Alpínská a polární ekologie: Charakteristika

Základním cílem studia alpínských a polárních oblastí je seznámit se se suchozemskými a vodními biomy horských alpínských a polárních oblastí Země, jejich vznikem, současným rozšířením, významem a dopadem jejich změn z hlediska celosvětového, evropského i domácího.

Důraz je kladen na globální ekologii a ekologii organismů (včetně člověka) v prostředí alpínských a polárních oblastí, kterých se významně dotýkají globální změny klimatu. Zdůrazněny jsou historický a současný podíl českých vědců na jejich poznávání a výzkumu a možnosti aktivního zapojení studentů do výzkumu.

Specifické přednášky jsou zaměřené na druhovou rozmanitost a adaptace mikroorganismů, rostlin (bezcévných, cévnatých) a živočichů (bezobratlí, obratlovci) na extrémní podmínky alpínských a polárních oblastí (adaptace na chlad, kolísání teplot, délku dne a noci, délku sněhové pokrývky, ozon, UV záření, vítr, vysušování, vodní prostředí).

Témata přednášek

1. Projevy sluneční aktivity v alpínských a polárních oblastech, ozon, UV záření.
2. Druhová rozmanitost a adaptace mikroorganismů, především sinic a řas, na extrémní podmínky.
3. Druhová rozmanitost a adaptace lišejníků a mechů na extrémní podmínky.
4. Druhová rozmanitost a adaptace cévnatých rostlin na polární a vysokohorské podmínky.
5. Druhová rozmanitost a adaptace cévnatých rostlin ve velehorách tropů a Jižní Ameriky.
6. Druhová rozmanitost a adaptace bezobratlých na extrémní podmínky, parasitologie a přírodní ohniskovost nákaz v polárních a alpínských oblastech.
7. Druhová rozmanitost a adaptace obratlovců na extrémní podmínky.
8. Antropogenní vlivy na polární a vysokohorské ekosystémy - tepelné znečištění planetárního systému, důsledky změn chemizmu atmosféry, (globální přenos antropogenních příměsí, antropogeně podmíněné změny skleníkového efektu, destrukce ozonosféry a její důsledky), změny biodiverzity.

Terénní cvičení navazují blokově na ukončení přednáškového cyklu v daném semestru. Letní kurz zahrnuje terénní zoologicko-geologicko-botanické exkurze po vrcholových partiích Krkonoš a Jeseníků s důrazem na alpínské geobiocenózy, jejich vývojovou vazbu ke skandinávským a alpským oblastem a k pleistocenním refugiím.

Charakteristika tundry

Tundra se rozkládá v oblastech kolem severního polárního kruhu, kde navazuje na severní hranici výskytu stromů. Na jižní polokouli je částečně vyvinuta na subantarktických ostrovech.

Čtěte také: Více o alpínské a polární ekologii

Nad horní hranicí lesa ve vysokých pohořích, včetně tropických, se objevuje tzv. „alpínská tundra“, která se však od zonální tundry v mnohém podstatně liší. Její označení je díky tomu pokládáno některými autory za zavádějící.

Průměrné roční teploty jsou -13 až -5 °C a množství srážek se pohybuje okolo 250 až 500 mm. Zimní teploty v tundře klesají až k -57°C a v létě se zřídka dostávají nad 15°C.

Vegetační doba je velmi krátká, žádný měsíc nemá průměrnou teplotu vyšší než 10 °C a teplota vyšší než 5-6 °C nutná pro existenci vyšších rostlin trvá jen 3-4 měsíce.

Pro tundru jsou charakteristická místa s dlouhodobě zmrzlou půdou, označovanou jako permafrost. Tundra se vyznačuje velmi krátkým vegetačním obdobím a mohou zde přežívat pouze rostliny adaptované na extrémní chlad.

Typickými rostlinnými formami jsou mechy, lišejníky, ostřice a zakrslé dřeviny. K hlavním býložravcům patří sobi, pižmoni, zajíc polární, lumíci či hraboši. K hlavním masožravcům patří vlci, lišky, draví ptáci a sovy.

Čtěte také: Milena Kociánová a její příspěvky k ekologii

V létě do tundrových oblastí migruje velké množství ptactva, které zde nachází hojnost potravy v obrovských populacích hmyzu.

Antropogenní vlivy a ochrana tundry

Dopady lidské činnosti byly v tundře až donedávna minimální. V poslední době však rapidně přibývá aktivit souvisejících zejména s těžbou nerostných surovin. Nízká rostlinná produkce a vysoké zastoupení snadno stlačitelných rašelinných půd činí tundru velmi náchylnou k dlouhodobému narušení povrchu vozidly.

Dalším výrazným problémem některých oblastí se stala například zvýšená radioaktivita pocházející z nukleárních testů (souostroví Nová Země).

Změny alpínských ekosystémů

Zprávy Mezivládního panelu pro změny klimatu (IPCC) i řada odborných publikací dokladují trend relativně rychlých klimatických změn v biosféře, který se nevyhýbá ani horským oblastem.

Během posledních dekád lze celosvětově pozorovat v horských oblastech trend zvyšujících se teplot vzduchu. To rovněž platí pro evropská pohoří včetně Vysokých Sudet (Krkonoše, Králický Sněžník a Hrubý Jeseník), kde byl od roku 1955 prokázán nárůst roční průměrné teploty vzduchu o 0,5-1°C.

Čtěte také: Alpinské ekosystémy a změny

Je přitom zřejmé, že teplotní změny zákonitě povedou ke změnám uspořádání životních dějů živočichů a rostlin v alpinském prostředí. Neméně významným problémem globální povahy jsou změněné živinové poměry v důsledku zvýšené depozice dusíku antropogenního původu.

Současná depozice sloučenin dusíku v alpinských oblastech severní polokoule je mnohonásobně vyšší než před počátkem průmyslové revoluce. Nejinak je tomu i v pohořích na území ČR, kde je roční depozice dusíku odhadována řádově v desítkách kg.ha-1.

Součástí scénářů očekávaných globálních změn prostředí jsou také změny v ročním úhrnu srážek. Obecně lze očekávat určitou extremizaci. Zřejmě dojde k časoprostorovému střídání delších sušších období a období neobvykle deštivých.

Rostlinná společenstva alpinské tundry jsou známá svou citlivostí, se kterou reagují na globální změny prostředí. Vyšší teplota, zvýšená dostupnost živin a změny v dostupnosti vody mohou mít v alpinské tundře významný vliv na ekosystémové procesy.

Studie z pohoří středních nadmořských výšek (tzv. middle-mountains), mezi něž patří i alpinská tundra Vysokých Sudet, však prakticky nejsou k dispozici. Přitom právě v pohořích, jako jsou Krkonoše, Králický Sněžník a Hrubý Jeseník, alpinské bezlesí vytváří jen plošně nevelké ostrovy s unikátní kombinací bioty a periglaciálně modelovaného reliéfu, v nichž mohou mít globální změny prostředí dalekosáhlé negativní dopady.

Výzkum alpínských ekosystémů v ČR

V letech 2008-2011 byly ve všech třech pohořích (CHKO Jeseníky, NPR Králický Sněžník a I. zóna KRNAP) založeny trvalé výzkumné plochy v porostech vyfoukávaných alpinských vřesovišť (sv. Loiseleurio procumbentis-Vaccinion), na nichž byly manipulovány a vzájemně kombinovány tři abiotické faktory prostředí: zvýšená teplota, zvýšené množství vody a vyšší koncentrace dusíku v půdě.

Prováděné změny hlavních faktorů prostředí simulovaly očekávané scénáře globálních změn. Vlastní uspořádání experimentu v terénu vycházelo z mezinárodního projektu studia vlivu globálního oteplování v ekosystémech horské či polární tundry (ITEX), aby bylo možné porovnat získané výsledky.

Na založených trvalých plochách byla zvyšována průměrná teplota pomocí otevřených komor („skleníčků“) z polykarbonátu ve tvaru hexagonů. Koncentrace dusíku v prostředí byla navyšována opakovaným rozprášením roztoku NH4NO3v množství odpovídajícím ročnímu úhrnu dusíku 20 kg.ha-1. Pro studium vlivu zvýšeného množství srážek byla použita demineralizovaná srážková voda. Během každé sezony byl na výzkumné plochy aplikován 1,5násobek ročního úhrnu srážek na lokalitách.

Výzkumné plochy sloužily zároveň ke sledování řady mikroklimatických charakteristik prostředí. Jedná se především o kontinuální měření chodu teploty vzduchu, množství srážek, vzdušné vlhkosti. Dále byla sledována teplota vzduchu v přízemní vrstvě vegetace, půdní teplota a vlhkost v rhizosféře. Na všech lokalitách byla každoročně měřena hloubka sněhu, vybrané vlastnosti sněhové pokrývky, v průběhu předjarního období pak postup odtávání sněhu.

Na založených plochách byly sledovány odezvy vegetace alpinských vřesovišť z mnoha různých úhlů pohledu. Za indikátory vlivů globálních změn prostředí byly zvoleny fenologické projevy dominantních druhů rostlin, druhová kompozice ve společenstvech, zastoupení jednotlivých druhů, množství produkované rostlinné biomasy a její chemické složení.

Výzkum se dále zaměřil na půdní prostředí, především na změny jeho fyzikálního a chemického složení v důsledku simulovaných globálních změn prostředí.

V observační části výzkumu byly analyzovány dlouhodobé změny pestré mozaiky subalpinské a alpinské vegetace v okolí vrcholu Petrových kamenů a na jeho severovýchodním svahu. Podkladovými daty o stavu a struktuře vegetace byly fytocenologické snímky a vegetační mapy, jež zde byly získávány od 50. let 20. století až do současnosti, tj. postihující periodu v délce 50-60 let.

Výsledky výzkumu

Již po čtyřech sezonách provádění experimentu je možné konstatovat řadu změn ve sledovaném společenstvu alpinských vřesovišť. Bylo prokázáno, že příznivější abiotické podmínky v prostoru skleníčků (vyšší teplota, nižší vysušování větrem) v kombinaci s dalšími změnami podmínek prostředí (zalévání, hnojení) akcelerují fenologické projevy studovaných druhů rostlin oproti kontrolním plochám.

Na manipulovaných plochách byl zjištěn větší počet květů i počet kvetoucích jedinců stálezelených i opadavých keříčků - vřesu obecného a brusnice borůvky - oproti porostům přirozené alpinské tundry (kontrolní plochy).

U travin (kostřavy nízké a metličky křivolaké) nebyl zjištěn vliv simulovaných globálních změn na počet květenství (generativní šíření). Byl však potvrzen vliv experimentálních zásahů na růst u travin - jedinci metličky křivolaké vykazovali delší květenství.

Dále bylo zjištěno, že zvýšený přísun dusíku průkazně zrychluje nástup projevů stárnutí u brusnice borůvky (změna barvy listů).

Jednotlivé typy experimentálních zásahů se rovněž odrazily ve druhovém složení společenstva alpinských vřesovišť a v zastoupení některých druhů rostlin. Mezi významné vlivy patří v sestupném pořadí úživnost prostředí (vyšší koncentrace dusíku), nárůst teploty a vyšší dostupnost vody.

Z výsledků vyplývá, že zvýšená dostupnost dusíku v prostředí zvyšuje pokryvnost některých nitrofilních druhů (metlička křivolaká, ostřice tuhá, rdesno hadí kořen) i celkovou pokryvnost bylinného patra. Mechové patro je přitom potlačováno.

Vyšší teplota prostředí podporuje ve společenstvu vřesovišť dominantní keříčky (brusnici borůvku, vřes obecný a smilku tuhou). Na druhové složení sledované vegetace nemá jednoznačný vliv zvýšení dostupnosti vody.

V závislosti na ekologické skupině rostlin či konkrétním druhu se projevuje vliv jednotlivých simulovaných globálních změn prostředí také na rostlinné biomase. Studie potvrdila, že každý druh má své individuální ekofyziologické odezvy vůči vlivům prostředí a vnitřní růstová omezení daná evolucí, která jsou určující pro schopnost alpinských rostlin reagovat na změny podmínek prostředí.

Výrazný nárůst biomasy, jako odezva na zvýšenou koncentraci dusíku v prostředí, byl zaznamenán u travin (kostřava nízká, metlička křivolaká, ostřice tuhá). Na zvýšenou teplotu prostředí pozitivně reagovala nárůstem biomasy skupina neopadavých keříků s dominantou společenstva vřesem obecným.

Simulované globální změny prostředí vyvolávají také změny v relativním zastoupení dusíku v nadzemní biomase a zároveň způsobují posuny v poměru uhlík : dusíku vegetačních dominant alpinských vřesovišť. Nárůst teploty se projevil snížením zastoupení dusíku v nadzemní biomase opadavých i neopadavých keříků.

Naopak v případě travin se pod vlivem zvýšené koncentrace dusíku v prostředí projevila vyšší fixace dusíku v rostlinných pletivech. Zjištěné změny v chemickém složení rostlinné biomasy tak ovlivňují kvalitativní složení opadu a dlouhodoběji se projeví v celkovém obratu dusíku v ekosystému, dekompozici a mineralizaci rostlinné biomasy.

Na základě hodnocení dlouhodobých změn vegetace v okolí Petrových kamenů v Jeseníkách byly zaznamenány vegetační posuny během druhé poloviny 20. století. Tyto vegetační změny subalpinské a alpinské vegetace jsou řízeny změnou několika faktorů prostředí. Jedná se o celkový pokles pH ve sledovaném území, změny v některých vegetačních jednotkách navíc indikují zvýšenou dostupnost vody i dusíku.

Druhové složení vegetace první poloviny 20. století bylo determinováno vlivem pastvy a travaření. Následující dekády jsou ovlivněny absencí jakýchkoliv přímých zásahů a narůstajícími zásahy nepřímými.

Období konce 20. století je ovlivněno změnou chemismu atmosféry (vlivem imisí), jejímž důsledkem byl nárůst acidity a trofie prostředí.

Během sledovaného období došlo k poklesu pokryvnosti druhů s vazbou na managementový režim spojený s pastvou, což se týká např. šťovíku horského, tomky vonné, metlice trsnaté nebo zvonku vousatého.

Během přechodového období 80.-90. let se měnila pokryvnost řady druhů, avšak druhová diverzita se významně neměnila, analýzou vegetace nebyly indikovány významnější změny.

Změny většího významu jsou doloženy až s počátkem 21. století, kdy dochází ke zvýšení pokryvnosti vzrůstově vyšších (předrůstavých) druhů a druhů vázaných na vyšší úživnost stanoviště.

Očekávané změny alpinské tundry

Pro nastínění očekávaných budoucích změn alpinských ekosystémů Vysokých Sudet pod vlivem globálních změn prostředí lze s výhodou kombinovat několik úrovní získaných podkladů. Lze použít krátkodobé výsledky provedených manipulativních výzkumů vegetace doplněné o dlouhodobé výstupy observační části projektu.

Lze také vycházet z řady prací o alpinských ekosystémech Vysokých Sudet i okolních pohoří. Na základě syntézy získaných informací lze formulovat následující očekávané hlavní trendy, jež se v následujících desetiletích pravděpodobně uplatní v prostředí alpinské tundry Vysokých Sudet.

Očekávané globální změny prostředí budou podporovat intenzitu generativní i vegetativní reprodukce prakticky všech životních forem vegetace alpinské tundry. V souvislosti s očekávaným nárůstem depozice dusíkatých látek a zvyšující se teploty lze předpokládat pokračování trendu saturace půdního prostředí živinami a následně zvyšování pokryvnosti druhů vázaných na vyšší úživnost stanoviště a konkurenčně zdatnějších druhů rostlin.

To se týká především postupného zvyšování zastoupení keříčkové a stromové vegetace v subalpinském a alpinském stupni. Současně bude pozvolna docházet ke zvyšování polohy horní hranice lesa, jež však bude reagovat spíše konzervativně a pomaleji než ostatní bylinné vegetační formace.

V nejvyšších polohách, v porostech vrcholové alpinské tundry, lze očekávat pokračující trend unifikace druhového složení vegetace a zvýšené pokryvnosti i množství nadzemní biomasy, zejména graminoidních druhů, na úkor mechorostů, lišejníků a dvouděložných druhů rostlin.

S nárůstem nadzemní produkce, zejména travin, lze předpokládat nárůst množství opadu a stojící nezelené rostlinné biomasy na stanovištích, která navíc bude mít kvalitativně jiné složení. Změny v chemickém složení a v poměrném zastoupení některých prvků opadu budou mít přímé důsledky pro dekompoziční procesy a celkový obrat minerálních látek v ekosystému.

Pod vlivem posunů v ekosystémových procesech dojde ke změnám i ve vzájemných (pozitivních či negativních) vztazích mezi druhy. Pravděpodobně bude narůstat význam konkurenčních vztahů a dojde k potlačování druhů s nízkou mírou konkurence.

tags: #alpinska #a #polarni #ekologie #charakteristika

Oblíbené příspěvky:

• Zkušenosti s čističkami Rothenberger
• Studie o znečištění mikroplasty
• Průvodce Tříděním Odpadu
• Norma ISO 14001
• Co je obecná ochrana přírody?