E-mail | SIS | Moodle | Helpdesk | Knihovny | cuni.cz | CIS Více

česky | english Přihlášení



O stavu lesních ekosystémů s Filipem Oulehle

Mgr. Filip Oulehle, Ph.D., je absolventem PřF UK a jedním z předních odborníků na problematiku biogeochemie ekosystémů. V současné době pracuje v České geologické službě, částečně v Ústavu výzkumu globální změny AV ČR a jako externí pracovník PřF UK, přičemž se zaměřuje na koloběhy ekologicky významných prvků (zejména C, N, P, S a bazických kationtů), jejichž změna je narušena lidskou činností a změnou klimatu. Podílí se na českých i mezinárodních projektech jako GEOMON (=GEOchemický MONitoring), který byl založen v roce 1994 a stále probíhá. Jeho hlavní náplní je hodnocení časových změn v jednotlivých složkách ekosystému - srážkách, půdě a odtoku v síti malých lesních povodí, která reprezentují hydrologický režim různých oblastí. V souvislosti s 9. mezinárodní konferencí BIOGEOMON, která proběhla v srpnu 2017 v Litomyšli, nám Filip Oulehle odpověděl na otázky k zákonitostem acidifikace, prováděným opatřením a probíhajícímu výzkumu.
Mgr. Filip Oulehle, PhD.

Zájem o studium acidifikace vzrostl zejména v souvislosti se znečišťováním ovzduší v 60., 70. a 80. letech 20. století. Jednalo se zejména o oxidy síry a dusíku. Jaké jsou hlavní zdroje znečištění a jak dochází k okyselování půd?

V současné době jsou hlavními zdroji SO2 velké stacionární zdroje, např. tepelné elektrárny a spalovny, které se na celkových emisích SO2 v České republice podílejí více jak 80 %. Kdežto u emisí NOx se vedle velkých zdrojů uplatňují i zdroje mobilní, s podílem zhruba 40 %. Je důležité připomenout, že ve srovnání s polovinou 80. let 20. století došlo k dramatickému snížení emisí SO2 o takřka 90 % a u emisí N (NOx společně s NH3) také o významných ca. 40 %.

Atmosférické srážky neovlivněné lidskou činností jsou jen velmi slabě kyselé, pokud jsou ale ve srážkové vodě rozpuštěné silné minerální kyseliny původem ze spalovacích procesů (H2SO4, HNO3), kyselost srážek stoupá a můžeme začít hovořit o tzv. kyselých deštích. Ty nás významně doprovázely celou 2. polovinu 20. století. Depozice silných minerálních kyselin (kyselá depozice) na povrch půdy pak má za následek postupné okyselování půd, kdy dochází k vyplavování bazických kationtů (Ca, Mg, K), při déletrvající acidifikaci postupně dochází k dalšímu snižování půdního pH a mobilizaci jinak neškodných prvků, jako je např. hliník. Taky připomínám, že ne všechny půdy byly chronicky okyseleny, k okyselení došlo především v oblastech s přirozeně kyselým podložím, nízkým zvětrávacím potenciálem a samotnou vysokou kyselou depozicí, tedy typicky v českých horách. 

Při vysokých koncentracích SO2 stačí k akutnímu poškození vedoucímu až k úhynu stromu jen několik desítek minut, k čemuž došlo např. v Krušných horách. Za jakých podmínek k tomu dochází?

Ano, toto akutní poškození, na rozdíl od chronického stresu popsaného výše, může být velice rychlé a fatální. K poškození docházelo zejména v zimních měsících při inverzích, často spojených s tvorbou námrazy, kdy koncentrace SO2 v ovzduší dosahovaly až několik stovek µg.m-3. Nejvíce poškozeny byly nejmladší ročníky jehlic, vyznačující se slabší vrstvou ochranné kutikuly a nejintenzivnější výměnou plynů. Možná je zajímavé zmínit, že k velkému přímému poškození jehlic smrků v Krušných horách došlo v zimě 1995/96, tedy poměrně pozdě, kdy komíny hnědouhelných elektráren již byly „odprášeny“, ale ne všechny ještě byly odsířeny. Tudíž nedocházelo k částečné neutralizaci vody v atmosféře. Mlha a námraza vzniklá při tehdejší inverzní situaci měla extrémně nízké pH (minima pH až 2.3) a způsobila významné přímé poškození porostů (viz foto).

Poškození jehlic smrku ztepilého v dubnu 1996 na výzkumné lokalitě Načetín v Krušných horách. Foto: Radek Krejčí.

Podobně jako síra způsobuje okyselování půdy také dusík, který navíc působí i jako vynikající hnojivo, takže stromy rostou rychleji, než je pro ně přirozené. Jaké negativní důsledky s sebou tento rychlý růst nese? 

Přesně tak, díky tomu, že produktivita většiny suchozemských ekosystémů je limitována dostupností dusíku, tak jeho nadměrná přístupnost v půdách, nejen díky vysoké atmosférické depozici, stimuluje produkci biomasy. Je odhadováno, že na každý jeden kilogram deponovaného dusíku na hektar lesního porostu, můžeme na stejné ploše stimulovat přírůst biomasy v rozmezí 10-30 kg uhlíku. Zrychlený růst stromů má, vedle vyššího potenciálu ukládání C, i svá rizika. Takto rychle narostlé dřevo je náchylnější ke zlomům a zdá se, že i k napadení různorodými škůdci. 

Poškození lesů kyselými dešti je závislé nejen na množství znečišťujících látek v ovzduší, ale také na množství bazických kationtů (Ca2+, Mg2+, Na+, K+) v půdě. Proto byly poškozeny zejména horské oblasti, které jsou na tyto ionty chudší, zatímco půdy nižších poloh déle dokázaly acidifikaci odolávat. Na jakém principu to funguje?

Několik faktorů, ke kterým patří vysoká kyselá depozice, mělké půdy, kyselé horniny a nízké zvětrávání, se potkává právě v horských oblastech. K tomu připočtěme poměrně dlouhodobé intenzivní lesní hospodaření, při kterém je po každé těžbě lesa odvezeno významné množství bazických kationtů, tedy trvale pro ekosystém ztracených, a na problém je zaděláno. 

V současné době je aktuálním tématem sucho a možnost zadržení vody v krajině. Může nějakým způsobem souviset okyselení půd a jejich snížení retenční vodní kapacity?

Chronické okyselení především horských půd je dlouhodobý problém. Nicméně sucho je především důsledkem nízkých srážek, hlavně absence trvalé sněhové pokrývky, a vysokých teplot ve vegetačním období, které stimulují vysoký výpar z krajiny. Určitě se ale dá uváženým hospodařením podpořit schopnost krajiny vodu zadržovat. V tomto kontextu je dnešní lesnictví spíše varovným příkladem. Pěstování nevhodných smrkových monokultur i v oblastech chronicky acidifikovaných, neschopnost omezit negativní vliv zvěře na přirozenou obnovu a stále velmi technicistní pohled na revitalizaci oblastí poškozených velkoplošným úhynem lesa jsou zcela jistě faktory ovlivňující vitalitu celého lesního ekosystému a tudíž i jeho schopnost hospodaření s vodou. V současné době například probíhá vládou schválený Program revitalizace Krušných hor podpořený více jak 4 mld. Kč z 

Současná „revitalizace“ Krušných hor. Foto: Filip Oulehle.

národních a evropských peněz. V praxi revitalizace probíhá asi takto: poškozené porosty náhradních dřevin vysázených před ca 40 lety jsou těženy, skoro veškerá biomasa i s živinami je naštěpkována a prodána do tepláren, poté na půdu vjedou bagry, rozhrnou staré valy, takto opět zničí již pomalu se regenerující půdu. Následně se půda velkoplošně postříká glyfosátem (známý Roundup) a poté znovu zalesní smrkem, popř. bukem, který ale bez ochrany proti okusu zvěří nemá šanci odrůst. Velkoplošně se pak znovu půdy letecky vápní, činnost velmi kontroverzní a pro současný les a půdu bez valné přidané hodnoty. To vše podpořeno dotací. 

Vlivem kyselých dešťů dochází také k uvolňování těžkých kovů, jinak běžně přítomných v půdě v nerozpustných sloučeninách, např. hliníku. Ten následně působí blokačně na kořenový systém. Jak přesně to probíhá?

Ne všechny těžké kovy se mobilizují kyselým deštěm. Např. olovo se do prostředí dostávalo především ze spalování olovnatého benzínu, rtuť při metalurgických procesech, atd. Je ale pravda, že mobilita (prostupnost prostředím, např. půda-voda) těžkých kovů je většinou nepřímo úměrná půdnímu pH. Hliník je třetím nejvíce zastoupeným prvkem v zemské kůře. Z hlediska vlastností půd je velmi důležitá přeměna primárních alumosilikátů na sekundární jílové minerály. Rozpouštění sekundárních jílových minerálů a amorfního hliníku v půdním prostředí je řízeno koncentrací H+ v půdním roztoku. Zde jsme opět u mechanismu okyselování půd – snižování půdního pH vede k mobilizaci iontového Al. Ten se poté v půdním roztoku dostává do kontaktu s kořenovým systémem rostlin, díky fyzikálním vlastnostem je schopen blokovat buněčnou výměnu bazických kationtů (Ca, Mg, K) a narušit tak iontovou rovnováhu. Stromy trpí sníženým příjmem živin, což se dlouhodobě projevuje sníženou vitalitou.

Snížený příjem živin, především hořčíku, se projevuje také žloutnutím jehlic. 
Foto: Lucie Fraindová.

V níže položených minerálních horizontech půdního profilu se při okyselení nachází obvykle více hliníku, kterému se kořenový systém stromů snaží vyhnout a stává se mělčím, ten je pak náchylnější k poškození. Z tohoto hlediska mohou být více ohroženy stromy s hlubokým kořenovým systémem. Je to pravda?

Není. Tak jak „kyselý déšť“ prostupuje půdním profilem, tak se i s hloubkou neutralizuje výše popsaným způsobem. Nejvíce jsou tedy obvykle okyseleny svrchní minerální horizonty, ve větší hloubce je už pH půdních roztoků vyšší. Změlčování kořenového systému ale může být důsledkem např. vápnění lesních půd. Kořeny si „jdou“ pro živiny v nejsvrchnější půdě. Pokud pak přijde sucho, takto mělce vyvinutý kořenový systém stromům v získávání cenné vláhy moc nepomůže.

Důležité je odstranit příčinu, tedy zdroje znečišťování imisemi. I tak následná obnova půdního ekosystému není jednoduchá. Pokud k obnově nedojde, na daném místě již les neporoste, protože i nově vysazené stromy na kyselé půdě opět hynou. V jakém horizontu je možné půdní ekosystém teoreticky obnovit?

V současné době primárně kvůli kyselé půdě nikde stromy nehynou. Po snížení kyselé depozice v 90. letech se naše lesní ekosystémy začaly poměrně dynamicky zotavovat. Půdy jsou samozřejmě chronicky okyseleny a návrat do stavu před acidifikací je záležitost na desítky a stovky let. Rozpor v těchto tvrzeních je jen zdánlivý. I vyčerpané půdy s poměrně nízkým obsahem bazických živin (Ca, Mg) mohou podpořit růst zdravého lesa, pokud se mírně zvýší pH a hliníková toxicita je eliminována. To se v posledních dvou desetiletích děje.

Obnova poškozených lesů byla prováděna dodáváním některých bazických kationtů do půdy (např. vápněním), má to nějaká úskalí? 

Kontroverzní vápnění jsem již „nakousl“ v předchozích odpovědích. Tato problematika má v podstatě dvě roviny. První je ekonomická. Vápnění je velmi drahá činnost, protože se aplikuje na velké plochy letecky. Také se na plochách vápní opakovaně. Nakolik je pak takto pěstovaný les hospodářsky rentabilní je otázkou. Pak jsou tu důsledky řekněme ekologické.  Půdy určené k vápnění jsou přirozeně kyselé, vzniklé na kyselém podloží, představované půdními typy kambizemí a podzolů. Jednorázová a dramatická změna půdního pH velmi ovlivní mikrobiální společenstva v půdě. Samotný prášek vápence se drží v nejsvrchnějších vrstvách půdy, tedy tam, kde máme nejvíce organické půdy bohaté na dusík a uhlík. Skoro vůbec neproniká do hlubší minerální půdy.

Zvýšíme-li takto jednorázově pH, mikrobiální společenstvo se dramaticky promění a velmi často začne tuto organickou vrstvu půdy ve zvýšené míře rozkládat. Přicházíme tak o uhlík v půdách, a pokud mají půdy i hodně dusíku, tak tento organický dusík se mineralizuje na dusík anorganický, který když není spotřebován, může ve formě dusičnanů z půd odtékat. A jsme opět u acidifikace, protože takto vzniklá kyselina dusičná opět ochuzuje půdy o bazické kationty. Nehledě na to, že dusičnany v povrchových vodách jsou nežádoucí, ať už z pohledu kvality vody pro vodárenské účely nebo z pohledu rizika eutrofizace. Obecně se dá říct, že vápnění je překonané řešení a dlouhodobě zdravý les tímto způsobem nevypěstujeme. Cesta ke zdravému lesu vede mnohem náročnější cestou opatření podporujících přirozenou obnovu lesa, druhovou a věkovou pestrost či ponechávání biomasy k zetlení.

Jaké jsou současné metody zjišťování příčin úhynů lesů a jak se jednotlivé postupy liší svou náročností a přesností? Lze zjistit všechny typy znečišťujících látek z rostlinných pletiv, půdy apod.?

Dovolím si být nyní více konkrétní. V současné době pracujeme na projektu, který spojuje dálkový průzkum země (DPZ), ekofyziologii dřevin a biogeochemii. Je to společný projekt Ústavu výzkumu globální změny AV ČR, Katedry experimentální biologie rostlin UK a České geologické služby. Jde nám o ověření možností DPZ v detekci příznaků stresu lesa a potažmo i odhadu „kvality“ půd těchto porostů. Dále se pokoušíme využít DPZ přístupů ke zpřesnění odhadu biomasy v lesích. V letošním roce jsme pořídili sadu hyperspektrálních snímků a lidarových dat, máme k dispozici velmi rozsáhlou a detailní databázi půdního chemismu a v současné chvíli probíhají detailní analýzy asimilačních orgánů stromů. Snažíme se tedy právě o propojení různých prostorových úrovní a laboratorních technik pro co nejlepší regionální odhad stresu lesních ekosystémů.

Děkujeme za rozhovor.

Kateřina FRAINDOVÁ

Publikováno: Pátek 13.10.2017 18:40

Akce dokumentů