Perspektivy pěstování smrku ztepilého – I.

Nárůst koncentrace CO2

Životní cyklus stromů je dlouhý, rychlost jejich migrace omezená, a proto většina z dnes vysazených či přirozeně zmlazených a odrůstajících stromů bude růst v podmínkách a klimatu, které bude v dané oblasti panovat za několik desítek až stovek let. U přirozených i hospodářských lesů je proto velmi důležité poznat adaptační mechanizmy jednotlivých druhů dřevin i celých ekosystémů k očekávaným změněným podmínkám klimatu. Za nejdůležitější faktor vyvolávající nastupující globální změnu klimatu (GZK) je považována zvyšující se koncentrace CO2 v ovzduší. Současná koncentrace CO2 je 392 ppm (ppm - pars per milion označuje objemový počet částic z milionu), koncem století se očekává nárůst o 160 až 600 ppm (aktuální narůst probíhá rychlostí 2 ppm za rok).

Zvyšující se atmosférická koncentrace CO2 ovlivňuje dřeviny a lesní ekosystémy mnoha způsoby zahrnujícími jak přímé účinky, neboť CO2 je substrátem i aktivátorem fotosyntézy, tak účinky nepřímé, které jsou zprostředkovány.

Spolu s nárůstem koncentrací CO2 lze předpokládat i vzrůst teplot, změnu v množství a rozložení srážek během roku atd. Protože pěstování rostlin v zemědělství i lesnictví je ohrožováno především výskytem extrémních klimatických podmínek, byly zpracovány také trendy ve vývoji klimatických extrémů pro ČR, které naznačují, že maximální denní teploty i délka horkého období (tj. souvislého období s denními maximálními teplotami vyššími než 95. percentil roční maximální teploty vzduchu) v průběhu roku téměř na celém území ČR vzrostou. Roční extrémy v denních minimálních teplotách i délce studených období (tj. souvislého období s denními minimálními teplotami nižšími než 5. percentil roční minimální teploty vzduchu) se změní nevýznamně stejně jako srážkové extrémy. Období sucha se budou spíše zkracovat (dle vhodných modelů klimatu pro ČR: CSIRO, HadCM, ECHAM a NCAR-DOE).

Úloha lesů v globálním cyklu uhlíku i v mírnění dopadů GZK je zřejmá, neboť lesní dřeviny jsou dlouho žijícími autotrofními organismy schopnými odnímat atmosférický CO2 a ukládat ho následně do své biomasy, ekosystému. Biomasa a v ní obsažený uhlík (podíl uhlíku činí cca 50 %) je z porostu v hospodářských lesích z velké části odvážena a následně uchovávána v podobě různých sortimentů či výrobků ze dřeva. Zbývající část ve formě opadu, těžebních zbytků, odumřelých stromů, pařezů atd. v lese zůstává a uhlík z ní může být následně uvolněn či fixován v půdním prostředí, a to dokonce na dobu několikanásobně delší než v biomase. Ukazuje se, že porosty vyšších poloh (od 600 m n. m.) mírného pásma s vysokým podílem smrku ztepilého mohou být z tohoto pohledu významným úložištěm uhlíku. Smrk ztepilý je v současnosti nejvíce zastoupenou dřevinou lesů České republiky (52 %) i lesů Evropy (35 %). Je naší hlavní hospodářskou dřevinou. Je poměrně rychle rostoucí dřevinou s dobrou kvalitou dřeva a nízkými nároky na půdní prostředí a dřevinou výjimečnou s ohledem na tvorbu klimaxových společenstev při své pionýrské strategii růstu. Stresem většinou trpí z nedostatku vláhy (stanoviště s ročním úhrnem srážek pod ca 600 mm), což vede sekundárně k napadání biotickými škůdci. Z abiotických činitelů je ohrožován větrem, sněhem a námrazou. Před 50 lety bylo zastoupení smrku ještě cca o 10 % vyšší než dnes, avšak hromadný úhyn v monokulturách a na nevhodných stanovištích přinutil lesníky k postupným přestavbám na porosty smíšené (zejména s bukem). Nicméně pro hospodářskou efektivnost je plánováno v optimalizované porostní skladbě stále s jeho poměrně vysokým zastoupením, a to cca 37 %.

Perspektivy pěstování smrku

Ve snaze odhadnout další pěstební perspektivy smrku v kontextu GZK lze vyjít z výsledků kultivace smrku v podmínkách simulujících zvýšenou vzdušnou koncentrací CO2 atmosféru budoucnosti (EC; obr. 1). Původní předpoklady a výsledky účinkových studií z kultivací rostlin v EC atmosféře dokládaly výraznou stimulaci rychlosti fotosyntézy, k níž dochází i u smrku. Současně však u smrku, jako u většiny jehličnanů, dochází ke snížení fotosyntetické kapacity, která rychlost fotosyntézy následně zpomaluje (tzv. aklimační deprese fotosyntézy). Experimenty potvrzují, že fotosyntetická kapacita je pod vlivem EC v ovzduší řízena kombinací celé řady zpětně vazebných mechanismů. U smrku ztepilého byla nalezena v tomto ohledu výrazná periodicita v průběhu růstové sezóny díky aktivitě či redukci růstového spotřebiče uhlíku v rostlině, což je spojeno se spotřebou asimilátů pro aktivní růst, či akumulací sacharidů a škrobů v jehlicích, a především díky snížení obsahu dusíku v jehličí (zřeďovacím efektem). Protože aklimační depresi u smrku výrazně prohlubuje právě nedostatek dusíku v jehličí a jeho dostupnost v půdě, bude dusík jedním z významných limitujících faktorů pro trvalou stimulaci fotosyntézy a tvorbu biomasy. V této souvislosti tak jistě dojde k přehodnocení kvality či „bonity“ stanoviště.

Fotosyntetickou depresi je možné zmírňovat stimulací růstu primární struktury nebo tvorbou alternativních spotřebičů (tzv. sinků, tj. míst spotřeby pro zvýšené množství asimilátů např. tvorbou sekundárních struktur). Bylo potvrzeno, že smrk je schopen tvorbou sekundárního větvení či sekundárních kořenových struktur tyto alternativní místa spotřeby tvořit. Je schopen stimulovat i přírůst primárních struktur po pěstebním zásahu. U smrku dochází ke stimulaci růstu primární struktury (akcelerací délkového růstu) i při růstu nových ročníků jehlic a letorostů v jarních měsících. Nově se dělící pletiva (meristémy) jsou totiž nejaktivnějším spotřebičem pro asimiláty. Za nejvýraznější aktivní spotřebič lze ovšem považovat jemné kořeny, jejichž tvorba je silně stimulována zřejmě zvýšenou poptávkou po dostatečném zásobování dusíkem. Tomuto zvýšenému požadavku odpovídá výrazná podpora tvorby sekundární struktury kořenového systému (tvořící se na hlavním kořenu mezi půdním povrchem a větvením primární struktury a na kořenech primární struktury; obr. 2).

Stimulace růstu primárních struktur

Nejvhodnějším stimulačním nástrojem, který je lesníkovi nejdostupnější, může být klasický výchovný zásah (prořezávka, probírka). V důsledku tohoto zásahu je ovlivněna kompetice, kdy se kromě zvýšení světelného požitku zvyšuje dostupnost vody, dusíku a živin z půdního prostředí (uvolněním prostoru a dekompozicí zbytků po těžebním zásahu). Probírkou vyvolaný přírůst primárních struktur (nových letorostů, kořenů i kmene) funguje jako akcelerující „spotřebič“ pro zvýšenou produkci asimilátů. Četnější zásahy nebo zásahy vyšší intenzity by byly zřejmě stimulačně výraznější. V tomto ohledu je však třeba dbát se zvýšenou opatrností na zachování tzv. funkční struktury porostu, která v komplexu druhové, věkové a prostorové skladby porostu zaujímá výjimečné postavení, a to jako funkčního integrátora ekologických procesů v lesním ekosystému. Především se jedná o zachování koloběhu dusíku a nenarušení procesů a vazeb v jeho příjmu z půdního prostředí.

Produkce a přírůst biomasy je odvozen od „fixační“ bilance uhlíku, tj. rozdílu mezi jeho příjmem fotosyntézou a výdejem respirací. Respirace kmene i kořenů smrku, závislá především na teplotě a růstové aktivitě, se pouze v důsledku vlivu zvýšeného množství CO2 v ovzduší výrazně nezvyšuje, avšak její vyšší hodnoty i na konci růstové sezóny vypovídají o prodlužujícím se období fyziologické aktivity, což může mít význam při odrůstání v konkurenčním boji s buření či listnáči. Jeví se, že odrůstání dřevin do doby tvorby korunového zápoje (vzájemný dotyk a počátek prolínání korunových těles) či zaplnění prostoru půdy kořeny bude rychlejší v důsledku dostatečného růstového prostoru (korunového i půdního) a zásobení živinami, což může podporovat odrůstání dřevin před bylinnou vegetací. Toto však bude zřejmě nutno stanovištně diferencovat, neboť buřeň (včetně invazivních druhů) bude zvýšenou koncentrací CO2 růstově stimulována také.

Shrnutí

Při simulaci změn klimatických podmínek v návaznosti na EC a jejich přenesení do měřítka ČR lze předpokládat, že vlivem nárůstu teplot dojde k posunu (či změně parametrizace) lesních vegetačních stupňů o 1-2 LVS do vyšších nadmořských výšek. Z předběžných měření změn teplotních závislostí rychlosti asimilace v podmínkách EC (teplotní aklimace) se ukazuje, že smrk například oproti buku posune své teplotní optimum světlem saturované rychlosti fotosyntézy více, a to až o 8 °C, zatímco buk jen o 3 °C (graf 1). Tento optimistický výsledek podporující možné pěstování smrku i v nižších polohách, je však třeba v celkovém kontextu mírnit, neboť citlivost respiračních procesů k působení teploty je oproti asimilačním vyšší. Asimilační účinnost, definovaná jako poměr maximální rychlosti asimilace k respiraci, může totiž s nárůstem teploty v konečném důsledku klesnout. Při zkoumání vlivu EC na různé variety smrku ztepilého se jeví jižní ekotypy adaptabilnější než severské.

Výzkum probíhá za podpory Operačního programu CZ 1.05 Výzkum a vývoj pro inovace prioritní osa 1 Evropská centra excelence, projekt CzechGlobe – Centrum pro studium dopadu globální změny klimatu (CZ.1.05/1.1.00/02.0073) a projektu CzeCOS (LM 2010007).

Autor:

Doc. Ing. Radek Pokorný, Ph.D.

a Mgr. Otmar Urban, Ph.D.

Centrum výzkumu globální změny AV ČR, v.v.i.;

E-mail: Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.