Stav imisí a depozicí v přírodní lesní oblasti Krušných hor
Pavel Hadaš
Pokles emisí vnášených do ovzduší ČR se projevil i na území přírodní lesní oblasti (PLO) Krušné hory. Například z vývoje průměrných ročních koncentrací SO2 vyplývá (tab. 1), že v průběhu let 1993 až 1999 se snížily o více než 78 %, minimální roční koncentrace se snížily o 81.2 %, maximální roční průměry SO2 o 79.5 %.
Tato snížení nekorespondují s 50.8 % snížením emisí SO2 v oblasti střední Evropy, reprezentující stejné období let 1993-1999. Teoreticky připadá 27 až 30 % na jiné vlivy, např. na rozptylové podmínky - směr a rychlost větru, zvrstvení ovzduší (výskyt teplotních inverzí). Pokles emisí SO2 a NOx se projevil rovněž v celkových depozičních tocích síry, dusíku a kyselé depozice vodíkových iontů (tab.2).
Ze srovnání s rokem 1997 vyplývá, že průměrná hodnota depozičního toku síry se v roce 1999 na území Krušných hor snížila o 51 %, dusíku o 22.6 % a průměrný depoziční tok H+ o 49.4 %. V roce 1999 nebyly v modelovém výpočtu uvažovány emise amoniaku. Podle měření na stanici Rudolice vyvolává roční vstup imisí amoniaku (přes suchou a mokrou složku) kyselou depozici 442 ekvivalentu (eq.) H+ ha-1. Průměrnou, minimální a maximální potenciální kyselou depozici tak lze paušálně o tuto hodnotu zvýšit na 2025,5 (prům.), 1207,3 (min.), 2900 (max.) eq. H+ ha-1 rok-1. Plošné rozložení potenciální roční kyselé depozice vodíkových iontů v roce 1997 a 1999 je znázorněno na obr. 1 a 2.
PŘEKROČENÍ KRITICKÝCH DÁVEK DEPOZIC
Z dosažených hodnot potenciálních depozičních toků celkové síry a dusíku v roce 1999 vyplývá, že na více než 42 % území Krušných hor dochází k překročení dlouhodobé kritické dávky depozice síry (11 kg ha-1 rok-1) a na více než 4 % území k překročení dlouhodobé kritické dávky depozice dusíku (15 kg ha-1 rok-1), a tím ke zrychlování procesů acidifikace půd. Hodnocené depoziční toky síry a dusíku charakterizují stav na horní hranici lesního ekosystému. Z analýzy podkorunových srážek vyplývá, že celkové depozice síry zdravého lesního porostu jsou 2-3 x vyšší a celkové depozice dusíku jsou o cca 10 až 35 % nižší než hodnoty depozičních toků na vstupu do lesního porostu.
Z hlediska dlouhodobého vlivu na půdu byly pro kyselou depozici stanoveny kritické hodnoty 700 eq. H+ ha-1 rok-1. Pro území Německa byly z hlediska krátkodobého působení na půdu (cca 1 rok) stanoveny kritické hodnoty depozice kyselé v úrovni 1000 eq H+ ha-1 rok-1. Lesní půdy Krušných hor, které leží na podloží granitoidů a rul, jsou z hlediska acidifikace zranitelné vzhledem k potenciálnímu narušení pufrovací schopnosti půd již při vstupu kyselé depozice v rozsahu od 200 - 1000 eq. H+ ha-1 rok-1. Kritická zátěž pro citlivé půdy (pomalu zvětrávající lesní půdy) se pohybuje v rozsahu 300--1000 eq. H+ ha-1 rok-1, pro velmi rychle zvětrávající půdy se kritická zátěž pohybuje v rozsahu 1000--3400 eq. H+ ha-1 rok-1. S ohledem na horninové složení byla odhadnuta kritická zátěž pro půdy Krušných hor v úrovni 900 eq. H+ ha-1 rok-1. Vzhledem k této hodnotě je na více než 91 % území Krušných hor kyselá depozice vyšší. Na tomto území tedy dochází stále k urychlování procesů acidifikace, což vede k poškozování buněk ovlivňujících funkci průduchů, k poškozování kořenového systému dřevin a k narušování výživy náhradních porostů břízy, jeřábu, smrku atd.
VÝVOJ NEPŘÍZNIVÝCH ROZPTYLOVÝCH PODMÍNEK V LETECH 1961-2000
Příznivý vývoj imisních koncentrací SO2 a NOx depozičních toků síry a dusíku není ovlivněn jen poklesem emisí, ale významnou roli hraje meteorologický faktor ve smyslu výskytu příznivým nebo nepříznivých rozptylových podmínek v zimním období.
Základními faktory, které ovlivňují imisní zátěž a depoziční toky, jsou meteorologické podmínky umožňující rozptyl škodlivin v ovzduší a poloha emisních zdrojů. Meteorologické podmínky jsou zde chápány jako výsledek působení různých cirkulačních procesů na směr a rychlost větru a na teplotní zvrstvení atmosféry. Cirkulační procesy jsou z hlediska jejich poznání roztříděny podle rozložení hlavních tlakových útvarů (tlaková níže a výše) do tzv. katalogu povětrnostních situací. Rozložení tlakových útvarů určuje směr proudění, které charakterizuje vlastnosti advekce (přemísťování) vzduchové hmoty i s následnými meteorologickými podmínkami. Na základě katalogu povětrnostních situací je každý den v roce definován některým typem povětrnostní situace. Podle výskytu nepříznivých rozptylových podmínek a určité povětrnostní situace (synoptické situace) jsou již definovány typy povětrnostních situací, u kterých s největší pravděpodobností v oblasti Krušných hor dochází k výskytu smogových situací. Z obr. 3 je zřejmé, že poslední zima, která měla zvýšený počet nepříznivých rozptylových podmínek, byla zima 1995-96. Vývoj počtu dnů s nepříznivými rozptylovými podmínkami v jednotlivých zimních obdobích nás upozorňuje na jinou souvislost. Od zimy 1995-96 můžeme pozorovat trend poklesu počtu dnů s nepříznivými rozptylovými podmínkami. Tento trend, který je v souladu se snižováním množství emisí SO2 i NOx, se příznivě projevil ve snižování imisních koncentrací SO2, NOx i depozičních toků síry a dusíku.
PROGNÓZA VÝVOJE EMISÍ
Na základě prognózy vývoje emisí SO2, NOx lze očekávat, že ovzduší na území ČR bude v letech 2005-2010 ročně zatěžováno z bezprostředně sousedících států ve střední Evropě asi 3.8 mil tun SO2 a 3.5 mil tun NOx. Vzhledem k charakteru trendu vývoje nepříznivých rozptylových podmínek v zimních obdobích, který je vyjádřen polynomem 6. stupně, se nyní nacházíme v minimu. Avšak je pravděpodobné, že v případě výskytu podobných nepříznivých rozptylových podmínek, např. jako v zimě 1995-96, může dojít ke zvýšení imisních koncentrací SO2, NOx i depozičních toků síry a dusíku. Proto nelze vyloučit situace, které mohou vyvolat nové odumírání lesních porostů a tím i zvýšení objemů nahodilých těžeb způsobených imisemi.
ZÁVISLOST DEFOLIACE A DISKOLORACE NA IMISNÍ ZÁTĚŽI A DEPOZIČNÍCH TOCÍCH
Vliv síry akumulované v jehličí, vstupu mokré depozice síranů (SSO42-), imisní koncentrace oxidů dusíku (∆NOx) a parametrů výživy N, Mg, K v zimě 1995/1996 na defoliaci a diskoloraci smrkových porostů, byl předmětem regresní a korelační analýzy. Závislosti byly šetřeny na osmi plochách PLO Krušné hory. Pro obě charakteristiky zdravotního stavu byla odvozena funkce vyjadřující kombinaci závislosti lineárně lomené a kvadratické funkce (obr. 4 a 5).
Z obr. 4 a 5 vyplývá, že celková defoliace jehličnatých stromů způsobená obsahem síry v jehličí, depozicí síranů, imisní zátěží oxidy dusíku a poměry výživy byla vysvětlena pomocí kombinace lineárně lomené a kvadratické funkce z 96,2 % (diskolorace z 94,6 %). Doplněk 3,8 % (5,5 %) do 100 % připadá na ostatní proměnné - např. i na parametry klimatu. Na základě tzv. postupné regrese a z následného odvození dílčích rozdílů koeficientů determinace byly odvozeny pravděpodobné váhy použitých nezávislých proměnných. Síra obsažená v jehličí a mokrá depozice síranů z více než 60 % vyvolávají změny v celkové defoliaci (více než 81 % v celkové diskoloraci). Parametry reprezentující poměry výživy smrkových porostů vykazují více než 23 % nepřímo úměrný vliv na celkovou defoliaci (z více než 7 % ovlivňují diskoloraci). To znamená, že poklesem obsahu dusíku, hořčíku a draslíku v půdě dochází ke zvyšování celkové defoliace. Imisní koncentrace oxidů dusíku ovlivňují celkovou defoliaci z těměř 13 % (diskoloraci z téměř 6,5 %.)
ZÁVĚR
Existuje několik hypotéz mechanismu odumírání a poškozování porostů, konkrétní příčina na konkrétním místě je obvykle kombinací více mechanismů. Spouštěcím faktorem defoliace resp. diskolorace může být jak jednorázové extrémní působení teploty, tak jednorázové akutní nebo synergické poškození imisemi, ozónem a depozicemi síry, dusíku, vodíkových iontů. Z hlediska výskytu nepříznivých rozptylových podmínek se v současné době nacházíme v období mírných zim s malým počtem dnů se zhoršenými podmínkami pro rozptyl emisí v ovzduší. Avšak je pravděpodobné, že v případě výskytu delšího období s nepříznivými rozptylovými podmínkami, např. podobně jako v zimě 95/96, lze opět očekávat v lokálním až regionálním měřítku situace s novým poškozováním a odumíráním lesních porostů.
Adresa autora:
RNDr. Pavel Hadaš
Ústav ekologie lesa, MZLU Brno,
Zemědělská 3, 613 00 Brno