ÚČINNOST PROVOZNÍHO VÁPNĚNÍ V JIZERSKÝCH HORÁCH
Doc. Ing. Vilém Podrázský, CSc. - Ing. Iva Ulbrichová - Ing. Jiří Remeš - katedra Pěstování lesů LF ČZU Praha
Po delším období výrazného nezájmu se stává využitelnost vápnění v imisních oblastech, konkrétně v regionu Krušných hor, opět aktuální. V souvislosti s objevením výrazných příznaků poškození lesních, převážně smrkových, porostů v jejich západní části je znovu aktuální představa o možnostech zmírnění, popřípadě odstranění těchto jevů vhodnou chemickou meliorací. Jako jedna z hlavních příčin chřadnutí byl totiž prokázán deficit živin, v první řadě hořčíku. Celkově se situace blížila tzv. novodobému hynutí lesů (Neuartige Wald-schäden, new type of forest decline), které bylo v minulých desetiletích ve značném rozsahu pozorováno v sousedním Německu a Rakousku. V těchto zemích se vápnění a přihnojení deficitním hořčíkem projevilo jako mimořádně úspěšné.
Vápnění, jako standardní způsob chemické meliorace půd v oblastech pod vlivem imisí, se používalo zejména ve vyšších polohách Jizerských, Krušných i Orlických hor a Krkonoš. Předpokládal se jeho pozitivní vliv na půdní chemismus, na urychlení koloběhu živin, zvýšení vitality imisemi zasažených porostů a na zlepšení růstu nově vysazovaných kultur lesních dřevin, a to cílových i přípravných. Na rozdíl od jiných zemí, konkrétně Německa a Rakouska, kde se především projevovalo již zmíněné novodobé hynutí lesů, byly vápněním v českých zemích ošetřovány zejména lokality, kde probíhala obnova lesních porostů. Primárním cílem bylo tedy nikoli zvýšení vitality porostů, ale úspěšnější a rychlejší obnova. Teprve v posledních dvou letech lze i u nás pozorovat snahy zpomalit poškození až rozpad starších porostů lesních dřevin. Při tomto způsobu aplikace přitom hrozí mnohem nižší ekologická rizika, v první řadě nadměrná mineralizace humusu a dusíku a s tím spojené ztráty živin a zatížení vodních zdrojů produkty rozkladu, tj. jevy běžné na rozsáhlých imisních holinách.
Ve vlastní oblasti Krušných hor je přitom exaktní vyhodnocení vlivu vápnění na lesní ekosystémy, alespoň v podobě, jak se provádělo a provádí, velice těžko uskutečnitelné a v některých ohledech až nemožné. Extenzívní využívání mechanizace a chemické meliorace bez ponechání intaktních území znemožňuje odpovídající srovnání vývoje obnovených a kontrolních ploch. Jako jedna z možností, jak získat relevantní údaje o vlivu a ekologických rizicích vápnění, je vyhodnocení jeho účinnosti v jiných regionech s rozsáhlou aplikací postupů chemické meliorace stanovišť. Při zahájené provozní aplikaci v západní oblasti Krušných hor by pak bylo nanejvýš vhodné ponechat část ploch bez zásahu pro pozdější srovnání.
Cílem tohoto příspěvku je pak vyhodnocení provozního vápnění v oblasti Jizerských hor, z podmínek, jež se blíží imisně ekologickým poměrům nejvyšší části hor Krušných. Přes rozdíly v podmínkách obou regionů jsou výsledky zobecnění efektů vápnění plně přenosné a využitelné v cílové oblasti, samozřejmě s respektováním místních podmínek.
METODIKA
V Jizerských horách byla většina ploch vápněna v 80. letech, v období zhruba maximální imisní zátěže. Šetření vývoje lesních půd a výsadeb lesních dřevin bylo provedeno po tomto období v souboru 14 trvalých výzkumných ploch ve vrcholové části pohoří. Jednotlivé plochy byly tvořeny dvojicemi ploch kontrolních a ploch s provozní aplikací vápnění. Byly založeny v r. 1986 ve spolupráci s LS a správou CHKO Jizerské hory, v tomto roce byl proveden průzkum stavu svrchních vrstev půdy - horizontu nadložního humusu (H) a svrchní části minerálního profilu (10 cm). Jednalo se o plochy ošetřené vesměs dolomitickým vápencem, a to především v lesních typech kyselé řady, v souborech kyselých smrkových bučin (6 K), bukových smrčin (7 K) a kyselých smrčin (8 K), ale i v souborech lesních typů živné řady, zejména svěží smrkové bučiny (6 S), rašelinné řady - kyselé rašelinné smrčiny (7 R) a řady extrémní - jeřábové smrčiny (8 Z). Půdy všech těchto souborů lesních typů, vyskytující se ve smrkobukovém až smrkovém lesním vegetačním stupni, se vyznačují humózním horizontem, dosahujícím hloubky 5 - 20 cm s vysokým obsahem humusu 34 - 52 %. Vápnění bylo v některých případech spojeno s mechanizovanou přípravou půdy finskými bránami nebo bagrem. K melioraci byly použity dva typy vápenců - velmi hrubozrnný pro leteckou aplikaci (frakce nad 1 mm - 92,6 %, 0,5-1 mm - 3 %, pod 0,5 mm - 4,4 %) a jemnější pro pozemní vápnění (tzv. Slušovický - frakce nad 1 mm - 45,2 %, 0,5-1 mm - 14,4 %, pod 0,5 mm - 40,4 %).
V každém z uvedených souborů lesních typů byla podle jejich podílu na vápněné ploše vybrána jedna či více dvojic ploch - vždy vápněná s uvedenou dobou aplikace a množstvím vápence a kontrolní bez vápnění. Půdní vzorky byly odebírány většinou po skončení vegetačního období v době sucha, kdy je pH půdy relativně stálé - v září nebo říjnu. V roce 1986 tak bylo na jedné lokalitě vykopáno 10 sond, v roce opakování odběru - 1999 - potom po 5 sondách, vždy zvlášť z humózního (F+H) a minerálního (A1 - 10 cm) horizontu.
V roce 1999 byl navíc proveden průzkum stavu výživy porostů. Listové vzorky byly odebírány z prvních ročníků jehličí smrku ztepilého a pichlavého, směsně, na každé ploše z 10 - 15 jedinců. Analýzy listových i půdních vzorků byly provedeny v laboratoři výzkumné stanice Opočno (firma Tomáš). U všech půdních vzorků byly vyhodnoceny tyto pedochemické charakteristiky: aktivní i výměnné pH, charakteristiky půdního sorpčního komplexu (S - obsah výměnných bází, V - nasycenost sorpčního komplexu bázemi, T - sorpční kapacita, H - hydrolytická acidita, podle Kappena), obsah oxidovatelného uhlíku a celkového dusíku (aproximativní metoda Springer-Klee), výměnná acidita a obsah výměnného Al a H, v r. 1999 i obsah přístupných živin (P, K, Ca, Mg) ve výluhu kyselinou citrónovou. U listových vzorků pak obsahy makroelementů: N, P, K, Ca, Mg, S. Pro vyhodnocování stavu půd (vlivu vápnění) byly srovnávány hodnoty z vápněných a nevápněných ploch z humusového a minerálního horizontu, srovnávány jsou průměrné hodnoty získané ze všech sledovaných ploch. Pro vyhodnocování stavu výživy byly vytvořeny 4 skupiny, které byly navzájem srovnávány: smrk ztepilý na vápněné a nevápněné ploše a smrk pichlavý na vápněné a nevápněné ploše. Pro vyhodnocení stavu výživy byly použity limity uvedené v tabulce 1 (smrk ztepilý, pro smrk pichlavý podobné údaje dosud chybějí).
VÝSLEDKY
Stav a dynamika půd
Výsledky šetření neprokázaly až na výjimky příliš výrazné vlivy vápnění na stav lesních ekosystémů, přesto je nutno považovat je za významné a v některých případech až varující. Odpovídají v podstatě celkovým představám o možných důsledcích a následcích provozní aplikace vápnění tak, jak bylo v minulých desetiletích prováděno a jak na ně poukazoval lesnický výzkum v zahraničí, ale především u nás.
Nejčastěji sledovanou pedochemickou charakteristikou je v podobných šetřeních půdní reakce. V roce 1986 bylo pH aktivní (ve vodním výluhu) patrně vyšší na vápněných lokalitách, v případě horizontu A dosáhly rozdíly hodnoty až 0,7 stupně pH. O 13 let později se tato pedochemická charakteristika v průměru na obou typech ploch nelišila. Došlo navíc k pronikavému vzestupu hodnot pH na všech plochách, patrně v důsledku rozvoje travní vegetace a poklesu imisního spadu. Je rovně pravděpodobný vliv momentálních podmínek v rámci roční dynamiky půdní reakce, i když byla snaha tento rozdíl minimalizovat. Efekt opakovaného provozního vápnění by podle záznamu organizací lesnického provozu neměl hrát roli, není evidence o opětovné aplikaci vápnění.
V případě půdní reakce potenciální (v 1 N KCl) nebyl vliv vápnění v letech 1986 ani 1999 patrný. Odráží to skutečnost, že zatímco pH aktivní dokumentuje v podstatě stav půdního roztoku, spíše podléhajícího změnám, pH potenciální dokládá stav sorpčního komplexu, po uskutečnění výměnných reakcí. Také u této pedochemické charakteristiky je v období 1986 - 1999 zaznamenán vzestup, byť nikoli tak dramatický.
V obsahu výměnných bází - hodnota S - jsou patrné dva základní trendy: zvýšení v období 1986 - 1999 a vyšší hodnoty na vápněných plochách v roce 1999. První tendence je významná při detailním studiu statisticky, druhá pouze pro minerální horizonty. V roce 1986 nebyl vliv vápnění patrný. V tomto případě se rovněž mohl kombinovat vliv vápnění a zejména na kontrolních variantách i vliv změny typu vegetace. Opad trav a dalších rostlin bylinného patra je mnohem kvalitnější a obsahuje mnohem větší množství bází ve srovnání s původním nadložním humusem tvořeným opadem smrku.
Viditelný byl efekt aplikace vápnění také v případě nasycení sorpčního komplexu bázemi - hodnota V. V roce 1986 byly rozdíly zanedbatelné, byť nepatrně vyšší hodnoty byly doloženy pro vápněné plochy. K výraznému zvýšení došlo na vápněných plochách do roku 1999, a to v obou sledovaných horizontech. V tomto roce je pak vliv aplikace vápenců mnohem více rozpoznatelný.
Obsah humusu byl na nevápněných variantách mírně vyšší, což odpovídá představě, že vápnění zvyšuje mineralizaci humusu. V období 1986 - 1999 lze pozorovat zvýšení obsahu humusu ve svrchních minerálních horizontech, a to výrazněji na vápněných plochách. Je tak možno předpokládat zintenzivnění mineralizačních pochodů po smýcení porostů, prohloubené aplikací vápnění, a výraznější mísení organických a minerálních horizontů vlivem činnosti půdních organizmů.
Obsah celkového dusíku byl v roce 1986 nižší na vápněných plochách - to odpovídá hypotézám o zrychlené mineralizaci a vyplavování jejích produktů z půdního profilu. Do roku 1999 bylo možno doložit v humusových horizontech ještě výraznější pokles obsahu tohoto makroelementu, především na vápněných variantách byla tato tendence vyjádřená drasticky. V minerálním horizontu se naopak obsah N mírně na vápněných variantách zvýšil, což reflektuje nárůst obsahu humusu, jímž je tento prvek především poután. Dynamika dusíku tak byla vápněním (i vlastním odlesněním) ovlivněna velice negativně, tento jev představuje jeden z limitních faktorů využití vápnění na imisních holinách. Další pedochemické charakteristiky byly zjišťovány pouze v r. 1999. Hodnota výměnné acidity těsně souvisela s hodnotou obsahu výměnného hliníku a byly zde zjištěny rozdíly mezi jednotlivými skupinami ploch (vápněné - nevápněné), i když nikoli statisticky významné. V roce 1999 byl dále vyhodnocován stav přijatelných živin v půdě. Výsledky u všech živin (P, K, Ca, Mg) byly v podstatě obdobné - mírný vzestup na vápněných plochách s rozdíly mezi jednotlivými makroelementy. U fosforu tak došlo k rovnoměrnému zvýšení, korespondujícímu se zvýšením pH. Půdní kyselost přístupnost této živiny výrazně determinuje. Přístupný draslík nejevil změny v horizontu humusu a vykazoval mírný vzestup hlouběji. Prozatím se představy o antagonizmu Ca, Mg a K výrazněji neprojevily, lze totiž očekávat silnou selektivní fixaci draslíku travní vegetací a tím i prevenci jeho vyplavování. Silnější vzestup je podle očekávání doložen u přístupných dvojmocných bází, obsažených v aplikovaném dolomitickém vápenci.
Stav výživy různých druhů smrku
V případě obsahu živin v asimilačních orgánech obou sledovaných druhů smrku je patrná tendence vyšších hodnot v listových vzorcích z vápněných ploch, přestože tento trend není statisticky průkazný. Na většině lokalit nedosahují obsahy prvků v listových vzorcích příliš vysokých hodnot. Často se pohybují těsně nad hranicí deficitu, nebo ji v určitých případech na některých plochách i překračují. Suboptimální hodnoty obsahu byly přitom v případě smrku ztepilého doloženy u dusíku, draslíku a zejména hořčíku. Limitní hodnoty pro smrk pichlavý dosud nejsou k dispozici. Pouze vývoj obsahu foliárního draslíku se odlišoval od obecného trendu - u smrku ztepilého byl prakticky na stejné úrovni na vápněných i kontrolních plochách a u smrku pichlavého došlo dokonce k poklesu obsahu. Hodnoty se přitom pohybovaly blízko hranice deficitu. Tato skutečnost vypovídá o vypjaté bilanci draslíku na sledovaných plochách.
DISKUSE A ZÁVĚR
Různí autoři popisují vliv vápnění na povrchové vrstvy půdy jako mírný a dlouhodobý, zvyšující mírně pH půdy, zvyšující obsah přístupného vápníku a hořčíku, s výrazným vlivem na nasycení sorpčního komplexu bázemi a zvýšení obsahu výměnných bází. Možné negativní vlivy vápnění spočívají ve zhoršení jakosti humusových forem a v možných ztrátách draslíku i dusíku. Naopak při okyselování půd dochází ke ztrátám bazických prvků.
V souladu s tím, že se účinek vápnění považuje za dlouhodobý, se v našem případě u některých charakteristik, jako např. nasycenost sorpčního komplexu, změny způsobené vápněním projevují i po více než 15 letech - na většině ploch bylo vápnění prováděno v r. 1982 nebo 1984. Projevil se i úbytek humusu a dusíku na vápněných plochách oproti nevápněným, možné ztráty draslíku se naopak výrazně neprokázaly. Obsahy živin v půdě byly obecně na vápněných variantách poněkud vyšší, což je způsobeno zrychlenou mineralizací humusu a tím i relativním zvýšením koncentrace živin. Přesto změny způsobené vápněním jsou v současné době ve většině hodnocených charakteristik pod hranicí statisticky odlišitelných změn, i když se často jeví jako jasně patrné tendence.
V případě výživy lesních dřevin bylo pozorováno spíše dílčí zlepšení. Mladé porosty s nižšími požadavky na množství přijímaných živin prozatím profitují ze zvýšené nabídky na holinách. Po zvýšení nároků v pozdějším věku se ztráty živin, jež je nutno předpokládat v současné době, mohou výrazně negativně odrazit ve stavu mlazin a starších porostů. Kritickým faktorem je pak dynamika dusíku. Její negativní ovlivnění vápněním i samotným odlesněním přispívá k velkoplošné degradaci prostředí, v první řadě lesních půd a vodních zdrojů. Vápnění je tak možno hodnotit jako opatření příznivě ovlivňující obsah půdních bází, ale na druhé straně v případě holin vyvolávající značná rizika. Pro minimalizaci negativních dopadů je nutný funkční kryt lesních dřevin. V dalším období je nutno vyloučit vápnění na plochách, kde se nenalézá porost s dostatečnou krycí funkcí. K nim nelze počítat porosty smrku pichlavého. Ten přijímá méně živin a nedostatečně brání jejich ztrátám z ekosystému. Jeho opad je ve srovnání s domácím smrkem mnohem méně příznivý. Plochy je nutno sledovat dlouhodoběji a výsledky spojit i s dalšími (v současné době prováděnými) šetřeními charakteristik porostů, jako je např. zhodnocení výškového a tloušťkového přírůstu dřevin za poslední roky, stavu humusových horizontů a stavu přízemní bylinné i travinné vegetace.
Pozn.: Práce vznikla v rámci řešení výzkumného záměru MSM 414100009 Obnova funkčních lesních ekosystémů Krušných hor - syntéza dostupných údajů.