Ekologické aspekty lesnického hospodaření v imisních oblastech

Výskyt chřadnoucích lesů v Evropě v 90 létech (Freer et Smith 1998)

Typy škodlivých činitelů

• prach

• plynné součásti ovzduší– oxid siřičitý– oxidy dusíku– fluor– ozón– amoniak

Vývoj emisí v ČR

1000 t.rok-1

1000 t.rok-1

1000 t.rok-1

Průměrné koncentrace SO2

Mechanismus účinku plynného znečistění• Přímé účinky: enzymatický systém, fotosyntéza,

narušení kutikulárních vosků• Kombinované účinky: narušení výživy (zvláště

dusíkem)• Účinky zprostředkované půdou: toxicita

některých prvků (Al), nedostatečná výživa• Sekundární vlivy: výskyt patogenních

organismů, narušení mykorhiz, nevyzrálost pletiv• Terciární vlivy: jedná se o odezvu na změny

struktury společenstva, snížení genetické diversity

Stres

Reakce rostliny na chronický a akutní stres (Cudlín, 2001)

Reakce smrku na působení stresového faktoru (Cudlín, 2001)

Poškození dřevin SO2

Přímý vliv na dřeviny podle klasických prací (Materna, 1973):

• 0,07 mg.m-3: odumírání dřevin při dlouhodobém působení

• 0,015 mg.m-3: první příznaky poškození dřevin

Vliv stanoviště na ohroženost imisemi

• Exponovanost stanoviště

• Výskyt inverzních situací

• Vlastnosti půdy

Defoliace

Vyhláška MZe 78/1996 Sb. stanovuje stupně poškození stromů:

•0 (0%) - nepoškozený strom•1 (1-25%) - slabě poškozený•2 (26-50%) - středně poškozený•3 (51-75%) - silně poškozený•4 (76-100%) - odumírající•5 (100%) - odumřelý strom

Stupně poškození porostů:• 0 - Nepoškozený (0: 100%)• 0/1 - s prvními symptomy poškození (maximálně

1: 20%, 2+: 0%)• I - slabě poškozený (2+: 32% nebo 3+: 5%)• II - středně poškozený (2+: 84% nebo 3+: 30%)• IIIa - silně poškozený (3+: 50%)• IIIb - velmi silně poškozený (3+: 70%)• IV - odumírající/odumřelý (3+: 100%)

Způsob stanovení defoliace

• Terénním šetřením (odhad s přesností 5%)

• Na základě DPZ (družicové snímky)

Hrubý Jeseník: 1988

Hrubý Jeseník: 2000

Charakteristiky pásem ohrožení

Podle doby zvýšení poškození dospělého SM porostu

• A: do 5 let• B: během 6-10 let• C: během 11-15 let• D: během 16-20 let

Podle rychlosti rozpadu BO porostů - ročně odumře

• A: >20% stromů• B: 10-20% stromů• C: 2-10% stromů• D: do 2 % stromů

Pásma ohrožení imisemi

Vývoj stavu půd

Krkonoše, 1958-1991

Data ÚHÚL

Aktuální acidita vyjadřuje aktivitu (koncentraci) vodíkových iontů měřenou v suspenzi půda-voda.Hodnota aktuální acidity je chápána jako míra aktivity protonů v naturálním půdním roztoku v daném okamžiku měření. Vzhledem k tomu, že kyseliny, které existují v půdním roztoku nejsou v konstantním stavu, jejich poměr se může měnit v čase. Změny aktuální acidity mohou být rychlé a krátkodobé. Předpokládá se, že aktuální acidita dobře reprezentuje přirozenou variabilitu kyselosti půdního roztoku a jako taková má velký ekologický význam.

Výměnná (potenciální) acidita: Při jejím stanovení se určí pH v suspenzi půdy a roztoku soli. Zpravidla se používá roztok KCl nebo CaCl2. Působením roztoku soli se zmenší vliv proměnlivé koncentrace elektrolytu a měření je méně závislé na poměru roztoku a půdy. KCl podporuje silnější kationtovou výměnu než CaCl2. U kyselých půd je při tomto způsobu uvolněna ze sorpčního komplexu podstatná část kationtů a pH KCl tak lépe charakterizuje výměnnou aciditu půdy. Vzhledem k tomu, že výměnná acidita závisí na dílu silně vázaných kyselých kationtů (H, Al), její variabilita v čase je menší a měřené hodnoty stabilnější.

Procesy acidifikace lesních půd mohou mít následující zdroje: (Van Breemen 1992, Binkley et al. 1989):1) přísun rozpuštěných silných kyselin a bazí2) interní produkce různých kyselin v půdě3) asimilace bazických látek biotou4) změny průběhu redukčně-oxidačních procesů

Acidifikace lesních půd

Pufrovitost půd (Ulrich, 1986)

Pufrační intervaly:

• pH 6,2-8,6: karbonátový ->Ca(HCO3)2

• pH >5: silikátový ->jílové minerály (zvýšení KVK)• pH >4,2: iontovýměnný

– s jílovými minerály -> Al(OH)(3-x)+x (snížení KVK)

– s oxidy Mn -> Mn2+

– s mezimřížkovým Al ->Al-hydroxosulfát

• pH >4,2: hliníkový -> Al3+ v roztoku• pH >3,8: hlinito-železitý -> Al3+ v roztoku,

Fe(OH)3• železitý: uvolnění ferrihydritu, Fe3+, destrukce jílu

Toxicita hliníku

Narůstající pořadí podle toxicity

• organické komplexy Al, Al-F, AlSO4+

• Al(OH)3 - Al(OH)2+

• Al(OH)2+

• Al3+

Poměr obsahu bazických kationtů a hliníku (Bc/Al)v půdním roztoku jako indikátor stavu porostů

• Porušení iontové rovnováhy: Al brání aktivnímu transportu iontů přes buněčné membrány.

• Odumírání takto zasažených jemných kořenů.• Blokování enzymů a následných reakcí

katalyzovaných těmito enzymy. Al může zaujmout místa kovů, které jsou přirozenou součástí těchto enzymů.

Látková bilance v ekosystémuB = TF - SO - INC . CL

TF - podkorunové srážky (throughfall)SO - vyplavováníINC - přírůst porostuCL - vymývání z korun

Interní produkce protonů v půdě (INP) je:INP = ∆s(S-) - ∆s(S+)

∆s -změna v půdní zásobě(S-) - suma ekvivalentů aniontů(S+) - suma ekvivalentů kationtů

Podíl přirozených a antropogenních zdrojů protonů na acidifikaci půd v Rakousku (Glatzel 1990)

Příklad vývoje půd Jizerských hor

Korelační koeficienty mezi sledovanými proměnnými v půdním horizontu FH (statisticky průkazně vysoké hodnoty na hladině 5% jsou označeny červeně).

PCA10.50-0.5

PC

A2

0.5

0

-0.5

PH_H2O

PH_KCL

COXN

AVAIL_P

AVAIL_K

AVAIL_CA

AVAIL_MG

AVAIL_FE

AVAIL_AL

Půdní charakteristiky horizontu FH hodnocené metodou PCA

PCA1543210-1-2

PC

A2

3

2

1

0

-1

-2

-3

-10-9

-8-7

-6

-5

-4

-3

-2-1

1

2

4

7

9

10

16

19

20

21

22

24

27

31

37

42

43

45

47

48

49

5253

54

55

56

57

58

59

60

61

62

67

68

69

7071 72

7475 7677

79

80

81

8283

84

85

8687

88

89

9091

Příklad plochy s vlivem vápnění (155) 1980-2003155(1980) - 155(2003)

COX29282726252423222120191817161514131211109876543210

De

pth

[c

m]

0-2-4-6-8

-10-12-14-16-18-20-22-24-26-28-30-32-34-36-38-40-42-44-46-48-50-52-54-56-58-60-62-64-66-68-70-72-74

Cox155(1980) - 155(2003)

C_N282726252423222120191817161514131211109876543210

De

pth

[c

m]

0-2-4-6-8

-10-12-14-16-18-20-22-24-26-28-30-32-34-36-38-40-42-44-46-48-50-52-54-56-58-60-62-64-66-68-70-72-74

C : N

Dvouetážová porost

BK - 150 let

SM - 18 let

155(1980) - 155(2003)

PH_H2O543210

De

pth

[c

m]

0-2-4-6-8

-10-12-14-16-18-20-22-24-26-28-30-32-34-36-38-40-42-44-46-48-50-52-54-56-58-60-62-64-66-68-70-72-74

155(1980) - 155(2003)

PH_KCL43210

Dep

th [

cm]

0

-2

-4

-6

-8

-10

-12

-14

-16

-18

-20

-22

-24

-26

-28

-30

-32

-34

-36

-38

-40

-42

-44

-46

-48

-50

-52

-54

-56

-58

-60

-62

-64

-66

-68

-70

-72

-74

pH (H2O)

pH (KCl)

155(1980) - 155(2003)

AVAIL_P200180160140120100806040200

De

pth

[c

m]

0-2-4-6-8

-10-12-14-16-18-20-22-24-26-28-30-32-34-36-38-40-42-44-46-48-50-52-54-56-58-60-62-64-66-68-70-72-74

dostupný P

155(1980) - 155(2003)

AVAIL_CA1 1001 0009008007006005004003002001000

De

pth

[c

m]

0-2-4-6-8

-10-12-14-16-18-20-22-24-26-28-30-32-34-36-38-40-42-44-46-48-50-52-54-56-58-60-62-64-66-68-70-72-74

155(1980) - 155(2003)

AVAIL_MG700650600550500450400350300250200150100500

Dep

th [

cm]

0

-2

-4

-6

-8

-10

-12

-14

-16

-18

-20

-22

-24

-26

-28

-30

-32

-34

-36

-38

-40

-42

-44

-46

-48

-50

-52

-54

-56

-58

-60

-62

-64

-66

-68

-70

-72

-74

dostupný Ca

dostupný Mg

Vápnění

• Vhodné jsou hlavně dolomitické vápence s částicemi do 1 mm

• Dávky 2-3 t/ha• Změny se projevují nejdříve ve svrchních

horizontech, pozorovatelné je zpoždění vlivu, který je zřetelný i po 10-15 letech

• Nepříznivé vlivy: ochuzení diversity společenstev, mineralizace organické hmoty (pozor na N), uvolňování těžkých kovů, přesun kořenů do povrchových vrstev půdy