Vegetationshistorisk landskabsrekonstruktion af pollenkildernes rumlighed Anne Birgitte Nielsen, GEUS

Transkript

1 Vegetationshistorisk landskabsrekonstruktion af pollenkildernes rumlighed Anne Birgitte Nielsen, GEUS

2 Introduktion Resultater af Ph.D. projekt ved GEUS og COGCI, indenfor projektet Agrar 2000: Pollen-based quantitative estimation of land-cover -Relationships between pollen sedimentation in lakes and land cover as seen on historical maps in Denmark AD 1800 (GEUS rapport 2003/57) Vejledere: Bent Odgaard, GEUS (nu Århus Universitet) Thomas Balstrøm, Geografisk Institut, Københavns Universitet Shinya Sugita, EEB, University of Minnesota Tak til POLLANDCAL netværket

3 Hvorfor er kvantitativ landskabs- og vegetations-historie interessant? Landskabs- og naturplanlægning. Beskyttelse og pleje af kulturbetingede naturtyper (såsom hede, overdrev og enge), som er omfattet af Naturbeskyttelsesloven Tidligere arealanvendelse har indflydelse på biodiversiteten Klimaforskning og modellering Vegetationen afhænger af klimaet- kan bruges til at teste modellers rekonstruktioner Vegetationen påvirker klimaet (reflektion, fordampning m.v.)- inputparameter Samspil mellem menneske og landskab gennem tiderne Tværfagligt samarbejde mellem palæoøkologer, arkæologer og historikere

4 Pollen Produceres i store antal Spredes over relativt lange distancer Bevares godt i søsedimenter, moser og visse jordbunde Kan identificeres til forskellige taksonomiske niveauer (f.x. art, slægt eller familie)

5 Mål At kunne rekonstruere den kvantitative sammensætning af fortidens vegetation ud fra subfossile pollenprøver

6 Problemer ved at anvende pollen til kvantitative rekonstruktioner Forskelle i pollenproduktivitet Forskellige plantearter producerer forskellige mængder pollen Arter er over- eller underrepræsenterede i pollendiagrammer Sammenhængen mellem pollen- og vegetationsandel i procent er ikke lineær Pollen-kilde områdets størrelse er vigtigt for tolkningen Afhænger af basin-størrelse Afhænger af landskabsstruktur Afhænger af pollentype Regional pollenregn Pollen som kommer til fra arealer udenfor pollenkildeområdet Kan ændres gennem tiden

7 POLLSCAPE modellen for sammenhængen mellem vegetation og pollendeposition For hver pollentype og ved hvre lokalitet gælder: PD = PP * AVPH + BP PD: Pollen deposition PP: Pollen produktivitet (artsafhængig) AVPH: Afstands vægtet plante hyppinghed BP: Baggrundspollen input PD Afstandvægtningen afhænger af pollentypen, idet lette pollenkorn spredes længere end tunge pollenkorn. Den afhænger desuden af vindhastighed og basinstørrelse BP AVPH PP POLLSCAPE modellen: Prentice, 1985; Sugita, 1993; 1999 Gælder for absolutte værdier! For pollen procent er sammenhængen mere kompliceret: ERV (Extended R-Value model)

8 Den rumlige skala: Det relevante pollenkildeområde Det område, udenfor hvilket korreltationen mellem pollensammensætning og afstandsvægtet plantehyppighed ikke længere forbedres Estimeres for en gruppe af søer ved hjælp af ERV modellen Vegetationen udenfor bidrager med et konstant regionalt baggrunds polleninput til alle søer Vegetationen indenfor reflekteres i forskellen mellem pollensammensætningen i forskellige søer (Sugita, 1994)

9 Lokaliteter Placeringen af 30 kalibrerings-søer opdelt i to grupper, efter arealanvendelsessammensætning samt de 9 test-søer (navne) 3,5-33 ha Lille/intet tilløb Relativt dybe N Skånsø 25 7 Navnsø 20 Kragsø St.Økssø 11 Dallerup Sø Gudme Sø Kilometers Gundsømagle Sø St.Gribsø 18 Avnsø Denmark Calibration sites Group 1 Group 2 Test sites

10 Vedsø, Vestsjælland Feltarbejde Søsediment indsamles Sediment 210 Pb-dateret Niveauet for år 1800 estimeret 1000 pollenkorn talt Søbo sø, Fyn

11 Minorerede sognekort Skala. 1:20000 Tegnet i perioden ca Arealsignaturene baseret på original 1 kort Nogle signaturer (særlig for vådbund) er gået tabt ved reduceringen. For alle sogne indenfor 2,5 km fra søerne digitaliseredes arealanvendelsen (ArcInfo, digitaliseringsbord) Transformeredes til UTM koordinater ved hjælp af TIC-punkter (5-15 pr sogn). Gennemsnitlig RMSE 25.9 m

12 Minorerede sognekort

13 ra kort til afstands-vægtet plantesammensætning ra GIS: Tabel med andel af hver arealvendelse indenfor hver 20 m brede cirkel Buffer zones around Velling Igelsø Udtaget.shp Midtjyl.shp lake protected forest istoriske og økologiske data: bel med artssammensætning af er vegetationstype forest shrub meadow bog fields buildings and gardens heath heath with some trees clay pit shifting sand plantation forest on wet ground ger: Statistik, 1837 (Rømer, pers com) ov: Indberetninger til Rentekammeret, 1805 (Fritzbøger, pers com) vrige: Sammenligning med arealer med ditionelt landbrug I Sydsverige (Broström, 2002) Sandpit bog with some trees Kilomete orenklet analyse med fire grupper: Træer, Græsser, Lyng, Korn abel med arter indenfor hver cirkel egetationen afstandsvægtes ud fra hver pollentypes spredningsfunktion

14 Validering af POLLSCAPE modellen Pollen sedimentation AD 1800 modeleres ud fra vegetations-fordelingen beregnet fra sognekortene Pollen produktivitets estimater fra Sydsverige og Sydnorge (Sugita et al 1999, Broström et al. 2004, Hjelle, 1998) Artsspecifik sprednings model (vindhastighed 2.75 m/s) Resultater vist for forenklet analyse med 4 grupper

15 Resultater For de observerede pollenfrekvenser vises 95% confidensinterval For alle fire grupper er der en signifikant korrelation mellem observerede og simulerede værdier (p<0.01) Observed pollen proportions Trees Calluna Poaceae Cerealia Simulated pollen proportions

16 Træer Alle arter under et, med en gennemsnitlig pollen produktivitet og spredningsevne Nær 1:1 sammenhæng (en outlier) Let at lokalisere træer fra arealsignaturerne på kortene Observed pollen proportions Trees Simulated pollen proportions

17 Græsser Nogen spredning Svære at lokalisere ud fra kortsignaturer- findes I mange arealtyper Søernes bredvegetation kan bidrage med meget græspollen Observed pollen proportions Poaceae Simulated pollen proportions

18 Lyng Calluna Lineær sammenhæng Simuleret > Observeret Let at lokalisere træer fra arealsignaturerne på kortene Pollen productivitets estimater for høje? Andelen af Lyng på hederne (70%) overestimeret? Observed pollen proportions Simulated pollen proportions

19 Kornsorter Nogen spredning Signaturløse områder omfatter foruden ager også nogle græsarealer m.v. Regional variation i afgrødesammensætning og andel af brak Kun ét produktivitets estimat, selvom Rug (Secale) frigiver meget mere pollen end andre kornsorter Observed pollen proportions Cerealia Simulated pollen proportions

20 Den rumlige skala: Det relevante pollenkildeområde Det område, udenfor hvilket korreltationen mellem pollensammensætning og afstandsvægtet plantehyppighed ikke længere forbedres Estimeres for en gruppe af søer ved hjælp af ERV modellen

21 Extended R-Value model (ERV) Relevant Pollenkildeområde (Relevant Source Area of Pollen, RSAP) Likelihood function score Radius af RSAP Afstand fra sø

22 Pollenkildeområde Alle søer, 11 plantegrupper Vindhastighed 2.75 m/s All lakes, 11 taxa Likelihood function score Distance from lake shore

23 ed vindhastigheder mellem m/s og 20 m/s er ollenkildeområdet uændret å ca 1700 m

24 Pollenkildeområde Alle søer, 4 plantegrupper All lakes, 4 taxa Likelihood function score Distance from lake shore

25 Pollenkildeområde Vestjyske søer, 4 plantegrupper Group 2 (west), 4 taxa Likelihood function score Distance from lake shore

26 Pollenkildeområde Østdanske søer, 4 plantegrupper Group 1 (east), 4 taxa Likelihood function score Distance from lake shore

27 Mulige årsager til regional forskel Grupper baseret på forskel i arealanvendelses sammensætning Der er forskel i artssammensætning Samme gennemsnitlige vægt for pollenkorn Sammen gennemsnitlige pollenproduktivitet Avarage landcover within 1800 m of lakes Stor forskel i størelsen på 70 landskabsenheder (arealanvendelses polygoner) Gennemsnit indenfor 2500 m fra søer: % landcover Lake Wood Meadow Bog Arable Heath Gruppe 1: 79 ha 10 Gruppe 2: 33 ha 0 group 2 group 1

28 Simulationer Kunstige landskaber med forskellig patchstørrelse 50x50 km, 25 søer i hvert Pollensedimentation simuleres med POLSCAPE Relevant pollenkildeområde estimeres for hvert landskab

29 Simulationer Pollenkildeområde øges med stigende patch størrelse God overensstemmelse mellem simuleret og empirisk estimeret RSAP ved samme patch størrelse Empirical results Estimated RSAP radius (meter Average patch size 11 pollen taxa 4 pollen taxa All sites 43 ha 1700 > 2300 Western sites 79 ha - > 2300 Eastern sites 33 ha Simulations Land cover and species Patch size equals composition equals (in order of increasing patch size) No 4 Eastern sites Eastern sites No 1 All sites All sites No 2 Western sites Western sites No 3 Western sites x 4 Western sites

30 Rekonstruktioner for test sites Afst. Vgt. Vegetations sammensætning på kort (1700 m) Pollen sammensætning avnsø dallerup grib gudme gundsø krag navn skånsø st.økssø avnsø dallerup grib gudme gundsø krag navn skånsø st.økssø ERV rekonstruction avnsø dallerup grib gudme gundsø krag navn skånsø st.økssø Pollen produktivitet og baggrundspollen estimeres ud fra kalibrerings søerne og anvendes til at etimere afstandsvægtet plantesammensætning omkring testsøerne

31 Konklusioner Resultater af sammenligningen mellem pollensedimentation og kort Validering af POLLSCAPE modellen Mulighed for simuleringer af pollensedimentationen fra forskellige landskaber Belysning af forskellige faktorers betydning Test af hypoteser om fortidens landskab Estimering af det relevant pollenkildeområde Pollendiagrammer fra søer af denne størrelse reflekterer vegetationen indenfor m radius Der er en regional forskel på nogle hundrede meter Størrelsen af pollenkildeområdet afhænger især af størrelsen på vegetationsenhederne i landskabet- kan have ændret sig med tiden Estimater af pollenproduktivitet, der kan anvendes til rekonstruktion af ældre landskaber