Trvale udržiteln. itelná skutečnost?

Transkript

1 Seminář Trvale udržitelná současnost?, ČZU Praha, Trvale udržiteln itelná skutečnost? Lubomír Nátr Katedra experimentáln lníbiologie rostlin Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy v Praze

2 Předpokládaný obsah 1.Příroda a člověk v ní 2.Anthropocén 3.Tři přírodní problémy lidstva v 21. století: Potraviny, voda, klima 4.Finanční hodnota produktů a služeb přírody 5.Zamyšlení nebo diskuse Lubomír Nátr, 2010

3 Lubomír Nátr 2008

5 Johan RockstrÖm et al.:.a safe operating space for humanity. Identifying and quantifying planetary boundaries NATURE Vol September 2009 Změny klimatu Chemické znečištění Okyselování oceánů Aerosoly v atmosféře Úbytek ozónu ve stratosféře Ztráta ta biodiverzity Koloběh dusíku a fosforu Změny ve využívání krajiny Spotřeba sladké vody Lubomír Nátr, 2010

6 Lubomír Nátr, 2010 Johan RockstrÖm et al.:.a safe operating space for humanity. Identifying and quantifying planetary boundaries NATURE Vol September 2009

8 Haberl et al. (2007) : Získané poznatky ukazují, že pozoruhodný podíl globální čistéprimárníprodukce je využíván jen ktomu, aby uspokojil potřeby a přání právě jen jediného druhu na Zemi. To zároveňnaznačuje rozsah využívánívšech zdrojů planety lidmi. Lubomír Nátr, 2010

9 Will Steffen, Paul J. Crutzen and John R. McNeill The Anthropocene: Are Humans Now Overwhelming the Great Forces of Nature? the Great Forces of Nature? Ambio Vol. 36, No. 8, December 2007 Lubomír Nátr, 2010

10 Anthropocene: Současn asnáepocha ve vývoji Země,, kdy lidstvo se stalo globáln lnígeofyzikáln lnísilou. Lidstvo měním (1) Biologické systémy planety (lesy, mokřady, vodní toky (2) Zásoby a toky hlavních složek Země (uhlík, dusík, fosfor, voda (3) Energetickou rovnováhu na povrchu Země (Radiační bilance, teplota Steffen et al.,ambio Vol. 36, No. 8, December 2007 Lubomír Nátr, 2010

11 Steffen et al.,ambio Vol. 36, No. 8, December 2007 Planetárn rnísystém je soubor vzájemn jemněmnoha interakcemi propojených fyzikáln lních, chemických a biologických (včetn etně člověka) globáln lních cyklů,, který spolu s toky energie vytváří podmínky pro život na Zemi. Lubomír Nátr, 2010 Vlivy (1)Vnější(Slunce aj.) (2)Vnitřní(interakce)

12 Globáln lnízměny zahrnují celou řadu globáln lních jevů: Steffen et al.,ambio Vol. 36, No. 8, December Využívání a druh pokryvu pevnin, -Urbanisace, -Globalizace, -Pobřežní ekosystémy, -Složení atmosféry, -Globálnícykly C, P, N, vody -Biologická diverzita, -Potravní řetězce v oceánech, -Spotřeba zdrojů(paliva, suroviny) a jejich interakce. Lubomír Nátr, 2010

13 Anthropocene: 1.Etapa: Průmyslov myslováéra ( ) Jedinečný ný růst r spotřeby fosilních paliv neboli Steffen et al.,ambio Vol. 36, No. 8, December ohromná 2007 energetická dotace rozvoji lidstva z dávných d zdrojů: 4x Steffen et al.,ambio Vol. 36, No. 8, December Lubomír Nátr, x S p o t ře b a e n e r g i e sběračů a lovců zemědělců Lidí industriální éry

14 Anthropocene: 1.Etapa: Průmyslová éra ( ) Jedinečný růst spotřeby fosilních paliv neboli ohromná energetická dotace rozvoji lidstva z dávných zdrojů 2.Etapa: Velké zrychlení(1945 cca 2015) Lidstvo změnilo ekosystémy víc, než během jakéhokoliv předcházejícího období Steffen et al.,ambio Vol. 36, No. 8, December 2007 Lubomír Nátr, 2010

15 Globální populace HDP Přehrady na řekách Spotřeba vody Spotřeba minerálních hnojiv Městská populace Provozovny McDonald s Motorová vozidla Steffen et al.,ambio Vol. 36, No. 8, December Lubomír Nátr, 2010

16 Anthropocene: 1.Etapa: Průmyslová éra ( ) Jedinečný růst spotřeby fosilních paliv neboli ohromná energetická dotace rozvoji lidstva z dávných zdrojů 2.Etapa: Velké zrychlení(1945 cca 2015) Lidstvo změnilo ekosystémy víc, nežběhem jakéhokoliv předcházejícího období 3.Etapa: Správa planetárního systému lidstvem (cca ????) Do rozhodovací sféry lidských společností proniká uvědomění si toho, že lidstvo se stalo hlavní geologickou silou. Uvědomění si, že lidstvo a jeho aktivity ovlivňují struktury i fungování celého planetárního systému. Jak se toto uvědom doměníprojeví? 3 možnosti: Steffen et al.,ambio Vol. 36, No. 8, December 2007 Lubomír Nátr, 2010

17 1. Pokračov ování dosavadním m způsobem (Business-as as-usual): Rozhodování bude nadále předpoklp edpokládat, dat, že (a)glob Globální změny nebudou asi tak velké ani rychlé, aby zásadnz sadně narušily stávaj vající ekonomický systém (b)existuj Existující tržní ekonomiky zvládnou všechna v nezbytná adaptační opatřen ení. (c) Prostředky původnp vodněuvažovan ované na omezení globáln lních změn n budou účinněji využity pro naléhav havější lidské potřeby. Nutno připomenout: Mnohé změny planetárního systému mají dlouhou setrvačnost (dekády i staletí), takže ani přijetí potřebných opatřená nemusejí být účinná v geologicky nesmírně kratičkém čase lidských generací a společenstev. Steffen et al.,ambio Vol. 36, No. 8, December 2007 Lubomír Nátr, 2010

18 2. Zmírn rnění Cílem je redukce těch t změn n lidských aktivit takovou měrou, m aby se zabránilo realizaci nebezpečných ných a těžko ovlivnitelných změn n planetárn rního systému. Technologický (věda, technika) pokrok je velmi důled ležitý. Změna lidského chování a priorit se jeví jako naprosto nezbytná. Steffen et al.,ambio Vol. 36, No. 8, December 2007 Lubomír Nátr, 2010

19 3.. Geoinženýrsk enýrská řešení Jsou to cílenc lené manipulace s planetárn rním m systémem tak, aby se vykompensovaly antropogenní změny systému (skleníkový kový efekt).! Stávající návrhy vyvolávají nejen technické, ale i etické otázky.! Nelze odhadnout vedlejší a neočekávané důsledky. Steffen et al.,ambio Vol. 36, No. 8, December 2007 Lubomír Nátr, 2010

20 Lubomír Nátr, 2010

22 Robock, GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS, VOL. 36, Lubomír L19703, Nátr, doi: /2009gl039209,

23 Foely et al. (2007): Je nejvyššíčas ptát se, kolik z produktivity biosféry si můžeme sami přivlastňovat, než se začnou planetární systémy hroutit. 30 %? 40 %? 50 %? Ještě víc? Nebo jsme už tuto hranici překročili? Lubomír Nátr, 2010

24 Problémy 21. století 1.Dostatek potravin 2. Dostupnost vody 3.ZMĚNY klimatu Společné faktory řešení: (1)Dostatek levné energie (2)Vytv Vytvářet podmínky pro plošný rozsah a výkonnost rostlin Lubomír Nátr 2010

25 Co musejí rostliny poskytovat lidstvu? Potravní řetězec v příroděbez lidí R o s t l i n y Potraviny pro lidstvo Krmiva pro chovanázvířata Suroviny stavební, textilní aj. Energetické plodiny Farmaka, geny, klima, umělé hmoty, krása

28 Moldan 2009 Hektary/obyvatel , , , , , ,63 Lubomír Nátr, 2010

29 Změny ve složen ení potravy vybraných států mezi roky 1971 a 2003 Lubomír Nátr, 2010

30 850 milionů obyvatel cal den -1 obyvatel milionů obyvatel cal den -1 obyvatel miliony miliony obyvatel obyvatel cal cal den den -1 obyvatel obyvatel milionů obyvatel obyvatel cal den -1 obyvatel obyvatel -1 Podíl masa Lubomír Nátr, 2010

31 93 93 miliony miliony obyvatel obyvatel cal cal den den -1 obyvatel obyvatel milionů obyvatel cal den -1 obyvatel milionů obyvatel cal den -1 obyvatel milionů obyvatel obyvatel cal den -1 obyvatel obyvatel -1 Podíl masa Lubomír Nátr, 2010

32 Produktivita Diverzita druhová Akumulace sušiny Závislost na vstupech Stabilita Koloběh živin Vysoce produktivní agroekosystémy Přírodní ekosystémy Lubomír Nátr, 2009

33 Znaky charakterizující zemědělství v rozvíjejících se a v průmyslově vyspělých zemích. (Hossner a Dibb, 1995). Znak Rozvíjející se země Vyspělé země Prodej produktů z farmy < 50 % > 50 % Nákup vstupů < 10 % > 30 % Pracovníků v zemědělství > 70 % < 10 % Výnosy plodin 1 až 2 t ha -1 > 4 t ha -1 Zdroje minerálních živin Zvířata, zbytky, odpad, bobovité Průmyslová hnojiva Kontrola plevelů a škůdců Rotace, úhor, meziplodiny, biologické formy Pesticidy Vstup pracovní síly Vysoký Nízký Míra specializace Nízká Vysoká Zdroje pohonu Lidé a zvířata Traktory a elektřina Nejvýznamnější vstupy Půda a práce Kapitál Lubomír Nátr, 2009

34 Faktory rozhodujícío výši výnosů 1.Novéproduktivníodrůdy (šlechtění G. Mendel) HI, C3-C4, Využití CO2, 2.Průmyslováhnojiva (minerálnívýživa J. Liebig) 3.Závlahy(vodnírežim) 4.Ochrana(fytopatologie) 5. Zpracování půdy 6. Další, další, další

35 A. Mitscherlich: Yield (y, t ha -1 ) A (A-y) y a y=a-(a-a).e -k.x Fertilizers (x, t ha -1 )

36 (Harvested/Input) energy Use efficiency of the input energy Chceme Input energy (GJ ha -1 year -1 ) Harvested energy (GJ ha -1 ) Harvested (solar) energy Musíme Input energy (GJ ha -1 )

37 Světová populace (10 6 ) Světová populace (10 9 ) před rokem V o d a Miliardy Lubomír Nátr, 2010

40 Množstvívody vydanérostlinami během celévegetace!tk=500=>wue=0,002 (kg CH 2 O / kg H 2 O) Import 2 ( g CH 2 O / kg H 2 O) Virtuálnívody 600 mm srážek=600 L m hl ha -1 Produkce obilnin na 1 ha za rok: 12 t DM => (5 t obilky+5 t sláma+2 t kořen) =>potřeba 6000 t vody (= 600 mm srážek) Lubomír Nátr 2010

42 Problémy 21. století 1. Dostatek potravin 2. Dostupnost vody Změny klimatu Lubomír Nátr, 2010

43 Zvýšen eníteploty Přírodní vlivy Vliv lidstva Lubomír Nátr, 2010 Přírodní a antropogenní změny stávající teploty

44 Regardless of climate change, it is important to realize that the basic needs (e. g. food, feed, fiber, fuel) of Earth s s 10 billion inhabitants by 2100 cannot be met without restoring the services of the terrestrial ecosystems Lubomír Nátr, 2010 Prof. R. Lal, BioScience, 2100

45 Finanční hodnota produktů a služeb přírodyp Lubomír Nátr, 2010

46 Poetická úvaha Sedmikrásky, jaterníky, bílé, žluté sasanky, petrklíče, koniklece, plicník, blatouch, fialky. Od poupat je pozoruji, doufám, čekám, miluji, až je toho náhle všude plná stráň a plný les. (Úvodní verše z básně Jarní kvítí od S. K. Neumanna.) Lubomír Nátr 2010

47 Lubomír Nátr 2010 Science 197:960, 1977

48 Robert Costanza (born 14 September1950) is an American ecological economistand the Gund Professor of Ecological economicsand Director of the Gund Institute for Ecological Economics at the University of Vermont. His work has been cited in more than 1700 scientific articlessince 1987 (according to the Science Citation Index [2] and more than 80 interviews and reports on his work have appeared in various media, including Newsweek, US News and World Report, the Economist, the New York Times, Science, Nature, National Geographic, and National Public Radio. Lubomír Nátr 2010

49 18 trillion USD per year (10 12 USD year -1 ) Lubomír Nátr 2010

50 Služby ekosystémů(ecosystem services): Ekosystém poskytuje (1)Produkty (2)Služby Služby ekosystémůpřinášejílidstvu užitek, za který se téměř vůbec neplatí. Costanza et al., Nature 387: 253, Balmford et al., Science 297: 950, Boumans et al., Ecological Economics 41: 529, Lubomír Nátr 2010

51 Příklady některých služeb ekosystémů(biomů) a jejich ročního finančního hodnocení(převzato z publikace Costanza et al., 1997, upraveno). Služba ekosystému Miliardy dolarů ročně Kontrola složení atmosféry 1341 Řízení klimatu 684 Čištění a zásobování vodou 2807 Tvorba a udržování úrodnosti půdy 53 Likvidace odpadů 2277 Opylování 117 Produkce potravin 1386 Kulturní a rekreační požitky Celkem (v tabulce nejsou všechny v služby) Lubomír Nátr 2010

52 Služby ekosystémů: -Udržování stálé koncentrace plynů v atmosféře (konc. CO 2, O 2, ozonovávrstva, -Udržování klimatu (skleníkový efekt, cirkulace vod v oceánech, -Zásobování vodou (spodní voda, závlahy, samočisticí schopnost -Vytváření a udržování půdy (zvětrávání nerostů, obohacení organickou hmotou -Likvidace odpadů (detoxifikace, rozklad, -Opylování (hmyzem, větrem, -Genetické zdroje (fytofarmaka, GMO resitentní, -Rekreace -Estetika Lubomír Nátr 2010

53 Hodnocení finančního vyjádřen ení služeb ekosystémů se nejčast astěji provádí jedním m znásledujz sledujících ch dvou postupů (Jiang et al., 2007): Určují se škody (1) Ur kody,, které by vznikly likvidací příslušných funkcí ekosystému poskytujícího hodnocenou službu. (2) Vypočítávaj vají se nákladyn klady, kter (2), které by bylo třeba t vynaložit na opatřen enívytvořen ená lidmi (vybudování čističek, přehrad p atp.) a nahrazujícími dosud poskytovanou službu ekosystému. Lubomír Nátr 2010

55 Matero a Saastamoinen, 2007: Ročníhodnota služeb lesních ekosystémů ve Finsku odpovídá 2609 milionů - Přitom není dostatek věrohodných údajů, které by postihly: Změny ve využívání půdy. Znečištění vod těžkými kovy jako následek lesních technologií. Tvorba ozonu a těkavých látek v lesích. Hydrologické změny. Lubomír Nátr 2010 Kontrola chorob a škůdců s dopadem na jiné oblasti.

56 Tab. Roční hodnota služeb (milióny eur) lesních ekosystémů Finska hodnocená za období 1995 až 2002 (podle Matero a Saastamoinen, 2007). Hodnoty v Lubomír Nátr 2010

57 Příklad finanční hodnoty 4 vybraných služeb mokřadního ekosystému (cca 5200 ha). Podle Heina et al. (2006). Služba ekosystému Finanční hodnota (eur rok -1 ) Sklizeň rákosu Rybolov Rekreace Uchování přírody Celková hodnota vybraných služeb Lubomír Nátr

58 Tab. Rodriguez, Funkce, produkty a služby křovinatého území opuncií. Podle Rodriguez et al. (2007) upraveno. Lubomír Nátr 2010

59 Původní mokřad Přeměna na ornou půdu Roční hodnota (USD ha -1 ) Společenský prospěch Roční hodnota (USD ha -1 ) ha 150ha 300 ha undiked 8000 Soukromý prospěch Velikost mokřadu 20 ha 150ha 300 ha undiked Velikost mokřadu Lubomír Nátr 2010

60 Odhad hodnoty (Kč ročně) ) ročních služeb z 1 hektaru zaplavované říční nivy: 1.protipovodňová služba produkce nadzemní biomasy retence živin: biodiverzita: aluviální psárkové louky produkce kyslíku: klimatizační služba: podpora krátkého vodního cyklu, Celkem služeb z 1 ha nivy KčK ročně z 1 ha Odhad hodnoty ročních služeb z 1 hektaru zaplavované říční nivy: 1. protipovodňová služba nivy stojí na investičních vkladech náhradního řešení (investiční limit 100 Kč na zadržení 1 m 3 umělou hrází) 0,5 mil. Kč na 1 ha nivy, což v přepočtu na roční protipovodňovou službu (při 5% diskontu) představuje částku cca 2. produkce nadzemní biomasy: 5 tun ročně x 4 MWh (=4 tis. KWh) x 2 Kč/kWh x 0,5 (efektivnost) = Kč ročně 3. retence živin: zadržení 1 tuny alkálií oproti meliorovaným orným půdám (Seják a kol. 2008) = kg x Kč Kč ročně 4. biodiverzita: aluviální psárkové louky T 1.4 jsou hodnoceny 46 body/m 2 (Seják, Dejmal a kol. 2003), což na 1 ha představuje b odů x 12,36 Kč/bod = 5,685 mil. Kč, při 5% diskontu představuje roční službu v biodiverzitě ve výši cca Kč ročně 5. produkce kyslíku: 3,5 mil. litrů O 2 x min. 0,25-0,73 Kč/litr (0,50) Kč ročně 6. klimatizační služba: 700 litrů odpařené vody ročně z 1 m 2 v přepočtu na 1 ha znamená 700 x 1,4 kwh (0,7 kwh chlazení, 0,7 kwh oteplování) x 10000x 2 Kč/kWh Kč ročně 7. podpora krátkého vodního cyklu, vrácených 500 litrů/m 2 za rok znamená roční službu z 1 ha nivy: Lubomír Nátr, 2010 (500 litrů/m 2 ) x cca 2,85 Kč (cena destil. vody) x = Kč ročně Celkem služeb z 1 ha nivy Kč ročně SEJÁK J. A KOL. Hodnocení funkcí a služeb ekosystémů České republiky, 2010

61 SEJÁK J. A KOL. Hodnocení funkcí a služeb ekosystémů České republiky, 2010 Odhad hodnoty (Kč ročně) ) ročních služeb z 1 hektaru lesa (zdravý smíš íšený les s dostatkem vody): 1.Biodiverzita Odhad kyslíkové služby lesního porostu Odhad klimatizační služby lesního porostu podpora krátkého vodního cyklu Celkem služeb z 1 ha lesa Odhad hodnoty ročních ekosystémových služeb 1 ha lesa (zdravý smíšený les s dostatkem vody): 1. Biodiverzita: L2.3 Tvrdé luhy nížinných řek jsou hodnoceny 66 body na 1 m 2, tj bodů x 12,36 Kč/bod = 8,158 mil. Kč, při 5% diskontu představuje roční službu v biodiverzitě ve výši cca Kč ročně 2. Odhad kyslíkové služby lesního porostu Jeden hektar listnatého opadavého lesa v podmínkách mírného pásma vyprodukuje za rok průměrně 10 tun čisté produkce kyslíku. Pro přepočet mezi kilogramy a litry 0 2 platí vztah 1,429 kg/m 3 neboli 1 kg 0 2 = 700 litrů kg/ha x 700 litrů x 0,50 Kč/litr = Kč ročně 2. Odhad klimatizační služby lesního porostu Vycházíme z úvahy, že strom s průměrem koruny cca 5 m (tj. plochou cca 20 m 2 ), který je dostatečně zásoben vodou, odpaří za slunných dnů více než 100 litrů vody denně (cca 70 kwh) a zužitkuje tak podstatnou část slunečního záření (cca 80 %) na ochlazení prostřednictvím výparu. Naopak v noci vodní pára kondenzuje na chladnějších místech, čímž dochází k jejich oteplení a návratu vody do krajiny. Strom tedy působí jako přirozené klimatizační zařízení s dvojitou funkcí ochlazování za slunečního svitu a oteplování při poklesu teplot. S ohledem na počet slunných dnů v roce a střídavou disponibilitu vody můžeme předpokládat, že v průměru z 1 m 2 zapojeného lesa za rok evapotranspiruje 800 l vody 400 stromů/ha x 140 kwh/den a strom x 200 dnů x 2 Kč/kWh = Kč ročně (800 l/m 2 a rok x 1,4 kwh x x 2 Kč/kWh = 22,4 mil. Kč ročně) 3. podpora krátkého vodního cyklu, vrácených 600 litrů/m 2 za rok znamená roční službu z 1 ha lesa: (600 litrů/m 2 ) x cca 2,85 Kč (cena litru destil. vody) x = Lubomír Nátr, Kč ročně Celkem služeb z 1 ha lesa Kč ročně