GLOBÁLNÍ ZMĚNY KLIMATU A POTENCIÁLNÍ ZMĚNY LESNÍCH PŮD

Prof. Ing. Emil Klimo, DrSc., Ing. Jan Materna, CSc., Ing. Jiří Vokoun

Půda jako důležitá součást lesních ekosystémů je považována za relativně stabilní složku. K jejím změnám dochází poměrně pomalu a v podmínkách očekávaných globálních změn klimatu musíme odlišit půdní vlastnosti ovlivňované pouze s obtížemi - zrnitost půdy, stav živin a zásob, propustnost půdy a ostatní fyzikální vlastnosti, mocnost půdy atd. od vlastností, které jsou náchylnější ke změnám počasí během roku vlivem jednotlivých ročních období, vlivem různé technologie lesního hospodářství nebo během změn ve skladbě dřevin lesních porostů, ale také vlivem vývoje porostů, kdy dochází k obnově lesa.

Jde o akumulaci organické hmoty na půdním povrchu s příslušnými formami povrchového humusu, procesy dekompozice, respirace, skladbu půdní mikroflóry a fauny, podmínky půdního sorpčního komplexu (zejména jeho pasivní části), aktuální vlhkost půdy a dynamiku některých živin v půdním profilu, tj. stavu půdního roztoku. Ve stádiu vyvinutého půdního typu klimatické podmínky výrazně ovlivňují teplotní a vlhkostní režim půd. Dílčí půdní procesy jsou tudíž také přirozeně ovlivňovány, jako např. vyluhování a transportní procesy uvnitř půdy a dekompoziční procesy organických reziduí a tvorba půdních vrstev. V mírném pásmu vedle zeměpisné šířky má velký význam také nadmořská výška. V evropských podmínkách, na základě vztahu mezi klimatem a výškovými pásmy v jednotlivých pohořích, se vyskytují určité zákonitosti, týkající se rozšíření půd v těchto nadmořských výškách. Při předpovídání potenciálních změn ve vývoji půd pod vlivem globálních změn klimatu je třeba brát v úvahu také další faktory.

VÝVOJ PŮD V HOLOCÉNU

Vývoj půd tehdy souvisel s vývojem klimatu a zřejmě také stavem vegetačního krytu. Může složit jako srovnávací měřítko pro dopad globálních změn klimatu. Například v preboreálním období tvořícím přechod k subarktické pozdně glaciální epoše, kdy klima bylo mnohem chladnější a postupně se oteplovalo, se objevila bezlesá tundra a později také dřeviny, jako borovice a bříza a převládaly procesy oglejení půd. Totéž také platí v boreální tundře v současnosti. V boreálním období (8700 - 7500 let př. n. l.), kdy převládalo kontinentální suché a teplé podnebí se stepní vegetací, se vytvářela černozem. Humidní a teplé klima atlantického období, kdy průměrné teploty byly vyšší asi o 2 °C ve srovnání se současnou teplotou, bylo důležité pro vývoj půd. Toto období podmiňovalo rozšiřování lesů a na druhé straně také intenzivní diferenciaci půdního profilu, zejména procesy podzolizace a ilimerizace.

Je užitečné rozdělit předpověď vývoje půd na dvě období. Zvláštní význam má období, kdy vývoj rozhodujících změn lze odhadnout, tj. zhruba příštích 50 let. Je to také období, kdy by měly probíhat nebo se alespoň zahájit rozhodující činnosti. Jejich cílem je redukovat účinky nebo důsledky očekávaných změn. Popis změn ve druhém období by měl zaznamenat složitější interakce mezi stavem porostů a ostatními složkami ekosystémů. Tato předpověď je založena na následujících předpokladech:

- Změny ve složení ovzduší se zdají být rozhodujícími procesy. Bez jejich hodnocení není ani možné určit pravděpodobný vývoj lesa ve vztahu ke změnám klimatu.

- Očekávané změny klimatu. Zvýšení průměrné teploty nelze vyhodnotit bez stanovení pravděpodobných změn v množství srážek. Pokud jde o průměrnou roční teplotu, uvažujeme pravděpodobné zvýšení o 2 °C.

- Je třeba posoudit změny na třech hlavních úrovních: změny vyplývající z přímého účinku změn ve složení ovzduší, změny nepřímo podmíněné ovlivněnými růstovými podmínkami, tj. zejména změnami klimatu a konečně zprostředkované změny, tj. změny vznikající přes rozličné formy interakcí různého řádu.

Za takových podmínek nejsou tyto účinky tak veliké, aby podstatně změnily půdotvorné procesy v našich poměrech a ovlivnily typ půdy v průběhu několika generací lesa.

Např. Várallyay (1998) rovněž předpokládá pomalý průběh půdních změn, nejrychlejší změny očekává u půd mladších na méně zvětralých sedimentech. K pomalým změnám půd se přiklání i Sobocká (1999). Jako nejodolnější půdy vůči vlivu globálních změn klimatu uvádí černozemě, půdy s nejstabilnější půdní strukturou.

NEJDŮLEŽITĚJŠÍ FAKTORY PŮDNÍCH ZMĚN

Změny půdních procesů, a tudíž také vlastností půdy v závislosti na změnách klimatu nastávají obvykle nepřímo prostřednictvím změn vegetačního krytu. Mění celkové poměry ekosystému a zejména pak koloběh elementů a hydrologický cyklus. Proto nelze hodnotit a předpovídat změny půdy bez scénáře globálních změn v rozšíření rostlin.

Vliv globálních změn klimatu v zemědělství a lesním hospodářství bude z mnoha hledisek podobný, ale současně také odlišný. Je třeba vzít v úvahu zejména různé obmýtí porostů a vysoký stupeň genetické diverzity lesních ekosystémů a rovněž i rozdílné podmínky konkurenčních vztahů mezi druhy obou ekosystémů.

Z hlediska potenciálních změn v lesních ekosystémech, a tudíž také v půdním prostředí se obecně dává přednost územím v semiaridních tropických oblastech a v boreálních lesích.

Potenciální zvýšení koncentrace CO2 v pórech půdy může být důležitým parametrem půdních změn kromě výše uvedených proměnlivých půdních procesů. Může mít vliv jak na fyziologické procesy rostlin, tak na skladbu a vitalitu půdní flóry a fauny.

Změny klimatu a zejména pak změny teploty jsou proto nejdůležitější. U změny v množství srážek je nejistota podstatně větší ve srovnání se změnami pravděpodobného průběhu teplot.

Vliv těchto změn na vrstvu humusu, její tvorbu a dekompozici nelze posuzovat bez jasného rozlišení vztahů mezi vzrůstem teploty a změnami v množství srážek. V naší zemi limituje intenzitu procesů ve vrstvě humusu ve vyšších nadmořských výškách pouze teplota. Naproti tomu v nižších polohách omezuje rozklad organické hmoty především v zapojených porostech hlavně nedostatečná vlhkost půdy.

Jde o celkový trend změn, ne však o obecné schéma pro všechna stanoviště v daném vegetačním stupni.

Termín “dekompozice urychlena” nepředstavuje nějaké dramatické změny v daných podmínkách. V rozdílných příznivých poměrech se bude surový humus postupně (několik desítek let) měnit na moder. Podmínky pro tuto změnu jsou: dostatečná koncentrace dusíku v humusu; odpovídající odezva a zásoba živin.

Pokud jde o reakci vrstvy humusu, hodnota pH (KCl) činí 3 a méně. Není pravděpodobné, že změna surového humusu na moder by se mohla vyskytovat v podmínkách kyselého humusu během relativně krátké doby (několik desítek let). Je třeba také vzít v úvahu nedostatek dalších živin, a to zejména fosforu a výskyt vyšších koncentrací toxických prvků (např. Pb nebo Al).

Jestliže posuzujeme tuto situaci v našich podmínkách z výše uvedeného hlediska, pak je jasné, že:

- Ve více než 30 % všech vzorků humusu je koncentrace dusíku pod danou hodnotou, takže je pravděpodobné, že nedostatek dusíku bude po dlouhou dobu limitovat intenzitu dekompozice. V těchto nadmořských výškách však tento podíl může činit až 80 % všech vzorků.

- Reakce vrstvy humusu: z hlediska České republiky asi 40 % všech vzorků humusu vykazuje hodnotu pH (KCl) rovnou 3 a nižší a tato skutečnost bude zřejmě ovlivňovat průběh dekompozice i za příznivějších podmínek. Vzorky z vyšších nadmořských výšek (západní část Krušných hor a Jeseníků) jsou dokonce méně příznivé.

Předchozí závěry platí pro vývoj vrstvy humusu pod lesními porosty. Po jejich vytěžení budou tento vývoj určovat podmínky existující na pasece.

VLIV URYCHLENÉ DEKOMPOZICE. ROZKLAD ORGANICKÉ HMOTY A PRODUKCE CO2

Postupný přechod od surového humusu k moderu má za následek: částečnou mineralizaci organické hmoty; intenzivnější uvolňování dusíkatých sloučenin a dalších látek. To bude ovlivňovat výživu lesních porostů; postupné nasycení minerální půdy humusovými látkami.

Množství uvolněného CO2

Množství surového humusu ve smrkových porostech 7. a 8. LVS se pohybuje mezi 80 a 220 t sušiny/ha. Pokud jde o moder nebo přechodné formy, jeho množství je v rozmezí mezi 70 a 150 t sušiny/ha. Tento rozdíl také do jisté míry naznačuje rozsah pravděpodobného poklesu zásoby organické hmoty nebo uhlíku v průběhu postupné přeměny surového humusu na moder ve vyšších nadmořských výškách.

Na základě průměrné zásoby 150 t organické hmoty humusu na hektar, asi 40-50 t/ha je ztraceno během této přeměny, zatímco menší část obohatí povrch minerální půdy. Existuje riziko, že asi 20 - 25 t C, tj. 75 - 90 t CO2 se uvolní do ovzduší z urychleného rozkladu části humusu. Úplná mineralizace se může vyskytovat pouze za zcela specifických podmínek.

V nižších polohách ve smrkových porostech je obvykle podstatně méně humusu. Můžeme počítat s průměrnou hodnotou 50 t/ha. V příznivějších podmínkách intenzivnější mineralizace může činit až 80 %, tj. 70 t CO2 na hektar. V listnatých porostech se množství humusu pohybuje podle druhu dřevin od několika tun po několik desítek tun na hektar. Zrychlení dekompozice humusu se bere v úvahu u surového humusu, což nastává za méně příznivých podmínek v bukových porostech, zejména na půdách vyvinutých na silikátových horninách nebo v dubových porostech. Není to zanedbatelné množství, avšak tyto emise budou rozloženy během několika desetiletí i v případě náhlého zvýšení průměrné teploty, resp. srážek. S ohledem na skutečnost, že změny teploty budou pomalejší, tyto emise budou mít pouze malý význam.

Je také pravděpodobné, že změny v množství a typu nadložního humusu nebudou představovat žádné nebezpečí pro les. Pouze v případech, kdy matečnou horninu tvoří balvany pokryté vrstvou humusu, může být změna na moder a celkový pokles organické hmoty určitým rizikem - obnažení kořenů a odnos humusu mimo dosah kořenového systému.

Uvolňování sloučenin dusíku

Vedle uvolňování CO2 je to proces, který může mít důležité důsledky. Ve vzorcích humusu odebraných v průběhu zakládání monitorovací sítě lesů v ČR bylo zjištěno, že průměrná koncentrace N v humusu je 1,6 % sušiny, zatímco asi 45 % vzorků vykazovalo nižší hodnoty. Při dekompozici humusu se uvažovaly tyto procesy: využití dusíkatých látek lesními dřevinami; využití dusíkatých látek půdními organismy; odplavování dusíkatých sloučenin.

Využívání dusíkatých sloučenin půdními organismy může mít značný význam. Obohacení humusu v koncentracích přesahujících 2 % N lze nalézt ve vzorcích humusu v porostech, kde se vyskytuje vstup různých dusíkatých sloučenin z mnoha zdrojů a kde také část organické hmoty byla mineralizována vlivem intenzivního vápnění.

Bereme-li v úvahu ztrátu asi 40 - 50 t humusu ve vyšších nadmořských výškách, znamená to asi 600 - 800 kg N, který může v tomto procesu uvolnit. V nižších polohách mohou být tyto hodnoty o něco nižší. Část můžou odebírat lesní porosty a část bude blokována v humusu při změně jeho typu, ale značné množství se může přemístit do vodních zdrojů. Tento proces je opět dlouhodobý, rozložený do několika desetiletí, a proto se konkrétní nebezpečí pro kvalitu vody v povodích musí posuzovat z tohoto hlediska.

Ostatní látky

V humusu existují i další látky, které představují určité nebezpečí. Mohou se uvolnit v průběhu dekompozice. Jde o relativně vysoké koncentrace Pb zejména v humusu smrkových porostů ve vyšších polohách (asi 2/3 vzorků s koncentrací > 100 ppm) a vysoké koncentrace Al. Posoudit nebezpečí však nelze, protože není známo, do jaké míry a jak intenzivně se tyto látky uvolňují a do jaké formy se transformují.

Zpomalení rozkladu organické hmoty humusu

Zejména nedostatek vlhkosti je příčinou této zpomalené dekompozice. Pouze v několika případech se nepříznivé chemické vlastnosti materiálu zdají být příčinou zpomalení (SO2 nebo ionty siřičitanů), extrémní kyselosti, nedostatku dusíku, fosforu nebo nadbytku těžkých kovů či hliníku. Je velice obtížné kvantifikovat zpomalenou dekompozici, avšak je možné tento proces posuzovat podle rozsahu akumulace surového humusu na půdním povrchu pod porostem.

Účinky zpomalené dekompozice

Je výhodné, že zásoby vázaného uhlíku se zvyšují ve vrstvě humusu v množství, které není zanedbatelné. Přesto zejména v nižších nadmořských výškách tento proces spolu se snížením aktivity půdních organismů a blokováním ostatních živin v humusové vrstvě limituje produkci dřeva a redukuje množství uhlíku, který by mohl rostoucí porost po dlouhou dobu vázat. Minerální výživa lesních porostů se zhoršuje.

Zprostředkované účinky

Předpokládá se, že vlivem změn klimatu bude třeba redukovat pěstování smrku ztepilého. Je to nezbytné také z ostatních hledisek, zejména stability porostu. Smrk by se měl nahrazovat zvýšeným podílem listnatých dřevin. Tato náhrada se může také odrazit v povrchových vrstvách minerální půdy. V některých případech bude lepší vývoj kořenů a zvýšená intenzita koloběhu živin a větší podíl humusu v minerální půdě. Podmínky pro depozici a skladbu humusu se změní. Druhy rostlin se snadno rozložitelným opadem budou v podrostu obvykle převládat.

Dubobukový 3. LVS se zdá být nejcitlivějším LVS z hlediska změn lesních porostů a změn půdních procesů. Během posledních 100 až 200 let se v tomto stupni vysazovaly smrkové monokultury. Změny teploty a vlhkosti vzduchu a vlhkosti půdy mohou způsobit výrazné posuny smrkových porostů směrem k vyšším nadmořským výškám. Tato změna ve prospěch smíšených listnatých porostů může vyvolat také změny půdních procesů. Výzkum a předpověď by se měly proto zejména soustředit na tyto oblasti.

Adresy autorů:
Prof. Ing. Emil Klimo, DrSc., Ústav ekologie lesa, lesnická a dřevařská fakulta MZLU v Brně, 613 00 Brno, Zemědělská 3
Ing. Jan Materna, CSc., Praha 9, 190 11 Běchovice, Prosná 305
Ing. Jiří Vokoun, Ústav pro hospodářskou úpravu lesů, 250 00 Brandýs n. Labem, Nábřežní 1326

Literatura

Sobocká, J., 1999: Dopady prognozovanej klimatickej zmeny na vlastnosti pôd Slovenska. Sborník Atmosféra 21. storočia, organismy a ekosystémy, Technická univerzita Zvolen, 1999, 328-33.

G. Várallyay, 1998: Climate change and soil processes. Proceedings Agriculture and Forestry - adaptibility to climate change, Croatian Academy of Sciences and Arts, Zagreb 1998, 5-16.

B. Vinš, 1996: Dopady možné změny klimatu na lesy v České republice, Praha, Národní klimatický program České republiky, 133 s.