Lidé a ekosystémy sborník ze seminá e konaného 14. zá í 2000 v Praze 69. Box 2.15 Odvodn ní území a distribuce slune ní energie

Transkript

1 Lidé a ekosystémy sborník ze seminá e konaného 14. zá í 2000 v Praze 69 V tšina slune ní energie dopadající na mok ady se spot ebovává na evapotranspiraci, tedy na výpar vody z p dy (evaporace) a na výdej vody rostlinami (transpirace), zanedbatelná ást (1 %) se využívá p ímo pro istou fotosyntetickou produkci. V našich zem pisných ší kách dopadne za den na jeden metr tvere ní až 25 MJ slune ní energie, tedy až 6 kwh, maximální tok slune ního zá ení dosahuje až 1000 W/m 2, tedy 1000 MW/km 2. Na jeden pr m rný hon zem d lské p dy (100 ha = 1 km 2 ) dopadá tedy v letním dnu energie srovnatelná s výkonem nejv tších elektrárenských blok. Osud této energie závisí na tom, zda je i není k dispozici voda. Pokud voda k dispozici není, p em uje se dopadající slune ní energie v teplo. Pokud jsou p ítomny rostliny dostate n zásobené vodou, váže se slune ní energie do vodní páry a uvol uje se p i její kondenzaci. Tímto zp sobem se vyrovnávají teplotní rozdíly v ase a prostoru, a tím se vyrovnávají i rozdíly v tlaku vzduchu. Množství energie vázané evapotranspirací ve vodní pá e se dá pom rn snadno spo ítat, známe-li množství odpa ené vody. Skupenské teplo vody je p ibližn 2,45 MJ/L (0,6 kwh/l), v letním dnu se odpa í 3 5 litr vody (podle její dostupnosti), naváže se tedy 7,5 12,5 MJ na každém metru tvere ním za jediný den. Není-li k dispozici voda, tato energie se uvolní jako teplo: za jediný den se uvolní na jednom metru tvere ním teplo úm rné energii obsažené v 0,75 kg uhlí. Odvodníme-li 100 hektar (1 km 2 ), potom se každý den na této ploše (nad dozrávajícím obilím, nad strništ m) p em ní p ímo v teplo milionkrát více energie než na ploše jednoho metru tvere ního. To odpovídá energii, která by se uvolnila dokonalým spálením cca 750 tun uhlí (n kolik GWh). Uvedená ísla jsou p ibližná, jsou však v zásad správná a ukazují, jak velkoplošným odvodn ním krajiny m níme distribuci slune ní energie. Tato ísla také ukazují, jak zásadním zp sobem mok ady usm r ují dopadající slune ní energii. Na n kolik desítek kilometr tvere ních dopadne za den tolik slune ní energie, jako je plný instalovaný výkon všech elektráren v R ( MW). Odvodn ním velkých ploch, odvodn ním mok ad likvidujeme nejdokonalejší klimatiza ní za ízení, m níme rozložení teplot, a tím i proud ní vzduchu a distribuci deš ových srážek. Ukazuje se, že deš ové srážky nabývají i v mírném pásmu charakteru srážek subtropických jsou prudké a místní. Box 2.15 Odvodn ní území a distribuce slune ní energie Na území R bylo odvodn no a rekultivováno p ibližn km 2. Na stejnou plochu dopadne za 1 pr m rný letní den stejné množství energie, které v R vyprodukují všechny elektrárny za celý rok (tj mil. kwh). Za den vyrobí naše elektrárny tolik energie ( MWh), kolik dopadne za slune ný den na cca 33 km 2. Za jeden letní den dopadne na 1 m kwh slune ní energie.

2 70 Lidé a ekosystémy sborník ze seminá e konaného 14. zá í 2000 v Praze Na následujícím obrázku (Box 2.16) je znázorn no schéma distribuce (disipace) slune ní energie v porostu: globální (celkové) zá ení dopadající na porost (R s ) se áste n odráží a z stává istá radiace (R n ), která se spot ebovává zejména na evapotranspiraci (L*E, tedy na výpar vody), dále se p em uje na tzv. poci ové teplo (H), teplo p echází též do p dy (G), a z této bilance jen velmi malý podíl energie se spot ebovává na fotosyntézu a oh ev porostu (P). Porost vyza uje též dlouhovlnné (tepelné) zá ení. Z tohoto schématu se vychází p i stanovení evapotranspirace metodou radia ní bilance pomocí Bowenova pom ru, což je pom r mezi poci ovým teplem a teplem spot ebovaným na evapotranspiraci (H/LE) (P ibá et Ondok, 1985). Box 2.16 Schéma distribuce slune ní energie v porostu Rs - celkové zá ení Rn - isté zá ení alfa - odražené zá ení H - poci ové teplo L*E - skupenské teplo * evapotranspirace G - tok tepla do p dy J - oh ev biomasy porostu P - fotosyntéza Základní údaje o evapotranspiraci v našich podmínkách: Pr m rná evapotranspirace dosahuje u nás n kolika milimetr za den. Potenciální evapotranspirace vychází z množství dopadlé slune ní energie zmenšené o odraz a tok tepla do p dy a tok tepla zp t do atmosféry. V našich podmínkách na velkých plochách, kde se neuplatní advekce teplého suchého vzduchu, nelze po ítat s v tší denní evapotranspirací než 6 8 mm. Soliterní stromy dostate n zásobené vodou mohou mít vyšší transpiraci, pokud p ichází teplý vzduch z okolí ( ermák, 1984, Radoux et al., 2001). Mok adní vegetace dob e zásobená vodou, která je obklopena odvodn nou krajinou, je vystavena p ísunu (advekci) tepla ve form suchého teplého vzduchu, a m že proto vydávat více než 10 litr vody z metru tvere ního za den. Skute né hodnoty evapotranspirace bývají však nízké, protože vegetace trpí velice asto nedostatkem vody.

3 Lidé a ekosystémy sborník ze seminá e konaného 14. zá í 2000 v Praze 71 Rozložení teplot v krajin jako následek funkce vegetace a vody m žeme snadno studovat pomocí dálkového pr zkumu Zem s využitím satelitních snímk v tepelné oblasti spektra. Je dokon ena a do tisku p edána studie o úloze mok ad v disipaci slune ní energie v malých povodích Šumavy (Procházka et al., 2001). Satelitních snímk se dá využívat k diagnostice krajiny a hodnocení funkce vegetace p i disipaci slune ní energie a p i sestavování strategie revitalizace konkrétního území. Mok ady usm r ují tok slune ní energie na evapotranspiraci a vyrovnávají tak teplotní rozdíly v ase a prostoru. Evapotranspirací se p em uje mnohonásobn více energie, nežli se jí využívá p i fotosyntéze. Voda a rostliny jsou hlavními regulátory toku slune ní energie v krajin, mají tedy významnou úlohu p i tvorb místního klimatu. Odvodn ním a rušením mok ad se m ní toky energie v krajin, zvyšují se teplotní potenciály, zrychluje se a m ní proud ní vzduchu. M ní se charakter deš ových srážek, jsou prudší a p esouvají se do chladných míst. Lidská civilizace zbavuje krajinu trvalé vegetace a vody, navíc hlavní zem d lské plodiny, obilniny, jsou p vodn stepní rostliny, nesnášejí zaplavení a vyžadují odvodn ní p dy. Mok ady mají tedy zásadní význam pro tvorbu místního klimatu. 3. Produkce mok ad V tšina slune ní energie se p em uje v mok adech prost ednictvím výdeje vody rostlinami a p dou (transpirací a evaporací). Na r st biomasy, tedy na istou fotosyntézu, se spot ebuje jen velmi malá ást z celkové slune ní energie dopadlé na porost za celý rok. Za jeden rok se vytvo í fotosyntézou v mok adech p ibližn 1 kg sušiny/m 2, který obsahuje p ibližn 18 MJ (5 kwh) vázané slune ní energie; p edstavuje tedy necelou polovinu procenta celkové slune ní energie dopadlé na jeden metr tvere ní za celý rok. Krátkodob hodnocené ú innosti využití slune ního zá ení pro fotosyntetickou produkci v dob nejv tšího rozvoje vegetace jsou však n kolikanásobn v tší. P i dostatku živin a pravidelné sklizni je tudíž možno dosáhnout produkce biomasy až 2x 3x v tší. V p irozených mok adech s výjimkou lužního lesa je však ro ní produkce asto menší než 1 kg sušiny biomasy na 1 m 2. Je nutné ovšem rozlišovat produkci biomasy nadzemní, jejíž množství pom rn snadno stanovíme, a biomasy podzemní (ko eny, oddenky), jejíž produkce se stanovuje obtížn a m že být srovnatelná s produkcí biomasy nadzemní (rákosiny). Výše uvedené údaje se týkají biomasy nadzemní. Produkce biomasy na jeden metr tvere ní, resp. na jeden hektar, ur uje limity pro využití biomasy jako paliva, ur uje schopnost biomasy (tedy mok ad ) akumulovat v sob látky a jaké množství látek se poda í s biomasou sklízet, kompostovat a recyklovat, ur uje i množství škodlivin, jež dovedeme sklizní z ekosystému odstranit. Zde je t eba zd raznit, že mok ady jsou schopny zadržet živiny, t žké kovy a další látky zejména v zamok ené p d. V p d akumulují více t chto látek nežli v biomase samotné. Dále se budeme zabývat koncentracemi a akumulací r zných látek v biomase mok adních rostlin, ve vod a v p d, a získáme tak orientaci o schopnosti r zných typ mok ad vázat látky.

4 72 Lidé a ekosystémy sborník ze seminá e konaného 14. zá í 2000 v Praze Po ítáme s t mito množstvími funk ní biomasy rostlin (sušina) na 1 m 2 : a) rybni ní litorál: 1 kg; b) mokré louky: 0,7 kg; c) rašeliništ : 0,2 kg; d) um lý mok ad (ko enová istírna): 1 kg; e) lužní les: 40 kg. Je z ejmé, že se výrazn liší množství biomasy uložené v p dním profilu, nebo po ítáme s vrstvou p dy (sediment, rašelina) o mocnosti: a) rybni ní litorál 1 m; b) mokré louky 1 m; c) rašeliništ 5 m; d) um lý mok ad: št rk 0,6 m; e) lužní les 1,15 m (údaj p evzatý z Penka et al., 1991) Množství vytvo ené nahromad né živé i odum elé biomasy ur uje, kolik uhlíku a ostatních látek (živin, t žkých kov ) se nahromadí v porostu. Rozhodující pro rychlost jejich hromad ní je p ír stek biomasy za rok. Nap íklad rašeliništ má pom rn nízkou celkovou produkci, protože však rozkladné procesy jsou v rašeliništích velmi pomalé, je ro ní p ír st celkové organické hmoty v rašeliništním ekosystému pom rn zna ný a v rašelin se hromadí i další látky. Naopak v eutrofních rybnících je celková (hrubá) produkce vysoká, ale rozkladné procesy jsou rychlé, takže se v eutrofních rybnících hromadí jen málo živé biomasy a akumulace látek v detritu je nízká. 4. Koncentrace a množství živin vázaných v r zných typech našich mok ad Koncentrace a množství živin vázaných v r zných typech našich mok ad : a) rybník a rybni ní litorál; b) mokrá louka; c) lužní les; d) rašeliništ ; e) um lý mok ad. Koncentrace živin v r zných typech mok ad a v jejich složkách jsou uvedeny na následujících obrázcích (Boxy ). Dále jsou v obrázcích uvedena i množství živin vázaných na 1 m 2 mok adu. Zcela výjime nou schopnost vázat živiny má lužní les. Penka et al. (1991) uvád jí pro dosp lý lužní les spot ebu na hektar a rok: 265 kg Ca, 224 kg N, 129 kg K, 24 kg Mg a 18 kg P. Box 2.17 Koncentrace minerálních látek ve vod, mok adních rostlinách a sedimentech eutrofního rybni ního ekosystému

5 Lidé a ekosystémy sborník ze seminá e konaného 14. zá í 2000 v Praze 73 Box 2.18 Množství minerálních látek ve vod, mok adních rostlinách a sedimentech eutrofního rybni ního ekosystému Box 2.19 Koncentrace minerálních látek v r zných složkách ekosystém mok adních luk