Vliv lesů na vodní bilanci krajiny a nitrifikace v ekologii lesa

V posledních letech se v souvislosti s klimatickou změnou čím dál častěji zmiňují lesy a jejich podíl na bilanci vody v krajině. Lesy na jedné straně usychají a umírají, na druhé straně se o vysazování lesů uvažuje jakožto o opatření vodu v krajině zadržující či dokonce přitahující srážky.

Pamětníci z Brd, Pošumaví i odjinud popisují koncem 19. století a v prvních desetiletích 20. století dnes schnoucí lesy jako mokřady, kam si museli brát holínky nebo kde se jim houpala půda pod nohama. Naprosto běžné bylo odvodňování lesů, aby stromům neuhnívaly kořeny. Voda z příkopů lesních cest bývala svedena do vsakovacích struh dlouhých desítky metrů.

Právě na schwarzenberských pozemcích se lesní meliorace staly běžnou metodou. Navazovaly přitom na ještě starší rožmberské úpravy, kde většinou odvodnění jedné části pozemku znamenalo zavodnění jiného pozemku - vody se nikdo zbytečně nezbavoval. Když chtěl mlynář vysušit podmáčenou louku, vysadil pár olší a spolehl se na to, že strom spotřebuje (a odpaří) víc vody než tráva.

Jenže rozsáhlejší les na druhou stranu zastiňuje půdu, a tím snižuje její odpar. Lesy také uvolňují do ovzduší poměrně velké množství aerosolů, čímž přispívají ke vzniku nukleačních jader a podporují deště. Voda v mracích mrzne kolem -15 °C, ale když jsou přítomné bakterie uvolněné z povrchu stromů, může zmrznout už těsně pod nulou. A ze sněhu vzniká déšť.

Les je tedy obojaký, lokálně krajinu vysouší, ale jinde zvyšuje srážky. Kořeny jsou také ambivalentní - vynášejí vláhu z hlubších horizontů, ale voda se podél nich zase zasakuje. Les je tmavý, takže zachycuje mnohem víc oteplující sluneční energie a v zimě v něm půda nepromrzá tak snadno jako na vedlejším poli. Jenže les zároveň odpařováním vody ochlazuje vzduch.

Čtěte také: Nitrifikace: Klíč k efektivnímu zpracování odpadu

Když se tedy ptáme na vodní a teplotní bilanci lesa, záleží na tom, zda mluvíme o lokálním, regionálním, nebo globálním měřítku. A také na řadě dalších věcí - jak daleko je moře, odkud přicházejí větry, kde jsou horká ohniska přehřáté krajiny jako např.

Dlouhodobé výzkumy víc než stovky malých povodí ukázaly, že les vodu spotřebovává, a prostředí tedy vysušuje. Jsou sice dokumentovány i opačné případy, kdy vykácení lesa způsobilo větší sucho, ale ty spíše souvisejí se zhoršením vlastností půdy. Když začnou alpské pastviny zarůstat lesem, vydatnost potoků se snižuje až o třetinu. Zní to možná paradoxně, ale méně stromů znamená víc vody v potoce. Už Plinius si všiml, že prameny se obnoví, když vykácíte les. Jenže tohle platí, jen když uvažujeme v měřítku jednoho místa. Co když v „našem“ lese prší z vody odpařené v jiném lese? Malá a velká povodí se chovají rozdílně, lesy v horách vodu spíš doplňují do podzemních zásobníků, zatímco lesy v nížinách ji spíš spotřebovávají.

Pokusme se stručně shrnout lokální zkušenosti lesníků. Les dobře zachytává malé a střední srážky, ale lesní půdy bývají málo mocné a neporadí si s velkými srážkami. Les zároveň omezuje erozi a do určité míry tlumí hydrologické extrémy. Čistí vodu, voda z lesa pochopitelně obsahuje jen zlomek zemědělské „chemie“.

Hydrologická funkce lesa je obnovena již při stáří stromů 8-12 let. Při dané spotřebě vody je nejvyšší výnos dřeva u smíšených lesů. Vysvětluje se to tím, že vodní hospodářství jednotlivých stromů se vzájemně doplňuje, zatímco přílišná konkurence brání optimálnímu využití vody. Listnaté stromy jako celek spotřebují víc vody než jehličnany, ale existují velké rozdíly např. mezi topolem (až 1000 mm) a dubem (podle druhu 350-450 mm, za dostatku vody i víc než 500 mm).

Dnes nás nejvíc zajímá experiment s kůrovcem - co se na vykácených plochách stane se srážkami? Dřívější měření, prováděná ovšem na mnohem menších plochách, než vznikají dnes, ukázala, že holiny mají i oproti zapojenému lesu poměrně malý hydrologický dopad, pokud rychle zarostou buření (ta dokáže spotřebovat až 60 % srážek, které spotřebuje les) a nemají poškozený půdní pokryv.

Čtěte také: Životní prostředí Petrohradu

Takže nejen v zemědělství, ale i v lese je rozhodující stav půd. Kompaktní půdy, jaké se typicky vyvíjejí pod smrkovými porosty, vedou teplo, které o horkém letním dni může zasahovat do větších hloubek. Tím se o něco zvýší odpar v půdním pokryvu.

Významná je role surového humusu, který může fungovat jako mulč, tedy stínit povrch půdy a zabraňovat odparu, anebo sát srážkovou vodu a postupně ji uvolňovat do hlubších částí půdy, je-li dostatečně porézní. Naopak po slehlém jehličí nebo bukovém listí voda steče.

Podobně jako se říká, že rozdíl mezi lékem a jedem je v množství, tak i v lese velice často jeden faktor působí pro i proti zachytávání vody.

Jak to funguje ve větším, regionálním měřítku? Biosféra určuje hlavní toky a výměnu látek mezi zemí a atmosférou, a tím přispívá i k vytváření tepelné struktury atmosféry. Jeden z nejzajímavějších oborů fyziky atmosféry se zabývá výměnou látek a energie na různých atmosférických rozhraních.

Les má vliv na reakce blízko zemského povrchu a potom na tzv. planetární hraniční vrstvu (PBL). Tu můžeme pozorovat jako plochou základnu nízkých mraků nebo zónu, kde je vidět nahnědlé smogové zabarvení. Výška PBL nad povrchem je řízena teplotou povrchu. Nad mořem leží PBL sotva kilometr vysoko, ale nad pouštěmi kolem 4 km. Zhruba řečeno nárůst jednoho stupně Celsia na povrchu Země ve vegetačním období posouvá PBL asi 100 m nahoru (a naopak). Níž položená PBL zvyšuje srážky. Vodní pára se hromadí pod PBL jako pod pokličkou.

Čtěte také: Ekologické aspekty vody v podniku

Z lesa jsou turbulentním prouděním vynášeny aerosoly, vytvářejí nukleační jádra vodních kapek a snáz zde prší. Část srážek se zachytí v korunách stromů, nikdy nedopadne na zem, odpaří se, sníží teplotu, ta sníží výšku PBL, posílí „pokličkový efekt“ a opět se rozprší - to je právě malý vodní cyklus. Kapičky vody navíc rozptylují a změkčují světlo.

V rozsáhlých lesích Nové Anglie bylo pozorováno, že když se olisťují stromy, mění se albedo a zároveň se zvyšuje odpar. PBL se tak v pravidelných sezonních cyklech zvedá a klesá asi o 200-400 m. Nad lesy mírného pásma bývá typicky vyvinuta ve výšce asi 1,5-2 km.

Průběh PBL přitom závisí na teplotě povrchu. Nad velkým lesem leží nízko a je souvislá, ale nad běžnou industriální krajinou, ve které se střídají ostrovy tepla (např. betonové a skladištní plochy) s chladnějšími oblastmi lesů a rybníků, se PBL „rozláme“ do nepravidelných plošek o různé výšce. Přestane pak plnit funkci „pokličky“ a vodní pára snáz unikne do vyšší polohy, kde z ní vznikne bouřka, anebo ji větry odvanou dál. Malý vodní cyklus přestane fungovat.

Na kontinentální škále je vodní bilance lesů složitější, poněvadž do hry vstupuje vzdušné proudění. V tropech se ukázalo, že vzduch, který deset dní proudil nad lesem, poskytuje dvakrát tolik deště než vzduch nad rozptýlenou vegetací. V jen trochu vlhčím prostředí - stačí zvýšit vlhkost o 10 % - prší dvakrát až třikrát tolik. Naneštěstí to platí i naopak, a pak říkáme, že sucho se živí suchem.

Družicová pozorování ukazují, že lesy v Evropě mají výrazný vliv na tvorbu mraků, ale musí k tomu mít dost vody na odpar. Mraky stíní pevninu a celkově snižují povrchové teploty. Možná až 20 % globálního oteplování je způsobeno změnou kvality povrchu, a tím albeda.

Povrch lesa je hrubý, takže zpomaluje vysušující vítr, o trochu víc zde sněží a sníh taje pomaleji. Od roku 2007 je znám model, podle kterého les přitahuje vodu od moře na velké vzdálenosti. Říká se mu „biotická pumpa“ a je spojován se jmény petrohradských vědců Anastasije Makarievy a Viktora Gorškova; u nás je proponentem tohoto pohledu botanik a ekofyziolog Jan Pokorný.

Každopádně ale platí, že lesy jsou do určité míry schopny vytvářet své vlastní, relativně stabilní hydrologické prostředí. Stromy žijí dlouho, mykorhizní vztahy se vylaďují pomalu, edafon dosahuje optimálního rozvoje až po desetiletích.

Vraťme se k suchu, které v několika minulých letech postihlo celé území České republiky. Nezdá se, že by za sucho mohl jeden určitý faktor. Příčin sucha je několik, sčítají se a jsou v různých krajinách zastoupeny v odlišné intenzitě. Jejich kumulativní účinek je však natolik velký, že posouvá pole ekosystémové stability za určitou hranici.

Česká republika leží v zóně potenciální evapotranspirace kolem 500 mm ročně při průměrných srážkách kolem 650 mm ročně. Evapotranspirace je množství vody, které se z povrchu lesní či zemědělské půdy odpaří nebo je spotřebováno rostlinami (a vypaří se pak z nich), potenciální znamená možnou horní mez. Už z těchto čísel je patrné, že většina srážek se může odpařit a být využita vegetací, takže na povrchový odtok do říční sítě a na doplnění podzemních zásobníků už jí nemusí příliš zbývat.

Čím vším může být sucho způsobeno a co se s tím dá dělat? Přestože srážky jsou v tří- až pětiletém průměru přibližně konstantní již déle než 150 let, mění se jejich distribuce v ročním cyklu. Ubývá mírných „zahradnických“ dešťů a přibývají silnější a přívalové deště, které půda nepobere. Prodlužují se teplá bezesrážková období.

Krajina je ovšem nastavena na odvodňování, ne na zadržování vody. Úpravy krajiny vycházejí z lesnické tradice, jaká se za jiného klimatu vyvinula na sklonku malé doby ledové. Na některých místech nevhodně vedené lesní cesty odvádějí vodu z lesa. Nejenom zemědělské, ale i lesní půdy jsou oproti stavu v šedesátých letech minulého století hutnější a obsahují v sobě méně velkých pórů, umožňujících rychlý vsak srážek. Surový humus smrkových monokultur v podobě „plsti“ z jehličí brání vsakování.

Teplota povrchu planety je od roku 1970 v průměru vyšší o 0,7-1,2 °C, teplota uvnitř půdy je vyšší nejméně o 0,5 °C. Obojí urychluje odpar. Pokud nestíněná půda na holině suchem popraská, odvod vody z výsušných prasklin se nelineárně zvětšuje. Na povrchu velkých odlesněných ploch můžeme v létě naměřit teplotu až kolem 50 °C. Přehřáté půdy ztrácejí původní půdní faunu a hůř zachytávají srážky.

V teplejších letech je delší vegetační období, takže lesy spotřebují víc vody. Zároveň v hlubších horizontech čerpají víc živin, které jim pak scházejí (dochází k oligotrofizaci), naopak v povrchových horizontech dochází k atmosférické eutrofizaci, a tím k narušení citlivých mykorhizních rovnováh - „hodné houby“ chrání strom před „zlými houbami“, ale nitrifikace prostředí tuto rovnováhu narušuje.

Každá krajina je poněkud odlišná, což znamená, že neexistuje jedna strategie, jak s lesem zacházet. Prakticky všechny hlavní dřeviny našich lesů jsou nicméně suchem oslabeny a následovně ohroženy kůrovcem, václavkou a dalšími škůdci. Po desetiletích dlouhodobých výzkumů se ukazuje, že lesy reagují individuálně, protože v různých oblastech prší či sněží jinak, svahy jsou více či méně ukloněné a také mocnost a kvalita půdy je odlišná.

Předpokládat za této situace, že když vysázím nějaké stromy, automaticky zlepším vodní funkci krajiny, je sice atraktivní, ale naivní. Je zapotřebí vědět, co dělám a proč to dělám. V místech, kde hodně fouká, stromy zpomalují proudění, a tím odpar. Pokud za největší riziko pokládáme letní vlny veder, stromy výrazně pomáhají, protože snižují teplotu o 8-12 °C, ale musí mít dost vody - teplotu snižují právě odparem, takže celkově mohou vodní ztrátu prohloubit.

Co se za této nejednoznačné situace dá s lesem udělat, aniž to způsobí větší škodu? Rozvolněný les s travním podrostem blížícím se lesostepi hospodaří s vodou s nejvyšší účinností. Vodu z lesa účinně odvádějí lesní cesty. Lidé je dnes místy s úspěchem přetvářejí na série tůněk, jinde z nich dělají terasy zachytávající vodu. Podobně jako na poli, tak i v lese hodně záleží na kvalitě půd a zejména kypré, neslehlé povrchové hrabanky, která saje vodu.

Vztahy mezi vegetací, půdou, klimatem a krajinou jsou každopádně složité a jednoduché recepty typu „čím víc lesa, tím víc vody a tím lépe“ určitě nefungují. Možná je tak lepší nechat rozhodování lokálním hospodářům, kteří svůj les znají, jakkoli ani to v době globálních změn není samospásné.

Už delší dobu přemýšlím o problému nadbytku dusíku v krajině i ve městském prostředí. Dusík je pro nás jedním z klíčových indikátorů při sečení, výřezech a nově také při výhrabu stařiny. Naše lokality - ať už jde o stepi, běžné trávníky nebo mokřady - nadmíru dusíku nepotřebují. Na jedné straně se snažíme intenzivním hrabáním odstranit i poslední zbytky dusíku, na straně druhé jsou tu lidé, kteří riziko přehnojení zcela ignorují.

Dusík je základním stavebním prvkem bílkovin a je nezbytnou živinou pro růst rostlin. Bez dusíku by rostliny a ani živočichové nemohli existovat. Jenže když je ho příliš, začnou se dít v přírodě nežádoucí procesy. Z globálního hlediska nese vinu masové používání umělých hnojiv (Haber-Boschova syntéza), pěstování velkého množství luskovin (zejm. sója) a emise oxidů dusíku ze spalovacích motorů. Dusík je asi nejvíc paradoxní prvek v našem životním prostředí. Tvoří přibližně 78 % atmosféry, respektive vzduchu.

Dusík je součástí nukleových kyselin a tzv. ATP. Dusík potřebují rostliny pro svůj růst - proto se provádí hnojení, aby nám to líp rostlo. Pokud se do půdy najednou dostane větší množství dusíku, nastává doslova dusíková smršť reakcí. Přirozený koloběh dusíku se začne vychylovat ze svých zákonitostí. Za běžných podmínek bývá dusík v půdě spíše nedostatkovým prvkem. Chceme-li mít na poli lepší úrodu, musíme hnojit. Ovšem nic se nemá přehánět. Jestliže víc „sypeme“, zákonitě rostliny rostou rychleji.

Velké množství amoniaku a dusičnanů v půdě spouští proces nitrifikace, při kterém půdní bakterie oxidují amoniak na dusitany a dusičnany. Pokud ale rostliny a mikroorganismy nestihnou všechny tyto dusičnany využít, začnou se vyplavovat do hlubších vrstev a do vod. Rovnováha dusíku bývá často narušena jednorázovou, ale silnou dávkou, např. hnojení minerálními (průmyslovými) hnojivy nebo ponechávání většího množství biomasy při tzv. mulčování. V počátku se rostliny nebo půdní mikroflóra velké dávky dusíku nemohou nabažit.

Jenže dusík mají rády jen některé druhy. Dlouhodobé nadbytky dusíku v půdě mění složení půdního mikrobioty. Nadbytečný dusík v půdě se musí někde zužitkovat. Část dusíku spotřebují rostliny a zabudují ho do své biomasy (listů, stonků). Část dusičnanů, které rostliny nestihnou využít, se však vyplavuje do podzemních vod a následně do vodních toků.

Rostliny, které milují dusík, z nadbytku dusíku těží nejvíc. Pro tyto druhy je typický rychlý růst a masivní expanze. Pokud je půda nadměrně zásobena dusíkem, mění se její chemické vlastnosti i biologické procesy. Dusík se začne rychleji točit v koloběhu, než je tomu v přirozením stavu. Rostliny zpočátku rostou bujněji, mikroorganismy jsou aktivnější. Jenže zároveň dochází ke spotřebování dalších živin - s větší spotřebou dusíku se zvyšuje i spotřeba prvků jako fosfor, draslík, vápník. Původní rovnováha základních živin v půdě je přerušena.

Co způsobí nadbytek dusíku v rostlinných společenstvech? Představme si louku, na které bylo živin vždy poskrovnu, kde rostly nízké trávy, nápadité byliny - třeba orchideje. Všechny tyto druhy jsou na dusík velmi citlivé a zvyklé hospodařit s jeho minimem. Když ale takovou louku pohnojíme, začnou rostliny různě reagovat. Některé druhy se zaradují a začnou mohutně růst, jiné jsou naopak dusíkovým přebytkem stresované a ustupují. Rostliny, které milují dusík (nitrofilní druhy), z nadbytku dusíku těží nejvíc. Pro tyto druhy je typický rychlý růst a masivní expanze. Příkladem je kopřiva dvoudomá, různé druhy šťovíků a bodláků, ale také mnohé vytrvalé trávy jako ovsík vyvýšený nebo třtina křovištní. V hustém porostu kopřiv či vysokých trav pak už pro nižší druhy nezbývá místo a ani světlo. Důsledkem je, že konkurenčně slabší druhy velice rychle mizí. Většina rostlin je totiž přizpůsobena chudým půdám, rostou pomaleji a nedokážou v konkurenci s bujně rostoucími nitrofilními druhy obstát.

Zajímavým paradoxem jsou zástupci bobovitých rostliny, jako je jetel, vičenec, čičorka či úročník bolhoj. Tyto rostliny mají výhodu v chudých půdách, protože si umí samy zajistit dusík díky symbióze s bakteriemi na kořenech. Jenže pokud je dusíku moc, jejich výhoda mizí a konkurence je převálcuje. Dlouhodobý nadbytek dusíku se viditelně projevuje na tváři celé krajiny.

• Když do životního prostředí přichází více dusíku, rostliny zpočátku rostou bujněji a vytvářejí více biomasy.
• Chvíli to vypadá dobře, jenže později se začnou počty druhů redukovat na několik málo dominantních.
• Celková výška vegetace se zvětšuje.

Vysoká kumulace dusíku zapříčinila, že usazené živiny v úžlabinách skal nebo splachy z polí umožnily růst náletových rostlin i tam, kde by přirozeně nerostly. Podobně je tomu třeba v horských oblastech, např.

Zároveň větší množství biomasy znamená i více odumřelé hmoty - tzv. stařiny. Každý rok na podzim nebo po seči zůstane na povrchu silná vrstva ulehlé, neposečené, nesklizené nebo zamulčované trávy, která se nestačí během sezóny rozložit. Vrstva plstě funguje jako bariéra - drobná semínka přes něj obtížně klíčí a skrz něj neprostoupí. Čím dál prosazovaný trend mulčování je sice snadný a levný, ale úspora času a financí je krátkodobá. Během několika málo let se začne měnit celková struktura trávníku.

V hustém, zastíněném porostu také klesá teplota u země a mění se vlhkostní podmínky, zvyšuje se riziko houbových chorob, hromadí se škůdci. Pokud se biomasa neodstraňuje, většina živin se vrací zpět do půdy. Na první pohled je to dobře, ve výsledku dochází k negativním procesům. Koloběh živin se urychluje a může dojít k jejich nerovnoměrnému vyčerpávání nebo dokonce k zablokování některých prvků.

Problémem nesklizené travní hmoty je i zápach, který může být problematický v zastavěných oblastech - na sídlištích, v parcích nebo hřištích. V husté vrstvě mulče se rychle vyčerpá kyslík a spouští se rozkladné procesy. Tyto procesy produkují páchnoucí plyny jako je amoniak, sirovodík nebo organické kyseliny (např. octová, máselná).

V tradičním zemědělství nebo i ve správě zahrad a parků bylo zvykem po každé seči seno usušit a odvézt. Tento (řekněme starý) postup se ukazuje jako klíčový ve všech typech péče o travní biotopy, kde potřebujeme udržet stabilní trávníky bez příliš bujné vegetace s pestrou druhovou skladbou. Čím dál prosazovaný trend mulčování je sice snadný a levný, ale úspora času a financí je krátkodobá. Během několika málo let se začne měnit celková struktura trávníku. Původně málo živný trávník se mění ve hnojené pole. Travní porost roste rychleji.

Naopak pravidelným odstraňováním biomasy (hrabáním, odvozem sena) snižujeme množství dostupného dusíku v půdě, což zpomaluje růst trávy a dává prostor druhům přizpůsobeným chudším podmínkám. Odvážení biomasy má zásadní význam pro udržení živinové rovnováhy na cenných stanovištích. Každý metr krychlový sena odklizený z louky nebo městského trávníku představuje odnos určitého množství dusíku, fosforu, draslíku a dalších prvků. Jakmile se sníží vysoký obsah živin, začnou se do ní vracet rostliny, které z ní vymizely - různé byliny, které nemají rády konkurenční tlak vysokých trav. Louka začne znovu kvést a poskytovat prostor i méně obvyklým druhům. Obdobný princip platí i v dalších biotopech, např. vřesoviště, skalní stepy, nebo třeba mokřadní louky.

Dusík je sice nepostradatelný pro život, ale v nadbytku se z něj stává ničitel rozmanitosti. Nepsané pravidlo z ekologie praví, že čím méně dusíku, tím je větší rozmanitost. Chceme-li uchovat druhově bohatou krajinu, musíme s dusíkem zacházet opatrně - omezit jeho aplikaci do prostředí a pečlivě hospodařit na loukách a dalších stanovištích. Kosení a odvoz biomasy patří k nejúčinnějším nástrojům, jak přírodě od dusíkové „nadílky“ ulevit.

tags: #nitrifikace #v #ekologii #lesa

Oblíbené příspěvky:

• Ekologický prostředek na mytí nádobí Winni's
• Povinnosti v podnikové ekologii
• Dokumenty o globálním oteplování
• Aktualizace opatření pro čistší ovzduší
• Připojení obnovitelných zdrojů