Marcisz Katarzyna

Tytuł projektu

Badanie zaburzeń plantacji leśnych z wykorzystaniem wysokorozdzielczych badań paleoekologicznych i dendrochronologii

Źródło finansowania

Narodowego Centrum Nauki (konkurs Sonata 16) 2020/39/D/ST10/00641

Czas trwania

16.07.2021-15.07.2025

Zespół badawczy

  • Kierownik: prof. dr hab. Katarzyna Marcisz
  • Pracownicy WNGiG:
    • prof. dr hab. Mariusz Lamentowicz
    • dr hab. Piotr Kołaczek, prof. UAM
    • dr Paweł Matulewski
    • dr hab. Michał Jakubowicz
    • Małgorzata Suchorska
  • Doktoranci UAM:
    • mgr inż. Mariusz Bąk
    • mgr Daria Wochal
    • mgr Adrian Sitarz
    • mgr Dominika Jaster
  • Studenci UAM:
    • MSc JayTipton
  • Współpraca krajowa:
    • dr hab. Dominik Kopeć
    • mgr Martyna Wietecha (Uniwersytet Łódzki, MGGP Aero)
    • nadl. Stefan Konczal (Nadleśnictwo Woziwoda)
    • dr Jan Barabach (Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu)
  • Współpraca międzynarodowa:
    • dr Dmitri Mauquoy (University of Aberdeen, Wielka Brytania)
    • dr Thomas Theurer (University of Aberdeen, Wielka Brytania)

Fundusze

801 306 PLN

Streszczenie

Motywacja podjęcia tematu badań

Zmiany klimatu wpływają na ekosystemy na całym świecie, manifestując się podwyższoną temperaturąi niskimi opadami. W rezultacie tych zmian obserwujemy częstsze występowanie zdarzeń katastroficznychna świecie, na przykład susz, fal ciepła, pożarów czy powodzi. Wśród tych zdarzeń szczególnieważne są badania aktywności pożarowej, ponieważ częstotliwość występowania pożarów w ciągu roku zwiększyłasię znacząco w ostatnich 40 latach, a pożary występują częściej także na obszarach, na których wcześniejnie występowały. Jednym z takich obszarów jest teren Nizin Środkowoeuropejskich na którym w ostatnichdziesięcioleciach częściej obserwowane są zdarzenia katastroficzne.

Wiele lasów zlokalizowanych w obrębie Nizin Środkowoeuropejskich zostało zamienionych na monokulturyktórymi można w łatwy sposób zarządzać i pozyskiwać drewno dzięki jednolitemu drzewostanowi. Takakompozycja lasu powoduje, że monokultury są bardziej podatne na różnego rodzaju zaburzenia: pożary,silne wiatry czy gradacje szkodników. W związku z tym, że drzewa akumulują dwutlenek węgla, pożary lasówmają negatywny wpływ na zmiany klimatu, ponieważ pożar drzew prowadzi do zwiększonych emisji węglado atmosfery. Innymi ważnymi zbiornikami węgla są torfowiska, które gromadzą aż 1/3 węgla organicznego.Zaburzenie balansu wodnego torfowisk powoduje ich osuszanie, a suche torfowiska są bardzo podatnena pożar torfu. Z tego względu, duże kompleksy leśne w obrębie których zlokalizowane są torfowiskasą szczególnie istotne dla globalnego obiegu węgla. Monokultury Nizin Środkowoeuropejskichi zlokalizowane na ich terenie torfowiska są więc zagrożone przez globalne ocieplenie, dlatego rozpoznanienaturalnych i obecnie występujących reżimów pożarowych w tych lasach jest szczególnie ważne dlaodpowiedniego nimi gospodarowania oraz ustalenia strategii ochrony.

Torfowiska są szczególnie ważne w rekonstrukcjach przeszłych zmian środowiska, ponieważ torf zawierainformację o zmianach roślinności, stosunków wodnych, akumulacji węgla, aktywności pożarowej i wpływieczłowieka. Porównanie informacji uzyskanej na bazie różnych wskaźników pozwala na dokładniejsząrekonstrukcję złożonych relacji między różnymi komponentami ekosystemu i zgłębić interakcje pomiędzyklimatem, człowiekiem i środowiskiem. Obecnie wiedza na temat przeszłej aktywności pożarowej w Polscejest niska, zwłaszcza na obszarach monokultur. Rozpoznanie naturalnych reżimów pożarowych na terenachobecnych plantacji i zdefiniowanie czy/jak się one zmieniały po ustanowieniu monokultur jest niezbędna, abyzaproponować odpowiednie ścieżki ochrony przyrody i stosowne praktyki zarządzania lasem. Wiedzaodnośnie dawnych reżimów pożarowych obejmuje informacje o punkcie krytycznym, w którym to las traciswoją odporność i może ulec zapłonowi, a także o zakresie spowodowanych pożarem szkód.

Działania podjęte w projekcie i uzyskane wyniki

Projekt skupia się na analizie historii rozwoju dwóch monokultur sosnowych (Pinussylvestris) w Polsce: Puszczy Noteckiej i Borów Tucholskich. Przeanalizowaliśmy rdzenie torfowe pobrane z kilku torfowisk: Okoniny, Jezierzba i Stawek w Borach Tucholskich oraz Miały i Bagno Chlebowo w Puszczy Noteckiej.

Wykonaliśmy wielowskaźnikowe analizy paleoekologiczne(w tym rekonstrukcję składu roślinnego, zmian hydrologicznych, aktywności pożarowej, akumulacji węgla)w wysokiej rozdzielczości próbkowania w połączeniu z analizą dendrochronologiczną. Przeanalizowaliśmy różnorodne aspekty aktywności pożarowej oparte o wysokiej rozdzielczości analizy węgli,aby zrekonstruować lokalne i ekstra-lokalne wzorce pożarowości,rozpoznać odpowiedź lokalnych warunków hydrologicznych i roślinności torfowisk na pożary lasów,określić inne formy zaburzeń, które mogły wpływać na kondycję lasów i torfowisk, np. gradacje szkodników czy wylesianie,a także wykorzystaliśmy danedendroekologiczne i geochemiczne (analizy izotopów neodymu) do uszczegółowienia danych paleoekologicznych.

Dzięki współpracy z Nadleśnictwami Woziwoda i Tuchola w Borach Tucholskich, w ramach realizowanego tam projektu norweskiego (nr. MFEOG.07.02.01-50-0028/21-00, kierownicy: Stefan Konczal, Mariusz Lamentowicz) dane paleoekologiczne z torfowiska Okoniny/Jezierzba (artykuł Bąk et al. 2024) zostały włączone do dokumentacji projektowanego Rezerwatu „Torfowisko Jezierzba”, który został utworzony w grudniu 2024 roku.

Ponadto, uzyskane wyniki pogłębią wiedzę o tym w jaki sposób istotne zmiany w gospodarowaniu lasem wpływająna odporność lasów na zaburzenia. W ramach naszych działań, we współpracy z kolegami z University of Aberdeen,wykonaliśmy pierwsze w Polsce rekonstrukcjeintensywności pożarowej z wykorzystaniem spektroskopii Ramana (Marcisz i in. w recenzji) a także wykorzystaliśmy izotopy neodymu do rekonstrukcji lokalnych zaburzeń torfowisk (Marcisz i in. 2023, Bąk i in. w recenzji). Zintegrowaliśmy też wysokiej rozdzielczości wyniki paleoekologiczne z rdzenia torfowego z danymi dendrologicznymi sosny zwyczajnej (Bąk i in. 2024).

Badania realizowane w projekcie będą podstawą dysertacji doktorskiej Mariusza Bąka, a część wyników wejdzie także w skład dysertacji doktorskich Darii Wochal i Adriana Sitarza. Na podstawie danych uzyskanych w projekcie prace magisterskie obronili Daria Wochal, Adrian Sitarz i JayTipton.

Publikacje wynikające z projektu

Opublikowane

Bąk M., Lamentowicz M., Kołaczek P., WochalD., Matulewski P., Kopeć D., Wietecha M., Jaster D., Marcisz K., 2024. Assessing the impact of forest management and climate on a peatland under Scots pine monoculture using a multidisciplinary approach. Biogeosciences 21, 5143-5172.

Marcisz K., Bąk M., Kołaczek P., Lamentowicz M., Wochal D., 2024. Historia lasu i mokradeł zapisana w torfowiskach (The history of forest and wetlandsrecorded in peatlands [in Polish]), in: Lamentowicz, M., Konczal, S. (Eds.), Jak chronić torfowiska w lasach? (How to protect peatlands in the forest? [in Polish]). ArchaeGraph, Łódź, pp. 29-45.

Matulewski P., Jaster D., 2024. Zastosowanie dendrochronologii w badaniach klimatycznych i ekologicznych (The use of dendrochronology in climatic and ecologicalstudies [in Polish]), in: Lamentowicz, M., Konczal, S. (Eds.), Jak chronić torfowiska w lasach? (How to protect peatlands in the forest? [in Polish]). ArchaeGraph, Łódź, pp. 46-62.

Marcisz K., Belka Z., Dopieralska J., Jakubowicz M., Karpińska-Kołaczek M., Kołaczek P., Mauquoy D., Słowiński M., Zieliński M., Lamentowicz M., 2023. Navigating the limitations, assumptions and conceptual pitfalls of Nd isotope research on peatlands: Reply to the comments of Le Roux et al. (2023) on ‘Neodymium isotopes in peat reveal past local environmental disturbances’ by Marcisz et al. (2023). Science of The Total Environment 898, 165398.

Marcisz K., Belka Z., Dopieralska J., Jakubowicz M., Karpińska-Kołaczek M., Kołaczek P., Mauquoy D., Słowiński M., Zieliński M., Lamentowicz M., 2023. Neodymium isotopes in peat reveal past local environmental disturbances. Science of The Total Environment 871, 161859.

Marcisz K., Feurdean A., Grondin P., Słowiński M., 2022. Editorial: Lessons from the past: Linking the paleofire record and fire management in the context of a warming world. Frontiers in Ecology and Evolution 10.

Marcisz K., Czerwiński S., Lamentowicz M., Łuców D., Słowiński M., 2022. How paleoecology can support peatland restoration. Past Global Changes Magazine 30, 12-13.

Łuców D., Lamentowicz M., Kołaczek P., Łokas E., Marcisz K., Obremska M., Theuerkauf M., Tyszkowski S., Słowiński M., 2021. Pine Forest Management and Disturbance in Northern Poland: Combining High-Resolution 100-Year-Old Paleoecological and Remote Sensing Data. Frontiers in Ecology and Evolution 9.

Lamentowicz M., Chojnicki B.H., Marcisz K., Słowiński M., Kołaczek P., Kotowski W., 2021. Znaczenie torfowisk dla bilansu węgla w lasach w kontekście globalnego ocieplenia i kryzysu ekologicznego, in: Tomaszewski, D., Jagodziński, A.M. (Eds.), Drzewa i lasy w zmieniającym się środowisku. Bogucki Wydawnictwo Naukowe, Poznań, Kórnik-Poznań, pp. 35-57.

W recenzji

Bąk M., Lamentowicz M., Kołaczek P., Wochal D., Jakubowicz M., Andrews L., Marcisz K., w recenzji. 20th-century ecological disasters in central European monoculture pine plantations led to critical transitions in peatlands. EGUsphere 2025, 1-44.preprint.

Wochal D., Marcisz K., Barabach J., Bąk M., Lamentowicz M., w recenzji. The Fen that Vanished: The Untold Story of Drainage and Peat Extraction in BagnoChlebowo Peatland with Implications for Nature Conservation. preprint.

Marcisz K., Bąk M., Lamentowicz M., Kołaczek P., Theurer T., Matulewski P., Mauquoy D., w recenzji. Critical transitions in peatland functioning as a response to land and forest management – An interplay between fire activity, local communities and governmental policy.

Tipton J., Marcisz K., Łuców D., Obremska M., Lamentowicz M., w recenzji. Utilizing testate amoebae as key indicators of critical transitions in historical forest management: a case study of Scots pine monoculture.