VÁPNĚNÍ - POHLED DO MINULOSTI
Ing. Jan Materna, CSc.
Z různých diskusí i publikovaných názorů je zřejmé, že existuje velmi různorodé názorové spektrum na účelnost, užitečnost a míru rizika spojenou s použitím vápenatých materiálů v lesních porostech. Je zřejmé i to, že je i velmi různá míra informovanosti o tomto zásahu do lesních ekosystémů, pokud jde o jeho cíle a prostředky. Je proto užitečné načrtnout některé rysy vývoje v porovnání se současným poznáním a vymezit to, co lze podle starších informací od současných postupů očekávat, co lze řešit.
Je to nezbytné i proto, že vápence a podobné meliorační hmoty se aplikují v porostech většinou s dlouhodobou perspektivou, očekává se, že se jejich vliv projeví i s větším časovým odstupem a že budou dlouhodobě účinkovat. Je proto nevhodné posuzovat s odstupem jen několika málo let, zda se zásah projevil kladně a hodnotit i jeho vedlejší účinky.
Shrnutím poznatků starších pokusů i starších provozních aplikací lze získat odpověď na některé současné otázky i pochybnosti. Podkladem pro takové shrnutí však musí být podrobná a objektivní analýza jednotlivých případů. To znamená především jasnou charakteristiku podmínek, průkazné zjištění, kolik materiálu se použilo a jaká byla jeho kvalita (složení), i ověření, zda se skutečně deklarované množství dostalo do půdy. Bohužel některá posouzení účinku vycházejí jen z údajů o tom, jaká množství se na určitou plochu měla aplikovat, a z předpokladu, že se na danou lokalitu skutečně toto množství dostalo. Analyzujeme-li starší případy, jeden z prvních poznatků je, že variabilita množství fakticky dopadlého na určitou plochu v porostu se značně liší od množství, jež se stanovilo, a to v některých případech i řádově. Vrátit se do historie může být tedy velmi užitečné.
Druhá věc, kterou je třeba zdůraznit, je, že se postupně cíle vápnění značně rozrůznily. To vyplývá i z bližšího označení - např. ochranné vápnění, kompenzační vápnění, meliorační vápnění. Přesto první motivací pro aplikaci vápenatých materiálů v porostech byla snaha o zvýšení přírůstu.
PRVNÍ ZAHRANIČNÍ POKUSY
Použití vápenatých hmot v lesních porostech má dlouhou historii. Podle dostupných údajů se již v polovině devatenáctého století zakládaly v Německu první pokusy s vápněním. Podrobněji se vyhodnocovaly pokusy ze skandinávských zemí zakládané od počátku dvacátého století. Pravděpodobně jedním z důvodů, proč se věnovala pozornost právě vápnění v těchto zemích bylo to, že se zjistila zřetelná závislost mezi obsahem vápníku v půdě a jejich produktivitou, vyjádřenou zařazením do lesních typů od nejchudších až k nejbohatším (Aaltonen 1948). Těsná závislost se zjistila i mezi produkcí a obsahem dusíku v povrchové vrstvě půdy. Mimoto se měl vápněním podnítit rozklad organických zbytků ve vrstvě povrchového humusu a uvolnit tím část živin, které jsou v této vrstvě blokovány, a zpřístupnit je tak porostu.
Cílem těchto pokusů bylo zvýšit přírůst lesních porostů. Podrobné zhodnocení většího množství těchto pokusných ploch s delším časovým odstupem - většinou 25 let (Derome 1991) však obecné zvýšení přírůstu nepotvrdilo, na části ploch došlo k menšímu přechodnému snížení přírůstu. Ukázalo se dále, že jsou rozdíly v reakci borovice a smrku a že jsou i rozdíly v reakci různě starých porostů. Současně s tím se zvýšilo množství organické hmoty na půdním povrchu. Je pravděpodobné, že tato reakce porostů souvisí s metabolismem dusíku v humusové vrstvě a množstvím tohoto prvku, které zůstává dřevinám při stimulaci mikrobiálního života v organickém horizontu k dispozici. Proto na stanovištích, kde byla dostupná větší zásoba dusíku, pokles přírůstu se nezaznamenal nebo se zvýšil.
Se střídavými výsledky vlivu vápnění na přírůst jehličnatých porostů se setkaly pokusy i v Německu. Splnit bezprostřední cíl, aktivizovat vrstvy surového humusu měly i velmi vysoké dávky materiálu, a to nejen vápence, vápenaté strusky, ale i páleného vápna. Některé z těchto zásahů, zejména při použití vysokých dávek páleného vápna vyvolaly skutečně velmi drastické změny v půdě (Wittich 1952). Prokázaly se však i velmi významné kladné vlivy na přírůst porostů (Hausser, Schairer 1953). Také v Rakousku se na řadě pokusných ploch v různých růstových podmínkách podnítila vápněním biologická aktivita humusu jako předpoklad zvýšení přírůstu. Zajímavý byl závěr v tom, že ve vyšších polohách doporučili autoři (Franz, Jelem 1956) použití směsi vápence a páleného vápna k urychlení účinku zásahu.
ČESKÉ ZAČÁTKY
U nás byl koncem 50. let zařazen do plánu výzkumu úkol Vápnění ke zvýšení přírůstu porostů. Cíl byl jasný názvu úkolu. Připravilo se založení řady menších pokusných ploch, podrobné hodnocení vlivu vápence na smrkových humus a konečně poloprovozní ověření v širším rozsahu. Souběžně s tím se soustřeďovaly podklady pro hodnocení úrovně výživy smrkových a borových porostů (Materna 1961, 1964, 1967). Z výsledků listových analýz bylo možné odvodit, že hlavním nedostatkovým biogenním prvkem je dusík. Proto se postupně upustilo od čistého vápnění a přešlo se na použití kombinací živin podle výsledků listových analýz, vždy však s dusíkatým a vápenatým hnojivem. Přírůst porostů se stimuloval, v některých případech, pozoruhodně. Výsledky se staly základem pro pozdější provozní použití dusíkatých hnojiv v širším rozsahu ke zvýšení přírůstu porostů.
Poloprovozní pokusy s vápněním bez dalších hnojiv se založily na několika místech v západních a jižních Čechách. Dvě plochy poskytly zajímavější výsledky. Jedna z nich se založila v oblasti bývalého LZ Manětín v 50letém smrkovém porostu, jehož bonita na velké části plochy byla horší než 9. To odpovídalo velmi chudé, velmi silně kyselé půdě na kaolinickém podzolu. Výživu smrkových porostů, zde a v okolí charakterizovaly tyto výsledky listové analýzy: N 0,93 - 1,05 %, P 907 - 1023 mg.kg-1 , K 4753 - 5612 mg.kg-1 , Ca 1256 - 1897 mg.kg-1 , Mg 452 - 614 mg.kg-1 .
Kromě draslíku byly všechny živiny pod kritickou hranicí, mimo to se již tehdy v celkově málo přirůstavých smrkových porostech v celém lesním komplexu vyskytovaly zřetelné poruchy výživy hořčíkem, tj. žloutnutí starších ročníků jehličí ve stoupající intenzitě se stářím. Surový, ulehlý humus byl velmi chudý, s nízkým obsahem dusíku (0,95 - 1,15 %) a všech dalších biogenních prvků. Poměr C/N 35 ukazoval na velmi nepříznivé podmínky i pro dusíkatou výživu porostů.
Vápnění v dávce asi 4 t.ha-1 vyvolalo značné oživení humusové vrstvy. Zlepšilo se zachvojení, zvýšila se hmotnost asimilačního aparátu i výživa porostů a zřetelně stoupl běžný přírůst porostů na výčetní kruhové základně o více než 100 %. Koncentrace dusíku v jehličí zůstala sice na stejné úrovni jako před zásahem, zvýšila se však koncentrace vápníku i hořčíku a poněkud stoupla i koncentrace fosforu v jehličí. Je pravděpodobné, že se na příznivém výsledku podílel nejen nepřímý vliv vápnění, tj. dusík uvolněný aktivizací humusu, ale i přímý vliv vápníku a hořčíku, který použitý materiál také obsahoval. Dva další pokusy z toho, jeden na Šumavě v oblasti Železné Rudy, druhý v oblasti Horšovského Týna prokázaly, že ještě 30 let po vápnění se projevuje zvýšená mikrobiální aktivita v humusu, aniž by se však snížila významně zásoba humusu na půdním povrchu (Lettl 1991).
Shrneme-li výsledky tohoto nejstaršího plošného vápnění u nás, odpovídají zahraničním poznatkům, tj. zvýšení přírůstu se projeví jen za určitých podmínek. Také rychlejší rozklad humusu se dostavuje jen na některých humusových typech. Dále se ověřilo, že zvýšenou koncentraci vápníku a jeho vliv lze prokázat ještě 30 let po aplikaci a v humusové vrstvě a v povrchové vrstvě minerální půdy.
NÁSTUP ZNEČIŠTĚNÍ OVZDUŠÍ
Poněkud odlišný pohled na vápnění, jeho nezbytnost nebo alespoň účelnost je spojen s vývojem, který začal v polovině 19. století. Souvisí s těžbou uhlí, která měla sice ještě starší tradici, avšak od této doby jak těžba, tak využití, tj. spalování uhlí, měly prudce stoupající tendenci. Tak již v roce 1880, odkdy je zřejmě k dispozici hodnověrnější informace o těžbách, se v českých zemích vytěžilo 5 429 kt hnědého a 6 281 kt černého uhlí. Z toho větší část se spálila nebo zpracovala u nás. Současně se však velmi intenzivně rozvíjela těžba v sousedních zemích, v Německu i Polsku. Koncentrace síry v uhlí těženém u nás se pohybovala většinou kolem 1 % a větší část z tohoto množství se při spalování dostávala do ovzduší. To znamená, že již v těchto počátcích intenzivní těžby uhlí se do ovzduší dostávalo okolo 200 000 t oxidu siřičitého. Vzhledem k nízkým komínům u zdrojů emisí zůstával především v našem prostoru. Vedle uhlí však existovaly různé další zdroje plynných sloučenin síry. Nepříznivá situace v lesních porostech v okolí zdrojů se vysvětlovala přímým vlivem oxidu siřičitého na asimilační orgány, ale již v roce 1883 uváděla publikace (Schroeder - Reuss) vedle přímé i nepřímou cestu ovlivnění vegetace sloučeninami síry z emisí. Podrobněji se vlivem imisí na půdu zabýval Wieler (1912, 1922). Jeho teorie o odvápňování půdy (Entkalkung) vlivem spadu sloučenin síry byla nesporně významným upozorněním na proces, který se vlivem kyselého v půdě odehrává. Přitom však v podmínkách, ze kterých jeho pozorování pocházejí, nelze oddělit vliv sloučenin síry při vzniku “mrtvých zón” v okapu stromů od vlivu dalších látek - rizikových prvků. Pochopitelně autor doporučoval aplikaci vápenatých materiálů ke snížení tohoto vlivu.
Otázkami vlivu imisí na půdu se zabýval na pražské technice i Stoklasa (1923), a to i zásahy vedoucími ke snížení škod na půdě. Jinak se však po řadu desetiletí až do 70. let minulého století pozornost výzkumu soustřeďovala především na přímý vliv různých látek znečišťujících ovzduší na asimilační, event. další orgány rostlin. Nepřímý vliv, vliv na půdu, přestal být zajímavý. Vzhledem k celkové situaci je to pochopitelné. Relativně vysoké koncentrace škodlivin ovlivňovaly především asimilační orgány rostlin s často velmi výraznými příznaky, zatímco nenápadné půdní změny unikaly pozornosti.
NĚMCOVY STUDIE
Určitou výjimkou v tomto celkovém trendu byly Němcovy studie, týkající se vlivu imisí na lesy v Krušných horách (1952, 1958) a na dalších místech. Vždy vedle přímého vlivu uvažoval i o nepřímém vlivu půdních změn vyvolaných imisemi. Uvažoval nejen o zvyšování kyselosti půdy, jejím ochuzení ztrátou biogenních prvků, zejména bazických kationů, ale i o mobilizaci některých toxických prvků. Sám totiž již dříve upozornil na možnou spojitost mezi zvýšenou koncentrací přístupných sloučenin hliníku v půdě a odumíráním jedle na Křivoklátsku.
Výsledky získané v projektu - ekosytémové studii Soling byly ve srovnání s těmito staršími údaji daleko přesnější a podrobnější, podrobněji popisovaly mechanismy nejen ovlivnění půdy, ale i vliv půdních změn na další složky ekosystémů, tj. i na lesní porosty. Přesto však nebyly prvním upozorněním na jednu z cest, kterou se vliv látek z emisí v lesních ekosystémech uplatňuje. Opět se do nové roviny posunula otázka, která zůstala otevřená v podstatě po celou dobu výzkumu vlivu imisí na lesní ekosystémy, tj. jaký je podíl přímého působení a jak se na změnách zdravotního stavu porostů podílejí půdní změny. Skutečnost je taková, že v terénu obojí působení v našich podmínkách oddělit a nesporně prokázat vliv jednotlivých složek nelze. Proto pochopitelně snaha vysvětlit poškození porostů a některé další jevy zcela jednostranně, jako důsledek procesů vyvolaných depozici sloučenin síry a dusíku v půdě, naráží na odpor (Wentzel 2001). Přesto nelze popřít, že je řada skutečností, které jednak prokazují vliv imisí na půdy, jednak zpětnou vazbu mezi změnami v půdě a stavem lesních porostů. Jsou výsledky rozsáhlých půdních průzkumů u nás i v sousedních státech, které jednak dokládají převažující vysokou až extrémní kyselost povrchových půdních vrstev, jejich ochuzení o půdní živiny i zvýšenou přítomnost a koncentrace rizikových prvků. Jsou dále informace o tom, jak se v průběhu uplynulých 50 let urychlil posun vápníku do hlubších půdních vrstev. Pokusy dále dokládají intenzivní vliv sloučenin síry na vyluhování vápníku z půdy (Klimo 1999). Jde při tom o taková množství, která rychle snižují zásoby Ca v půdě.
MONITORING A ZAČÁTKY PLOŠNÉHO VÁPNĚNÍ
I opakované odběry půdních na trvalých zkusných plochách založených Ústavem pro hospodářskou úpravu lesů prokazují, že se celkové zásoby vápníku v exponovaných půdách v průběhu 15letého sledování na Krušných horách významně snížily. Je proto pochopitelné, že výsledky různých průzkumů na nedostatek vápníku v půdách upozorňují. Podle zpracování výsledků analýz z řady ploch po celém území ČR skoro čtvrtina vzorků z povrchové vrstvy minerální půdy měla nižší celkový obsah vápníku, než je spotřeba průměrného smrkového porostu během jednoho obmýtí, tedy naprosto nedostatečné. To jsou ovšem skutečnosti, které známe dnes a významně podporují představy o působení imisí na lesní půdy.
Jako reakci na zjištěné extrémní vlastnosti půd na sledovaných plochách v Krušných horách založil Němec počátkem 50. let tři malé pokusné plochy v epicentru poškozené oblasti v okolí Nové Vsi v horách a dvě v navazující imisemi také silně postižené části Lužické pískovcové vrchoviny mezi Děčínským Sněžníkem a hranicí s přírodní lesní oblastí Krušné hory. Cílem bylo ověřit možnosti, jak zlepšit podmínky pro obnovu jak smrku, tak náročnějších, listnatých dřevin, odolnějších vůči imisím oxidu siřičitého. Na všech těchto plochách bylo mimo moučky bazických hornin použito i přídavku vápence do sadbových jamek. Šlo o malé plochy, které měly posloužit k první orientaci, proto neobstály při rychlé likvidaci odumírajících porostů během dalších let. Déle obstála pouze plocha na Tisé, založená v roce 1959, na které se velmi zřetelně projevil kladný vliv vápnění na přírůst smrku a modřínu. Podle míry defoliace se však stromy na vápněných plochách významně nelišily od kontrolní plochy a okolních porostů. Podobně se prokázal příznivý vliv přidaného vápence do sadbových jamek pichlavého smrku v šířeji založeném pokusu (Jirgle 1986).
S plošným vápněním v Krušných horách k ochraně půdy před vlivem kyselého spadu se začalo v širším měřítku v 70. letech s použitím pozemních rozmetadel v kulturách a na plochách uvolněných smýcením porostů. Šlo stále ještě spíše o poloprovozní ověřování zejména vhodných mechanismů, protože ještě nebyly podmínky pro aplikaci ze vzduchu. Ukázala se jen podmíněná vhodnost prostředků používaných v zemědělství. Nakonec ani rozmetadlo speciálně určené pro rozmetání hnojiv lesních porostech neposkytlo plně uspokojivé výsledky. Spad části vápence ve vzdálenosti 5 m od rozmetadla byl řádově vyšší než ve vzdálenosti 30 m.
ROZSÁHLÉ VÁPNĚNÍ V KRUŠNÝCH HORÁCH
Skutečně v širokém měřítku se začalo v Krušných horách vápnit koncem 70. let. Do roku 1991 se vápenaté materiály aplikovaly na ploše větší než 60 tis. hektarů, tj. na větší části imisemi nejvíce postižené a zatížené plochy šlo o dvojí aplikaci. Průměrná dávka vychází na přibližně 4 t mletého, zčásti dolomitického vápence. Na značné části byly nasazeny těžké vrtulníky. Podrobnější informace uvádí Kubelka (1992). S odstupem několika let se v rámci širšího průzkumu odebraly vzorky organického horizontu i minerální půdy z celé přírodní lesní oblasti, tedy i méně postiženého západního Krušnohoří. Výsledky tohoto průzkumu ve vztahu k vápnění je možno shrnout takto:
- Na části ploch ve vápněném území byly zjistitelné zvýšené koncentrace vápníku v organickém horizontu a mírné změny v půdní reakci.
- Vápník v menším rozsahu pronikl i do povrchové vrstvy minerální půdy.
- Rozptyl materiálu použitou technologií nebyl rovnoměrný. Byla zjištěna místa s velmi vysokou koncentrací Ca v organickém horizontu. Ta odpovídala až několikanásobnému překročení stanovené dávky a místa v porostech, která měla být vápněna, kde se však vzestup koncentrací neprojevil.
- Je pravděpodobné, že rozdíly mezi západní a východní části Krušných hor ve prospěch východní části, a to jak v půdě, tak ve výživě porostů, lze přičíst právě tomto zásahu.
Toto vápnění mělo za cíl stále ještě především kompenzaci kyselého spadu a alespoň počátek meliorace postižených půd.
ZÁVĚR
Cílem další etapy ve vývoji problematiky, která je však již živou současností, je především úprava výživy porostů, tam kde se projevují její kritické poruchy, vedoucí k významnému snížení vitality a chřadnutí porostů. Nejnaléhavější je řešit podvýživu hořčíkem. Proto se používá jako materiál dolomitický vápenec. Tím však již zásah ztrácí charakter výlučně ochranný, kompenzační nebo meliorační a stává se současně i prostředkem k přímé úpravě výživy dřevin, tedy hnojivým. Ve velmi omezeném rozsahu, který je k dispozici, není možné vystihnout celou historii aplikace vápenatých hmot v lesním hospodářství. Spíše jde o upozornění na to, že je k dispozici velká řada poznatků z minulosti i řada ploch, ze kterých by bylo možno získat informace závažné i pro současnost.