Koloběh dusíku v přírodě podrobně

V době, kdy se naše pozornost zaměřuje na problematiku dopadů klimatické změny, se zapomíná na řadu antropogenních problémů, které ze světa nezmizely a v synergii s oteplováním mohou jejich dopady na přírodní společenstva zesilovat. Jedním z nich je depozice dusíku.

Dávno už není novinkou, že světová depozice tohoto prvku se během posledních let 20. století zdvojnásobila především jako důsledek intenzifikace zemědělství a spalování fosilních paliv v dopravě a průmyslu. Jeho globální depozice stále narůstá a změna tohoto trendu se v nejbližších dekádách neočekává.

Dusík (N) představuje pro život rostlin nepostradatelný makroprvek, který byl bez přispění člověka zastoupen v přírodě v nízkých koncentracích. O jeho přísun se starali především jeho fixátoři, bakterie, a jen okrajově bouřkové výboje či sopečná činnost. Díky nim činil průměrný přísun ve střední Evropě 3-5 kg N.ha-1 za rok. Současné, díky člověku až řádově, zvýšené koncentrace (ČHMÚ) mají pro přírodní ekosystémy významné důsledky.

Většina přírodních ekosystémů nebyla a zatím ještě není zcela saturována dusíkem, a proto dochází spíše k jeho zadržování než jeho uvolňování dále do prostředí. Od dob počátku industrializace se tedy dusík v různých formách v přírodních a polopřirozených ekosystémech akumuluje. Jeho akumulaci si nelze představit pouze jako trvalé uložení v půdě nebo biomase, ale jako dynamický cyklus s důsledky pro téměř všechny složky daného ekosystému.

Důsledky zvýšené depozice dusíku

Nárůst mineralizace dusíku zvyšuje jeho dostupnost pro rostliny, dochází ke zvýšení jeho koncentrace v biomase a jejímu intenzivnějšímu růstu. Rychlejší růst a větší množství opadu představuje komplikaci pro krátkověké, nízké a pomalu rostoucí druhy, které jsou díky tomu kompetičně potlačovány. Zmíněné procesy mají fatální důsledky i pro mnoho živočišných druhů.

Čtěte také: Jak funguje koloběh uhlíku?

V oblastech, kde dosahuje přísun dusíku vysokých hodnot, může být dosaženo limitu schopnosti systému poutat tento prvek. Při nasycení půdy dusíkem dochází ve větší míře k jeho vymývání vodou. S ním jsou zároveň vymývány další prvky, nejčastěji bazické kationty (např. Mg2+, Ca2+). Důsledkem je snižování pH a ztráty druhů, kterým takové prostředí nevyhovuje.

Tradiční způsoby managementu a zmírňování dopadů

Z historického pohledu se hospodář o atmosférickou depozici dusíku nezajímal, přesto tradiční způsoby managementu v sobě zmírňování dopadu zvýšené trofie prostředí zahrnují. Dlouhodobé a historicky osvědčené tradiční přístupy v podobě pastvy nebo sečení mají komplexní efekt, který lze dále doplnit o řízené vypalování nebo silnější disturbanci v podobě stržení drnu. Každá z metod je specifická a od ostatních se liší svými dopady na biotop.

Pastva

Pasení velkých býložravců je tradiční a dlouhodobě používanou metodou již od neolitu, která je běžně používaná pro trávníky a v omezené míře se může uplatnit u vřesovišť a slatinišť. Vliv pastvy se liší u konkrétních společenstev rostlin v závislosti na použitém druhu býložravce, technice pastvy a intenzitě i době pastvy. Kromě redukce kompetičně zdatných druhů a otevření porostu dochází k rozrušování drnu a vzniku vhodných plošek pro dopad semen a uchycení klíčních rostlin.

Pastva jednoznačně snižuje vliv N na vřesovištích a trávnících kyselých i bazických substrátů. V tomto případě neplatí, že čím intenzivnější pastva, tím efektivnější odstraňování N z prostředí. Při vyšší zátěži pastviny, tj. při vyšším počtu jedinců dobytka na pastvině, dochází k významnému vlivu disturbance a obohacování dusíkem z exkrementů a moči. Například mírná pastva borůvky (Vaccinium myrtillus) potlačuje dominanci tohoto keříku, zatímco pastva vyšší intenzity již tento vliv nemá.

Dobytek je navíc vybíravý a jeho vliv na bylinný pokryv je druhově selektivní. Důsledkem je potlačení až celková eliminace druhů, které jsou na pastvu citlivé. Naopak jsou podporovány druhy, které pastvu dobře snášejí, zpravidla ostnité, jedovaté či nechutné. Pastva je vhodným nástrojem na zmírňování dopadů zvýšené koncentrace N, avšak vliv její intenzity není lineární.

Čtěte také: Kyslík v přírodě

Pastva se v přepočtu na čistý dusík může projevovat od importu až 2 kg (N)/ha po export 3 kg (N)/ha, a přítomnost býložravce tak může dusík jak redukovat, tak dodávat. Nejefektivnější je z hlediska odstraňování dusíku pastva rotační. Dlouhodobě provozovaná pastvina je specifická složením bakterií a houbových organismů v půdě i cykly a poměry prvků, především C/N. Při upuštění od pastvy dochází k posunu od trávníků s vyšší mírou obratu N ke společenstvům s nízkým obratem N a vysokou saturací N.

Sečení a sklizeň sena

Sečení a sklizeň sena byly obvyklým managementem luk a různých typů trávníků. Pro snižování koncentrace N je zásadní odvoz veškeré biomasy mimo posečenou plochu. Ponechávání posečené hmoty na ploše, mulčování, k odstraňování N nevede a zároveň snižuje množství světla v porostu, brání kontaktu semen s půdou i uchycování semenáčků. Obvyklá frekvence sečí je od jedné po tři během jednoho roku. Frekvence se odvíjí od typu trávníků, přičemž nižší frekvence připadá v úvahu pro málo produktivní společenstva.

Sečení s odstraněním biomasy vede k omezení dominantních druhů, otevření porostního zápoje a zvýšení intenzity světla v porostu až o 70 %. Zároveň dochází ke změně mikroklimatických podmínek, avšak opětovným růstem vegetace se podmínky mají tendenci vracet do původního stavu. Mezi vlivem pastvy a sečení je proto rozdíl. Zatímco kontinuální pastva setrvale udržuje nízký porost, efekt sečení má jen dočasný charakter.

Na rozdíl od býložravců je vliv sečení neselektivní s nízkou mírou narušování půdního povrchu. Nevytváří proto tolik vhodných mikrostanovišť pro klíčení a uchycení semenáčků jako pastva. Na druhou stranu požadované druhové kompozici se lze přiblížit vhodným načasováním období seče s ohledem na generativní fáze konkrétních druhů.

Sečení dvakrát za rok odstraní v průměru 20-60 kg N/ha z trávníků na vápnitých půdách a 7-34 kg N/ha z kyselých trávníků. S odstraňováním biomasy je zároveň odstraňováno velké množství uhlíku a dalších prvků jako je draslík nebo fosfor. Dlouhodobě sečená společenstva tak mohou být limitována fosforem a jejich odezva na nadbytek N je méně patrná. I přes zmíněný pozitivní vliv seče mohou i při dlouhodobé aplikaci tohoto managementu přetrvávat důsledky zvýšené koncentrace dusíku v prostředí ještě několik desítek let.

Čtěte také: Cyklus Antonína Dvořáka

Řízené vypalování

Tento typ managementu není pro naše území v současnosti typický na rozdíl od některých trávníků a vřesovišť na severu Evropy. Příležitostný mírný požár má vliv na celý ekosystém, zvyšuje přísun světla, mění druhovou kompozici a zvyšuje diverzitu, přesto se nejedná vždy o vhodný typ managementu. Kromě dusíku významně snižuje množství uhlíku v ekosystému, podporuje proces eroze a vede ke ztrátám druhů (včetně živočišných) citlivých na požáry.

Nadzemní rostlinná biomasa včetně opadu obsahuje velké množství N a jejím spálením je možné dosáhnout významné redukce N v ekosystému, zároveň zásoby tohoto prvku v půdě nejsou dotčeny. Vypálením lze odstranit až kolem 80 % dusíku, zatímco vysokou intenzitou seče jen kolem 16 %. Část dusíku (řádově kg/ha) zůstává v popelu a ještě několik let po požárech lze pozorovat vymývání vzniklých dusičnanů.

Požár je poměrně intenzivní zásah, který není vhodné často opakovat. Snižuje dopady dusíku u slabě ovlivněných biotopů, ale pro silně eutrofizované biotopy je pro nutnost jeho častého opakování nevhodný. Například zmiňovaná podpora vřesovišť pomocí požárů je doporučována jen v delších periodách (cca 15 let).

Určitou nevýhodou vypalování je, že se lze na vypalované ploše sice dusíku zbavit, ale na úkor okolních míst, kde se vzniklé oxidy dusíku usadí v podobě různých forem dusíkatých sloučenin.

Stržení drnu

Stržení drnu je velmi intenzivním zásahem a mírnější variantou může být promíchání půdních horizontů orbou nebo rotavátorem, zásadní je v tomto případě hloubka takového zásahu. Zpravidla dojde k odstranění vegetace, opadu a humusové vrstvy, což může mít zásadní (kladný i negativní) vliv s ohledem na přítomnost půdní banky semen.

Výhodu mají druhy se semennou bankou v hlubších vrstvách, což je na vřesovištích právě vřes (Calluna vulgaris) a naopak oslabí vliv některých trav (Molinia caerulea, Avenella flexuosa). Nevýhodou je, že tímto způsobem z plochy zmizí diaspory některých ochranářsky významných druhů, jsou odstraněny spory mykorhizních hub a dojde ke změnám vlhkostních poměrů díky nepřítomnosti humusové vrstvy.

Vzhledem k tomu, že je dusík poután právě v rostlinné biomase a humusu, je odstranění humusu efektivní metodou k odstraňování tohoto prvku z prostředí a omezení procesu mineralizace. Jeden takový zásah dokáže odstranit množství dusíku, jenž se v systému kumuloval desítky až stovky let. Naopak pouhé mechanické rozrušení drnu bez odvezení z plochy prakticky nemá vliv na zásoby uloženého dusíku.

Závěr

Každý z uvedených managementů uvedený v souvislosti s omezením vlivu dusíku na biotopy má celou řadu vedlejších efektů. Pastva koncentraci dusíku v prostředí příliš nesnižuje. Důsledkem vybíravosti herbivorů jsou selektivně potlačeny až celkově eliminovány druhy, které jsou na pastvu citlivé. Naopak jsou podporovány druhy, které pastvu dobře snášejí. Podobně je to s vyšší intenzitou a frekvencí požárů, která se stejně jako stržení drnu významně promítá do změn podmínek prostředí a tím i do kompozičních změn společenstev.

Řízené požáry v současnosti v ČR patří spíše k okrajovým způsobům managementu společenstev a k omezování koncentrace dusíku se příliš nehodí. Okamžité odstranění velkého množství dusíku z biotopu lze jen za cenu velké až drastické disturbance, stržení drnu, s celou řadou dalších efektů.

V současné době se ve většině případů jako optimální jeví seč s odvezením biomasy z místa, která účinně odstraňuje dusík a potlačuje růst dominantních druhů. Účinek na množství dusíku v biotopu má jen přechodný charakter, a proto je nutné tento management v pravidelných intervalech opakovat. V řadě případů se osvědčilo kombinovat sečení s pastvou, která navíc vytváří vhodné drobné narušování.

Každý ze zvolených managementů má širší důsledky pro půdní strukturu, chemismus a hydrologický režim. Při jejich volbě je proto nutné pamatovat na to, že neovlivňujeme jen rostlinné druhy, ale i jiné taxonomické skupiny včetně půdní mikroflóry a mikrofauny, bezobratlých i obratlovců. Zásadní je proto nalézt kompromis mezi potřebou odstranit přebytek dusíku z prostředí a cílovým stavem biotopu. Vhodným řešením je kombinace trpělivosti a dlouhodobý adaptivní management šitý na míru konkrétnímu cílovému stavu biotopu.

Dopady a vývoj nastaveného managementu je nutné dlouhodobě sledovat a pravidelně vyhodnocovat. Úspěch managementu je často závislý na dostupnosti a klíčivosti semen žádoucích druhů. Pokud bylo s pokusy o nápravu stavu započato pozdě, za hranicí klíčivosti semen v půdních bankách semen, nelze očekávat jednoznačný efekt.

Globální nadbytek reaktivního dusíku je způsoben třemi hlavními typy reakcí:

• Pěstování luštěnin
• Spalování kyslíku ve spalovacích motorech
• Haber-Boschova reakce

Syntetická hnojiva umožnila vyšší výnosy a víc lidí mohlo pracovat v průmyslu. Bez Haber-Boschovy reakce by na zemi žilo méně lidí a možná ve větší chudobě, ale také by globální změny klimatu a prostředí teprve stály před námi. Málokdo měl na chod této civilizace tak velký vliv jako Haber a Bosch.

Množství lidmi vyráběného reaktivního dusíku převyšuje přírodní toky. Obvykle se uvádí, že roční přirozený tok reaktivního dusíku se pohybuje kolem 140 milionů tun a lidská produkce dosahuje 210 milionů tun. Jiné odhady uvádějí pro přirozené roční toky kolem 100-200 milionů tun a přibližně stejné či o něco větší množství pro umělé toky.

V biogeochemii lesa hraje dusík významnou roli. Biogeochemický cyklus dusíku dosud není dostatečně objasněn, ale poslední vědecké objevy, týkající se zejména mikrobiální aktivity, mění náš pohled na jeho konvenční model. Člověk dnes uvolňuje svou činností (např. spalovacími procesy, zemědělstvím, průmyslem) množství dusíku srovnatelné s přírodními zdroji a odhaduje se, že globální cyklus dusíku se oproti minulosti více než zdvojnásobil.

Odborná veřejnost se shoduje na tom, že nadbytek dusíku vede k eutrofizaci, acidifikaci, ztrátě biodiverzity a rozšíření nitrofilních druhů. Zvýšené depozici dusíku jsou vystaveny již od doby průmyslové revoluce rozvinuté regiony severní polokoule, Evropa i kontinentální část USA. Nadbytečný dusík je problémem všude: ve vodě, v půdě, na louce, na poli i v lese.

Depozice dusíku v evropských lesích zůstává i dnes vysoká, pohybuje se v širokém rozmezí mezi 5 až 60 kilogramy na hektar za rok a je přibližně dvakrát vyšší než depozice v bezlesých oblastech. Koruny stromů totiž dokážou znečišťující látky z ovzduší velmi účinně „vyčesávat“, a tím je přinášejí do lesa.

tags: #cyklus #dusíku #v #přírodě #podrobně

Oblíbené příspěvky:

• Recenze ekologické drogerie v Blansku
• Duhoví bojovníci Greenpeace
• Rozměry bezbariérového WC dle vyhlášky
• Jak se vyhnout ekologickým zónám v Google Maps
• Environmentální geologie v Olomouci