אקולוגיה וסביבה

ממשק יער מונחה מאזן מים – מודל פשוט והשלכות על צפיפות העצים ביער יתיר

3 באוגוסט, 2014

דילול עצים הוא פעולת הממשק המשמעותית ביותר שניתן לבצע לשיפור קיימות יערות האורן | צילום: מלכה ברקאי, באדיבות ארכיון קק"ל


יוג'ין דוד אונגר
המחלקה לגידולי שדה ומשאבי טבע, המכון למדעי הצמח, מנהל המחקר החקלאי - מרכז וולקני
אייל רוטנברג
המחלקה למדעי הסביבה וחקר האנרגיה, הפקולטה לכימיה, מכון ויצמן למדע
נעמה רז-יסיף
המחלקה למדעי הסביבה וחקר האנרגיה, הפקולטה לכימיה, מכון ויצמן למדע
שבתאי כהן
המחלקה לפיזיקה סביבתית והשקיה, המכון למדעי הקרקע, המים והסביבה, מנהל המחקר החקלאי - מרכז וולקני
דן יקיר
המחלקה למדעי הסביבה וחקר האנרגיה, הפקולטה לכימיה, מכון ויצמן למדע
גבריאל שילר
המחלקה לגידולי שדה ומשאבי טבע, המכון למדעי הצמח, מנהל המחקר החקלאי - מרכז וולקני

יוג'ין דוד אונגר
המחלקה לגידולי שדה ומשאבי טבע, המכון למדעי הצמח, מנהל המחקר החקלאי - מרכז וולקני
אייל רוטנברג
המחלקה למדעי הסביבה וחקר האנרגיה, הפקולטה לכימיה, מכון ויצמן למדע
נעמה רז-יסיף
המחלקה למדעי הסביבה וחקר האנרגיה, הפקולטה לכימיה, מכון ויצמן למדע
שבתאי כהן
המחלקה לפיזיקה סביבתית והשקיה, המכון למדעי הקרקע, המים והסביבה, מנהל המחקר החקלאי - מרכז וולקני
דן יקיר
המחלקה למדעי הסביבה וחקר האנרגיה, הפקולטה לכימיה, מכון ויצמן למדע
גבריאל שילר
המחלקה לגידולי שדה ומשאבי טבע, המכון למדעי הצמח, מנהל המחקר החקלאי - מרכז וולקני

תקציר

אירועי הבצורת בעשור האחרון שגרמו לתמותת עצי יער, והתחזיות לאקלים יבש יותר הגבירו את הדאגה לגבי קיימות היער הנטוע בישראל. דילול העצים צפוי לשפר את משק המים ביער, אבל מהי הצפיפות הרצויה של העצים? במאמר זה נציע גישה לחישוב כושר הנשיאה של היער, המבוססת על מאזן המים ועל מספר הנחות יסוד. מאזן המים מתייחס לכמות הגשם מול דיות עצי היער, אידוי-דיות מהקרקע ומצמחיית תת-היער וכן אידוי מי גשם, הנתפס על-ידי חופת היער. נוסף על מאזן המים, המודל מצריך הגדרה של כמות הגשם השנתית הנמוכה ביותר בשנת קיצון באופק התכנון ואת שיעור הדיות הנמוך ביותר הדרוש להישרדותו של עץ בודד. המודל מגדיר את כושר הנשיאה כיחס בין כמות הגשם לבין שיעור הדיות, לאחר ניכוי אבדני מים שלא דרך דיות עצי יער.

במחקר זה נמדד מאזן המים בחלקת עצי אורן ירושלים בני 40 שנה ביער יתיר במשך שלוש שנים, ומקדמי המודל הפשוט נקבעו על סמך מדידות אלה. המודל מצביע על צורך לדלל את היער מהצפיפות הנוכחית של 30 עצים לדונם ל-23 ו-16 עצים לדונם, כדי לשרוד בבצורות של 200 ו-150 מ"מ גשם, בהתאמה.

מבוא

מספר גבוה של אירועי בצורת שאירעו ב-15 השנים האחרונות יחד עם תחזיות לאקלים יבש יותר [2, 9, 10] הגבירו את הדאגה לגבי קיימות היערות בעולם, בישראל בכלל ובאזור הדרום בפרט [6, 30]. ביער בוגר, פעולת הממשק העיקרית שהיערן מבצע היא דילול היער – כריתה סלקטיבית והקטנת מספר העצים ליחידת שטח – כדי להקטין את התחרות על המים ולשפר את זמינות המים לכל אחד מהם. ודאי שחושים חדים, עין מיומנת וניסיון הכרחיים לגידול יער כראוי. עם זאת, נראה שניתן לשפר את מערכת השיקולים של היערן בעזרת כלי כמותי פשוט, כדי לענות על השאלה: האם צפיפות העצים הנוכחית גבוהה מדי, ואם כן, מהי הצפיפות הרצויה? נציע כאן גישה המבוססת על מאזן המים ביער [3, 4], שמטרתה לספק קירוב ראשון לתשובה וגם להצביע על פערי ידע.

הגישה מתבססת על מספר הנחות מפשטות:

  1. עבור תנאי קרקע וסלע נתונים, קיים קשר הדוק בין צפיפות היער לבין זמינות המים לעץ.
  2. עצי היער מגיבים לזמינות המים בקרקע: בעת מחסור במים הם סובלים מעקה, ואם היא קיצונית הם ימותו. כמו כן, העצים מנצלים את כמות המים שעומדת לרשותם.
  3. עצי היער מנצלים את השיפור במשק המים הנובע מדילול היער, אבל יש גבול ליכולת של מערכת השורשים להתפרס בכיוון האופקי. נגדיר את המונח Di כצפיפות העצים שתחתיה דילול נוסף לא ישפר את זמינות המים מבחינה זו.
  4. ניתן להגדיר את הדיות (transpiration – מעבר מים לאטמוספרה דרך צמחים) הנמוך ביותר הנחוץ להישרדות העץ (Tmin; קוב מים לעץ). הכוונה לא רק להישרדות במובן "לא מת", אלא גם לכך שהעץ לא נחלש ולא נעשה פגיע יותר למזיקים ולמחלות [14] או סובל מ"רעב פחמן" (carbon starvation)[5]. קיום סף כזה הגיוני: אם העץ משגשג בזמינות מים גבוהה ומת בהיעדר מים, נראה שיש רמת זמינות מסוימת שמאפשרת את קיומו. עם זאת, סביר להניח שהסף Tmin לא יהיה קבוע, אלא תלוי, למשל, בעקות שהעץ חווה בעבר. הנחנו כאן שניתן להגדיר את Tmin כערך קבוע.

אם נניח שכל כמות הגשם היורדת על שטח יער זמינה לעצים, אזי כושר הנשיאה (Dmax), כלומר צפיפות העצים הגבוהה ביותר שלא תפגע בקיימות היער, יוגדר כיחס בין כמות הגשם (R; קוב לדונם או מ"מ) לבין Tmin:

Dmax = R / Tmin

הניסוח הזה מבטא את העיקרון הכללי, אבל טעון פיתוחים נוספים. ראשית, עלינו להציב במשוואה את כמות הגשם הנמוכה ביותר שעשויה לרדת בשנת קיצון. הכמות שתיבחר תלויה בדרגת הסיכון שאנו מוכנים לקבל על עצמנו להופעת בצורת קשה יותר: סיכון נמוך מכתיב ערך נמוך ל-R, ולכן צפיפות היער (Dmax) תהיה נמוכה. נגדיר את Rmin ככמות הגשם הנמוכה ביותר באופק התכנון שלנו. שנית, לא כל הגשם שיורד על היער זמין לדיות העצים. חלק ממנו נתפס על-ידי חופת העץ (interception) ואז מתאדה לאטמוספרה (יסומן I). חלק ממנו נקלט בקרקע, אבל מתאדה ממנה ישירות לאטמוספרה או מועבר בדיות על-ידי הצמחייה העשבונית והמעוצה בתת-היער (יסומן E). חלק יכול להפוך ללא זמין לעצים על-ידי חלחול מתחת לעומק בית השורשים של העצים (יסומן U). אם נתייחס לאפשרויות אלה של אבדן מים (במובן של גריעה או יציאה) מהמערכת, ההגדרה של Dmax היא:

Dmax = (Rmin – I – E – U) / Tmin

היחידות של Rmin, I, E ו-U הן קוב מים לדונם (או מ"מ מים), ושל Tmin הן קוב מים לעץ. לכן, היחידות של Dmax הן מספר עצים לדונם. יש לציין שאם כושר הנשיאה (Dmax) המחושב נמוך מצפיפות העצים שתחתיה דילול לא משפר את זמינות המים (Di), אזי היער אינו בר-קיימא.

כדי להמחיש את הגישה שתיארנו לעיל, נשתמש בתוצאות המחקרים שבוצעו בעשור האחרון ביער יתיר בצפון הנגב, שנצפתה בו תמותת עצים עקב שנות בצורת. ניסינו לענות על שתי שאלות במחקר: האם יש צורך לדלל את היער כדי לשפר את סיכויו לשרוד בעידן של אקלים יבש יותר? מה המודל הפשוט שלנו אומר לגבי צפיפות היער הרצויה בתרחישים שונים של אקלים עתידי?

שיטות

אתר המחקר

המחקר התבצע בחלקת היער הנחקרת ביותר במדינת ישראל – חלקה נטועה של עצי אורן ירושלים הנמצאת במרכז יער יתיר. קרן קיימת לישראל נטעה את העצים ביער למטרות עיצוב נוף ונופש, ומאז הנטיעות הראשונות ב-1964 הוא הפך ליער הנטוע הגדול ביותר בארץ, ומכסה כ-30 אלף דונם. האקלים באזור יתיר צחיח למחצה, וכמות הגשם השנתית הממוצעת בו 278 מ"מ, אך השונות גבוהה והתחום כולל בצורת קשה של 150 מ"מ ושנה ברוכה של 500 מ"מ. מעל 90% מהעצים ביער הם מהמין אורן ירושלים (Pinus halepensis Mill), שנחשב מין עמיד יחסית לתנאי יובש [7]. הקורא מופנה למקורות אחרים לתיאור כללי של קרקעות האזור [12, 27] ולתיאור מפורט של תנאי אקלים, קרקע וסלע ביער יתיר [1].

חלקת הניסוי

ב-2003 נבחרה חלקה בגודל 2.5 דונם של עצי אורן ירושלים במרכז יער יתיר, ברמה מישורית בעלת שיפוע מתון של 3% לכיוון צפון-מערב. נבחר אזור בעל טופוגרפיה מישורית יחסית, כדי שכיוון תנועת המים יהיה בעיקר אנכי, ואפשר יהיה להתעלם מהוספה או מגריעה שלהם על-ידי נגר בבניית מאזן המים. החלקה ניטעה ב-1970, ולכן מייצגת את החלקים הבוגרים יותר של היער, שלגביהם הייתה דאגה מוגברת לקיימות. מאז הנטיעה נערכו מספר דילולים, ובאחרון, שנערך ב-1994, דוללה החלקה לצפיפות של 30 עצים לדונם. ב-2003 היו נתוניה כדלקמן: גובה העצים 11.2 מטר, קוטר בגובה החזה 16.9 ס"מ, מדד שטח העלווה 1.5, ושטח היטל נוף העץ כ-50% משטח החלקה. צמחיית תת-היער מורכבת בעיקר מכיסוי דליל של צומח עשבוני חד-שנתי.

מרכיבי מאזן המים ומשתנים נלווים

כדי להרכיב את מאזן המים העונתי והשנתי שילבנו מספר מקורות מידע שנתאר בקצרה. תיאור מפורט של השיטות מופיע במאמרים שונים [17, 18, 19, 29]. יש לציין כי הגדרנו ראשי תיבות לועזיים למשתנים השונים, ונשתמש בהם בפרק התוצאות והדיון.

  1. גשם: כמות הגשם היומית נמדדה במד גשם תקני, המוצב ליד בית היער ביתיר במרחק של כ-2 ק"מ מחלקת הניסוי. נשתמש באות R (עבור rainfall) כדי לציין את כמות הגשם השנתית.
  2. מים בקרקע: תכולת המים בקרקע נקבעה במהלך שנות הניסוי בעזרת חיישנים משוכללים, שכוילו במעבדה [17, 18, 19]. המדידה התבצעה עד לעומק של 40 ס"מ, הכולל את רוב רובה של מערכת השורשים הפעילה של עצי האורן. נשתמש בראשי התיבות SWC (עבור soil water content) לציון תכולת המים בקרקע.
  3. אידוי־דיות (evapotranspiration) פוטנציאלי של המערכת האקולוגית של היער: כמות המים שתוחזר לאוויר דרך התאדות ודיות במצב מיטבי, כאשר הם זמינים בשפע. הנתונים המטאורולוגיים (קרינה, טמפרטורה, לחות ומהירות רוח) נמדדו ברציפות במכשירים שהותקנו על תורן מטאורולוגי בחלקה [21, 22], ובעזרתם חושב האידוי־דיות הפוטנציאלי. נשתמש בראשי התיבות PET (עבור potential evapotranspiration) לציון האידוי־דיות הפוטנציאלי.
  4. אידוי־דיות בפועל של המערכת האקולוגית של היער: אבדן מים במערכת האקולוגית כולה – כולל דיות מעצי האורן, דיות מצמחיית תת-היער, אידוי מים מפני הקרקע ואידוי מי גשם מחופת עצי האורן ומצמחיית תת-היער – התקבל ממערכת eddy covariance, על-ידי חישוב נתוני מערכות מדידה המותקנות על מגדל מטאורולוגי המוצב ביער [8]. שיטה זו מודדת את השטף הטורבולנטי הכללי של אדי המים כלפי האטמוספרה מעל היער. נשתמש בראשי התיבות ET (עבור evapotranspiration) כדי לציין את האידוי־דיות של המערכת האקולוגית בפועל.
  5. דיות בפועל של עצי האורן: מדידות דיות התבצעו בשמונה עצים אופייניים בחלקת הניסוי בשיטת פעימת החום המכוילת [11, 28] (calibrated-heat-pulse method), שיושמה במחקרים רבים בארץ [לדוגמה 23, 24, 25], ומבוססת על שחרור פעימת חום לתוך צינורות הובלת המים בגזע העץ ומדידת הזמן הדרוש לגל החום לנוע מרחק מדוד כלפי מעלה. באמצעות מהירות תנועת המים ניתן לחשב את קצב הדיות לעץ ולדונם וכן לקני מידה שונים של זמן. המדידות נערכו במהלך העונה הרטובה של שלוש שנים הידרולוגיות: 2003/4 (מחודש ינואר), 2004/5, ו-2005/6. השיטה אינה רגישה דיה כדי למדוד את שיעורי הדיות הנמוכים מאוד של תקופת הקיץ. נשתמש באות T (עבור transpiration) לציון דיות עצי האורן.
  6. אידוי־דיות בפועל מהקרקע ומצמחיית תת-היער: ערכים יומיים לכל ימות השנה חושבו ממודל שמקבל נתוני אקלים מהתורן המטאורולוגי וממדידות רטיבות הקרקע, ושכויל על סמך מדידות אידוי-דיות מדגמיות שנעשו בחלקת היער [17, 18]. נשתמש באות E (עבור evapotranspiration) לציון אידוי-דיות בפועל מהקרקע ומצמחיית תת-היער.
  7. אידוי מי גשם מחופת עצי האורן: התבססנו על מחקר קודם שהתבצע ביער יתיר [26], שנמצא בו כי חופת היער תופסת ומאבדת 7% מכמות הגשם באידוי, וזאת ללא קשר לעוצמת האירוע. נשתמש באות I (עבור interception) לציון אידוי מי גשם מחופת עצי האורן.

כדי לבנות את מאזני המים העונתיים והשנתיים, היה צורך להשלים את ערכי T, ET ו-PET לימים שחסרים בהם נתונים מסיבה מסוימת. אופן חישוב הנתונים החסרים מתואר בפירוט במאמר אחר [29].

עץ אורן ירושלים ביער יתיר, שהותקן בו מכשור שמאפשר לחשב את שיעור הדיות על-ידי מדידת מהירות הזרם העולה בגזע | צילום: גבריאל שילר

תוצאות

גשם ומים בקרקע

כמות הגשם בשנים ההידרולוגיות 2003/4, 2004/5 ו-2005/6 הייתה 231, 334 ו-224 מ"מ, בהתאמה. נמצא הבדל משמעותי בין השנים במועד תחילת הגשמים ובחלוקתם לאורך העונה, וגם תכולת המים בקרקע ומהלכה העונתי היו שונים משנה לשנה. נוסף על כך, למרות הדמיון בכמויות הגשם בשנים 2003/4 ו-2005/6, עקת המים בשנה האחרונה הייתה חמורה יותר, כיוון שכמות הגשם במרבית האירועים הייתה נמוכה ופיזורם היה רב.

דיות עצי אורן ירושלים

נמצא כי ערכי הדיות של עצי אורן ירושלים (T) היו 0.1-1.6 מ"מ ליום, ועם הזמן עברו עליות וירידות, תוך כדי שונות רבה בצורתן בין עונות המדידה. בחנו את הקשר בין הדיות היומי לבין שני משתנים עיקריים שצפויים להשפיע עליו: תכולת מים בקרקע (SWC) ואידוי־דיות פוטנציאלי (PET). פונקציה מורכבת, שתיארה משטָח של תגובה לא-לינֵארית לשני משתנים אלה, הסבירה 50% מהשונות ב-T. המודל חזה T נמוך כאשר SWC או PET היו נמוכים, וחזה T גבוה כאשר שניהם היו גבוהים. ניתן להסביר חלק גדול מהשונות ב-T בעזרת פונקציות פשוטות למדי, לפחות לגבי השנים 2003/4 ו-2004/5. נמצא כי כאשר SWC נמוך מ-0.15 קוב מים לקוב קרקע, SWC הוא הגורם העיקרי המשפיע על הדיות. לעומת זאת, כאשר SWC גבוה מסף זה, PET הוא הגורם העיקרי המשפיע על עוצמתו. התגובות לא היו לינֵאריות, והתוצאות מסוכמות באיור 1.

איור 1

הקשר בין שיעור הדיות של חופת אורן ירושלים (T) ותכולת המים בקרקע (SWC), כאשר SWC נמוך מ-0.15 קוב מים לקוב קרקע, והקשר בין T ואידוי-דיות פוטנציאלי (PET), כאשר SWC גדול מ-0.15 קוב מים לקוב קרקע, בשנים ההידרולוגיות 2003/4 ו-2004/5

מאזן המים העונתי והשנתי

סיכום מאזן המים העונתי והשנתי מובא בטבלה 1. בהסבר לטבלה יש התייחסות למספרי השורות בה. מפאת קוצר היריעה נתייחס כאן רק למאזן המים השנתי, שמובא בחלק השלישי של הטבלה.

טבלה 1

מאזן המים העונתי והשנתי בחלקת אורן ירושלים ביער יתיר בשלוש שנים הידרולוגיות

המאזן מתייחס לשטח של דונם יער שגדלים בו 30 עצים בני 40 שנה, ולא לעץ הבודד.

האידוי-דיות של המערכת האקולוגית הסתכם ב-264 מ"מ בממוצע (שורה 22) – כמות כמעט זהה לממוצע כמות הגשם השנתית בשנות הניסוי של 263 מ"מ (שורה 2). הדיות השנתי של עצי האורן הסתכם ב-150 מ"מ בממוצע, או ב-0.58 מכמות הגשם השנתית (שורות 24 ו-25), אך היחס הזה השתנה מאוד בין השנים. אידוי ודיות מהקרקע ומצומח תת-היער הסתכמו ב-101 מ"מ בממוצע או ב-0.39 מכמות הגשם השנתית (שורות 26 ו-27). אם נוסיף את אבדן המים מחופת עצי האורן בעונה הרטובה (שורה 11) לסך כל הדיות של עצי האורן ולסך כל האידוי והדיות מהקרקע ומצומח תת-היער, נקבל אומדן של האידוי-דיות של המערכת האקולוגית, שמסתכם ב-269 מ"מ בממוצע (שורה 28). ערך זה דומה מאוד לכמות הגשם השנתית, וגדול ממנה ב-4% בלבד (שורה 29). הסטייה בין שני האומדנים של האידוי-דיות במערכת האקולוגית יכולה להגיע ל-15% מכמות הגשם השנתית (שורה 30).

כושר נשיאה לפי המודל הפשוט

נתוני האידוי-דיות (ET) מאפשרים לנו להעריך את מידת המהימנות של כלל המערכת הנוגעת לשילוב מקורות המידע שבנינו כאן. מבחינה זו, התוצאות היו מעודדות: צפוי להיות מִתאם בין השטף היומי של ET לבין זה של T, וכן היה; צפוי שבאזור צחיח ה-ET המצטבר השנתי יהיה דומה לכמות הגשם השנתית, וכן היה; ET המצטבר השנתי צריך להיות דומה לסכום המרכיבים (דהיינו: E ,T, I), שנמדדו באופן בלתי תלוי, וכן היה. בכל זאת, מערכת המספרים לא הצטלבה באופן מוחלט, אך העדפנו לקבל את החריקות הקטנות שנשארו מאשר לבצע התאמות שרירותיות.

חלקת עצי אורן ירושלים בני 40 שנה דייתה (T), בממוצע, 45% מכמות הגשם השנתית במהלך העונה הרטובה, 13% במהלך העונה היבשה, ובסך הכול 58% על בסיס שנתי. האידוי-דיות מהקרקע ומתת-היער (E) הסתכם ב-27% מכמות הגשם השנתית בעונה הרטובה, ב-12% בעונה היבשה, ובסך הכול ב-39% על בסיס שנתי. האם השיעורים הללו תלויים בכמות הגשם השנתית או בחלוקת הגשמים התוך-עונתית? ייתכן שכן, אבל קשה להגיע להערכה מושכלת על סמך שלוש נקודות (שנים) בלבד. לכן, בתור קירוב ראשון בחישוב Dmax לפי המשוואה שהצגנו במבוא, הנחנו שבצפיפות של 30 עצים לדונם, שיעור E הוא 39% מכמות הגשם השנתית. לגבי I הנחנו שיעור קבוע של 7% מכמות הגשם השנתית. לגבי U הנחנו שאין חלחול מים מתחת לעומק בית השורשים של עצי האורן, כלומר U=0 (התעלמנו מהאפשרות שבשנים גשומות U>0, ושהמים האלה ישפרו את מאזן המים של היער בשנות בצורת). לגבי Rmin בחנו ערכים בתחום 120-250 מ"מ גשם לשנה.

המשתנה Tmin הוא הקשה ביותר לקביעה. סביר להניח שהשילוב של כמות גשם שנתית נמוכה וחלוקה תוך-עונתית גרועה בשנה השלישית של המחקר (2005/6) גרם עקה חמורה. למרות זאת, לא זיהינו בחלקה סימני תמותה מיובש בשנים העוקבות. לעומת זאת, תמותה כזו כן זוהתה אחרי הבצורת של 2008/9, שירדו בה 159 מ"מ גשם בלבד. לכן, ביססנו את הערך של Tmin על T המצטבר שנמדד ב-2005/6: 4.4 מ"מ לעץ (או 4.4 קוב מים לעץ). נוסף על כך, בחנו את ערכי Tmin משני הצדדים של ערך זה (4.0 ו-4.8 מ"מ לעץ) בתור ניתוח רגישות.

התגובה של Dmax ל-Rmin עבור ההנחות הללו מובאת באיור 2 (המודל הבסיסי). עבור כל ערך של Tmin התגובה לינֵארית. כאשר Tmin הוא 4.4 מ"מ לעץ, הצפיפות הנוכחית של 30 עצים לדונם מתאימה ל-Rmin של 245 מ"מ גשם. ב-21 מתוך 48 השנים האחרונות כמות הגשמים שירדה הייתה פחותה מזו, ולכן המודל הפשוט הזה מצביע על כך שצפיפות העצים ביער היא בהחלט מעבר לכושר הנשיאה. אם נתכנן את היער כדי שישרוד בשנה שכמות הגשם בה היא 200 מ"מ, יהיה צורך להקטין את הצפיפות לכ-25 עצים לדונם. כדי לשרוד ב-150 מ"מ גשם הצפיפות צריכה לרדת לכ-18 עצים לדונם. ערכי Tmin נמוכים יותר מגדילים את Dmax ולהפך, והקווים באיור 2 אינם מקבילים, אבל באופן כללי – עלייה או ירידה של 10% בערך Tmin גורמת לשינוי של כשני עצים לדונם באומדן Dmax.

איור 2

חיזוי כושר הנשיאה של עצי אורן ירושלים בני 40 שנה ביער יתיר

החיזוי לפי המודל הפשוט של מאזן המים השנתי הבסיסי והמורחב, ולפי מקדמים שונים של הדיות הנמוך ביותר הדרוש להישרדות עץ בודד.

האם הצפיפויות באיור 2 מציאותיות מבחינת גודל השטח שכל עץ מסוגל לנצל (Di)? אין בידינו מידע אמפירי מוצק בנושא, אבל הפריסה הרוחבית של בית השורשים של עצים שנפלו מצביעה על כך שאפילו בצפיפות של כ-18 עצים לדונם, ששווה לרדיוס בית שורשים של כ-4 מטר, השטח לעץ הוא בהחלט בתחום שעץ מסוג אורן ירושלים מסוגל לנצל.

כשלב האחרון ביישום המודל הפשוט, בדקנו את המשמעות של הנחות קצת פחות פשטניות לגבי אבדן מים דרך אידוי-דיות מהקרקע ומתת-היער (E) ודרך אידוי מי גשם מחופת עצי האורן (I): כאשר הצפיפות יורדת, סביר להניח שאבדני I יקטנו ושאבדני E יגדלו. הוספנו למודל הפשוט תלות בין I לצפיפות עצים, וכן בין E לצפיפות עצים. בשני המקרים דאגנו לכך שבצפיפות של 30 עצים לדונם נקבל אותם ערכים, כמו קודם. לגבי I בחרנו פונקציית רוויה העולה בשיפוע תלול יחסית בצפיפות נמוכה (שעובר דרך ראשית הצירים) ובשיפוע מתון יחסית בצפיפות גבוהה. לגבי E בחרנו פונקציית דעיכה בעלת שיפוע שלילי ותלול יחסית בצפיפות נמוכה ושיפוע מתון יותר בצפיפות גבוהה. נעזרנו באלגוריתם רקורסיבי מתאים כדי לפתור את המשוואה.

הוספנו לאיור 2 את הקווים שהתקבלו מהמודל המורחב הזה. כמעט בכל תחום הגשם השנתי שנבדק, המודל המורחב חוזה כושר נשיאה נמוך יותר: העלייה ב-E גדולה מהירידה ב-I. בערך Tmin של 4.4 מ"מ לעץ, כושר הנשיאה בשנה שכמות הגשם בה היא 200 מ"מ, הוא כ-23 עצים לדונם, וב-150 מ"מ גשם הוא כ-16 עצים לדונם.

דיון ומסקנות

ממשק יערות, שהוא בראש ובראשונה קביעת צפיפות העצים, מתבצע בדרך כלל באמצעות טבלאות יבול, שקושרות בין התפתחות העצים (גובהם) בגיל נתון לבין הצפיפות באותה עת. טבלת היבול עבור אורן ירושלים בארץ [20] אינה כוללת נתונים, שידריכו את ממשק היערות (מידת הדילול) בבתי הגידול באזור הצחיח למחצה, שיערות רבים של אורן ירושלים ניטעו בו. הגישה שפיתחנו שונה לחלוטין, ומתבססת על מאזן המים. למעשה, ביקשנו לבחון אם ניתן לגשר בין התופעה, שנעשתה גלויה לעין בשנים האחרונות, של תמותת עצים עקב בצורות, לבין הרצון לבצע פעולה ממשקית שתועיל להישרדות היער. אם דילול הוא הפתרון, רצוי שגישה כמותית שמתאימה לאזור הצחיח למחצה תלווה את תהליך קבלת ההחלטות לגבי מידת הדילול.

הגישה מתבססת על משמעות ביולוגית למושג "הדיות המינימלי הדרוש להישרדות העץ", בלי קשר להיותו מספר קבוע או לא. בלעדיו לא ברור לנו איך ניתן לגשר בין מאזן המים של היער לבין המושג כושר נשיאה. בלית ברירה, קבענו את ערך הדיות המינימלי להישרדות על סמך בסיס ידע מאוד מצומצם, וזה אחד הנושאים שעולים מן המודל הפשוט שלנו, ומצריכים חקר ובירור. איך אפשר לקבוע את המשתנה הזה אמפירית? עד כמה הוא תלוי בגיל העץ, בתנאי הגידול שעבר מצעירותו, ובתנאים המקומיים של בית הגידול? אנו זקוקים לטכנולוגיות לניטור של דיות ומרכיבים אחרים של מאזן המים ביער, שהן זולות, פשוטות להפעלה ואמינות, כדי שנוכל להקים מערך ניטור ארוך טווח ולהתחיל לענות על שאלות כאלה. נציין שלגבי דיות עצי האורן, בחלקת הניסוי ביער יתיר מופעלת מספר שנים שיטת מדידה פשוטה וזולה יותר (Granier method) משיטת פעימת החום שדווחה כאן, אך נתונים אלה טרם נותחו וסוכמו.

נושאים נוספים שעולים מן המודל שלנו: מהי יכולת הפריסה האופקית של העץ מבחינת ניצול מים בקרקע, ומהי מידת הפלסטיות בתכונה זו, כאשר דילול מתבצע ביער בוגר? האם אפשר להסתפק במאזן מים שנתי כדי לחשב כושר נשיאה או שחובה להתחשב בחלוקת הגשמים התוך-עונתית, שיכולה לשנותו באופן משמעותי, וכן במשך תקופת היובש שבין עונות הגשם? מהו הקשר בין שיעור אידוי מי הגשם מחופת היער וכן שיעור האידוי-דיות מהקרקע ומתת-היער לבין צפיפותו? האם רעייה יכולה לשפר את מאזן המים על-ידי הקטנת הדיות של צמחיית תת-היער לאחר דילול? הספרות המקצועית מתייחסת לחלק מהנושאים האלה [לדוגמה 13, 15, 16], אבל קשה להשליכה על המינים ועל התנאים הקיימים בארץ. ללא מחקר מקומי יהיה קשה לכייל את סוג המודל שהצענו.

למרות ההסתייגויות האלה, נראה לנו שבכל הנוגע לחלקות הבוגרות של אורן ירושלים ביער יתיר, הצפיפות הנוכחית של 30 עצים לדונם תפגע בקיימות היער כאשר כמות הגשם השנתית תהיה מתחת ל-250 מ"מ. כדי לשפר את חסינות היער בפני ירידה כללית בכמויות הגשם בכלל ושנות בצורת בפרט, המודל הפשוט מראה שיש לדלל את היער ל-23 ו-16 עצים לדונם כדי לשרוד בבצורות של 200 ו-150 מ"מ גשם בהתאמה. נראה לנו שבאופן עקרוני ניתן ליישם את הגישה שפיתחנו כאן לאזורים ולסוגי יער אחרים.

  • קיים חשש לקיימות של היערות הנטועים בישראל ברצף של שנות בצורת ובתנאים של אקלים יבש יותר, החזויים על פי מודלים של שינוי אקלים.
  • ניתן לצמצם את שיעור תמותת העצים, באזורים צחיחים למחצה, אם תהיה התאמה בין צפיפות העצים לבין כמות המים הזמינה לעצים, על פי מודל שמציעים המחברים.
  • על פי המודל, בכמות גשם שנתית של 200/150 מ"מ כושר הנשיאה של יער יתיר הוא 23/16 עצים לדונם (בהתאמה), בעוד צפיפות היער כיום היא 30 עצים לדונם.
  • תוצאות המודל יכולות לסייע לקבוע את מידת דילול העצים בהתאם לכמות המים הנמוכה ביותר הצפויה לעמוד לרשות עצי היער, ובכך לתרום למערכת השיקולים של מנהלי היער.

    המערכת


  1. אהרונסון ש ולוונג'ר ר. 1976. יער יתיר. חוברת לזכרו של יוסף וויץ. מִנהל פיתוח הקרקע, אגף הייעור, קרן קיימת לישראל. ירושלים: דפוס המקור בע"מ.
  2. גולן–אנגלקו ע ובראור י. 2008. היערכות ישראל לשינויי אקלים גלובליים. ירושלים: המשרד להגנת הסביבה, לשכת המדען הראשי.
  3. שילר ג. 1999. מאזן המים ככלי עזר בקבלת החלטות על ממשק נטיעות (עצי יער) באזורים צחיחים. אקולוגיה וסביבה 5: 122–129.
  4. שילר ג, אונגר יד וכהן י. 2001. ידיעת שעור הדיות כגורם מכוון בממשק אקוסיסטמה ים-תיכונית – מקרה רמת הנדיב. אקולוגיה וסביבה 6: 170–177.
  5. Adams HD, Germino MJ, Breshears DD, et al. 2013. Nonstructural leaf carbohydrate dynamics of Pinus edulis during drought-induced tree mortality reveal role for carbon metabolism in mortality mechanism. New Phytologist 197: 1142–1151.
  6. Allen CD, Macalady AK, Chenchouni H, et al. 2010. A global overview of drought and heat-induced tree mortality reveals emerging climate change risks for forests. Forest Ecology and Management 259: 660–684.
  7. Atzmon N, Moshe Y, and Schiller G. 2004. Ecophysiological response to severe drought in Pinus halepensis Mill. trees of two provenances. Plant Ecology 171: 15–22.
  8. Aubinet M, Grelle A, Ibrom A, et al. 1999. Estimates of the annual net carbon and water exchange of forests: The EUROFLUX methodology. Advances in Ecological Research 30: 113–175.
  9. Black E. 2009. The impact of climate change on daily precipitation statistics in Jordan and Israel. Atmospheric Science Letters 10: 192–200.
  10. Christensen JH, Hewitson B, Busuioc A, et al. 2007. Regional climate projections. In: Solomon S, Qin D, Manning M, et al. (Eds). Climate change 2007: The physical science basis. Contribution of working group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge (UK and USA): Cambridge University Press.
  11. Cohen Y, Fuchs M, and Green GC. 1981. Improvement of the heat pulse method for determining sap flow in trees. Plant, Cell and Environment 4: 391–397.
  12. Dan J and Raz Z. 1970. Soil association map of Israel. Ministry of Agriculture and The Volcani Institute of Agricultural Research, Soil Conservation and Drainage, Bet Dagan.
  13. Lüttschwager D, Rust S, Wulf M, et al. 1999. Tree canopy and herb layer transpiration in three scots pine stands with different stand structures. Annals of Forest Science 56: 265–274.
  14. McDowell N, Pockman WT, Allen CD, et al. 2008. Mechanisms of plant survival and mortality during drought: Why do some plants survive while others succumb to drought? New Phytologist 178: 719–739.
  15. Miller BJ, Clinton PW, Buchan GD, and Robson AB. 1998. Transpiration rates and canopy conductance of Pinus radiata growing with different pasture understories in agroforestry systems. Tree Physiology 18: 575–582.
  16. Molina AJ and del Campo AD. 2012. The effects of experimental thinning on throughfall and stemflow: A contribution towards hydrology-oriented silviculture in Aleppo pine plantations. Forest Ecology and Management 269: 206–213.
  17. Raz-Yaseef N, Rotenberg E and Yakir D. 2010. Effects of spatial variations in soil evaporation caused by tree shading on water flux partitioning in a semi-arid pine forest. Agricultural and Forest Meteorology 150: 454–462.
  18. Raz Yaseef N, Yakir D, Rotenberg E, et al. 2010. Ecohydrology of a semi-arid forest: Partitioning among water balance components and its implications for predicted precipitation changes. Ecohydrology 3: 143–154.
  19. Raz-Yaseef N, Yakir D, Schiller G, and Cohen S. 2012. Dynamics of evapotranspiration partitioning in a semi-arid forest as affected by temporal rainfall patterns. Agricultural and Forest Meteorology 157: 77–85.
  20. Roehle H. 1991. Yield tables for Aleppo pine (Pinus halepensis Mill.) in Israel. Department of Forest Yield Sciences, University of Munich, Germany.
  21. Rotenberg E and Yakir D. 2010. Contribution of semi-arid forests to the climate system. Science 327: 451–454.
  22. Rotenberg E and Yakir D. 2011. Distinct patterns of changes in surface energy budget associated with forestation in the semiarid region. Global Change Biology 17: 1536–1548.
  23. Schiller G, Ungar ED, and Cohen Y. 2002. Estimating the water use of a sclerophyllous species under an East-Mediterranean climate. I. Response of transpiration of Phillyrea latifolia L. to site factors. Forest Ecology and Management 170: 117–126.
  24. Schiller G, Ungar ED, Moshe Y, et al. 2003. Estimating water use by sclerophyllous species under east Mediterranean climate. II. The transpiration of Quercus calliprinos Webb. in response to silvicultural treatments. Forest Ecology and Management 179: 483–495.
  25. Schiller G, Cohen S, Ungar ED, et al. 2007. Estimating water use of sclerophyllous species under East-Mediterranean climate. III. Tabor oak forest sap flow distribution and transpiration. Forest Ecology and Management 238: 147–155.
  26. Shachnovich Y, Berliner PR, and Bar P. 2008. Rainfall interception and spatial distribution of throughfall in a pine forest planted in an arid zone. Journal of Hydrology 349: 168–177.
  27. Singer A. 2007. The soils of Israel. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag.
  28. Swanson RH and Whitfield DWA. 1981. A numerical analysis of heat pulse velocity theory and practice. Journal of Experimental Botany 32: 221–239.
  29. Ungar ED, Rotenberg E, Raz-Yaseef N, et al. 2013. Transpiration and annual water balance of Aleppo pine in a semiarid region: Implications for forest management. Forest Ecology and Management 298: 39–51.
  30. van Mantgem PJ, Stephenson NL, Byrne JC, et al. 2009. Widespread increase of tree mortality rates in the Western United States. Science 323: 521–524.


כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.


מאמר זה עבר שיפוט עמיתים


ציטוט מומלץ

אונגר י"ד, רוטנברג א, רז-יסיף נ ואחרים. 2014. ממשק יער מונחה מאזן מים – מודל פשוט והשלכות על צפיפות העצים ביער יתיר. אקולוגיה וסביבה 5(2).

העתק




מחקרי סביבה אצלך בתיבה

    - מודעה -

    מחקרי סביבה אצלך בתיבה


      יוג'ין דוד אונגר
      המחלקה לגידולי שדה ומשאבי טבע, המכון למדעי הצמח, מנהל המחקר החקלאי - מרכז וולקני
      אייל רוטנברג
      המחלקה למדעי הסביבה וחקר האנרגיה, הפקולטה לכימיה, מכון ויצמן למדע
      נעמה רז-יסיף
      המחלקה למדעי הסביבה וחקר האנרגיה, הפקולטה לכימיה, מכון ויצמן למדע
      שבתאי כהן
      המחלקה לפיזיקה סביבתית והשקיה, המכון למדעי הקרקע, המים והסביבה, מנהל המחקר החקלאי - מרכז וולקני
      דן יקיר
      המחלקה למדעי הסביבה וחקר האנרגיה, הפקולטה לכימיה, מכון ויצמן למדע
      גבריאל שילר
      המחלקה לגידולי שדה ומשאבי טבע, המכון למדעי הצמח, מנהל המחקר החקלאי - מרכז וולקני

      יוג'ין דוד אונגר
      המחלקה לגידולי שדה ומשאבי טבע, המכון למדעי הצמח, מנהל המחקר החקלאי - מרכז וולקני
      אייל רוטנברג
      המחלקה למדעי הסביבה וחקר האנרגיה, הפקולטה לכימיה, מכון ויצמן למדע
      נעמה רז-יסיף
      המחלקה למדעי הסביבה וחקר האנרגיה, הפקולטה לכימיה, מכון ויצמן למדע
      שבתאי כהן
      המחלקה לפיזיקה סביבתית והשקיה, המכון למדעי הקרקע, המים והסביבה, מנהל המחקר החקלאי - מרכז וולקני
      דן יקיר
      המחלקה למדעי הסביבה וחקר האנרגיה, הפקולטה לכימיה, מכון ויצמן למדע
      גבריאל שילר
      המחלקה לגידולי שדה ומשאבי טבע, המכון למדעי הצמח, מנהל המחקר החקלאי - מרכז וולקני

      מאמר זה עבר שיפוט עמיתים





      ציטוט מומלץ

      אונגר י"ד, רוטנברג א, רז-יסיף נ ואחרים. 2014. ממשק יער מונחה מאזן מים – מודל פשוט והשלכות על צפיפות העצים ביער יתיר. אקולוגיה וסביבה 5(2).

      העתק


      תכנים נוספים שעשויים לעניין אותך

      ים המלח – חזון מול מציאות

      נעם גולדשטיין

      גיליון אביב 2011 / כרך 2(1) יש חשש שכתוצאה מפרויקט תעלת הימים ומערבוב מי ים סוף עם מי ים המלח יתרחשו תופעות כימיות (היווצרות גבס), ביולוגיות (היווצרות אצות), פיזיות (שיכוב – מי ים סוף בהיותם קלים יותר, “יצופו” על פני מי ים המלח), אקלימיות (אידוי מוגבר, לחות גבוהה יותר) ועוד. יש פוטנציאל לגרימת נזק גם לתהליכי הייצור במפעלים – נזק שאת חומרתו קשה לאמוד בשל היעדר ידע מספיק

      יש חשש שכתוצאה מפרויקט תעלת הימים ומערבוב מי ים סוף עם מי ים המלח יתרחשו תופעות כימיות (היווצרות גבס), ביולוגיות (היווצרות אצות), פיזיות (שיכוב – מי ים סוף בהיותם קלים יותר, “יצופו” על פני מי ים המלח), אקלימיות (אידוי מוגבר, לחות גבוהה יותר) ועוד. יש פוטנציאל לגרימת נזק גם לתהליכי הייצור במפעלים – נזק שאת חומרתו קשה לאמוד בשל היעדר ידע מספיק

      גיליון אביב 2011 / כרך 2(1)

      התפשטות זיהום מאזור התעשייה רמת חובב בנחלי הסביבה – הערכת מצב על בסיס ממצאי הניטור בשנים 1998–2011

      אריאל כהן, ניסים קשת, יוסי הראל

      גיליון אביב 2012 / כרך 3(1) / הנגב שפכים תעשייתיים, שמקורם באזור התעשייה הכימית רמת חובב, זרמו עד שנת 1990 באפיקי הנחלים סכר, באר שבע והבשור, לרבות במי התהום לאורך הנחלים. המועצה המקומית-תעשייתית רמת חובב פועלת מאז להפסקת הזרמת השפכים מאזור התעשייה במספר דרכים: מתקני טיפול בשפכים שהוקמו במפעלים, ניקוז מי תהום גבוהים ושאיבתם לברֵכות אידוי, ובניית מאגר לאיסוף הנגר מהמפעלים

      שפכים תעשייתיים, שמקורם באזור התעשייה הכימית רמת חובב, זרמו עד שנת 1990 באפיקי הנחלים סכר, באר שבע והבשור, לרבות במי התהום לאורך הנחלים. המועצה המקומית-תעשייתית רמת חובב פועלת מאז להפסקת הזרמת השפכים מאזור התעשייה במספר דרכים: מתקני טיפול בשפכים שהוקמו במפעלים, ניקוז מי תהום גבוהים ושאיבתם לברֵכות אידוי, ובניית מאגר לאיסוף הנגר מהמפעלים

      גיליון אביב 2012 / כרך 3(1) / הנגב

      שינויים מרחביים בתכונות הקרקע בדיונות חול – המקרה של חולות ניצנים

      שירה שלי, לנה ז'בלב, ורד זיסו, פועה בר (קותיאל)

      גיליון חורף 2011 / כרך 2(4) יחסי הגומלין בין תכונות הקרקע לצומח בולטים במיוחד באזורי דיונות יובשניים למחצה, ובאים לידי ביטוי במשובים הביופיזיקליים, שהם גורמים מכריעים בקביעת רמת הייצוב של הדיונות. המחקר התבצע בשמורת ניצנים, ובמהלכו נבדקו כמות הנשר ליחידת שטח, המוליכוּת ההידראולית (קצב חלחול המים בקרקע), צבע החול (מדד של בהירות ורוויה) ולחות הקרקע

      יחסי הגומלין בין תכונות הקרקע לצומח בולטים במיוחד באזורי דיונות יובשניים למחצה, ובאים לידי ביטוי במשובים הביופיזיקליים, שהם גורמים מכריעים בקביעת רמת הייצוב של הדיונות. המחקר התבצע בשמורת ניצנים, ובמהלכו נבדקו כמות הנשר ליחידת שטח, המוליכוּת ההידראולית (קצב חלחול המים בקרקע), צבע החול (מדד של בהירות ורוויה) ולחות הקרקע

      גיליון חורף 2011 / כרך 2(4)

      - מודעה -

      לראש העמוד