MONITORING ZMĚN ÚROVNÍ ATMOSFÉRICKÉ DEPOZICE POMOCÍ LESNÍCH BIOINDIKÁTORŮ Kolektiv oddělení Biomonitoringu - I. Suchara Výzkumný ústav Silva Taroucy pro krajinu a okrasné zahradnictví, v.v.i., 252 43 Průhonice
Proč monitorovat úrovně atm. spadu prvků v ekosystémech 1960-1990 nevratné změny lesních a vodních ekosystémů 1990-2000 pokles emisí několika dominantních sledovaných polutantů 2000- nyní částečná regenerace k nitrofilním ekosystémům Vliv aktuálních a starých zátěží biologicky aktivních prvků na ekosystémy a lokální populace není dostatečně znám
Limity využití dat staničního technického monitoringu Malý počet venkovských měřících stanic Technické měření mimo realitu znečištění na úrovni povrchu půdy nebo biogeochemické prostředí ekosystému Měření jen malého množství biologicky účinných polutantů Neznalost nebo hrubá empirická představa o vztahu naměřených koncentrací SO 2, NO x, AOT40 a skutečným biologickým efektem (zákon č. 201/2012 Sb., vyhl. 330/2012 Sb.), chybí testy shody interpolovaných dat a reality v lese Málo reálných údajů o expozici bioty znečištění pro spolehliví stanovení kritických zátěží
Bioindikátory, jejich výhody a k čemu se využívají Reakce přímo v ekosystému, dostupnost, specifická reakce, přepočet na absolutní hodnoty Pleurozium schreberi Avenella flexuosa Picea abies Athyrium filix-femina vnější kůra (smrk, dub, borovice) nadložní humus a půda
Mechy indikátory průměrné úrovně aktuálního spadu Pleurozium schreberi, Scleropodium purum, Hylocomium splendens.. Absence kořenů a kutikuly, pasivní adsorpce živin Velký povrch, vysoký obsah pektinů, až 150 meq/100g i v suchém stavu Často odlišitelné 1, 2 a 3 leté přírůstky, sledování 1-3 průměrné Možnost odhadu absolutní úrovně spadu (mg/m 2 /rok) z obsahu prvku v mechu (mg/kg) Od r. 1990 v Evropě přes 7000 monitorovacích míst ve 37 zemích, data v 5 letém cyklu 1990-1995-2000-2005-2010-2015
Biomonitorovací programy a monitorovací síť VÚKOZ, v.v.i. Velkoplošný biomonitoring atmosférického spadu na škále ČR 1986-, 1990-2010 - počet monitorovaných ploch 195 285 (hustota ca 20 20 km) - bioindikátory: mech, kůra, humus, jehličí, tráva metlička, kapradina papratka - 13 42 chemických prvků, izotopy Pb, radionuklidy 137 Cs, PAHs, PCBs,.. - frekvence mechy každý pátý rok (vazba na UNECE ICP-Vegetation), ostatní dle zdrojů Speciální biomonitoring v podrobném mapovém měřítku 2 2 km (Příbram, Háje, Neratovice, jižní Morava, Tachovsko.) ČESKÁ REPUBLIKA atmosférická depozice Biomonitoring 2005 Mechy Al 59 59-1 43 43-1 70 64 74 70-2 70-1 103 87 87-1 103-1 38-2 38 44 45 104 88 99-1 124 125 134 145 60 75 99 133 161-1 161-2 161 22 28 28-1 12 23 12-1 49 50 51 68 135 61 112 90 71 168-2 168-1 167 151 110 168-3 168 184 126 162 89 144 184-1 12-3 65 12-2 39 105 189 163 52 169 111 169-1 191 7-2 24 7 24-1 46 66-1 127 142 66-2 78 100 7-1 17-1 170-1 170-2 179 29 170 5 69 5-1 16 79 128 146 8-1 18 1-2 8 33 34 79-1 101 152 80 171-2 1 1-1 2 25 48-2 185 186 192 147 9-2 153 9-1 9-3 9 26 48-1 81 3-1 3 3-2 3-3 4 4-1 6-1 6-2 6 6-3 10 11-1 13 13-1 11 30 27 31 67 53-1 91 35 36 82 53 106 107 129 130 130-1 131 171 171-1 148 172 32-1 83 40 83-2 11-3 11-2 19 54 136 137 154 155 156 37 14 15 20 15-1 21 37-1 21-1 41 55-2 42 47 62 42-1 55 55-1 56 57 58 63 83-1 72 63-1 84 76 72-2 85-1 73 92-2 108 115 92-1 109 120 92 116 138 139 140 157 165 93 93-1 121 122 158 143 159-2 94-1 94 95 113 77 95-1 58-1 77-1 96-1 77-2 117 117-1 149-1 164 165-1 166-2 173 174 175-2 166-1 176 177-1 178-1 175-3 180 181 175-1 176-1 182-1 181-1 187 182-3 182 188 182-2 190-1 150 183 160 96 96-2 97 86 118 119 183-1 141-2 > 2200 2000-2200 1800-2000 1600-1800 1400-1600 1200-1400 1000-1200 800-1000 600-800 400-600 < 400 141 98-2 132-2 141-1 132-1 98 98-1 102 123-3 123-2 114 123-1 g/g (ppm) Al max = 2860 min = 208
ČR - dobrá shoda biomonitorovaných spadů s daty EMEP Regrese pro čtverce EMEP 50 50 km: prům. konc. Cd v mechu z lokalit uvnitř čtverce vs. průměrný 3 letý spad Cd ve čtverci interpolovaný z měřících stanic EMEP. ČR nejtěsnější korelace Cd, Pb, Hg. Data EMEP 2010 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0-0.2-0.4-0.6-0.8-1 Finland Sweden Czech_Rep. Norway Switzerland France Poland Russia Iceland Belgium Austria Bulgaria Croatia Albania Slovenia Kosovo Slovakia Estonia Romania Italy Spain Macedonia Ukraine Cd Norm. total deposition. 5 4 3 2 1 0 Czech Rep. TD = 1.18 x MC Rspr = 0.78 0 1 2 3 4 5 Norm. conc. in moss
7 oblasti nejvyšších úrovní spadů v ČR 1990-2000 ČESKÁ REPUBLIKA Biomonitoring 2000 MECH 35 prvků F1, F6 Al As Be Bi (Ce) Co Cr (Cu) Ga Hg La Li Mn Mo Ni Pr Rb S Se Sr V (Y) Zn Cs Rb Cs Rb F1 Al As Ga Hg Li Pr (V) Tl Cs Rb Sb U Cd Se Mn F1 Al Ba Ga Mo Th (Y) Zn F3 Hg (In) S (Sb) (Sn) (V) Zóny relativních depozičních zátěží IV VELMI VYSOKÉ III VYSOKÉ II STŘEDNÍ I MALÉ U Cs Rb Hg S Ce, La, Pr, Th, (U), Y F3, F5 (As) Be Ga Hg Mn Mo S Sb Zn Th U Sn Cr F3, F1 Cs Rb Ag Bi Cd Cr In Mo Pb Rb Sb Se Sn U Th Zn Cs Rb Co Ni F1, F5 Ni Cr Al Ba Be Ce Co Fe (Cu) Ga Hg La Li S Sr Th U V Y F2, F5 Ag Ba Bi Cd Cu Fe In Mo Pb S Sn Zn
Rozložení obsahu Fe v mechu a metalurgických provozů
Rozložení obsahu As mechu a průmyslových topenišť
Identifikace zdrojů znečišťování pomocí izotopů Pb CZECH REPUBLIC Moss - LEAD Biogeochemical Exploration of Forests isotope ratio 206/207 1.176-1.223 59-1 59 1.170-1.176 1-2 1 1-1 3-1 3-2 3-3 1.168-1.170 2 4-1 5 8-1 9-3 4 7 5-1 6 6-3 1.166-1.168 9-2 11-1 8 10 12-3 9 7-2 11-3 12 7-1 11-2 12-2 9-1 13 13-1 14 15 21-1 1.164-1.166 12-1 16 17-2 18 19 2424-1 21 22 20 15-1 1.162-1.164 23 25 26 27 28 28-1 29 30 31 32-1 37-1 33 34 35 36 37 1.151-1.162 38-2 38 45 39 46 40 41 42 43 42-1 44 47 49 50 48-2 51 52 53-1 55-2 58-1 48-1 53 54 55 58 60 61 66-2 56 57 43-1 62 65 66-1 55-1 64 67 63 68 83-2 63-1 70 69 73 74 70-1 71 77-1 70-2 72 75 72-2 79-1 83-1 77 76 78 79 80 85 86 88 81 82 83 84 89 87-1 94-1 90 92-1 93 97 93-1 91 92 94 96-1 95 96 98 99 100 101 95-1 96-2 102 103 104 99-1 105 107 108 106 109 110 111 98-298-1 103-1 112 113 114 115 116 117 117-1 119 118 120 121 122 123-2 123-3123-1 124 125 126 127 128 129 130 131 130-1 132-2 132-1 134 133 137 139 140 141 135 136 138 142 143 149-1 141-3 141-1 144 146 145 147 150 148 141-2 151 156 157 158 161-1 152 153 154 155 159-2 165 160 162 161 163 170-1 166-2 166-4 178-1 168-1 170-2 165-1 177-1 183-1 164 167 168-3 169 170 171-2 174 175-2 176 171171-1 168 173 172 175-3 179 175-1176-1 180 181 182 182-1 183 184 169-1 188 181-1 182-3 182-2 186 185 187 184-1 190-1 189 191 192
Podobná variabilita obsahu prvků v mechu v ČR 6 Cluster analysis Ward`s method, Pearson s r 5 Linkage Distance 4 3 2 1 0 Mn Ba S Ni Co Be U Y Pr Fe Li Al Rb Sn Se Mo Bi Pb Sr N Cu Cr Hg As Th La Ce V Ga Tl Cs Sb Zn In Cd Ag (Mn Sr Ba) (N S Cu) Ni Cr Co Hg Be As) (U Th Y La Pr Ce Fe V Li Ga A) (Tl Rb Cs) [(Sn Sb)(Se Zn Mo In Bi)(Cd Pb Ag)]
Změny distribuce obsahu prvků v mechu (1995 2010)
Změny obsahu Cd v mechu v Evropě (1990 2010) Grid 50 50 km (EMEP) 1990 1995 2000 Evropa Cd: UNECE ICP-Vegetation Reports 2005
Identifikace území postižených větrnou erozí půdy JIŽNÍ MORAVA - atmosférická depozice Biomonitoring 2003 MECHY - LANTHAN Hypnum cupressiforme S Brno Rousínov Vyškov Ivanovice na Hané Morkovice Sližany Kroměříž Zdounky Hulín Holešov Zlín > 2.1 1.9-2.1 1.7-1.9 1.5-1.7 1.3-1.5 1.1-1.3 0.9-1.1 0.7-0.9 0.5-0.7 0.3-0.5 < 0.3 Střelice Bučovice Ivančice Ořechov Újezd u Brna Slavkov u Brna Koryčany Buchlovice Staré Město Moravský Krumlov Židlochovice Ždanice Kyjov Polešovice Uherské Hradiště Pohořelice Klobouky u Brna Svatobořice Mystřín Vracov Mirotice Hustopeče Kobylí Dubňany Bzenec Veselí nad Moravou Drnholec Velké Pavlovice Čejkovice Hodonín Ratíškovice Hrušovany n. Jeviškou Mikulov Lednice Moravská Nová Ves Hevlín 10 km Valtice Břeclav VÚKOZ Průhonice g/g (ppm) La max = 4.46 min = 0.528 n = 63
Identifikace rozložení Hg u Neratovic po povodni 2002 NERATOVICE MECH - RTUŤ Biomonitoring 2004 Hypnum cupressiforme 14 20 14 25 14 30 14 35 14 40 58 25 58 20 Horní Počáply Želízy Liběchov Dolní Beřkovice Kostomlaty p. Řípem Cílov Horní Beřkovice Rožánky Býkev Jeviněves Hořín Spomyšl Lužec Mlčechvosty Vltava Zálezlice Mělník Tupadly Kokořín Strážnice Střednice Střemy Chloumek Mělnická Vrutice Vavříneč Kly Mšeno Vrátno Stránka Boreč Kadlín Nebužely Chorušice Řepín Mělnické Vtelno Dolní Dolní Košátky Byšice Horní Slivno 58 25 58 20 > 0.220 0.195-0.220 0.170-0.195 0.145-0.170 0.130-0.145 0.115-0.130 0.100-0.115 0.085-0.100 0.070-0.085 0.055-0.070 < 0.055 58 15 Veltrusy Kralupy n.vltavou Hostín u Vojkovic Újezdec Dřínov Odolená Voda Veliká Ves Neratovice Tuháň Čečelice Přívory Všetaty Tišice Mlékojedy Nedomice Ovčáry Kojetice Labe Konělopy Sudovo Hlavno Kostelní Hlavno 58 15 Křenek Nová Ves Záryby Vodochody Bast Martin Libčice Polerady Líbeznice 2 km Hovorčovice Nová Brázdim Brandýs n.l. - Stará Boleslav Řež Klecany Káraný 58 10 14 20 14 25 14 30 14 35 14 40 Toušeň 58 10 g/g (ppm) Hg max = 0.848 min = 0.0873 n = 29
Zjištění vysokých úrovní spadů U z drcení důlních odvalů PŘÍBRAMSKO Biomonitoring atmosférické depozice 1999 URAN Pleurozium schreberi S Zbiroh Cerhovice Hořovice Lochovice Kytín Lhotka Újezd Rpety Velký Chlumec Kařez Hostomice Cekov Malý Chlumec Podluhy Felbabka Komárov Běštín Kařízek Jivina Chaloupky Jince Olešná Cheznovice Čenkov Zaječov Buková Rosovice Těně Hluboš Pičín Smolárna Kotenčice Strašice DrahlínSádek Suchdol Dlouhá Lhota Obecnice Trhové Dušníky Dobříš Voznice Stará Huť Rybníky Drhovy Daleké Dušníky Ouběnice Skalice Višňová Drásov Nečín Dubno Dubenec Koncentrační třídy ( g.g ) > 0,12 0,11-0,12 0,10-0,11 0,09-0,10 0,08-0,09 0,07-0,08 0,06-0,07 0,05-0,06 0,04-0,05 0,03-0,04 < 0,03-1 Kozičín Lazec Obory Láz Bohutín Příbram Stěžov Jablonná Dolní Hbity Horní Hbity Káciň Luhy Nepomuk Narysov Radětice Zduchovice Vysoká Milín Roželov Věšín Rožmitál Hutě Voltuš Bezděkov Vševily Volenice 10 km Belina Třebsko SedliceVranovice Strýčkovy Modřovice Nesvačily Pňovice P. Poříčí Hlubyně Březnice Ostrov Životice Těchařovice Tochovice Hořejany Horčápsko Star. Hrádek Svojšice Nestrašovice Smolotely Pečice Bohostice Cetyně Zbenice Chraštičky Kozárovice Solenice Podmoky Milešov Klenovice Klučenice -1 konc. U ( g.g ) max = 0,482 min = 0,024 n = 56
Intenzita dopravy a zóny depozice podél pozemních komunikací
Herbáře muzeí informují o historii znečištění území ČR Př.: Retrospektivní odhad změn (spadu) obsahu celkového dusíku ve vzorcích mechu Pleurozium schreberi opakovaně sbíraných na sběrateli oblíbených lokalitách mezi roky 1880 2005 v Krkonoších (n = 8) a v ČR (N = 9; n = 41) získaných ze sbírek muzeí. N (%) 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Krkonoše Pleurozium schreberi 1896 1898 1899 1947 1983 1995 2000 2005 rok Celkový N v mechu (%) Česká republika 2,5 y = 0.0019x - 2.74 2,0 R 2 = 0.06 1,5 1,0 0,5 0,0 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 roky
Kůra stromů indikátor průměrné úrovně epozice ph-h 2 O: 1995 2005 -Mrtvé pletivo v kontaktu s atmosférou a stokem po kmeni - Velká absorpční i adsorpční kapacita smrk > dub > borovice - Změny obsahu chemických prvků, organických polutantů -Změny parametrů výluhů: ph, elektrická vodivost, obsahy iontů (F -, Cl -, NH 4+, NO 3- ) ČR: změny mediánů ph-h 2 O 1987 2010 (n = 1122 1530) 2010 3,4 3,3 3,2 3,1 ph-h 2 O v s. Rok ph-h 2 O = -72,21 +,03757 * Ro Correlation: r =,9904 3,0 ph-h 2 O 2,9 2,8 2,7 2,6 1990 2011 Kůra: ph = 0,037 rok 72,21; r = 0,99 Srážky: ph = 0,027 rok 48,64; r = 0,92 (Hůnová et al. 2014) 2,5 2,4 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 Rok 0,95 Conf.Int.
Časoprostorová změna distribuce EV a SO 4 1995 vs. 2010 Elektrická vodivost Obsah rozpustných síranů
12 Kadaň 11 Louny 7 Prachov 14 Výsluní 10 Průhonice 9 St. Boleslav 5 +Tábor Parametry kůry na výškových profilech 1989/2008 14 1 4,00 3,00 ph-h 2 O 15Košetice 2,00 1,00 0,00 1989 2008 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Lokalita 2000 E. vodivost (µs cm -1 ) 15000 Sírany (mg kg -1 ) 1500 10000 1000 1989 1989 500 2008 5000 2008 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Lokalita 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Lokalita m n.m. 1 M. Šišák 3 Vrchlabí
Lesní nadložní humus - integrátor atmosférických spadů Velká absorpce a adsorpce polutantů, adsorpční kapacita až 500 550 meq/100g Integrace znečištění nejméně po dobu existence aktuálního lesa (obmýtí) 80-120 let Odhalení starých zátěží ve zdánlivě čistých oblastech již bez zdrojů znečišťování Dlouhodobé uchovávání znečištění řádově 150-400 let Riziko uvolnění požárem, odlesněním, kyselým spadem - pohyblivé fulváty
Zjišťování starých zátěží v krajině Př. : Distribuce vysokých koncentrací Pb v lesním humusu 27 39 km kolem Příbrami. Vliv geomorfologie a převládajících směrů větru. Př.: Distribuce Cd v ornici, povrchové vrstvě půdy TTP a lesním humusu D1 1988 oboustranně 1-5-10-50-100 m
Distribuce aktivit 137 Cs v lesním humusu 1995 radioaktivní mraky duben/květen 1986 Zvýšení spadu radionuklidů deštěm 137 Cs T =30,17 let poutáno ± pevně mezi silikátovými vrstvami illitu ani po 30 letech významný posun v půdě (0,02-1,2 mm/rok) 2005 Akumulace aktivity 137 Cs v humusu/půdě Ol Of/Oh Ah (B)E (Bs) IIC 137 Cs
Relativních obsahy prvků v bioindikátorech v ČR 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 moss grass needles1y needles2y 0,4 0,2 0,0 3 Ag Al As Ba Be Bi Cd Ce Co Cr Cs Cu Fe Ga Hg La Li 2,5 2 1,5 1 needles1y needles2y 0,5 0 MnMo Na Nd Ni Pb Pr Rb S Sb Se Sn Sr Th Tl U V Y Zn
Obsah Rb v bioindikátorech v ČR (r. 2010) Moss 90 80 70 Grass 320 280 240 60 200 50 160 40 120 30 80 20 40 0 g/g (ppm) Rb max = 101 min = 2.95 g/g (ppm) Rb max = 369 min = 2.10 Pice abies annual 120 105 90 Picea abies biennial 120 105 90 75 75 60 60 45 45 30 30 15 15 0 0 g/g (ppm) Rb max = 152 min = 0.467 g/g (ppm) Rb max = 66.0 min = 0.258
Bioindikace spadu různými bioindikátory v ČR 2010 Pb celk humus mech tráva jehličí 1 jehličí 2
Děkuji za Vaši pozornost