Chemismus lesních půd ve vztahu ke stavu vegetace (a obráceně) Jeňýk Hofmeister Filip Oulehle Markéta Půlkrábková Jakub Hruška Pavel Krám Česká geologická služba
Množství živin v půdách přírodní podmínky lidská činnost
přírodní podmínky ovlivňující obsah živin v půdách na živiny chudé (žuly, svory ) podloží na živiny bohaté (čedič, vápenec ) chladné, vlhké (pomalé zvětrávání) klima teplé (rychlé zvětrávání) smrk, borovice, modřín (pomalá dekompozice) vegetace lípy, javory, jasan atd. (rychlá dekompozice) Šumava, Jizerské hory, Krkonoše půdy chudé na živiny České středohoří, Moravský kras, Pálava půdy bohaté na živiny
lidské faktory ovlivňující obsah živin v půdách nízká (Šumava, Novohradské hory) kyselá depozice vysoká (Krušné, Jizerské, Orlické hory, Beskydy) žádné, popř. šetrné hospodaření intenzivní všestranné (těžba dřeva, větví, hrabanky, lesní pastva) nízké ochuzení o živiny výrazné ochuzení o živiny
emise SO 2, NO x a NH 3 v Evropě (Schopp et al. 2003. Hydrol. Earth. Syst. Sci. 7)
Jak působí kyselá depozice? Ca 2+ půdní výměnný komplex Mg 2+ K + Na + Ca 2+
Jak působí kyselá depozice? SO 4 2- Ca Al 3+ 2+ půdní výměnný komplex Mg Al 3+ 2+ H K + Na + H + Al Ca 3+ 2+ CaSO 4 MgSO 4 K 2 SO 4 Na 2 SO 4
příběh první: Srovnání kyselé depozice a acidifikace půd ve smrkovém a bukovém lese
Měření vstupu prvků do lesa zachycováním podkorunových srážek smrkový les
Měření vstupu prvků do lesa zachycováním podkorunových srážek bukový les
Tok prvků v podkorunových srážkách v bukovém a smrkovém lese 20 buk kg/ha/rok 15 10 5 buk - stok po kmeni smrk volná plocha 0 S N Ca Mg
chemismus půdních vod (-90 cm) ve smrkovém a bukovém lese smrk buk SO 4 2- Ca Mg K Al Bc/Al 0.45 600 400 200 200 400 600 ueq.l -1 ph = 4.32 ph = 4.4 Bc/Al 1.06
Závěry - kyselá depozice je vyšší ve smrkovém lese -půdní roztok ve smrkovém lese nemá příznivé vlastnosti pro smrk
příběh druhý: Význam hospodaření pro ztrátu živin z lesního ekosystému
lesní hospodaření: -těžba dřeva - lesní pastva -travaření, polaření - hrabání steliva, klestu, šišek - vyvětvování apod. NPR Bukačka (Orlické hory, 900 m n.m.)
hrabání steliva: obecní les obce Štoky hrabaný do 1. pol. 20. století
Experimentální odstranění hrabanky lokalita Lysina (880 m n.m.), Slavkovský les 40 50 kg Ca 2+. ha -1 450 550 kg N. ha -1
Experimentální odstranění hrabanky lokalita Lysina (880 m n.m.), Slavkovský les ztráta živin z celkové půdní zásoby: 1 x (2003) 2 x (2004) 3 x (2005) Ca 2+ 24 % 14 % 6 % Mg 2+ 16 % 7 % 3 % K + 20 % 6 % 5 % N 11 % 4 % 3 %
Experimentální odstranění hrabanky lokalita Načetín (780 m n.m.), Krušné hory ztráta živin z celkové půdní zásoby: 1 x (2003) 2 x (2004) 3 x (2005) Ca 2+ 31 % 14 % 5 % Mg 2+ 16 % 7 % 2 % K + 24 % 7 % 2 % N 10 % 5 % 2 %
Experimentální odstranění hrabanky lokalita Lysina (880 m n.m.), Slavkovský les 1. ročník jehličí Ca mg.kg -1 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 control plot raked plot 2003 2004 2005
Experimentální odstranění hrabanky lokalita Lysina (880 m n.m.), Slavkovský les 1. ročník jehličí Mg 600 500 ** mg.kg -1 400 300 200 100 0 2003 2004 2005
Experimentální odstranění hrabanky lokalita Lysina (880 m n.m.), Slavkovský les 1. ročník jehličí N 20 18 16 14 g.kg -1 12 10 8 6 4 2 0 2003 2004 2005
chemismus Experimentální půdních odstranění vod hrabanky (-90 cm) lokalita ve smrkovém Načetín (780 m a n.m.), bukovém Krušnélese hory 1. ročník jehličí Ca mg.kg -1 6000 5500 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 control plot raked plot 1994 2003 2004 2005 data z r. 1994: Krejčí et al. (nepubl.)
chemismus Experimentální půdních odstranění vod hrabanky (-90 cm) lokalita ve smrkovém Načetín (780 m a n.m.), bukovém Krušnélese hory 1. ročník jehličí Mg mg.kg -1 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 1994 2003 2004 2005 ** data z r. 1994: Krejčí et al. (nepubl.)
Ng.kg-1 chemismus Experimentální půdních odstranění vod hrabanky (-90 cm) lokalita ve smrkovém Načetín (780 m a n.m.), bukovém Krušnélese hory 1. ročník jehličí 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 1994 2003 2004 2005 data z r. 1994: Krejčí et al. (nepubl.)
chemismus půdních vod (-90 cm) ve smrkovém a bukovém lese Závěr - snížení obsahu Mg v půdě v důsledku odstranění hrabanky vedlo k výraznému snížení jeho obsahu v jehličí
příběh třetí: Vnitřní variabilita obsahu živin v jehličí a v půdě uvnitř hospodářské smrčiny
Lokalita Sand; náhorní plošina Jizerských hor (970 m n.m.)
Lokalita Sand; náhorní plošina Jizerských hor (970 m n.m.)
Lokalita Sand; náhorní plošina Jizerských hor (970 m n.m.) - smrkový porost ve stáří 38 let - 20 trojic smrků v odlišném zdravotním stavu: -nejvitálnější (> 6. ročníků jehličí) - nejhorší (2. až 4. ročníky jehličí, žloutnutí, defoliace) -průměrný (3. až 5. ročníků jehličí, žloutnutí) listopad 2004: - odběr vzorků 1. až 4. ročníku jehličí z každého stromu (60 stromů) - odběr vzorků humusu a svrchního min. horizontu (15 stromů)
Lokalita Sand; náhorní plošina Jizerských hor (970 m n.m.) 250 humus 200 Ca 2+ (mg.kg -1 ) 150 100 40 minerální h. 50 30 0 Ca 2+ (mg.kg -1 ) 20 nejlepší prostřední nejhorší zdravotní stav 10 0 nejlepší prostřední nejhorší zdravotní stav
Lokalita Sand; náhorní plošina Jizerských hor (970 m n.m.) 60 humus 50 Mg 2+ (mg.kg -1 ) 40 30 20 14 12 minerální h. 10 0 Mg 2+ (mg.kg -1 ) 10 8 nejlepší prostřední nejhorší zdravotní stav 6 4 2 0 nejlepší prostřední nejhorší zdravotní stav
Lokalita Sand; náhorní plošina Jizerských hor (970 m n.m.) 300 humus 250 K + (mg.kg -1 ) 200 150 50 minerální h. 100 40 50 0 K + (mg.kg -1 ) 30 A B 20C 10 0 A B C
2.0 Lokalita Sand; náhorní plošina Jizerských hor (970 m n.m.) humus 1.5 N (%) 1.0 0.5 minerální h. 0.5 0.4 0.0 N (%) 0.3 A B 0.2 C 0.1 0.0 A B C
Lokalita Sand; náhorní plošina Jizerských hor (970 m n.m.) 3500 1. ročník 3000 Ca (mg.kg -1 ) 2500 2000 1500 1000 3500 3000 nedostatek 2. ročník 500 nejlepší prostřední nejhorší 2500 zdravotní stav Ca (mg.kg -1 ) 2000 1500 1000 500 nejlepší prostřední nejhorší zdravotní stav
1000 900 800 Lokalita Sand; náhorní plošina Jizerských hor (970 m n.m.) 1. ročník Mg (mg.kg -1 ) 700 600 500 400 300 200 800 700 nedostatek 2. ročník 100 nejlepší prostřední nejhorší zdravotní stav Mg (mg.kg -1 ) 600 500 400 300 200 100 nejlepší prostřední nejhorší zdravotní stav
9000 Lokalita Sand; náhorní plošina Jizerských hor (970 m n.m.) 1. ročník 8000 K (mg.kg -1 ) 7000 6000 5000 4000 1800 nejlepší prostřední nejhorší 1700 zdravotní stav 1600 P (mg.kg -1 ) 2100 2000 1900 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 1. ročník nejlepší prostřední nejhorší zdravotní stav nedostatek
Lokalita Sand; náhorní plošina Jizerských hor (970 m n.m.) 1. ročník 1.8 1.7 1.6 N (%) 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0 N (%) 1.8 1.7 1.6 1.5 1.4 A B 1.3 C 1.2 1. ročník nedostatek 1.1 1.0 A B C
Lokalita Sand; náhorní plošina Jizerských hor (970 m n.m.) 1100 1000 900 800 Mg (mg.kg -1 ) 700 600 500 400 300 200 100 K H K H K H nejlepší prostřední nejhorší zdravotní stav
Lokalita Sand; náhorní plošina Jizerských hor (970 m n.m.) 210 koncentrace Mg (mg/kg) 160 110 60 10 0 1 2 3 kontrolní hnojená
Lokalita Sand; náhorní plošina Jizerských hor (970 m n.m.) koncentrace Mg (mg/kg) 16 12 8 4 0 1 2 3 kontrolní hnojená
Závěry - variabilita obsahu živin v půdě je velmi malá mezi třídami zdravotního stavu stromů - variabilita obsahu živin v jehličí je rovněž velmi malá, s výjimkou Ca a Mg - obsahy Ca a Mg nereflektují jejich obsahy v půdě, ale zdravotní stav stromu - hnojení je v těchto podmínkách velmi problematickým opatřením
příběh čtvrtý: Vztah půdních živin a vegetace habrových doubrav CHKO Český kras
rozmístění studovaných lokalit v CHKO Český kras Beroun Tetín Mořina Karlštejn Koněprusy Tobolka Krupná Korno H. Třebaň MěňanyLiteň Běleč Suchomasty Vinařice Všeradice Záhrabská Srbsko Janská Bubovice Roblín Chýnice Choteč Vonoklasy Mořinka Zad. Kopanina Třebotov Kosoř Solopysky 0 2 les volná krajina sady sídla lomy vodoteče dálnice studované lokality měření depozice 4 S 6 km 8 10
Rozšíření tzv. nitrofilních druhů na plochách v okolí vrcholků (600 2100 m 2 ) nitrofilní druhy: druhy bylinného podrostu s Ellenbergovým indikačním číslem pro dusík vyšším než 7 (Agropyron caninum, Alliaria petiollata, Anemone rapunculoides, Anthriscus sylvestris, Campanula trachelium, Galium aparine, Chaerophyllum temulum, Robinia pseudoacacia, Sambucus nigra, Torilis japonica, Urtica dioica, Viola odorata a Senecio ovatus) většina druhů s Ellenbergovým indikačním číslem pro dusík rovnajícím se 7 (Geranium robertianum, Geum urbanum, Chenopodium vulgare, Juglans regia, Lapsana communis, Moehrangia trinervia, Rubus fruticosus a Scrophularia nodosa) nezahrnuty zůstaly: Lamium purpureum, Mercurialis perennis a Pulmonaria obscura, zdřevin pak Acer pseudoplatanus, Fraxinus excelsior, Tilia platyphylos, Ulmus glabra. Mezi nitrofilní druhy byla dále zahrnuta Impatiens parviflora (Ellenbergovo číslo pro dusík = 6)
Srovnání pokryvnosti bylinného patra (roky 1997 a 1999) nitrophilic plant cover (%) total plant cover without nitrophilic plants (%) plant cover (%) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 6. 6. 18. 18. 14. 14. 4. 4. 11. 11. 15. 15. number of plot 10. 9. 13. 20. 16. 10. 9. 13. 20. 16. number of plot 2. 2. 5. 5. 12. 12. 17. 17. 7. 7. 19. 19. 8. 8. 3. 3. 1. 1. 1997 year 1999
84 % pokryvnosti nitrofilních rostlin vysvětloval soubor následujících faktorů: -poměr C/N v min. h. - obsah NO 3- v org. h. -poměr N/P p. v min. h. -poměr R/FR k vysvětlení připívá negativně --- pozitivně - - - negativně - - - negativně
Srovnání pokryvnosti bylinného patra (roky 1997 a 1999) nitrophilic plant cover (%) total plant cover without nitrophilic plants (%) plant cover (%) 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 20 30 40 50 60 70 80 90 100 6. 6. 18. 18. 14. 14. 4. 4. 11. 11. 15. number of plot 10 15. pokryvnost nitrofilních rostlin > 1 % 10. 10. number of plot 100 90 9. h. = 81 mg.kg-1 prům. obsah Pp. v org. 9. 13. 13. -1 prům. obsah Pp. v min. 20. h. = 62 mg.kg 20. 16. 16. 2. 2. 5. 5. 12. 12. 17. 17. 7. 7. 19. 19. 8. 8. 3. 3. 1. 1. 1997 year 1999 <1% 43 mg.kg-1 23 mg.kg-1
stanoviště s nízkou zásobou P v půdě stanoviště s vysokou zásobou P v půdě N N P P úživnost úživnost
manipulace se živnami ve 2 habrových doubravách s odlišným obsahem P v půdě nízký obsah P vysoký obsah P -přídavek N (100 kg/ha) -přídavek P (72 kg/ha) -přídavek N a P současně - odstranění opadu - kontrola pro každou variantu 16 čtverců o velikosti 25 m 2
lokalita s vysokým obsahem P v půdě pokryvnost bylinného patra 35 2003 2004 2005 % 30 25 20 15 10 5 kontrola N P NP shrabáno
lokalita s nízkým obsahem P v půdě pokryvnost bylinného patra % 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 2003 2004 2005 kontrola N P NP shrabáno
lokalita s vysokým obsahem P v půdě pokryvnost nitrofilních druhů bylinného patra % 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 2003 2004 2005 kontrola N P NP shrabáno
lokalita s nízkým obsahem P v půdě pokryvnost nitrofilních druhů bylinného patra 20 2003 2004 2005 % 15 10 5 0 kontrola N P NP shrabáno
Průměrné roční teploty a srážkové úhrny na meteorologické stanici v Karlštejně průměrná roční teplota množství srážek za rok 11 800 průměrná roční teplota ( C) 10 9 8 7 700 600 500 400 300 množství srážek za rok (mm) 6 200 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 rok
Závěry - úživnost ekosystému se stejnou zásobou N je řízena dostupností P - malé zvýšení dostupnosti N v ekosystému s vysokou zásobou P v půdě může vést k významnému zvýšení úživnosti
Děkuji za Vaši pozornost