Pravilno funkcionisanje stanja lotičkog sistema – metodološki pristup

PFCA Protokol (Proper Function Condition Assessment Protocol) predstavlja brzu standardizovanu istraživačku metodu, relativno jednostavnu za primenu na površinskim vodama svih kategorija za kvantitativno prikupljanje informacija o strukturi riparijalnih zona u cilju procene njihovog ekološkog statusa. Kreiran je u funkciji kvalitativnog ocenjivanja funkcija fizičkih procesa površinskog toka (hidrologije, geomorfologije, stabilnost vegetacije). Metodološkim pristupom komparira se aktuelno stanje sa ekološkim potencijalom područja koje se posmatra, te je stoga primenljiva i na izmenjena vodna tela.

Primenjen na brojnim površinskim tokovima u Americi i Kanadi, a potom i u Evropi, komparativno sa sličnim metodama ili [1] ili u kombinaciji sa fundamentalnim metodama. Na bazi iskustava primene ovog pristupa metoda je ažurirana 2015. godine je predložena verzija, koja bolje povezuje naučne discipline sa praktičnim delom, pojašnjava formulacije i pruža dodatne detalje gde je to primenljivo.

PFCA Protokol predstavlja alat dizajniran za procenu pravilnog fukncionalnog stanja stalnog površinskog toka (i ponirućeg) i povezanih riparijalnih oblasti. Može se koristiti na svim lotičkim ekosistemima. U ovakvoj vrsti analize neophodan je multidisciplinarni tim koji u potpunosti razume atribute i procese koji utiču na funkciju tog sistema. Isto tako, istraživački tim bi trebalo da ima lokalno iskustvo u slivu koji se procenjuje. Ova metodologija predstavlja i dobar alat za komunikaciju sa zainteresovanim stranama [2] i vlasnicima zemljišta u priobalju. Može da pruži standardizovan pristup u razmatranju atributa vezanih za hidromorfologiju, vegetaciju, eroziju i taloženje sedimenta, zemljište, kao i procese koji određuju tok i stabilnost plavnog područja (Tabela 1).

TABELA 1- Fizički atributi i procesi koji deluju na funkcije vodotoka[2]

PFC analiza koristi 17 stavki za ocenjivanje koje su grupisane u tri kategorije: hidrologija, vegetacija i geomorfologija.  Stavke su dizajnirane za ocenjivanje zajedničkih atributa i procesa (Tabela 2, Tabela 3) područja koje se posmatra i riparijalnih zona, a koji svi zajedno treba da omoguće pavilno funkcionalno stanje područja koje se označava kao dobar ekološki status. Ekološki status se ovde determiniše kao stepen sličnosti između postojećih hidroloških, vegetacionih i geomorfoloških karakteristika i ekološkog potencijala priobalja koji se zasniva na fizičkoj i ekološkoj jedinstvenosti. Ponuđeni odgovori:  “Da” – za stavku na obrascu koja pokazuje da atribut ili proces funkcioniše, “Ne” odgovor ukazuje na to da ne funkcioniše, i “N/p” odgovor znači da stavka nije primenljiva.

TABELA 2 – Predložena lista atributa i procesa za lotičke sisteme [3]

TABELA 3 – Stavke koje se ocenjuju u okviru PFCA

U skladu sa naučnom literaturom [4], [5], [6] “prirodne uslove” riparijalnih područja treba definisati u opštim crtama koristeći sledeće karakteristike:

• široki i kontinuirani priobalni koridori, koji zauzimaju rečne obale i aktivno plavno područje, uključujući i više ili manje kontinuirane vegetacione koridore, promenljivih dimenzija i pokrivenosti u zavisnosti od tipa rečnih dolina i prirodnih ograničenja;
• povezivanje vegetacionog koridora sa okolnim visoravnima ili terestričnom vegetacijom;
• sastav vrsta tipičan za biogeografski region i hidrogeomorfološke uslove, koji uključuje samo autohtone vrste i prirodnu regeneraciju;
• dinamične rečne obale sa prirodnom pokretljivošću  usled erozije i taloženja uz prisustvo različitog transportovanog  materijala i geomorfoloških jedinica karakterističnih za rečni režim, i
• bočno i vertikalno povezivanje potpomaže razmenu organizama, materije i energije na različitim prostornim i vremenskim nivoima.

U velikoj meri, ove karakteristike determinišu funkcionisanje priobalnih područja i obezbeđuju ekosistemske usluge. Glavne ekološke funkcije riparijalne zone su da obezbede stanište i utočište za akvatične i terestrične vrste, kako bi se olakšale biološke interakcije u predelu, održanje raznovrsnosti biljnih vrsta, snabdevanje organskih materija za akvatične lance ishrane i kontrolisanje temperature vodotoka. Sve ove funkcije se odnose na dimenzije, uzdužni kontinuitet i strukturu vegetacije priobalnih koridora [4], [7]. Ostale hidrološke i geomorfološke funkcije riparijalne zone koje su takođe od suštinskog značaja za rečne ekosisteme tiču se zadržavanja biljnih izdanaka, smanjenja rečne erozije, filtriranja hranljivih materija, zadržavanja nanosa, prirodno prečišćavanje vode, poplavnog perioda, i infiltracije i prihranjivanja podzemnih voda što je takođe u vezi sa strukturom priobalne vegetacije, veličinom priobalnih koridora i bočnom i vertikalnom povezanošću [8], [9], [5].

SLIKA 1 – Heterogenost mikrostaništa u okviru riparijalne zone

Na kraju, pored već pomenutih funkcija, riparijalni sistemi nude i druge ekosistemske usluge od vitalnog interesa za ljudsko blagostanje, kao što je obezbeđivanje lepote prirode, kulturne inspiracije i osećajnih vrednosti [10] (Slika 1). Ove karakteristike takođe zavise od dimenzija, kontinuiteta, krivudavosti i prirode priobalnih koridora. Ljudski uticaji koji za rezultat imaju regulaciju rečnog toka i zauzimanje vodoplavne zone postepeno utiču na promenu stanja priobalja smanjenjem širine i kontinuiteta riparijalnih koridora, podstičući nenativne vrste, umanjujući prirodnu regeneraciju i ograničavajući bočnu i vertikalnu povezanost [11], [12]. Na osnovu ekoloških principać funkcionisanja rečnog sistema, moguće je proceniti odstupanje trenutnog stanja priobalja (priobalne oblasti) od onih koji odgovaraju prirodnim ili referentnim i uspostavljanje sistema bodovanja za procenu postojeće razlike.

Oceniti hidrološke atribute i procese

Hidrologija je fundamentalni aspekt funkcije toka koji se odnosi na eroziju i transport sedimenta, morfologiju rečnog kanala, rasipanje energije tokom oticanja poplavnih voda, i na sposobnost priobalnih zona da održi stabilnu i adekvatnu vegetaciju. Stavke 1-5 usmerene su na hidrološke osobine i procese koji uslovljavaju zadovoljavajuće stanje za pravilno funkcionisanje priobalnog ekosistema:

• mogućnost vodotoka za izlivanje (plavljenja) pri velikim količinama voda;
• utvrđivanje prisustva dabrovih brana; stabilne dabrove brane (Slika 2 i 3) mogu uticati na povećanu heterogenost akvatičnih staništa, pružajući podršku u razvoju vodoplavne zone reka [13], i mogu ublažiti uticaj slabijih poplavnih talasa na nizvodnim riparijalnim područjima. Nestabilne dabrove brane mogu oslabiti tokom visokih poplavnih talasa, doprinoseći snazi vodenog toka, odnosno mogućnosti za razvoj erozivnih procesa nizvodno i depoziciju sedimenta;
• karakteristike rečnog korita (dimenzije, struktura i profil), koje su u funkciji ocene da li su izbalansirani odnos između karakteristika predela i ekološkog potencijala predmetne lokacije sa krivudanjem rečnog korita, gradijentom i odnosom širine i dubine rečnog toka;
• bočno širenje riparijalne zone. Degradirani lotički sistemi često imaju sužena riparijalna područja kao rezultat gubitka kontakta sa podzemnim vodama, dok njihovo širenje tipičan je indikator oporavka;
• degradacija riparijalnih područja se događa usled uticaja stanja gornjeg toka rečnog sistema ili uticaja šireg drenažnog područja (pribrežja).

Oceniti atribute vezane za vegetacione karakteristike i povezane procese

Stavke od 6-12 se odnose na vegetacione karakteristike i procese koji treba da budu u ispravnom stanju za pravilno funkcionisanje priobalnog područja. Iako je za većinu vodotokova oštećenih upravljačkim aktivnostima potrebna vegetacija za pravilno funkcionisanje, za neke reljefne oblike (na primer, strmine, šljunkovite sprudove) nije. Zato se za mnoge stavke u upitniku, koje se odnose na vegetaciju za ove reljefne oblike, primenjuje odgovor “Not Applicable”, “Nije primenjivo”.

Faktori kao što su tip, uzajamni odnos i brojnost (pokrivenost i gustina) vegetacije u priobalnoj zajednici doprinose funkcionisanju reka i priobalja. Linearna distribucija postojanih vrsta biljnih zajednica rečnih margina je primarni faktor koji utiče na razvoj i zaštitu rečnih obala [8] i rečnih brana (nasipa). Lateralna distribucija vegetacije na priobalnom području determiniše sposobnost područja za prilagođavanje periodima poplava (poplavni talasi) i suša.

Iako su sve navedene stavke usko povezane jedne sa drugima, one predstavljaju različite progresivne faze:

• u stavkama od 6-8 utvrđuje se samo prisustvo, ne i brojnost odgovarajućih biljnih vrsta u priobalnom području, jer je to prvi korak u procesu oporavka;
• stavka 9 predstavlja sledeći logičan razvoj nakon osnivanja vegetacije rečne obale i takođe utvrđuje samo prisustvo (ne i njihovu brojnost) postojanih biljnih zajednica značajnih za oporavak;
• stavka 10 se odnosi na otpornost prethodno opisanih vrsta kao ključnu osobinu za uspostavljanje, ekspanziju i postojanost biljnih zajednica neophodnih za oporavak i održavanje priobalnog područja;
• stavka 11 utvrđuje brojnost vegetacije koja se izražava kao raspored postojanih priobalnih biljnih zajednica i predstavlja poslednju tačku u fazi oporavka jer vegetacija mora prvo da se uspostavi, reprodukuje i formira u dovoljnoj meri kako bi mogle da se zaštite rečne obale, i na kraju
• stavkom 12 se utvrđuje da li postoji adekvatan izvor drvne građe od dostupnih šumskih vrsta, kako bi rečni tokovi mogli pravilno da funkcionišu u budućnosti.

• 

• 

Oceniti geomorfološke atribute i procese 

Stavke 13-17 se bave atributima i procesima vezano za eroziju u depoziciju. Usmerene su na observaciju flivijalne geomorfologije, taloženje sedimenta i energije rečnog toka, i oceni efekata na stanje riparijalnih zona. Ključni koncepti uključeni u ove stavke:

• izbalansiran odnos pokretačkih snaga i snaga otpora,
• dinamička ravnoteža između količine sedimenta koji erozivnim dejstvom dolazi do rečnog korita i mogućnosti reke da taj materijal transportuje,
• mehanizam kojim se energija rasipa unutar toka ili preko plavnih terasa,
• odnosi između oticanja vode na nivou rečnog sliva i protoka vodotoka,
• distinkcija između stepena i intenziteta prirodnih procesa u poređenju sa procesima koji su nastali kao rezultat menadžmenta riparijalnih područja, naročito na nivou rečnog sliva,
• unutrašnji i spoljašnji faktori koji mogu da doprinesu destabilizaciji lotičkog sistema (klizišta, zemljotresi, odroni), i vode ka rapidnim i suštinskim promenama u rečnom koritu (dimenzije, struktura, profil).

• 

• 

Određivanje nivoa funkcionalnog stanja

Sumarnom analizom prethodno ocenjenih stavki riparijalno područje ili/ili priobalje se svrstava u jednu od sledeće četiri kategorije:

• sistem pravilno funkcioniše,
• pravilno funkcionisanje sistema je u riziku,
• nefunkcionalno stanje,
• nepoznato

Sistem pravilno funkcioniše

Vodotok i plavne terase imaju fizičke karakteristike koje obezbeđuju stabilnost, odnosno omogućavaju području da produkuje željene vrednosti kao što su staništa ihtio i ornitofaune ili staništa biljnih zajednica. Ova kategorija ne predstavlja željeno buduće, ali može biti polazna osnova za to.

U principu, priobalno područje pravilno funkcioniše kada adekvatna vegetacija, reljefni oblici ili mnoštvo šumskih ostataka:

• omogućavaju prenošenje energije unutar i izvan lotičkog sistema, čime se smanjuje erozija i poboljšava kvalitet vode,
• prečišćava sediment, zadržava vučeni nanos, i pomaže razvoju plavnih terasa,
• unapređuje retenciono vreme vlaženja i prihranjivanja podzemnim vodama,
• razvija masu korena koja deluje na stabilizaciju obale,
• razvija različita proširenja (jezerca) i karakteristike rečnog korita koji pružaju stanište i uslove za reprodukciju ihtiofaune,
• podržava biološku raznovrsnost.

Pravilno funkcionisanje sistema je u riziku

Lotički sistem funkcioniše, ali nedovoljno zastupljena vegetacija, struktura zemljišta ili karakteristike reljefa ne mogu da održe stabilnost toka i priobalja usled različitih pojava. Ova kategorija se može dalje stratifikovati prema trendu (u trendu, van trenda, nejasan). Uzlazna stopa trenda indukuje oporavak prema povećanju stabilnosti, dok silazna stopa trenda indukuje degradirane uslove koji mogu dovesti do nefukcionalnog stanja. Trend koji nije očigledan zahteva dalja istraživanja predmetnog područja.

Nefunkcionalno stanje.

Lotički sistem nije stabilan usled nedostatka većine karakteristika koji određuju stabilnost i nastavlja se dalja degradacija. Degradirani sistemi ne mogu da dostignu željene vrednosti ili se vrate u funkcionalno stanje bez intervencije i promene u načinu upravljanja.

Nepoznato

Nema dovoljno informacija da bi se ocenilo stanje i područje svrstalo u neku od prethodnih kategorija, te su potrebna dodatna istraživanja ili prikupljanje podataka.

Reference

[1] Gonzalez del Tanago M, and Garcıa de Jalon D, 2011, “Riparian Quality Index (RQI): A methodology for characterising and assessing the environmental conditions of riparian zones”, Limnetica, Vol. 30 (2), 235-254 pp.

[2] Dickard M, Gonzalez M, Elmore W, Leonard S, Smith D, S. Smith, Staats J, Summers P, Weixelman D, WymanS, 2015.Riparian area management: Proper functioning condition assessment for lotic areas. Technical Reference 1737-15. U.S. Department of the Interior, Bureau of Land Management, National Operations Center, Denver, CO.

[3] Prichard D, Barret H, Gebhardt K, Cagney J, Hansen L P, Clark R, Mitchell B, Fogg J,  Tippy D, 1998, Riparian Area Management – Process for Assessing Proper Functioning Condition, Technical Reference 1737-9. Denver, CO: Bureau of Land Management, National Applied Resource Science Center.

[4] Malanson, G P, 1993, Riparian Landscapes. Cambridge University Press, Cambridge, UK, 296 pp.

[5] Naiman, R J, D´escamps H and Mcclain M E, 2005, “Riparia. Ecology, Conservation and

[6] Corneblit D, SteigerJ, Gurnell A Mand Naiman, R J, 2009, “Plants interwine fluvial landform dynamics with ecological succession and natural selection: A niche construction perspective for riparian systems, Global Ecology and Biogeography, Vol. 18, 507-520 pp.

[7] Forman R T T, 1999, “Land Mosaics. The ecology of landscapes and regions, Cambridge University Press, Cambridge, UK. 632 pp.

[8] Federal Interagency Stream Corridor Restoration Working Group (FISRWG), 1998, “Stream Corridor Restoration. Principles, processes, and practices, in U.S. National Engineering Handbook, Part 653, Washington, D.C.: USDA, Natural Resources Conservation Service. 528 pp.

[9] Jansen A, Robertson A, Thompson L and Wilson A, 2004, “Development and application of a method for the rapid appraisal of riparian condition, River and Riparian Land Management Technical Guideline, 4. Land & Water Australia, Camberra. 14 pp.

[10] Balmford A et al, 2002,”Economic reasons for conserving wild nature”, Science, 297: 950-953 pp.

[11] Bendix J, and Hupp C R, 2000, “Hydrological and geomorphological impact on riparian plant communities, Hydrological Processess, Vol. 14, 2977-2999 pp.

[12] Hughes, F M R andRood S B, 2003,”The allocation of river flows for the restoration of woody riparian and floodplain forest ecosystems: a review of approaches and their application in Europe, Environmental Management, Vol. 32, 12-33 pp.

[13] Pollock M M, Beechie J T, Wheaton M J, Jordan E C, Bouwes N, Weber N, and Volk C, 2014, “Using Beaver Dams to Restore Incised Stream Ecosystems, BioScience, available on http://bioscience.oxfordjournals.org/content/early/2014/03/23/biosci.biu036.full#content-block

Tekst citirati na sledeći način

Đorđević-Milošević S.,  Đorđević S., Cvetković D., Integrativni pristup u upravljanju priobalnim područjima malih vodotokova, I Nacionalni skup sa međunarodnim učešćem: Ekološke i socijalne inovacije – izazovi primenjenih nauka, Zbornik radova, pp 96-102.