Exkurze na experimentální stanici na Bílém Kříži 2.10.2008

Autor: Ladislav ŠigutObor: Biofyzika

Na exkurzi jsme se dopravili poměrně jednoduše autobusem na Visaláje a odtud pak po stezce značené modře. Počasí nám vyšlo, i když je na těchto místech často velmi proměnlivé. Za celou dobu vydatněji nepršelo, pouze byla nutná výbava v podobě teplého oblečení. Pokles teploty zde musel činit oproti Ostravě minimálně 10°C, k čemuž navíc přispěl vítr, který vnímanou teplotu srazil ještě o pár stupňů dolů.

To, že jsme dorazili na místo, by nově příchozí snadno poznal podle dvou velkých kultivačních sfér, které se rozkládají na velké části plochy experimentálního stanoviště. Ihned po příchodu jsme měli možnost poslechnout si zasvěcenou přednášku docenta Urbana, který zde vede výzkumnou práci vědců z Ústavu systémové biologie a ekologie AV ČR, v.v.i..

Na výzkumném stanovišti se zkoumají vlivy okolního prostředí na fyziologii rostlin, převážně smrku ztepilého, jako nejtypičtějšího zástupce lesních porostů u nás. Vědní obor shrnující tyto poznatky se nazývá ekofyziologie rostlin. Výzkum se zde provádí na dvou úrovních, a to pozemně, pomocí rozsáhlé škály přístrojů a letecky pomocí VNIR skeneru AISA Eagle (Spectral Imaging, Ltd., Finland), umístněném na palubě fotogrammetrického letadla Cessna TU 206. Takto je třeba možné sledovat obsah pigmentů chl a a b v celém porostu (viz Obr. 1).

Obr. 1: Vlevo: mapa odhadu obsahu chlorofylu na smrku ztepilém (převzato

z http://www.czechspace.cz/cs/pozorovani-zeme/pecs/spectra). Vpravo: pohled na plášť kultivační sféry složený z počítačově ovládaných vyklopitelných lamel a klimatizační jednotky v popředí snímku.

Během výkladu jsme se seznámili především s typy pozemních měření. Ta jsou zaměřena především na elektromagnetické záření, proudění větru, vlhkost a teplotu v různých profilech porostu, což jsou jedny z nejdůležitějších ekofyziologických faktorů, majících přímý vliv na vlastní fyziologické procesy v rostlinách. Rychlost větru měřená pomocí anemometrů se zde například zaznamenává rychlostí 20 Hz po celý rok, což je opravdu úctyhodný balík dat. Tuto rychlost měření dovoluje použití moderního typu anemometru, tzv. ultrasonického anemometru, fungujícího na bázi vysílání ultrazvukových signálů. Na výkladu mě také velmi zaujal popis úbytku intenzity záření v profilu porostu. Vždy jsem si totiž myslel, že úbytek fotosyntetizujících jehlic na větvích směrem k bázi kmene je způsoben zhoršenou kvalitou ovzduší. Zde mi bylo vysvětleno, že tento jev je způsoben hustou výsadbou lesního porostu a tudíž nízkou ozářeností spodních přeslenů stromů. Fotosyntéza probíhající v jehlicích tudíž nedosáhne ani kompenzačního bodu, takže nad fotosyntézou získá převahu respirace. Tyto jehlice tedy nakonec „prodýchají“ svou vlastní sušinu a jsou odsouzeny k zániku. Další velmi zajímavou informací pro mě bylo zjištění, že rostliny preferují před přímým ozářením spíše světlo difúzní. Letní zatažená obloha tedy dokáže nejvíce povzbudit les k vázání oxidu uhličitého. Přístroj zaznamenávající intenzitu slunečního záření se nazývá pyranometr a je zde

Obr. 2: Vlevo: Ultrasonický anemometr sloužící k měření proudění větru. Vpravo: Pyranometr zastíněný kotoučem tak, aby na senzor dopadaly po celý rok pouze difúzní (odražené) paprsky slunečního záření (převzato z http://www.usbe.cas.cz/lefr/experimentalni_plochy.htm).

k vidění ve dvou variantách. První (viz Obr. 2) slouží k měření intenzity difúzního slunečního záření a druhá, bez zastiňujícího kotouče, slouží pro snímání intenzity globálního slunečního záření. Pro zjištění přímého ozáření se dá použít rozdíl výstupů naměřených oběma přístroji v daný okamžik. U těchto přístrojů není podstatné, v jaké výšce se měří, protože vzdálenost od zdroje záření (Slunce) je nepoměrně velká. Situace by byla zcela jiná, kdybychom intenzitu záření měřili uvnitř místnosti s jedním oknem. Zde by se okno začalo chovat jako zdroj světla a tak by byl úbytek intenzity záření s kvadrátem vzdálenosti od zdroje velmi dobře patrný.

Kromě výzkumu týkajícího se ekofyziologických faktorů se zde provádějí měření, díky nimž jsou získána data popisující fyziologické procesy uvnitř rostlin a to jak

destruktivními, tak nedestruktivními metodami. Z těch nedestruktivních jsou to například gazometrické metody a z destruktivních různé druhy analýz na odebraných „shootech“. Osobně mě nadchl důmyslný systém měření půdní respirace, která se měří jako součet koncentrací CO2 respirující mikrobiální složky a kořenové složky v půdě, které se v utěsněném měřícím válci naakumulují za určitý časový interval. Přístroje navržené pro tato měření vytvořil vědec z půdy Ústavu systémové biologie a ekologie, což krásně ukazuje míru kreativity, která byla zapotřebí pro správný chod celého projektu (stejný typ přístroje viz na

Obr. 3). Asi nejdůležitější částí celého stanoviště

jsou samozřejmě kultivační sféry. Cílem experimentu, kvůli kterému byly postaveny je mimo jiné zjistit účinek vyšší koncentrace oxidu uhličitého (cca. dvojnásobná koncentrace než je současná) na fotosyntetický aparát rostlin za co nejvíce přirozených podmínek. V jedné ze sfér je tedy atmosféra s ambientní koncentrací CO2, v druhé pak dvojnásobná koncentrace CO2, simulující atmosféru v roce 2045, a nakonec referenční porost, sloužící k porovnání vlivu

vlastní konstrukce sféry na ekofyziologickéObr. 3: Zařízení pro měření luční respirace. faktory uvnitř komor. V  současné době už však referenční porost nelze brát v  potaz,protože je stíněn okrajem lesa. Smrky okolo výzkumné stanice již podle mého názoru začínají stínit i samotné sféry a tak se domnívám, že se časem bude zvažovat i úprava okolního porostu. Nejdůležitější informací, kterou jsem si mohl z celého výkladu odnést pak bylo určitě to, že se vlivem zvýšené koncentrace CO2 zvýší i rychlost fotosyntézy. Ne však natolik, aby byla schopna vázat dvojnásobek ostře sledované parciální složky ovzduší. Limitace rychlosti fotosyntézy pak vězí převážně v konečně dlouhém časovém intervalu potřebném pro relaxaci enzymu RUBISCO po navázání substrátu. Okolnosti této problematiky jsou cílem rozsáhlého bádání.

Po mnohem rozsáhlejším výkladu, než jsem zde schopen vyložit se všichni poutníci vrátili zase zpátky domů. Myslím, že každý, kdo o tomto vědeckém unikátu ví, může být patřičně hrdý na to, že v České republice máme takto cenné zařízení a velmi schopný tým lidí, starajících se o analýzu zde pořízených dat. Konečně se děje to, na co zatím ještě nejsme zvyklí, a sice že k nám jezdí vědci ze zahraničí, kteří si velmi cení možnosti zde pracovat a na celém projektu se takto podílet.