněné cesty a orná půda.
Z vývoje Shannonova indexu rozmanitosti SDI je patrná vyšší diverzita krajiny v období I. a II. vojenského mapování (1764 a 1836), podle Shannonova indexu rovnováhy SEI byla krajina povodí Trkmanky v nejlepším stavu opět v nejstarších posuzovaných obdobích. Index dominance D nabývá v obdobích 1876 až 2001 vyšších hodnot, čímž potvrzuje nižší různorodost krajinných plošek. Trend vývoje ukazuje na zlepšující se situaci.
Analýzou ve všech časových horizontech byly získány jedinečné a zcela nové informace o ekotonech, jejich vývoji a vlastnostech, a také struktuře a vývoji studovaného území. Významná a v České republice neobvyklá je i dlouhá časová posloupnost sledovaných změn na poměrně velkém území. Dopady změn velikosti a heterogenity ploch krajinné mozaiky se projevily změnou hustoty, struktury a heterogenity ekotonů na pozadí přírodních krajinných jednotek a jejich rozhraní.
Provedené analýzy časové a prostorové heterogenity a variability ekotonů a struktury území (persistence ploch, druhotná krajinná struktura) jsou popsány v kapitole Zájmové území a bohatě dokumentovány na CD. Tyto výsledky posloužily pro pozdější diferenciaci typů ekotonů.
Při porovnání persistence ploch jednotlivých kategorií využití krajiny v časových horizontech 1876 až 2008 je patrný výrazný rozdíl mezi stabilními kategoriemi, které zůstávají alespoň přibližně stejné (tj. orná půda a lesy, včetně zastavěných ploch) a mezi složkami dynamickými, u kterých rozsáhlejší stabilní plochy nejsou (travní porosty, vodní plochy). Nejvyšší hodnoty indexu změny mají vodní plochy, jejichž časoprostorová labilita je daná kolísáním rozlohy s vymizením původních rybníků. Hodnoty indexu změny se pohybují v rozmezí 96,6 až 99,5. Druhou kategorií jsou travní porosty. Nejnižší hodnoty indexu změny pak mají časoprostorově stabilní kategorie, tj. lesy a orná půda.
Celkem bylo na území Trkmanky zjištěno 14 474 ha stabilních ploch výše uvedených kategorií využití krajiny, což představuje 38,65 % území povodí Trkmanky. Převažující podíl tvoří orné půdy (téměř 70 %), lesy necelou třetinu. Vinice tvoří 1,5 % stabilních ploch, travní porosty společně s vodními plochami mají podíl nižší než 1 %.
Vysokou stabilitu vykazují také zastavěné plochy, kterým ale nebyla věnována pozornost. Stabilní plochy zemědělských i lesních ploch se vyskytují ve volné krajině, v okolí sídel se využití krajiny více mění.
Rozhraní, jež byla podrobena terénnímu výzkumu, byla také analyzována z hlediska časoprostorové stability. Z výsledků vyplývá, že hranice krajinných složek jsou stabilními krajinnými prvky.
Ze stručného nástinu typů současné krajiny povodí Trkmanky vyplývá, že i z hlediska zastoupení, rozložení a kvality liniových společenstev (ekotonů) je tato kulturní krajina velmi rozmanitá. Stav vyhovující až velmi dobrý je z tohoto hlediska ve čtyřech typech zemědělsko-lesní a lesní krajiny, zaujímajících třetinu povodí (33,1 %). V převažujících dvou třetinách povodí, tedy ve čtyřech typech zemědělské krajiny a dvou typech urbanizované krajiny je síť liniových společenstev (včetně ekotonů) nejen nedostačující, ale i nekvalitní, neboť v ní převažují krátkodobé ruderalizované až ruderální linie. Vyskytují se zde sice i druhově bohatá přírodě blízká společenstva, dokonce v rámci ČR výjimečná (halocenózy a některá xerotermní lada), jejich přechody do okolní zorněné krajiny jsou však rovněž ruderalizované.
Analýza prostorových informací o ekotonech a krajinných složkách konfrontovaná s charakteristikou jednotlivých ploch umožnila v syntetické části projektu popsat a definovat nejdůležitější prostorové vazby kategorií využití krajiny, probíhající přes ekotony v závislosti na fyzickogeografických podmínkách konkrétních ploch. Cílem bylo také definovat a kvantitativně vyjádřit vhodný výskyt jednotlivých typů využití krajiny v konkrétních fyzickogeografických podmínkách v daném prostoru. Tuto otázku nelze korektně v tuto chvíli vyřešit, neboť z předkládaných výsledků vyplývá vysoká heterogenita ekotonů a jejich podmínek výskytu. Optimalizace pak nutně odráží i ekonomické aspekty, které se projevují v péči o krajinu (obhospodařování, management apod.) a během pouze tříletého řešení projektu nemohly být plně rozpracovány.
Výsledky analýz morfometrických parametrů a prostorových atributů ekotonů se staly součástí vytvářené znalostní báze, která společně s dalšími faktory a vlivy posloužily pro datové modelování dynamiky ekotonů v prostorových databázích GIS a syntetické vyjádření časoprostorové změny ve speciálních kartografických výstupech.
Kartografická vizualizace prostorových databází dynamiky ekotonů probíhá se zřetelem na spektrum uživatelů. Většina informací, kromě tabelárních vyjádření, má i svou kartografickou vizualizaci heterogenity území. Mapy představují vyjádření kvality, kvantity a hierarchie ekotonů ve zkoumaném prostoru a čase.
Bylo provedeno zhodnocení a navrženo dělení metod kartografické vizualizace hraničních pásem respektující jejich jedinečnost a neostrost hranice v reálných podmínkách. Výsledky představují způsoby návrhu vizualizace ekotonů pomocí fuzzy množin, a z toho odvozené fuzzy modelování výskytu a faktorových analýz výskytu ekotonů.
Došlo k vytvoření metodiky hodnocení kvality a kvantity ekotonů ve vztahu k přirozené diferenciaci krajiny a charakteru hraničních složek kulturní krajiny. Na základě studia ekotonů nejen v povodí Trkmanky byla provedena kvalifikace a kvantifikace časové a prostorové stability hranic krajinných složek.
Na základě terénního biogeografického výzkumu (pořizování fytocenologických snímků na transektech a profilech a mapování vegetace s důrazem na hraniční a okrajové linie) byla získána řada poznatků, zejména:
a) Ve srovnání se sítí hranic přírodních společenstev je síť liniových společenstev (hranic mezi typy aktuální vegetace) v kulturní krajině zpravidla hustší. Do značné míry – a v intenzívně obhospodařované krajině většinou – se však jedná o dočasné linie ruderalizované až ruderální, často bez původních druhů příslušného stanoviště.
b) Nejstálejší síť ekotonů v kulturní krajině tvoří lesní okraje na styku se zemědělskými pozemky. Jejich druhová bohatost je závislá jak na typu stanoviště, tak i – často velmi výrazně – na způsobu a intenzitě hospodaření.
c) Druhová bohatost nemusí být ukazatelem kvality ekotonu. Některé ruderalizované ekotony jsou totiž druhově bohatší než ty, které svým druhovým složením více odpovídají danému stanovišti.
d) Zdaleka ne vždy je ekoton druhově bohatší než sousedící společenstva, jejichž přechodnou zónu tvoří. Zdaleka ne vždy lze v ekotonu najít specifické druhy, které v sousedních společenstvech chybějí. Dá se však říci, že prostředí ekotonů některým druhům více vyhovuje a proto jsou v nich jejich populace početnější. V xerotermních ekotonech jsou to např. kakost krvavý (Geranium sanguineum), hlaváček jarní (Adonis vernalis) a ještěrka zelená (Lacerta viridis), v hygrofilních ekotonech violka vyvýšená (Viola elatior), v ruderálních srdečník obecný (Leonurus cardiaca) apod.
e) V rámci stejné jednotky přírodní potenciální vegetace mohou být i na styku podobných typů aktuální vegetace ekotony různého druhového složení. Tak např. na styku akátiny s xerotermními lady je ekoton druhově chudší (převážně travinný) než na styku xerotermních lad s dubovou pařezinou a to v rámci těchže dřínových doubrav
f) V přirozených lesích lze některá společenstva, která jsou vymezována jako samostaná jednotka přírodní potenciální vegetace považovat za společenstva ekotonová. Jedná se např. o skupinu typů geobiocenů lipo-javorové dubové bučiny, tvořící v nepříliš širokých pruzích na úpatí svahů přechody mezi údolními jasanovými olšinami s javory a typickými dubovými bučinami na vyšších částech svahů.
g) Z výsledků výzkumu na vybraných transektech, vedených přes rozhraní dubový les/bezlesí (zpravidla xerotremní trávníky), kde bylo prováděno sériové fytocenologické snímkování vyplývá, že za ekotony sensu stricto lze považovat pouze ta rozhraní, která jsou doprovázena kolísáním hodnot vybraných proměnných prostředí, příp. počtu druhů v jednotlivých snímcích na určité části transektu.
h) Důležitou součásti výzkumu ekotonů je kromě šetření fytocenologických, též výzkum faunistický. V případě povodí Trkmanky byly na některých transektech a profilech provedeny sběr a rozbory malakofauny. Ukázalo se, že zejména dubové a bukové lesní porosty jsou pro měkkýše málo živným prostředím a proto zde byli nacházeni jen v malém množství, nedostačujícím pro průkaznější vyhodnocení změn této modelové skupiny živočichů v rámci hraničních zón (ekotonů). Lze doporučit, aby kromě fauny měkkýšů byly pro podobné rozbory přibrány i další modelové skupiny živočichů, které jsou obdobně jako měkkýši úžeji vázáni na určitý biotop.
Na základě těchto poznatků byl vytvořen tzv. katalog ekotonů s jejich popisy.
Přestože je struktura vlivů a závislostí velmi složitá, byl vytvořen pokus o hodnocení prostorových vazeb mezi krajinnými složkami a ekotony. Za použití z krajinné ekologie známých a osvědčených metod byl navržen a prakticky otestován expertní systém pro hodnocení krajiny, který na základě několika málo vstupních údajů vypočítává 4 klíčové charakteristiky souběžně se vzájemnou revizí.
Současně byl navržen a rozpracován koncept fuzzy hodnocení příslušností krajinných segmentů k vyšším krajinným strukturám a stanovení biologických vlastností na základě implementace vágních pojmů do numerického modelování.
Výzkum ekotonů umožnil lepší pochopení kauzálních vztahů mezi jednotlivými krajinnými jednotkami, kategoriemi využití krajiny a ekotony, částečně poskytl vizualizaci dění v ekotonech i v dosud nezkoumaných a nepublikovaných souvislostech.
Výzkum potvrdil, že ekotony patří k významným strukturám krajiny, v nichž se zřetelně odráží jak kvalita přírodního prostředí, tak i způsob a intenzita antropických vlivů. Ekotony mohou sloužit jako jeden ze zřetelných indikátorů důsledků lidské činnosti v krajině a proto je žádoucí dále rozvíjet metody jejich výzkumu.
© Katedra geoinformatiky UP Olomouc 2007