Sůl nad zlato, ale ne v lesních porostech podél silnic

Chlor do lesního ekosystému vstupuje jednak ze zdrojů přírodního původu, tj. srážkami z oceánů (viz Vesmír 72, 368, 1993/7), jednak ze zdrojů antropogenních, které jsou však s oceány nesouměřitelné. Kromě srážek zachycují koruny stromů i rozptýlené částice sloučenin chloru. Z průmyslových emisí byly v lesním ekosystému zjištěny těkavé chlorované uhlovodíky s krátkým řetězcem, používané vesměs jako rozpouštědla, a někdy plynný chlor, chlornan a chlorovodík. Málo známé je, že látky jako methylchlorid, chloroform nebo tetrachlorethen vznikají také v přírodě, stejně jako chloroctové kyseliny a blíže nedefinované látky označované jako adsorbovatelné organohalogeny.

Lesní vegetace vstřebává chlor nebo jeho sloučeniny kutikulou. Část jich přechází do půdy, odkud se kořeny a transpiračním proudem v kmenu přemístí a uloží hlavně v listech, resp. v jehličí, jako chlorid či rozpustná organická sloučenina. V půdě se za přispění mikroorganizmů odehrává řada biochemických reakcí, při kterých vzniká například chloroform.

Samostatnou kapitolou průniku chloru do lesního ekosystému jsou dnes posypové soli, které se používají k údržbě vozovek ve statisících tun za rok. Krom toho, že chlorid ohrožuje vegetaci u silnic, reaguje s půdou a ovlivňuje například kvalitu spodních vod.

Chlor patří mezi nejrozšířenější prvky na zemském povrchu a jeho úloha v živé přírodě bývá srovnávána s úlohou fosforu. Koncem osmdesátých let 20. století, kdy pomalu ustávaly emise oxidu siřičitého, se začaly zkoumat další příčiny úhynu evropských jehličnatých lesů. V jehličí poškozených smrků v Černém lese v Bádensku-Württembersku se našel zvýšený obsah chloru a kyselina trichloroctová, která rostlinám škodí (dlouho se používala k hubení plevelů). Později se ukázalo, že ji lze najít téměř všude – v rostlinách, atmosféře, vodách, půdě. Zjistilo se, že vzniká fotooxidací chlorovaných uhlovodíků, jako jsou v atmosféře tetrachlorethen a methylchloroform. Po rozvoji citlivých analytických metod se tyto látky začaly v ovzduší sledovat ve větším měřítku, průzkum financovalo kupříkladu i Sdružení výrobců chlorovaných rozpouštědel ESCA pro vytvářenou legislativu EU. Koncem devadesátých let však byla kyselina trichloroctová zjištěna i v místech, na která se těžko mohla dostat v důsledku lidské činnosti, například ve vrstvě antarktického ledu ze 17. století. Další organické látky obsahující chlor byly nalezeny v lesní půdě. Proto se začal studovat cyklus chloru v lesním ekosystému spolu s důsledky zimního solení silnic.

Přirozená koncentrace chloru v ovzduší je nízká, kolísá mezi 0,1–55 μg.m^–3. Výrazně vyšší koncentrace než ve vnitrozemí jsou při mořském pobřeží. Na horské svahy v západním Norsku spadne ročně až několik set kilogramů chloridu sodného na hektar za rok, zatímco u nás je to asi o dva řády méně. Chlor a jeho sloučeniny pocházejí také ze sopečných výbuchů nebo z přírodních požárů. K nejdůležitějším zdrojům, za něž je odpovědný člověk, patří spalování uhlí, výroba polyvinylchloridu, průmyslové bělení papíru a tkanin, dezinfekce vody, některé skládkované odpady a spalování komunálních odpadů. Občas je možné zaznamenat místní zvýšení obsahu chloru nad přirozenou hladinu v okolí plaveckých bazénů a úpraven pitné vody, častěji u celulózek a papíren. Nejvíce chloru přichází do lesních ekosystémů se srážkovou vodou nebo s aerosoly chloridu, které ulpívají na povrchu listů či jehlic a srážkovou vodou jsou smývány do půdy. Vliv korun stromů na obsah chloridů v podkorunových srážkách je zanedbatelný. Ve srážkách jsou také přítomny dobře rozpustné organické chlorované látky, nejčastěji organické kyseliny.

Studium chlorovaných organických sloučenin v životním prostředí odstartované úhynem smrku ztepilého v Černém lese pokračovalo v borových lesích okolo Berlína a následně v Rakousku, Finsku a Skotsku. Výzkum se zprvu soustředil na kyselinu trichloroctovou, její výskyt, původ, příjem, a hlavně na její účinky. Nejdříve byl prokázán její vznik atmosférickou fotooxidací tetrachlorethenu a trichlorethenu (trichlorethylenu) a ještě před účinností Montrealského protokolu i methylchloroformu, ale poněvadž nebylo možné nalézt nějaký vztah mezi jejím výskytem v jehličí, resp. v atmosféře, a poškozením lesa (vyblednutím i ztrátou jehličí), začaly se hledat i jiné zdroje.

Fyzikálně-chemické vlastnosti kyseliny trichloroctové, zejména vysoká rozpustnost ve vodě, ji výrazně odlišují od chlorderivátů uhlovodíků, tj. původních znečišťujících látek, a podstatně rozšiřují možnosti jejích účinků na jednotlivé složky lesních ekosystémů. Na rozdíl od vysoce lipofilních těkavých chlorovaných uhlovodíků se nehromadí v listové kutikule, ale je přijímána kořeny přímo z půdy a putuje do listů či jehlic, kde se ukládá. Zjištěn byl i příjem kůrou smrku. Tato látka brání růstu, vyvolává chlorózu listů, morfologické změny i změny povrchové ochranné voskové vrstvy.

V jehličí smrků byla kyselina trichloroctová nalezena v koncentracích od několika jednotek až po 200 ppb (parts per billion, tedy 1 ppb = 1:10⁹), a to i v České republice. Nejrychleji je přijímána kořeny z půdy do nejmladšího jehličí. S lety se v jehličí hromadí. Vzájemný vztah mezi údaji o koncentracích kyseliny trichloroctové v listech a údaji o zdravotním stavu stromů prozradil, že obsahy kyseliny trichloroctové nad 100 ppb představují již významnou zátěž.

Kyselinu trichloroctovou značenou uhlíkem 14 jsme použili jako radioindikátor k zalévání sazenic smrku. Ta se po několika hodinách začala hromadit v jehlicích, kdežto v půdě byla působením mikroorganizmů postupně odbourávána (nejrychleji při průměrné vlhkosti – nízká i vysoká vlhkost proces zpomalovaly). Některé mikroorganizmy působí i na povrchu jehlic. Mikrobiální rozklad tedy ovlivňuje celý systém smrku ztepilého a půdy. V některých případech bylo v půdě, zejména zamokřené, nalezeno až 300 ppb kyseliny trichloroctové. Po delším zkoumání se podařilo prokázat, že kyseliny dichloroctová a trichloroctová vznikají enzymatickou chlorací půdní organické hmoty, pravděpodobně především huminových látek.

Kromě kyselin dichloroctové a trichloroctové vzniká při vyšším pH půdy také chloroform. V lesní půdě jsou ovšem přítomny i další adsorbovatelné organohalogeny, jejichž povaha není detailně známa. Předpokládá se, že převažují chlorované huminové látky. Je pravděpodobné, že v půdě dochází i k dehalogenaci, takže na chloraci se můžeme dívat jako na jeden z procesů rozkladu organické hmoty a zároveň jako na součást koloběhu chloru v lesním ekosystému. Uvedené pochody se dále studují zejména pomocí radioaktivního chloru 36.

Pomocí radioaktivního uhlíku 14 bylo rovněž prokázáno, že kyselina trichloroctová vzniká i biooxidací atmosférického tetrachlorethenu, který pronikne kutikulou a dostane se až do chloroplastů a tam poškodí fotosyntetický aparát. Kyselina trichloroctová tedy spolu s dalšími stresovými faktory ovlivňuje zdravotní stav evropských lesů.

Nejagresivněji působí na vegetaci chlor jako plyn. Při haváriích v průmyslu sice unikne zřídka, přesto i v posledních letech bylo možné pozorovat jeho účinky na vegetaci přímo v terénu. Viditelné příznaky poškození lesní vegetace bývají zřetelné již při koncentracích 0,5–3 mg Cl₂.m^–3. Poškození závisí na druhu dřeviny, na délce expozice, na momentální úrovni vodivosti průduchů aj. Plynný chlor reaguje s vodou a tvoří kyselinu chlorovodíkovou a chlornou, která se v průmyslu využívá jako bělidlo. Také příznaky poškození na jehličí a listech můžeme charakterizovat jako vybělení, které postupně přechází v hnědavé až oranžovohnědé skvrny, charakteristické pro odumřelou tkáň.

Naše poznatky se shodují s poznatky ze zahraničních výzkumů, podle nichž chlor a kyselina chlorná škodí rostlinám mnohem více než chlorovodík. Nedávné výsledky terénních šetření po úniku chloru a výsledky pokusů s vybraným sortimentem sazenic lesních dřevin ukázaly, že na nízké koncentrace chloru je velmi citlivý topol osika. Již po dvouhodinovém vystavení sazenic směsi chloru se vzduchem (o koncentraci 0,5 mg Cl₂.m^–3) se vytvořily tmavé skvrny na listech ve spodní části korunek a nekróza se rychle šířila dále. Jehlice borovice lesní a smrku ztepilého se zpočátku jen mírně odbarvily v důsledku odbourávání chlorofylu, ale při koncentraci zvýšené na maximum (při krátkodobém zahalení do mlhy chloru) se během několika minut vyvinula nekróza oranžovohnědé barvy. V listech a jehličí se hromadily jednotky až desítky mg Cl.g^–1, přičemž se běžně vyskytují desetiny mg Cl.g^–1. Pletivo rychle odumřelo, pupeny ztratily vitalitu, u borovice jich přežilo pouze 5 % a u smrku 11 %.

Mikroskopické vyšetření odumřelých částí ukazuje rozsáhlou dezintegraci buněk s deformací buněčných organel. Obsah chloru v listech se zvyšuje. Při akutním typu poškození vykazují listy nebo jehlice rozsáhlejší viditelné příznaky, ale mnoho chloru nepřijmou. Naopak při dlouhodobém vystavení nižším koncentracím se chlor v jehličí může hromadit do vysokých koncentrací. Potom se z listových orgánů vymývá nesnadno, na rozdíl například od důležitých živin (draslíku a hořčíku).

Značné množství chloru se do lesního prostředí dostává při zimním solení vozovek. Posypové soli (nejčastěji chlorid sodný, někdy ve směsi s chloridem vápenatým nebo draselným) se používají v České republice a v celé severní polovině Evropy ve statisících tun za rok. Údaje z USA nebo Kanady uvádějí roční hodnoty přes deset milionů tun. Na našich dálnicích se jako posyp použije za běžnou zimní sezonu zhruba kilogram soli na metr plochy.

Solná břečka odstřikuje na okolní stromy a větrem je solný aerosol rozptylován hlouběji do porostů. Zasolení obvykle postihuje okraje porostů a podle tvaru terénu je různě prostorově omezeno. Nejzávažnější poškození způsobí solný roztok, který odtéká z odvodňovacích příkopů hluboko do lesa. Nahromadění chloridu v listech způsobené solením bývá vysoké. Přirozený obsah chloridových iontů v půdě obvykle nepřesahuje 30–50 mg chloru na kilogram vysušené půdy. Při zvýšeném obsahu se chloridové ionty ve větší míře uvolňují do půdního roztoku, rostliny je přijímají kořeny a ukládají je v listech. Zvýšená slanost půdních roztoků potlačuje růst kořenů a zvyšuje kořenovou respiraci.

Nadměrné solení může v půdě způsobit velké problémy. Z lehkých písčitých a hlinitopísčitých půd se soli dešťovými srážkami vymývají do spodních vod, ale mnohem horší situace nastává po opakovaném solení na málo propustných jílovitých půdách nebo půdách ovlivněných vysokou hladinou spodní vody. V takových případech může slanost ovlivnit půdní strukturu a mikroflóru (viz Vesmír 83, 620, 2004/11). Po mnoha experimentech se zvýšenou slaností půdy a zvýšeným obsahem chloridových iontů v listech se ukázalo, že například borovice černá, akát a dub jsou velmi odolné, kdežto smrk ztepilý, borovice lesní a modřín patří k nejcitlivějším. Odolné dřeviny se také vysazují podél silnic, kde se v zimních měsících používají k rozmrazování posypové soli na bázi chloridů. Často však silnice prochází lesním celkem, který může být zasolením vážně poškozen.

Chlor má sice důležitou roli v živých buňkách, ale ve vyšších koncentracích je pro většinu rostlin toxický. Především působením půdních mikroorganizmů se původní formy chloru změní v jiné (chloroform, chloroctové kyseliny, adsorbovatelné organohalogeny aj.), a tak se podílejí na rozkladu půdní organické hmoty a při vyšší koncentraci mohou snižovat kvalitu lesního prostředí i kvalitu vody odtékající z lesa do zdrojů pitné vody.