DLOUHODOBÁ ACIDIFIKACE A NUTRIČNÍ DEGRADACE LESNÍCH PŮD - MITUJÍCÍ FAKTOR SOUČASNÉHO LESNICTVÍ - I.
Jakub Hruška1, Emil Cienciala2, Pavel Moravčík2, Tomáš Navrátil1, Jan Hofmeister1
1 - Český geologický ústav, Klárov 3, 118 21 Praha 1,
2 - IFER, 254 01 Jílové u Prahy
Dlouhodobá acidifikace a nutriční degradace lesních půd se ukazuje jako hlavní faktor, který bude limitovat lesní hospodářství v mnoha oblastech ČR v blízké budoucnosti. Vláda ČR proto usnesením č. 532 ze dne 31. 5. 2000 pověřila Ministerstvo životního prostředí, aby ve spolupráci s Ministerstvem zemědělství a Ministerstvem financí vypracovalo studii “Návrh komplexního a systémového řešení směřujícího k zastavení degradace lesních půd pod vlivem imisí”.
Studii vypracovali pracovníci Českého geologického ústavu - hlavního řešitele ve spolupráci s Ústavem pro výzkum lesních ekosystémů (IFER) a za přispění širokého autorského kolektivu z dalších českých institucí (Český hydrometeorologický ústav, Ústav ekologie krajiny a Ústav půdní biologie Akademie věd ČR, Jihočeská univerzita, Český ekologický ústav, Mendelova zemědělská a lesnická univerzita, Česká zemědělská univerzita, Výzkumný ústav lesního hospodářství a myslivosti, firma IDS). Na práci se podíleli i pracovníci ze zahraničí (Swedish Environmental Institute). Bylo provedeno shrnutí dosavadních výzkumných aktivit a praktických opatření vztahujících se k problematice. Ve studii byly použity ve velké míře zahraniční zkušenosti, materiály a postupy, stejně jako nové a originální přístupy vypracované českými odborníky. Uplatnily se dosud v ČR nevyužívané postupy, jako je dynamické modelování geochemických procesů v půdách a dosud málo používané analýzy pomocí geografických infrormačních systémů (GIS). Celá zpráva má přes 300 stran a touto formou - shrnutím hlavních poznatků a doporučení - chceme informovat čtenáře Lesnické práce.
SOUČASNÝ STAV IMISÍ A JEJICH VLIV NA LESNÍ PŮDY A POROSTY
Emise a imise
V roce 1999 se dokončilo odsíření velkých zdrojů SO2, což vedlo ke snížení celkových emisí síry v České republice na úroveň 10 % poloviny 80. let (2,27 mil. tun v roce 1985 na 0,27 mil. tun v roce 1999). Již v roce 1999 tak ČR splnila závazek vyplývající z Protokolu o snižování acidifikace, eutrofizace a přízemního ozónu z roku 1998. Ten předepisuje ČR pro rok 2010 emise 0,28 mil. tun SO2. Emise NOx klesly v průběhu 90. let asi o 50 % a změnila se jejich struktura - dominantním zdrojem se stala doprava, která v roce 1999 produkovala 53 % emisí NOx, zatímco v roce 1990 to bylo pouze 28 %. Závazek pro rok 2010 předpokládá snížení o dalších přibližně 27 %. Emise amoniaku jsou již dnes pod hranicí závaznou pro rok 2010 a další pokles nelze očekávat. U obou polutantů, síry i dusíku, se v současnosti vyčerpaly meze dalšího významného snižování emisí. Pro dalších nejméně 10 let budou emise stagnovat. Relativní snížení emisí síry je sice obrovské, ale i tak jsou dnešní emise stále na úrovni, která pravděpodobně nepovede k významné samovolné regeneraci půdního prostředí v nejpostiženějších oblastech (viz dále). Průměrné koncetrace SO2 v ovzduší také velmi poklesly (viz obr. 1) a dnes jsou na 98 % území ČR nižší než 20 Ķg/m3, což je hodnota imisního limitu na ochranu vegetace a ekosystémů stanovená Evropskou komisí.
Koncentrace NOx mezi lety 1996 a 1999 stagnují či mírně rostou, zejména vlivem dopravy. I zde však imisní limit 30 Ķg/m3 není pro 96 % území ČR překročen. Zhruba o 50-60 % se během 90. let snížila i depozice síry, depozice dusíku stagnují. Ve všech shora uvedených parametrech se tak ČR zařadila do evropského průměru a byl zaznamenán významný (síra) nebo alespoň částečný pokles (dusík) emisí a imisí.
Zdravotní stav lesů a příčiny jejich poškození
Podle údajů Výzkumného ústavu lesního hospodářství a myslivosti se v 90. letech defoliace jehličnanů mírně zvyšovala (viz obr. 2), zatímco u listnatých dřevin se pozoruje mírné zlepšení. Vzhledem ke shora popsaným trendům poklesu emisního i imisního zatížení by se tato skutečnost mohla považovat za překvapující. Tato a další pozorování potvrzují, že přes výrazné snížení emisí v 90. letech není reálné očekávat rychlé zlepšení stavu lesních porostů.
Do procesů vedoucích k chřadnutí a odumírání lesa se zapojuje velké množství fyzikálních, biologických a chemických faktorů. Existuje několik základních hypotéz mechanismu odumírání stromů a konkrétní příčina na konkrétním místě je obvykle kombinací více mechanismů.
První mechanismus je rychlý - přímý kontakt velmi koncentrovaného SO2 s asimilačními orgány smrku (tzv. akutní poškození). Tento mechanismus se nejvíce uplatňoval v oblastech s extrémně vysokými koncentracemi SO2 v ovzduší (Krušné hory). Imisní epizoda může být velice krátká. Při vhodném počasí stačí k akutnímu poškození vedoucímu k odumření stromu desítky minut. Význam tohoto mechanismu v současné době ustoupil, protože koncentrace SO2 v ovzduší se velmi snížily.
Další mechanismy jsou “pomalé” (chronické) - dlouhodobou acidifikací jsou z půd vyplaveny bazické kationty (Ca, Mg, K, Na), půdy jsou příliš kyselé a půdní voda obsahuje vysoké koncentrace toxických kovů mobilizovaných kyselým deštěm, zejména hliníku. Vysoké koncentrace hliníku, respektive nízký poměr molární sumy bazických kationtů a hliníku - (Ca+Mg+K)/Al (dále jen Bc/Al) v půdním roztoku působí fyziologické problémy kořenovému systému smrků. Při nízkém poměru soutěží ionty hliníku úspěšně s kationty vápníku, hořčíku a draslíku na výměnných místech buněčných membrán kořenového apoplastu, kde porušují iontovou rovnováhu. Hliník brání aktivnímu trans-portu iontů přes buněčné membrány tím, že ob-sazuje místa, která jsou určena pro bivalentní nebo monovalentní ionty, které mají podobné sférické vlastnosti jako iontový hliník. Dále dochází k odumírání takto zasažených orgánů - typicky jemných kořenů - s následným špatným příjmem živin, vody a celkovým oslabením rostliny. Typicky, v případě hliníku, dochází k významnému blokování příjmu hořčíku. Ten je nezbytnou součástí chlorofylu. Stromy mající nedostatek hořčíku, ať již z důvodů vyčerpanosti jeho zásob v půdě, nebo proto, že ho nejsou schopny kořeny přijmout v důsledku nevhodného poměru Bc/Al, trpí chlorózou, žloutnutím jehlic z nedostatku chlorofylu. Tento mechanismus je typický pro B-horizonty lesních půd v celé střední Evropě i jižní Skandinávii. Velké riziko poškození je tam, kde je molární poměr Bc/Al menší než 1. Platnost této hypotézy je doložena i z ČR. Kořenový systém smrků je přirozeně velmi mělký a v oblastech s nízkým poměrem Bc/Al se dále posunuje směrem do organických horizontů, které mají vždy příznivější poměry Bc/Al než minerální horizonty. Stromy se tak stávají extrémně náchylnými vůči suchu, mrazu a dalším abiotickým vlivům. Protože scénáře klimatických změn počítají s vysokým výskytem extrémně suchých period, může acidifikace půd indukovat poškození suchem. Podle německých studií bylo prokázáno, že sucho samo může příjem hořčíku blokovat.
Disproporce ve výživě stromu
Druhou příčinou pomalého poškození mohou být i disproporce ve výživě stromu. Kyselé deště jsou dobrým hnojivem, protože obsahují množství dusíku. Naopak v půdě se nedostává hořčíku, anebo se jeho příjem blokuje. Smrk rychle přirůstá, hořčík do nových jehlic se musí relokovat ze starších, ty žloutnou a opadávají. Dřevo takto stresovaných stromů je řídké a stromy jsou náchylné k napadení patogeny. Vysoká depozice dusíku je tak jednou z příčin zvýšené náchylnosti k patogenním invazím.
Popsané mechanismy stromy výrazně oslabují, ale jen zřídka jsou bezprostřední příčinou úhynu. Tou bývá obvykle klimatický stres (náhlá změna teploty v zimě, dlouhotrvající sucha nebo mrazy) nebo hmyzí či houbový škůdce, kterému by se zdravý les obvykle ubránil jen s malými ztrátami. Imise nejčastěji působí podobně jako AIDS. Svoji oběť fatálně oslabí, ale přímo neusmrtí. Smrt přijde ve formě choroby, se kterou by se zdravý organismus dokázal vypořádat. Například výskyt houby Ascocalix abietina v Orlických horách je v oblasti, která má z celé ČR nejvyšší depozici dusíku.
Mokrá a suchá depozice
Nejdůležitější roli v okyselování půd mají kyselina sírová a kyselina dusičná. Z atmosféry se na zemský povrch dostávají dvěma způsoby. Prvním je vlastní kyselý déšť, správněji “mokrá depozice”, druhým je takzvaná “suchá depozice”. Ta se uplatňuje v oblastech s vysokými koncentracemi SO2 a NOx v ovzduší. “Vysokými” se v tomto kontextu rozumí průměrné roční koncentrace vyšší než 3-5 g/m3 a z tohoto hlediska jsou koncentrace obou plynů v mnoha oblastech ČR stále vysoké. Jedná se o kombinaci průmyslových zdrojů, dopravy a přenosů ze zahraničí. Tyto zdroje budou existovat i v budoucnu a je nutno s jejich existencí nadále počítat.
Průběh suché depozice je zhruba následující: plyny a aerosol z atmosféry se sorbují na povrch vegetace, kde oxidují na kyseliny, které nejbližší déšť spláchne do půdy. Nejefektivnější jsou v tomto směru porosty jehličnanů, protože mají výrazně vyšší specifický povrch ve srovnání s listnatými porosty. Suchá depozice síry tvoří dnes na území ČR zhruba 1/2-2/3 celkové depozice a je rozhodujícím faktorem okyselování zalesněných oblastí (viz obr. 3). U dusíku tvoří suchá depozice zhruba 10-50% celkové depozice a její podíl v posledních letech roste.