i

Aktuální číslo:

2018/12

Téma měsíce:

Jednotky SI

Vody i lesy Šumavy se zotavují

Jezera jako důkaz
 |  8. 1. 2018
 |  Vesmír 97, 52, 2018/1

Šumavská jezera vypovídají o minulých i současných pohromách. Jak se v jejich vodách odrazily kyselé deště, globální změny klimatu i kůrovcová kalamita?

Šumavská jezera a jejich povodí patří k nejzachovalejším koutům původní krajiny na našem území. I jejich přírodní bohatství se lidé v minulosti snažili využívat, zejména v oblasti Železné Rudy pro hutní a sklářské provozy. Strmé stěny jezerních karů a jejich relativně obtížná dostupnost je však uchránily od likvidačních a obtížně vratných zásahů, jakými jinde byly změny užívání krajiny, umělé odvodnění či přeměna na hospodářské smrkové monokultury.

Pochopitelně i na Šumavě se vliv člověka během posledních století projevil. Lesní pastva, přemnožení spárkaté zvěře v důsledku likvidace jejích přirozených predátorů nebo selektivní těžba pro výrobu dřevného uhlí znamenaly tlak na změnu přirozeného složení stromového patra. Přesto se vrcholové partie Šumavy dodnes zachovaly coby poslední zbytky připomínající dávný středoevropský prostor, jaký by zde vládl bez zásahů člověka. Jedním z nejméně dotčených částí je okolí Plešného jezera, v jehož karu donedávna rostly i více než 500 let staré smrky.

Jezera poznání

Šumavská jezera slouží jako nenahraditelný zdroj vědeckého poznání již více než století (od výzkumů zahájených jedním z nejvýznamnějších českých vědců 19. století – Antonínem Fričem, profesorem UK a později ředitelem Národního muzea). Jejich výzkum nám umožňuje pochopit jinde již obtížně sledovatelné přírodní procesy a kvantifikovat koloběhy prvků v systému atmosféra-půda-voda. Bez znalosti jejich přírodní úrovně bychom nebyli schopni měřit míru změn, které nastaly v důsledku přeměny původní zalesněné krajiny na různé typy zemědělské půdy, jejich meliorace a intenzivního hnojení.

Relativně odlehlá a hospodářsky nevyužívaná území navíc představují neocenitelný „systém včasného varování“ a citlivý indikátor všech probíhajících globálních změn, jakými se v posledních letech staly eutrofizace a acidifikace půd a vod, dálkový transport anorganických i organických mikropolutantů (těžkých kovů a pesticidů) či nárůst atmosférické koncentrace oxidu uhličitého a s ním spojené změny klimatu.

Rekordní kyselé deště

Právě silná acidifikace šumavských jezer a půd jejich povodí z této oblasti vytvořila celosvětově unikátní vědeckou lokalitu. Acidifikace byla výsledkem dlouhodobého působení kyselých dešťů, tedy atmosférické depozice síranů, dusičnanů a amonných iontů, pocházejících především z výroby energie a zemědělské činnosti.

Česko patřilo (přepočteno na rozlohu území) k největším producentům oxidů síry a dusíku na světě (obr. 1) a pochopitelně i postižení citlivých území v jeho přímém dosahu dosáhlo například v Krušných, Jizerských a Orlických horách, Brdech, Krkonoších, ale i na Šumavě extrémních hodnot.

Význam Šumavy pro komplexní výzkum dopadů tohoto globálního znečištění byl umocněn přítomností jezer, která v ostatních jmenovaných pohořích chybějí. V sedimentech jezer je totiž uložen archiv historického vývoje celé oblasti v podobě pylu, schránek rozsivek, zbytků planktonních a bentických organismů a chemického složení. Archiv představující neocenitelný „časový“ rozměr pro studie měřící dynamiku probíhajících změn a umožňující porovnat jejich význam s jinými podobnými vlivy z minulosti. To platí zejména pro současné studie možných dopadů klimatických změn na lesy, půdy a vody.

Šumavská jezera jsou důležitá a nenahraditelná pro studium dopadů kyselých dešťů. To si jako první uvědomili Jan Fott z Přírodovědecké fakulty UK a Josef Veselý z České geologické služby. Pravidelné sledování zahájili již na přelomu sedmdesátých a osmdesátých let 20. století. Náš tým z Biologického centra AV ČR, Jihočeské univerzity, České zemědělské univerzity a České geologické služby na jejich práci navázal, rozšířil studie na celá povodí včetně půd a vegetace a věnuje se jim intenzivně (za podpory různých evropských grantových agentur, především GAČR) již téměř tři desetiletí.

Jak se půdy a vody zotavují

Původně nás zajímalo, do jaké míry se projeví porevoluční změny v českém průmyslu a zemědělství, provázené výrazným snížením emisí sloučenin síry a dusíku do atmosféry (obr. 1), zotavováním půd a vod z acidifikace.

Tato otázka byla v devadesátých letech nesmírně aktuální i jinde ve světě a věnovala se jí řada evropských a severoamerických týmů. Státy investovaly do odsiřování a dalších opatření na kontrolu emisí sloučenin síry a dusíku do atmosféry, včetně například katalyzátorů automobilů, obrovské sumy peněz. A bylo velmi důležité vědět: Jak tyto investice pomohou ozdravit poškozené ekosystémy a kolik dalších peněz bude třeba? Území České republiky hrálo v těchto studiích důležitou roli, protože se zde díky souběhu socioekonomických změn a pozdější cílené kontrole emisí podařilo omezit znečišťování ovzduší nejvíce na světě. Emise oxidů síry a amoniaku se do současnosti podařilo snížit na úroveň konce 19. století a emise oxidů dusíku na úroveň padesátých let 20. století (obr. 1).

Největší propad emisí nastal na počátku devadesátých let a jeho blahodárné účinky se projevily i na Šumavě. Ukázalo se, že chemismus šumavských jezer zareagoval okamžitě a kvalita jejich vody se neustále zlepšuje. Počátek biologického zotavování jezer však vykazoval mnohem větší prodlevu a tento proces je výrazně pomalejší.

V důsledku znečištění kyselými dešti zmizely všechny ryby a organismy, jimž nesvědčily kyselé a na hliník bohaté podmínky. Významně se snížila druhová bohatost. (Některé druhy z acidifikace naopak profitovaly. Například hmyz, který původně sloužil rybám jako potrava nebo acidotolerantní řasy, na něž zbylo vice fosforu, takže rostly lépe).

V současnosti sledujeme, že se již částečně zotavily populace bezobratlých [3] a podle výzkumů Martiny Čtvrtlíkové se změny k lepšímu ukazují i na populaci šídlatek v Plešném a Černém jezeře.

Úplné biologické zotavení jezer, včetně například návratu ryb, však bude vyžadovat delší čas. Nejprve se musí půdy zbavit naakumulovaného znečištění, hlavně síry, která se v nich ukládala od počátku průmyslové revoluce, a tento proces je pomalý. Podmínky pro opětovné přežívání ryb se například v Černém jezeře vrátí až během několika desetiletí. Naopak v méně postiženém jezeru Laka, které nebylo nikdy acidifikováno tolik jako Černé a Čertovo jezero (díky jinému typu povodí), nastanou vhodné podmínky pro přežívání ryb patrně již ve dvacátých letech tohoto století.

Nová (ne)katastrofa: kůrovec

Výzkum zotavování horských ekosystémů z acidifikace v povodí Plešného jezera překazil kůrovcový žír. Mezi lety 2004–2008 zde zabil 90 procent dospělých smrků.

Vzhledem k tomu, že jsme znali toky prvků systémem povodí-jezero, mikroklimatické podmínky i srážko-odtokové poměry dlouho před nástupem kůrovce, mohli jsme poměrně přesně kvantifikovat skutečné dopady odumření stromů na dílčí složky systému.

Znalost historie nám dala obrovský náskok před jinými týmy, které řeší podobnou problematiku, ale často až po samotném odumření lesa.

Naší druhou výhodou bylo to, že se postižené území nachází v první zóně národního parku. Bezzásahový režim (ponechání veškeré mrtvé biomasy na místě, tedy nulová úroveň všech myslitelných zásahů) umožnil nejvěrněji simulovat přirozené procesy.

Možné důsledky velkoplošných disturbancí pro citlivé horské ekosystémy byly (a dosud jsou) tématem vášnivých sporů mezi zastánci a odpůrci zásahů proti šíření škůdců ve velkoplošných zvláště chráněných územích.

Dosavadní diskuse se často opíraly o nepodložené či chybně interpretované údaje založené na zkušenostech z níže položených hospodářských lesů, kde jsou zásahy z ekonomických důvodů opodstatněné.

Katastrofické scénáře se často pohybovaly v neuvěřitelně širokém rozmezí představitelných dopadů. Například pro hydrologický režim předpovídaly na jedné straně ničivé záplavy, na straně druhé extrémní sucha a skokové zvýšení teplot vzduchu.

Žádná z těchto předpovědí se však nenaplnila a celý přírodní systém se velmi rychle zotavuje.

Odumření téměř celého stromového patra v povodí Plešného jezera způsobilo jen přechodný nárůst průměrné roční teploty vzduchu přibližně o 0,6 °C (ve výšce 2 metrů nad terénem), což je výrazně méně než nárůst o téměř 2 °C, který má na svědomí globální oteplování od osmdesátých let 20. století.

Snížilo se také množství vody vracené zpět do atmosféry transpirací, naopak vzrostla půdní vlhkost a mírně, přibližně o pět procent, se zvýšil specifický odtok vody z povodí.

Srážko-odtokové podmínky nadále řídí hlavně množství a sezonní rozložení srážek.

I často zmiňované snížené průtoky šumavských potoků v roce 2015 tak souvisely především s celkově nižšími srážkovými úhrny na území celé České republiky, nikoli s odumřením stromového patra.

To má pro odtokové podmínky význam pouze malý a navíc opačný. Tedy pokud se na postiženém území nechají vyrůst nové stromy, neporuší se půda a nezasahuje se uměle do přirozených vodotečí (meliorace, erozní rýhy po těžké mechanizaci apod.).

Výrazně se zlepšila i kvalita půd a v místech bez zásahů nikdy nenastala výrazná eroze. Půdy jsou zpevněny kořeny mrtvých stromů, a než tyto zetlí, vyrostou nové kořenové systémy.

Šumavu tak nečeká osud středomořských pohoří, která ztratila půdu ne kvůli těžbě dřeva, ale změnou užívání krajiny z lesa na pastviny. Tím, že pastevci záměrně potlačovali růst nových stromů a křovin a pasoucí se zvířata podpořila mechanickou erozi svahů, staly se půdy nestabilními. I toto byl jeden z nenaplněných scénářů často opakovaný zastánci zásahů v chráněných šumavských územích.

Díky tomu, že živiny obsažené v mrtvé biomase zůstaly na místě, téměř okamžitě po odumření stromového patra se zvýšila bazická saturace půd, dostupnost organického uhlíku a fosforu a jejich pH (klesla kyselost půd). Společně s vyšší půdní vlhkostí to podpořilo až překvapivě rychlou obnovu stromového patra.

Výzkum kolegů z Lesnické fakulty České zemědělské univerzity ukázal, že dokonce i stromová patra ve vysokých nadmořských výškách, téměř kompletně zničená kůrovcovým žírem, se rychle přirozeně obnovují.

Přirozený způsob regenerace je tak do budoucna jedním z nejefektivnějších způsobů opětovného zalesňování kůrovcem postižených horských oblastí [2]. Tento proces navíc garantuje zachování kontinuity prostorové struktury porostů po několik jejich dalších generací a nenarušuje půdu. Udržení její kvality je přitom nezbytné pro vývoj nového lesa. Zvýšený příspěvek opadu z rychle rostoucích pionýrských dřevin (jeřabin a bříz) v zotavujícím se lese také významně obohacuje půdy o fosfor a bazické kationty a zlepšuje živinové podmínky pro následný růst smrků.

Důsledek pro život v půdě a jezerech

Narušení stromového patra kůrovcovým žírem v neobhospodařovaných oblastech sice krátkodobě negativně ovlivnilo společenstva půdních bezobratlých ve srovnání se zdravými porosty, tyto změny však byly většinou významně menší než po těžbách nebo po kalamitách s následným odvozem biomasy, jak ukázaly studie půdních biologů.

Na poškození lesa bezprostředně reagoval chemismus povrchových vod, především se zvýšila kyselost a koncentrace dusičnanů, chloridů, toxických forem hliníku a bazických kationtů. To trvalo zhruba 10 let (obr. 2). Až dosud přetrvává zvýšené vyplavovaní organického uhlíku a fosforu z půd postiženého povodí.

Významným zjištěním ale bylo, že i drastické poškození stromového patra mělo překvapivě menší vliv na kvalitu odtokové vody než běžné změny v obhospodařování či užívání zemědělské půdy (přeměna pastvin na ornou půdu, hloubka orby, meliorace apod.) nebo než předchozí éra kyselých dešťů.
Změny ve složení chemismu vody po odumření stromů negativně ovlivnily především potoky, ale Plešnému jezeru paradoxně pomohly. Mohou za to jezerní biochemické procesy, které využívají zvýšený přísun rozpuštěného organického uhlíku a fosforu. Tyto procesy zároveň ve vodě neutralizují vodíkové ionty, takže její pH roste a zrychluje zotavování jezera z předchozí acidifikace.

Díky tomu se v Plešném jezeře obnovil uhličitanový pufrační systém, který byl kyselými dešti vyčerpán na počátku šedesátých let minulého století. Současné pH vody dosáhlo hodnot, které zde byly naposled po druhé světové válce (obr. 2d).

Po krátkém období bezprostředně po odumření stromového patra, kdy se zhoršily životní podmínky pro vodní organismy, lze očekávat rychlé zotavování jejich populací. Život v jezeře tak může z neštěstí stromového patra profitovat.

Díky výsledkům výzkumu šumavských jezer můžeme nejen posoudit schopnosti horských oblastí zotavit se z kyselé depozice a lépe pochopit biogeochemické cykly prvků v přírodních podmínkách, ale získali jsme i ucelenou a reálnou základnu pro posouzení skutečných rizik velkoplošných lesních disturbancí pro vodní bilanci, kvalitu a oživení půd a vod i pro možnosti přirozené obnovy stromového patra v postižených územích.

Literatura

[1] Kopáček J., Fluksová H., Hejzlar J., Kaňa J., Porcal P., Turek J.: Changes in surface water chemistry caused by natural forest dieback in an unmanaged mountain catchment. Science of the Total Environment 584–585, 971–981, 2017.

[2] Macek M., Wild J., Kopecký M., Červenka J., Svoboda M., Zenáhlíková J., Brůna J., Mosandl R., Fischer A.: Life and death of Picea abies after bark-beetle outbreak: ecological processes driving seedling recruitment. Ecological Applications 27, 156–167, 2017.

[3] Vrba J., Bojková J., Chvojka P., Fott J., Kopáček J., Macek M., Nedbalová L., Papáček M., Rádková V., Sacherová V., Soldán T., Šorf M.: Constraints on the biological recovery of the Bohemian Forest lakes from acid stress. Freshwater Biology 61, 376–395, 2016.

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Krajinná ekologie

O autorovi

Jiří Kopáček

Prof. Ing. Jiří Kopáček, Ph.D., (*1956) absolvoval obor technologie vody na VŠCHT v Praze. V Biologickém centru AV ČR, v. v. i., se zabývá výzkumem cyklů prvků v šumavských jezerech a jejich povodích. Přednáší technologii úpravy vody a limnologické metody na Přírodovědecké fakultě Jihočeské univerzity.
Kopáček Jiří

Doporučujeme

Poprask kolem dvojčat, prvních dětí s editovaným genomem

Poprask kolem dvojčat, prvních dětí s editovaným genomem

Jaroslav Petr  |  13. 12. 2018
V čem udělali čínští soudruzi chybu? Čínský experiment odstartoval genetické vylepšování lidstva bezpříkladně zpackaným způsobem.
Tanec mezi pravděpodobnostmi

Tanec mezi pravděpodobnostmi

Ondřej Vrtiška  |  3. 12. 2018
Forenzní genetička Halina Šimková donedávna v Kriminalistickém ústavu Praha analyzovala DNA a pomáhala odhalovat vrahy, násilníky a zloděje. To ji...
Sedm základních kamenů

Sedm základních kamenů

Ivan Boháček  |  3. 12. 2018
Začalo to metrem. Ve dnech, kdy jde toto číslo Vesmíru do tiskárny, probíhá ve Versailles 26. konference pro váhy a míry (CGPM, Conférence...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné