Síť DendroNETWORK

Jak lesní ekosystémy v současné době plní produkční funkci, jaká je úroveň stresové zátěže, kde jsou vhodné lokality pro pěstování určitých dřevin a co lze očekávat od lesních ekosystémů ovlivněných klimatickou změnou? Na všechny tyto otázky má ambice odpovědět jedinečná síť biologického monitoringu stavu a reakce lesních ekosystémů pod vlivem klimatické změny – DendroNETWORK. Tato síť je jako jeden z klíčových prvků infrastruktury Ústavu výzkumu globální změny AV ČR (CzechGlobe) unikátní i v pojetí celoevropské výzkumné infrastruktury.

Lesy je nutné vnímat jako národní bohatství České republiky, a proto musíme vynaložit maximální úsilí pro jejich zachování nejen pro nás, ale i pro další generace. V současné době čelí lesní ekosystémy podmínkám, které nemají v době moderního lesnictví obdoby. České lesy pokrývají více než jednu třetinu naší republiky a jsou nezbytné pro funkčnost celé krajiny. Jsou nenahraditelnou složkou krajiny a poskytují společnosti řadu funkcí a služeb od produkce dřeva přes regulaci podnebí až po ukládání uhlíku. Zabezpečení těchto důležitých funkcí lesa vyžaduje, aby stromy a následně les byly vitální. Což je úkol nejen pro moderní lesnictví postavené na ekologických základech, ale i pro vědecký sektor, který by měl zabezpečit aktuální a exaktní informace o stavu lesních ekosystémů. K tomu slouží monitorovací sítě zaměřené na sledování růstové reakce dřevin v měnících se podmínkách prostředí, včetně dopadů sucha, budované po celé Evropě. Česká republika v tomto ohledu není výjimkou a příkladem je síť DendroNETWORK. Jde o výzkumnou a monitorovací síť, jejímž cílem je shromažďovat a analyzovat data s vysokým časovým rozlišením v celorepublikovém prostorovém měřítku. V současné době síť DendroNETWORK zahrnuje více než 80 výzkumných ploch (obr. 2) a pokrývá hlavní hospodářské dřeviny České republiky (smrk, borovice, buk a dub). Síť mohla vzniknout díky projektům TAČR.¹⁾ Unikátnost této sítě spočívá v automatickém sběru dat a jejich online přenosu, což nám umožňuje kombinovat měření v reálném čase s modelováním pro posouzení aktuální situace v lesních ekosystémech celé České republiky (obr. 3).

1. Ukázka typické plochy DendroČR TransAdapt. NETWORK vybavené automatickým sběrem a online přenosem dat.

2. Prostorové a vertikální rozmístění ploch sítě DendroNETWORK k 31. 5. 2022.Snímek Ústav výzkumu globální změny AV ČR

Rytmus stromu

Kmen je unikátní část stromu, kde jsme schopni detekovat řadu významných životních procesů. Tyto procesy jsou vepsány do záznamu změn radiálního rozměru kmene stromu a mění se v závislosti na podmínkách prostředí. Během dne, kdy stromy transpirují, kořeny nedodávají dostatečně rychle potřebné množství vody. Vzniká podtlak, zásoba vody ve kmeni se snižuje a všechna pletiva kmene se smršťují (tj. poloměr kmene se zmenšuje). V noci, kdy nedochází k transpiraci, se kmen opět dosycuje vodou. Mimochodem noc je také dobou, kdy stromy rostou. Během dlouhých horkých a suchých období se však zásoby vody v půdě snižují, až se její dostupnost pro stromy stává limitující. Zásoby vody ve kmeni se proto nemohou zpětně zcela dosytit, kmen se nemůže rozšířit zpět a strom nemůže růst. Přestože jsou tyto změny malé (tisíciny milimetrů), lze je měřit pomocí speciálních přístrojů – dendrometrů – které jsou široce používány v programech monitorování lesů po celém světě včetně České republiky.

Dynamika obvodových změn kmene je odrazem vlastního přírůstu dřeva (ukládání uhlíku) a vodního režimu stromu (včetně působení stresu suchem). Změny v radiálním rozměru kmene jsou kombinací denní periodicity s dlouhodobějším vlivem stresu (obr. 3). Rozmístění monitorovacích ploch DendroNETWORK respektuje široké spektrum podmínek prostředí, a poskytuje tak vynikající příležitost k získání nových a robustních poznatků o vztazích mezi stromy a klimatem pro hlavní hospodářské dřeviny. DendroNETWORK přináší další důkazy o tom, že měnící se klimatické podmínky v České republice mají vážné důsledky pro pěstování smrku. Pěstování je velmi riskantní v nižších polohách a náročné ve středních nadmořských výškách, kde je pro zachování smrku zapotřebí adekvátní strategie managementu (např. identifikací vhodných příměsí). Výsledky neukazují pouze lokality, kde je nevhodné pěstovat smrk v jakékoli formě, ale také závažné ekonomické ztráty, protože smrkové porosty v těchto lokalitách přestávají plnit produkční funkci. Roční přírůst dříví je parametr, který není na první pohled patrný (tvorba letokruhu), ale úzce souvisí s vlastní produkcí a následně s výnosem za prodej dříví jako hlavní položkou příjmu peněz lesního hospodářství.

Poprvé jsme byli schopni kvantifikovat snížení produkce lesních dřevin v České republice jako přímý efekt sucha v kratším časovém měřítku (časové rozlišení 1 rok a kratší), než je pro sektor lesnictví typické (tj. desetiletý interval). Modelovým obdobím byla pro nás léta 2016–2020, kdy sucho v letech 2017 a 2018 mělo za následek snížení přírůstu oproti měřením v roce 2016 na 78 %, resp. 61 % na národní úrovni (obr. 3). Pozitivní růst v roce 2020 nebyl schopen kompenzovat ztrátu na produkci v letech předchozích. Hranice mezi pozitivní a negativní růstovou reakcí na klimatické podmínky se nachází v intervalu nadmořských výšek 800 až 900 m. S klesající nadmořskou výškou pod tuto hranici detekujeme výrazný pokles produkce smrkových porostů z důvodu prohlubující se negativní vodní bilance. Pokles produkce je v úzkém vztahu i s vitalitou a predispozicí těchto porostů k napadení sekundárními škůdci. Sucho samo o sobě může v lokalitách pod 800 m n. m. také působit jako mortalitní faktor.

3. Diagram sběru, zpracování a toku dat v rámci sítě DendroNETWORK.Snímek Ústav výzkumu globální změny AV ČR

Biologický monitoring stavu lesních ekosystémů pomocí dendrometrů představuje efektivní nástroj poskytující přehledné, časově a místně aktuální informace o stresu suchem, vitalitě a produkci lesních ekosystémů (obr. 3). Možné aplikace této sítě sahají od monitorování stromů pro běžné hodnocení rizika úmrtnosti, požárů, napadení škůdců až po kvantifikaci důležitých ekosystémových funkcí, jako je klimatizační efekt nebo produkční funkce. Jedinečnost této sítě není pouze v prostorovém měřítku a frekvenci měření, ale především v rychlosti poskytování dat k využití koncovému uživateli (téměř v reálném čase). Cílem je tedy zjistit aktuální plnění vybraných ekosystémových funkcí a dále poskytnout know-how pro rozhodovací procesy lesnického managementu. Aktuální informace o intenzitě působení stresu suchem ve spojení s vhodným prostorovým rozmístěním těchto přístrojů pomáhá odhalit kritické oblasti a umožnuje soustředění intenzivní pozornosti na takto ohrožené oblasti. Výstupy biologického monitoringu sucha v lesních ekosystémech je možné využít pro kvantifikaci přímých škod způsobených suchem v lesním hospodářství. Tato platforma poskytuje unikátní a exaktní nástroj pro vymezení území a následnou možnost vyčíslení výše dotací za ztráty na produkci nebo omezení plnění ekosystémových služeb jako přímých škod vlivem sucha v lesním hospodářství.

Dendrometr (na obrázku je obvodový typ od firmy EMS Brno) je senzor instalovaný na kmen stromu pro sledování změn obvodu, případně poloměru kmene s vysokým prostorovým (jednotlivé stromy) a časovým (minuty až hodiny) rozlišením. Existují dva typy těchto senzorů, bodový a obvodový typ, ale z obou typů přístrojů lze jednoduchým přepočtem zjistit informaci o drobných změnách v radiálním rozměru kmene. Tyto změny jsou zaznamenávány v mikrometrech, tj. 1/1000 mm, a proto i rozlišení těchto přístrojů musí být pod touto hranicí. Technické řešení automatického systému měření a odesílání dat zajistila firma Environmental Measuring Systems, s. r. o. (Brno).Snímek Ústav výzkumu globální změny AV ČR