Acidifikace versus pufrace lesních půd

Pavel Samec, Dušan Vavříček, Jaromír Macků

Acidifikace lesních půd je stále jedním z vážných lesnických problémů, kterým se řadu let zabývají vědci, lesníci i politici. Na její příčiny ani způsoby řešení neexistují jednotné názory. Vládní usnesení připustila nejen ošetřování lesů plošným vápněním, ale také změnou druhové skladby lesů. Diskuse o preferencích chemických nebo biologických meliorací lesních půd stále probíhá zejména nad predikčními modely dalšího vývoje půd. Nezbytné je formulování ujednocené teorie o půdní ekologii, která může mít pro lesnictví do budoucna značný význam.

Základní otázky
Acidifikace půd bývá někdy považována za limitní faktor lesní produkce i přesto, že většina porostotvorných dřevin je troficky indiferentních a citlivých zejména na sucho, nebo naopak trvalé zamokření půdy. Většina lesních dřevin svým metabolismem k acidifikaci půdy dokonce přispívá. Naskýtá se otázka, zda je tedy pro les okyselování půdy nebezpečné, nebo zda má les zpětné vazby na jeho tlumení. Tato otázka není stroze zodpověditelná, jelikož zahrnuje složitý ekologický problém toků látek s mnoha vstupy i výstupy.

Vývoj lesa, půda a imise
Aktivity lidí vedly k postupné ztrátě zpětných vazeb v lesích. Žďáření, klučení, hrabání steliva i velkoplošné těžby mohly již před rokem 1750 způsobit rozsáhlé disbalance látkových toků v lesních půdách. Historický přechod od převážně zemědělského hospodářství k využití těžkého průmyslu si v mnoha zemích vyžádal značné nároky na výrobu energie, tedy exploataci přírodních zdrojů. Mimo jiné to znamenalo rozsáhlé odlesňování nejen polokulturních lesů a pařezin, ale i obtížně dostupných přirozených lesů. Teprve zavádění monokultur smrku a borovic dokázalo exploataci lesů zastavit.
Odpady energetického i hutního průmyslu byly rozsáhle vypouštěny do ovzduší i vod. Lesy postupně začaly být postihovány novým stresovým činitelem – atmosférickými polutanty. Jedny z prvních rozsáhlejších imisních škod v ČR byly sledovány v Podkrkonoší od roku 1965. V okolí elektrárny Trutnov-Poříčí došlo k rychlému odumření dospělých smrkových porostů. Zbytky porostu byly vyklučeny, holina zorána a místo bylo určeno k založení demonstračních poloprovozních náhradních lesních porostů (DPNL), kde se zjišťovaly nejen dopady imisí na lesy, ale hlavně způsoby jak je snižovat (obr. 1). Sledovaly se především odlišnosti ve vývoji náhradních lesních porostů různé dřevinné skladby, jejich rozdílné vlivy na půdu v podmínkách trvající imisní zátěže i pokusy s vápněním.
Zvrat v charakteru imisních škod nastal na přelomu let 1978/79. Tehdy došlo k mimořádné teplotní změně, kdy během jednoho dne teploty klesly z cca +10 °C až na –20 °C (ojediněle –30 °C). Tato událost ukázala, jak citlivé vůči teplotním zvratům jsou nejen kulturní lesy, ale především lesy vystavené průmyslovým polutantům. Imisní odumírání lesních porostů si jen v ČR v letech 1977–1994 vyžádalo smýcení 7000 ha lesa na území Krkonoš a 34 000 ha v Krušných horách. Tlak na stále rostoucí těžbu uhlí, výrobu oceli a obecně spotřebu energie si vynutil i urychlený vývoj lesnických opatření k sanacím imisních škod národního rozsahu.
Hlavními znečišťujícími látkami byly SO2, NOx a O3. S vodou vytvářely kyselé směsi a ve formě tzv. kyselých dešťů dopadaly na krajinu. Jejich vlivy byly v půdě pozorovány díky poklesům pH a vymývání minerálních živin. Jako hlavní opatření proti údajně se kumulujícím zplodinám bylo navrženo vápnění – umělá dodávka vymytých živin a zároveň i látek schopných neutralizovat kyselé směsi. Vápnění krátkodobě dokázalo zvýšit pH půdy i látkovou bilanci. Zároveň však podpořilo aktivitu půdních baktérií, které zkonzumovaly značnou část dostupného organického detritu. Vápnění bylo další z lidských aktivit, která přispěla k úbytku organické hmoty z půdy. Ale i nevápněné lesy s rozvolněným zápojem jsou postiženy značným úbytkem půdní organické hmoty – otevření zápoje a prohřátí hrabanky má analogický efekt na činnost půdních baktérií jako vysoké hodnoty pH.

Teorie acidifikace lesních půd
Acidifikace pro půdu znamená postupnou ztrátu schopnosti neutralizovat kyselé vstupy. Je to přirozený proces. V přírodních podmínkách dochází k přirozené acidifikaci v důsledku autoprotolýzy vody, jejím reakcím s atmosférickými plyny (především s CO2) a v důsledku tvorby biogenních kyselin (H+). Autoprotolýza vody je reakce dvou molekul vody, z nichž jedna se chová jako kyselina, druhá jako zásada. Biogenní slabé kyseliny se do půdy nejvíce uvolňují při rozkladu odumřelé organické hmoty. Nízkomolekulární frakce organických kyselin na sebe poutají bazické kationty, které jsou velmi mobilní a aktivně se účastní procesu neutralizace těchto sloučenin. Vzniklé soli jsou vyplavovány z půdy, čímž dochází k jejímu okyselování a potenciálně i k postupnému úbytku přístupných minerálních živin. Dřeviny působí okyselování při příjmu dusíku (NH4+), kdy vylučují ekvivalentní množství H+.
Zásadní změnu v přirozeném pozvolném okyselování půd přinesly kyselé deště. Protože v nich obsažené kyseliny jsou tvořeny biogenními prvky, které v přírodě spontánně kolují, jsou z půdy průběžně vyplavovány. Zároveň dochází i k vymývání zásob bazí, které kyselé vstupy neutralizují. V roce 1982 byly poprvé pozorovány změny společenstev jezerních rozsivek v důsledku okyselení vod. Pokud kyselé vstupy do půdy neustaly, u přirozeně kyselých půd došlo k tomu, že nadbytek H+ začal být po vyčerpání dostupných bazí neutralizován uvolňováním hliníku (Al3+). Hliník ale není baze, vytváří kyselé meziprodukty, které acidifikaci zvýrazňují. Jeho vliv se významně odráží v chemismu půdních vod i odtoků z povodí do rezervoárů.
Popis acidifikace lesních půd (ALP) je složitější o to, že vyžaduje metodicky oddělovat vlivy na půdní vodu a vlivy na pevnou složku půdy. Půda je třífázové těleso, složené z pevných částí, půdního roztoku a plynů. ALP silně souvisí s okyselením půdního roztoku. V půdním roztoku je rozpuštěno asi 0,2 % přístupných živin (výměnných bazí), které se mohou snadno vymýt. Necelá 2 % jsou pro půdní biotu v nepřístupných formách, ale
98 % výměnných bazí je poutáno na pevné koloidní půdní částice. Vlivy ALP se zpravidla projevují právě odběrem výměnných bazí z koloidních částic (sorpčního komplexu). Tento proces je vratný dokud má charakter výměn. Regradace půdy je ale možná teprve s doplněním přirozených zásob těchto výměnných živin. Vápnění se v procesu regradace míjí účinkem, protože nepodporuje humifikaci. Teprve obnova humusové zásoby zajišťuje optimální zásobu živin, retenci a prostředí pro biologické procesy. Rostliny přednostně přijímají izotopy a látky z organických vazeb.

Teorie pufrační kapacity lesních půd
Teorie půdní pufrace rozšířila pojetí teorie ALP tím, že popsala procesy, které se v půdě odehrávají pro udržení stabilního pH. Jednotlivá pufrační pásma jsou popsána podle látkových zdrojů, které mohou tlumit kyselé vstupy (obr. 2). Každý soubor lesních typů (SLT) má osobitou pufrační schopnost, odvislou od minerální síly půdy (tab. 1). Nejsilnější jsou ekologické řady živná a obohacená humusem. Velmi slabé jsou naopak SLT řad podmáčené a extrémní. Stabilní pufrační schopnost mají půdy v uhličitanovém pásmu a stejně tak i půdy v železitém pásmu. U ostatních půd jsou možné dynamické změny pufračního pásma v závislosti na dostupnosti zdrojů pufrace. V přirozeně kyselých půdách nejčastěji dochází ke změnám výměnného a hliníkového pásma v důsledku porušené tvorby humusu (zejména na stanovištích edafických kategorií S, F a P). Ve většině půd tvoří humus hlavní zdroj pro sorpční komplex a je schopen vázat bilančně největší zásoby živin. Zvětráváním živců (u křemičitanového pásma) se sice uvolňují látky dlouhodobě, ale zpravidla v malých množstvích. Nároky lesa na příjem živin jsou řádově vyšší, než může nabídnout zvětrávání půdních minerálů. Došlo-li k narušení procesů tvorby humusu a úbytkům v jeho zásobě, staly se půdy i les mnohem citlivější na kyselé vstupy. Pufrační teorie předpokládá návratnost přirozených půdních procesů. Plně vyvinuté půdy totiž zůstávají dlouhodobě stabilní. Tuto stabilitu působí půdní jíl. Půdní jíl je hlavní složkou sorpčního komplexu a výměnné reakce s půdním roztokem poskytuje nezávisle na pH. Většina acidifikačních procesů tak má charakter fluktuací (graf 1). Ale v některých případech kyselé depozice způsobily zčásti rozbití jílových minerálů a přechod půd do železitého pásma. Taková situace znamená, že dopady antropogenní acidifikace jsou nevratné a vedou k trvalé degradaci půdy.

Dopady na přestavbu lesů
Evropský monitoring stavu lesů přinesl závěr, že většina lesních půd byla v minulosti nějakým způsobem poškozena. Významné snížení zásob půdního humusu se projevuje sníženou vodní retencí půd. Horské lesy v důsledku jejich rozvolnění nejen těžbou ztrácejí humusový potenciál a výrazně se snižuje i retenční vodní kapacita. Jiná je situace v pahorkatinách a nížinách. Zde je přirozeně vznik koloidního humusu velmi rychlý a rychlá je i jeho ztráta. Úbytek humusu v pahorkatinných lesních půdách může mít větší dopady než úbytky v relativně zachovalejších horských polohách. Jen na horských imisních holinách došlo k blokačním stádiím sukcese. V jiných pohořích se ztráty humusu projevily nemožností přirozené obnovy.
Na imisních holinách Krušných hor se ukazuje, že jedním z nejdůležitějších činitelů pro obnovu lesa je právě obsah humusu i poměr C/N. Ve vytvořených valech postupně došlo k tlení a změnám C/N na optimální hodnoty (obr. 3). Po jejich rozpracování je optimální aplikovat různá startovací hnojiva s vyšším podílem K, aby byla zvýšena odolnost sazenic zejména vůči mrazu. Plochy neporušené nebo zasažené pouze slabou skarifikací se dnes vyznačují pomístně úspěšnou přirozenou obnovou i obnovou mykorhizních symbióz. Přesto jsou krušnohorské náhradní lesní porosty neustále postihovány chřadnutím. Jejich obnova bude náročná i vzhledem k progresivní degradaci lesních typů.
Skarifikací u podzolů došlo k odkrytí iluviálních horizontů a navýšení obsahů některých látek jako u půd na svěžích stanovištích. Jejich zrnitostní vyhraněnost a extrémní klima ale vytrvale působí eluviaci (posun živin a jílu do spodin) a vznik zvýrazněného podzolizačního procesu. Protože zde stále chybí souvislá vrstva nadložního humusu, kořeny dřevin nerostou nad přirozenou hranicí tohoto vymývání. Podobně v nejvyšších polohách Jeseníků a Králického Sněžníku se vyskytly obtížně zalesnitelné holiny tam, kde se dopustil výrazný úbytek nadložního humusu. Lesní dřeviny bez dodávky humusu a startovacího hnojení trpí deficity živin a chřadnou. Podzoly se přirozeně vyznačují hliníkovým pufračním pásmem (obr. 4), na něž jsou dřeviny adaptovány tak, že hlavní kořenovou biomasu udržují v nadložním humusu a jsou v pufrovací zóně odolné vůči acidifikaci i ke ztrátám základních bazí.
K této situaci v DPNL Podkrkonoší nedošlo. Půdy zde reprezentují arenické kambizemě s přirozeně výměnným pufračním pásmem. V důsledku imisních škod zde v minulosti zřejmě opakovaně docházelo k přechodům mezi hliníkovým a výměnným pufračním pásmem. Rozpad postihoval kultury smrku ztepilého i buk a jívu. Naopak smrk pichlavý, omorika a směs buku s osikou odrůstaly dobře. Po odsíření elektrárny Trutnov-Poříčí nastala rychlá sukcesní obnova lesů. Dnes se zde opět úspěšně zmlazují dub, buk, smrk, jíva, třešeň i habr.

Řešení krize humusu
Podle výsledků NIL v ČR dochází v mladých věkových stupních lesa k výraznějšímu uplatnění listnatých dřevin. Podobné poměry druhové skladby jsou dále pozorovány až u přestárlých kmenovin a lesů blížících se přírodnímu stavu. To naznačuje, že současné lesnictví poměrně dobře respektuje předpoklady přirozené skladby lesů. Zároveň je to i nezbytným předpokladem pro regradaci lesních půd. Rozhodující význam vnímavosti půd vůči acidifikaci mají pufrační zóny. Regradace půd nespočívá v úpravách pH, nýbrž v obnově cyklů zásoby humusu. Rychlá regradace půdní pufrace z hliníkového do výměnného pásma může nastat především na kyselých, svěžích a oglejených stanovištích. U podmáčených, rašelinných a extrémních SLT se nejdůležitější zdá ochrana vegetačního krytu (obr. 5). Trend šíření listnáčů je dnes ovšem jen obtížně udržitelný bez účinných systémových opatření vzhledem k vysokým stavům býložravé zvěře a četným nespecifickým symptomům chřadnutí.

Studie byla podpořena výzkumným záměrem MŠMT ČR č. MSM 6215648902

Autoři: Ing. Pavel Samec
Dr. Ing. Jaromír Macků
ÚHÚL Brandýs nad Labem
E-mail: Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript. ; Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
Doc. Dr. Ing. Dušan Vavříček
MZLU v Brně
Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.