74 Lidé a ekosystémy sborník ze seminá e konaného 14. zá í 2000 v Praze

Transkript

1 74 Lidé a ekosystémy sborník ze seminá e konaného 14. zá í 000 v Praze Box.0 Množství minerálních látek v r zných složkách ekosystému mok adních luk Box.1 Koncentrace a množství minerálních látek v r zných složkách ekosystému rašeliništ

2 Lidé a ekosystémy sborník ze seminá e konaného 14. zá í 000 v Praze 75 Retence uhlíku (viz Boxy.,.3 a.4) tedy jeho koncentrace v biomase a v p d, a dále množství uhlíku vázaného na ploše (pod plochou) 1 m jsou uvedeny pro tyto typy mok ad : rybník a jeho litorál, mokrou louku, rašeliništ, um lý mok ad a lužní les. Zásadní význam má schopnost mok ad vázat oxid uhli itý, d je se tak fotosyntézou do biomasy. Hrubý odhad množství vázaného oxidu uhli itého obdržíme takto: (Hmotnost sušiny popeloviny) x Koeficient 1.46 vychází ze stechiometrie rovnice fotosyntézy, resp. respirace, kdy z molekuly šestiuhlíkatého cukru vzniká šest molekul oxidu uhli itého. Box. Koncentrace uhlíku v rostlinách, p d a opadu v r zných typech mok ad g/kg rostliny g/kg p da g/kg opad g/kg Lužní les Um lý mok ad Rybník Mokré louky Rašeliništ Box.3 Množství uhlíku vázaného v r zných typech mok ad na 1 m v m ítku zachycujícím pouze lužní les a rašeliništ (hloubka rašeliny 5 m) rostliny kg/m p da kg/m opad kg/m 400 kg/m Lužní les Um lý mok ad Rybník Mokré louky Rašeliništ

3 76 Lidé a ekosystémy sborník ze seminá e konaného 14. zá í 000 v Praze Box.4 Množství uhlíku vázaného v r zných typech mok ad na/pod 1 m. 1,0 0,9 0,8 0,7 rostliny kg/m p da kg/m opad kg/m 0,6 kg/m 0,5 0,4 0,3 0, 0,1 0,0 Lužní les Um lý mok ad Rybník Mokré louky Rašeliništ Množství živin vázaných v mok adech závisí na množství nahromad né jak nadzemní, tak podzemní živé i odum elé biomasy. Pokud se v p d hromadí organické látky a nedochází k jejich mineralizaci, má mok ad velkou schopnost hromadit živiny. Patrné je to zejména na rašeliništích, kde vrstvy humolitu mohou dosahovat mocnosti až n kolika metr. V lužním lese, kde je až 40 kg suché biomasy na 1 m, je vázáno zna né množství živin i v nadzemní biomase zejména d evin. Odvodn ním mok ad se navodí rozklad organických látek v p d, provázený uvol ováním oxidu uhli itého do atmosféry a živin do p dního roztoku, a dále do odtékající vody. P da trvale zatopená vodou uvol uje mnohem mén rozpušt ných látek nežli p da, která je st ídav zaplavena a vysušena; v takové p d probíhá rychle mineralizace a vyplavuje se z ní velké množství živin. 5. Koncentrace a množství t žkých kov vázaných v r zných typech našich mok ad V textu je na základ údaj ze záv re né zprávy grantu GA R 03/93/387 a publikace (Pokorný et al., 1999) popsán rybník a rybni ní litorál. Údaje pro rašeliništ je možno získat ze zpráv uložených v Botanickém ústavu, údaje pro lužní les obsahuje monografie Penka et al. (1991), údaje o um lých mok adech nalezneme ve studiích Vymazala (1995) a Tichého (uloženy v Botanickém ústavu). V následujících obrazcích jsou znázorn ny pr m rné koncentrace t žkých kov v rostlinách, sedimentu, zví atech a vod, a dále množství t žkých kov vázaných v litorálu rybníka. Údaje jsou výsledkem p ibližn 3000 analýz vzork z Biosférické rezervace T ebo sko, p epo et na množství vychází z pr m rného množství biomasy

4 Lidé a ekosystémy sborník ze seminá e konaného 14. zá í 000 v Praze 77 a p dy. Je z ejmé, že podstatné množství t žkých kov je nahromad no v sedimentech, a záleží na chemických podmínkách v sedimentu, zda se t žké kovy uvolní i z stanou navázány. Obecn platí, že ph sedimentu po oxidaci (provzdušn ní) klesá, protože se oxidují sirníky na sírany, amoniak na dusi nany atp. a dochází k uvol ování t žkých kov do p dního roztoku. Box.5a e Koncentrace t žkých kov v živo išných tkáních, rostlinách a v sedimentu (mg/kg sušiny) a množství t žkých kov vázaných na/pod 1 m (mg/m ) 4, 4,0 3,8 3,6 3,4 3, 3,0 74,4 74, 74,0 73,8 73,6 73,4

5 78 Lidé a ekosystémy sborník ze seminá e konaného 14. zá í 000 v Praze živ. rost. sed.

6 Lidé a ekosystémy sborník ze seminá e konaného 14. zá í 000 v Praze P íklady zát že mok ad živinami Rybníky a rákosiny jsou vystaveny asto silné eutrofní zát ži, p icházejí do nich b hem roku velká množství dusíku a fosforu. Dusík tvo í r zné plynné formy, které z takovýchto mok ad mizí v procesu denitrifikace. Bilance t chto látek je p edvedena na konkrétním p íkladu rybník Nad je a D emliny. Rybník D emliny (60 ha) sloužil jako recipient odpadních vod z m sta Vod any (7000 obyvatel, ro n m 3 z ed ných odpadních vod), ale pravideln se do n j nasazují ryby, zejména kapr. Ryby se nasazují v pozdním jaru až poté, kdy vlivem fotosyntézy as vzroste ph vody na hodnotu, p i které amoniak uniká v plynné form do vzduchu. Koncentrace živin a biologická spot eba kyslíku (BSK 5 ) na vtoku do rybníka a na výtoku z rybníka se pohybují v rozsazích: N P BSK 5 vtok (mg/l) cca 60 výtok (mg/l) 6 8 0,7 cca 11 Ro n tedy do rybníka p itéká cca 15 tun dusíku a odtéká jej 5 tun, odstra uje se tedy cca 166 kg/ha/rok. Fosforu p itéká 1,5 tuny a odtéká 0,4 tuny, zadržuje se tedy cca 18 kg/ha/rok. P i násad ryb 800 kg/ha je produkce od dubna do íjna p ibližn 1000 kg/ha (údaje poskytl dr. R. Faina). Rybník Nad je (71 ha) je dnes obvyklým intenzivním zp sobem obhospoda ovaný rybník na T ebo sku. V pr b hu jednoho roku zde bylo aplikováno 8 tun organických látek (statkový hn j, kejda) na 1 ha, vápna 800 kg /ha, krmiv 800 kg /ha, což p edstavuje cca 150 kg dusíku a 30 kg fosforu na hektar za rok. Produkce ryb byla 670 kg/ha/rok (u ryb se po ítá živá váha). B hem sezony je dusík zcela využit a paradoxn dochází k jeho nedostatku na konci léta. Fosfor z stává, snižuje se pom r mezi rozpustným fosforem a anorganickým dusíkem, nastává relativní nadbytek fosforu, a da í se proto sinicím (Pokorný a Pechar, 1995, Pokorný et al., 1999). M žeme shrnout, že produk ní rybník s nadbytkem živin, nasazený obsádkou tvo enou zejména kaprem, odbourá za rok p ibližn 150 kg dusíku a 30 kg fosforu p i ro ní produkci ryb kg. Koncentrace živin ve vod však v takových podmínkách neklesá pod n kolik mg celkového dusíku a pod 0, 5 mg celkového fosforu na litr. 7. Reten ní kapacita mok ad Otázka schopnosti mok ad zadržovat vodu se stala op t aktuální v souvislosti s povodn mi v roce 1997 a v letech následujících. Je nesporné, že í ní niva je ú inným, levným a trvalým reten ním prostorem. Otázkou je, kolik vody se váže v mok adní p d p i záplav, a v kalkulacích se n kdy zapomíná na evapotranspiraci z velkých zaplavených ploch. Niva tedy zpomaluje a zmenšuje pr tok vody vázáním objemu vody i jeho ubýváním výparem. Botanický ústav AV R (P ibá, Rektoris, Kolmanová) dlouhodob m í hladinu podzemní vody, odtok vody a deš ové srážky v Národní p írodní rezervaci ervené blato, rašeliništi na T ebo sku. M ení probí-

7 80 Lidé a ekosystémy sborník ze seminá e konaného 14. zá í 000 v Praze hala též v dob povodní v lét v roce Rašeliništ je schopno zadržovat srážky jen do té míry, než dojde k saturaci vrchní aktivní vrstvy (akrotelmu). Odtok a pohyb srážkových vod rostou exponenciáln se zvyšující se hladinou podzemní vody, což je patrné na obrazci.6, kdy p i hladin podzemní vody kolem 0 cm pod povrchem dochází v nenarušené ásti rašeliništ, v blatkovém boru, k nasycení akrotelmu a p i dalších srážkách k exponenciálnímu nár stu odtoku z území. V p ípad déletrvajícího dešt, hlavn v pr b hu vegeta ní sezony, kdy je dík zvýšené evapotranspiraci hladina vody zna n zakleslá, z stává odtok i p i výrazných srážkách nulový. Význam evapotranspirace je patrný z následujícího obrazce (Box.6), kdy v letním období rychlost odtoku klesá strm i po vydatných srážkách. Box.6 Týdenní úhrn srážek, odtoku a kolísání hladiny podzemní vody pro dv stanovišt a) blatkový bor (Pino rotundatae-sphagnetum) a b) regenerující plochy (Eriophoro vaginatae-sphagnetum) ve vegeta ní sezon 1997, NPR ervené blato týdenní úhrny srážek a odtoku (mm) srážky odtok regenerující plochy blatkový bor hladina podzemní vody (cm) datum Nenašli jsme studii, která by se zabývala p ímým m ením reten ní kapacity nivy nebo mok adní louky podobným zp sobem, jako studie popsaná v p edešlém odstavci. Existují modely, v této práci však vycházíme ze skute n zm ených dat. í ní niva zadržuje vodu a p sobí jako reten ní prostor p i záplav : a) zvýšením obsahu vody v p d, tedy svojí kapilární kapacitou, b) zadržením objemu vody nad povrchem p dy, c) p i slune ném po así odpa ováním n kolika milimetr vody za den (evapotranspirací). Diskutuje se otázka retence vody v nivách a v p ehradách. Zastánci p ehrad

8 Lidé a ekosystémy sborník ze seminá e konaného 14. zá í 000 v Praze 81 argumentují, že p ehrada na menší ploše zadrží více vody nežli p irozená í ní niva. Niva v prvé ad ukazuje, kam se eka vylévá: je to p irozený útvar tlumící energii vody od nejvýše položených míst v povodí. D vody záplav m žeme heslovit shrnout: malá sorp ní schopnost p dy následkem rozkladu organických látek, utužení p dy, likvidace trvalých porost lesních i drnových s velkou kapacitou vázat vodu, zahloubení i malých tok, a tím zrychlený odtok z horních ástí povodí, likvidace malých záplavových území v horních ástech povodí. Období sucha a záplav jsou problémem globálním, postihujícím místa po celé zem kouli. Globální problémy však vytvá íme svým lokálním po ínáním, které je nyní bohužel podobné na v tšin obydlené plochy planety. Nivy jsou úrodné a p i inteligentním zp sobu využití poskytnou biomasu pro energetické využití, pro kompostování, pro pastvu. Zapomíná se na výpar ze zaplavených niv. Pr m rné letní hodnoty výparu mok adních porost jsou okolo 4 mm denn, tedy 4 litry z metru tvere ního za den. Rozlitím do plochy se zvýší výpar mnohonásobn, voda nedotéká dol, upravuje se místní klima. P ehrada o ploše 50 ha vypa í ve slunném letním dnu asi 00 m 3 vody (5 l m ) a sníží pr tok vody o 9 l/s. Jestliže se voda rozlije do niv o 5x v tší ploše, potom se zvýší evapotranspirace p ibližn 5x a za den se odpa í pr m rn m 3 vody, a také odtok se úm rn sníží o 145 l/s. Navíc, voda ztratí svoji energii, živiny a unášené látky se využívají a usazují, neodcházejí z povodí, recyklují se. Sv j význam v retenci má i p da, která se dosycuje vodou: dosycení každého tvere ního metru 10 až 0 l vody p edstavuje retenci m 3 vody na ploše 50 ha. Není tedy rozumné zrychlovat odtok vody z krajiny zahlubováním koryt ek a potok. Posíláme povode dol, zabra ujeme výparu, snášíme do mo í cenné látky a následn zrychlujeme mineralizaci p dy. Rozsáhlá studie ekologie lužního lesa (Penka et al., 1991) poskytuje množství údaj o funkci lužního lesa na soutoku Dyje a Moravy. Auto i uvád jí pr m rnou evapotranspiraci z lužního lesa pro m síce ervenec a srpen 4,43 mm/den. Z kontextu vyplývá, že tento údaj m že být snížen v období nedostatku vody. P i slune ném po así po vysokých srážkách a ješt potom v dob záplav m žeme po ítat s evapotranspirací vyšší než 4,5 mm za den. Úloha í ní nivy p i tlumení povod ové vlny je mimo jiné diskutována ve studii Unie pro eku Moravu (1998). Tyto diskuse budou pokra ovat, protože od funkce í ní nivy se bude odvozovat strategie protipovod ových opat ení. Auto i zmín né studie píší, že údolní niva m la rozhodující vliv na transformaci povod ové vlny a že její význam p evyšuje význam reten ních prostor ve vodních nádržích: celková rozloha záplavy v povodích Moravy a Be vy v ervenci 1997 byla 711 km, což by p i pr m rné hloubce záplavy 1 m p edstavovalo objem 711 milion m 3 vody. Tento objem, stejn jako objem odvozený pouze z p lmetrové pr m rné výšky záplavy, výrazn p evyšuje reten ní možnosti navrhovaných nádrží, kterou zve ejn né hydrotechnické studie odhadují na 96 0 mil. m 3 (tyto stavby by vyžadovaly 14,5 až 4,4 mld. K ). Podrobn jší rozbor p ináší zmín ná studie na str. 47 a dalších. V t chto úvahách se p itom nepo ítá s evapotranspirací niv (zeslabení odtoku), a zejména se nepo ítá s velice významnou pozitivní úlohou nivy, jíž je usazování látek transporto-

9 8 Lidé a ekosystémy sborník ze seminá e konaného 14. zá í 000 v Praze vaných vodou, tedy s retencí živin a jejich recyklací v niv v p íštích letech. Podle ústních sd lení byla na polích zaplavených v roce 1997 zaznamenána v roce 1998 vyšší úrodnost. V této souvislosti je užite né op tovn upozornit na skute nost, že v CHKO T ebo sko, kde se v niv eky Lužnice nepovoluje nová výstavba a z stala zde pouze zástavba tradi ní, nedošlo k povod ovým škodám na majetku v roce 1995, kdy na konci kv tna byla zaznamenána cca t icetiletá voda a eka Lužnice se rozlila do niv nad rozvodím, zdvojnásobila se plocha rybníka Rožmberk atd. 8. Celkové zhodnocení úlohy mok ad Mok ady mají nezastupitelnou úlohu v krajin p i regulaci t chto proces : a) Tvorba klimatu Slune ní energie se váže v mok adech prost ednictvím rostlin a vody do vodní páry a tím se vyrovnávají teplotní rozdíly, rozdíly tlak, zmír ují se rozdíly teplot, a tedy i rychlost proud ní vzduchu. b) Akumulace uhlíku V mok adních p dách v tšinou p evládá hromad ní organického uhlíku nad rozkladem organických látek. V mok adech se hromadí uhlík; mok ady tak p ispívají ke snižování obsahu oxidu uhli itého v atmosfé e. Odvodn ním mok ad spojeným s navozením mineralizace se naopak oxid uhli itý po oxidaci (p i mineralizaci, rozkladu) organických látek do atmosféry uvol uje. c) V mok adech se uvol ují n které plyny, které by p i úniku do ovzduší zp sobovaly skleníkový efekt nebo reagovaly s ozonem, ale v mok adech s fungující vzrostlou vegetací op t reagují s jinými látkami nebo jsou využity jinými organismy. Nap íklad metan, uvoln ný v rákosin nebo v lužním lese, je využit bakteriemi na povrchu list. d) Zadržují, vážou živiny a umož ují jejich recyklaci, ímž klesá míra trofie vody. e) Zadržují i t žké kovy a další polutanty. Velké plochy mok ad zadržují látky obsažené v deš ových srážkách. Protože velké plochy mok ad jsou chladn jší, dopadne na n za rok více deš ových srážek nežli na zem d lské plochy, m sta atp. Do mok ad p ichází tedy s deš ovými srážkami více živin a škodlivin než na jiné plochy, a mok adní vegetace tyto látky p ijímá. Mok ady tedy slouží jako filtry nejenom pro vody povrchové, ale i pro vody srážkové. f) Mají p ímou reten ní funkci. Zadržují vodu p i záplavách, a pokud jsou v p irozeném stavu, nedochází ke škodám na produkci, protože vegetace mok ad je na záplavu adaptována. Krom p ímé funkce reten ní zadržují p i záplavách mok ady i živiny (viz c). g) Zvyšují obsah organických látek v p d, a tím zvyšují schopnost p dy vázat vodu, snižují rychlost odtoku vody. Vytvá í se tak zásoba p dy pro p íští využití naše zem d lství je nejproduktivn jší na odvodn ných nivách velkých ek. h) Poskytují využitelnou biomasu a jsou úto išt m chrán ných druh rostlin a živo ich, zv e, ryb atp.

10 Lidé a ekosystémy sborník ze seminá e konaného 14. zá í 000 v Praze 83 Rušení mok ad má za následek zhoršování místního klimatu sm rem ke klimatu vnitrozemskému, stepnímu, uvol ování oxidu uhli itého do atmosféry (úm rn množství rozložených organických látek), živin a dalších látek do vody, zvýšení trofie vody, a tím zhoršení kvality vody. Dále vysoušení mok ad a jejich zastav ní nebo zpr to n ní vede ke snížení reten ní kapacity krajiny, zvyšuje povod ovou vlnu v nižších ástech povodí. Rušení mok ad má za následek odnos látek z povodí a ochuzování povodí o živiny, zejména o alkálie. 9. Kritéria trvale udržitelného hospoda ení v krajin z hlediska toku energie, vody a látek. Pro pochopení funkce a vývoje našich sou asných ekosystém je užite né poznat vývoj krajiny st ední a severní Evropy po dob ledové, tedy za posledních asi let. Na základ tohoto poznání m žeme posoudit, jak lov k zasahuje do krajiny a jak m ní její funkce. Tento vývoj byl rekonstruován na základ studia jezerních sediment, na základ jejich chemického složení a rychlosti ukládání (viz Ripl et al., 1996). Dají se rozlišit ty i etapy vývoje naší krajiny po dob ledové (Box.7): 1) Po ústupu ledovce byla krajina pokryta chudou vegetací. Na území naší republiky v dob ledové a po ní byla chudá tundra. Taková vegetace nezadržuje vodu, po dešti voda rychle odtéká a odnáší rozpušt né i nerozpušt né látky do mo í. V krajin se st ídá sucho s nadbytkem vody. Hovo íme o dlouhém, otev eném cyklu vody: deš ové srážky p da pr sak a odtok eka mo e a od mo e s frontálním proud ním se atmosférická voda dostává zp t nad pevninu. Látky ovšem z stávají p evážn v mo i, jejich menší ást se ukládá v jezerech. ) Krajina se postupn pokrývala hustší trvalou vegetací. B hem tisíciletí se vytvo- ily klimaxové porosty, v nichž se uzavírá detritový cyklus, vytvá í se humus a kone né stálé množství biomasy, už jí nep ibývá (vlivem rozkladu odum elé organické hmoty); biomasa se však neustále obnovuje (ro ní produkce je vysoká). Uzavírají se cykly látek a uzavírá se cyklus vody. Voda z deš ových srážek se zachycuje v organismech, v detritu a v organických látkách v p d : živiny, které se uvolní, jsou využívány zp t dalšími organismy. Voda se odpa uje hlavn transpirací p es rostliny. Tím se porosty chladí a vodní pára v nich op t kondenzuje. P evládá krátký cyklus vody: deš ové srážky p da rostlina výpar kondenzace srážky. Odtok vody z takových porost je rovnom rný, voda odnáší jen málo látek. Krajina je v setrvalém stavu. P ed n kolika tisíci roky se však udála nejv tší zm na ve zp sobu života lov ka za jeho historii dlouhou miliony let lov k za al zem d lsky hospoda it. Dostatek potravin potom umožnil rozvoj m st, státních struktur, podstatn se zrychlil r st populace a nároky na další zem d lskou p du a na stavební plochy. 3) P em na lesních porost na zem d lskou p du, kolonizace krajiny, je provázena op t otev ením cyklu vody a cyklu látek. Odlesn ním urychlil zem d lec rozklad organických látek v p d, uvol ované živiny se využívají pro r st plodin, v tšina živin (dusík, fosfor a hlavn alkalické kovy a uhli itany) však odtéká s vodou do mo í. Na své cest do mo e zvyšují živiny rozpušt né ve vod trofii vody, zhor-