Kolik uhlíku pohlcují lesy?

Uhlík je základním stavebním kamenem života na naší planetě. Tak jsme jako biologové ještě donedávna o uhlíku nejčastěji uvažovali. To se ale v posledních letech změnilo. Uhlík je nyní stále častěji zmiňován v souvislosti s globálním oteplováním. Je součástí oxidu uhličitého, který vzrůstající koncentrací v atmosféře a vibrací svých molekul v infračervené oblasti spektra stále více přispívá k zahřívání povrchu pevnin a oceánů. Znát zdroje a propady tohoto plynu je velice důležité.

Příjem a uvolňování oxidu uhličitého zemskými ekosystémy jsou kritické pro regulaci klimatických změn. Již dlouho jsme věděli, že oceány jsou ve střednědobém horizontu nejdůležitějším místem propadu („úbytku“) uhlíku. Jaký je však příspěvek lesů? Autoři syntetické mezinárodní studie z tohoto roku dospěli k závěru, že globální propad v lesích je velice podstatný, protože pohlcuje téměř polovinu emisí uhlíku z fosilních paliv. Jenže téměř dvě třetiny tohoto užitku jsou zmařeny odlesňováním tropických lesů. Co z toho vyplývá pro světové a naše lesní hospodářství?

CO₂ v souvislostech

Průměrná koncentrace CO₂ v letošním roce překročila 426 ppm (obr. 1). Důsledkem zvyšování koncentrace CO₂ a dalších skleníkových plynů je pokračující růst frekvence extrémně vysokých teplot i růst průměrných globálních teplot povrchu pevnin a oceánů (obr. 2).¹⁾Negativních důsledků je mnoho, ale hlavní obavou klimatologů je možnost dosažení kritických bodů zvratu.²⁾ Zcela jednoznačným imperativem je podstatné snížení emisí skleníkových plynů a odstraňování CO₂ z atmosféry (tzv. negativní emise). Odstraňování CO₂ sice nemůže nahradit snížení jeho produkce, ale obojí se stalo nezbytným. Jelikož jsou lesy dominantní složkou propadu narůstajícího uhlíku ze spalování fosilních paliv na Zemi, potřebujeme vědět, kolik „nadbytečného“ atmosférického uhlíku lesy průběžně pohlcují, kde je uložen a zda jsou současné trendy v souladu s žádoucím posílením terestrického propadu.

Snímek Bernd Dittrich, Unsplash

Odpovědět na tyto otázky se pokusila Yude Panová (USDA Forest Service) s kolektivem šestnácti spoluautorů z jedenácti zemí.³⁾ Kvantifikovali celosvětové bilance a toky uhlíku v boreálních, temperátních a tropických lesích na základě rozsáhlých dat z opakovaného terénního měření změn biomasy lesů, doplněných o informace z dálkového průzkumu Země, to vše za poslední tři dekády (obr. 4).

Globální měsíční koncentrace atmosférického CO₂ v posledních pěti letech. Zeleně měsíční průměry, černě klouzavé průměry ročních cyklů pro dané měsíce. Sezonní kolísání je způsobeno tím, že na jaře a v létě, kdy je na severní polokouli dostatek slunečního záření, převažuje fotosyntéza a rostliny asimilují více CO₂. Protože plocha vegetace na severní polokouli je větší, celosvětové koncentrace klesají od května do září a od října do dubna znovu rostou. Předindustriální koncentrace CO₂ byla přibližně 280 ppm.

Lesy a uhlík v číslech

Celosvětová plocha lesů poklesla mezi lety 1990 a 2020 o 5 % (z 4022 na 3812 milionu hektarů, tj. o 2,1 milionu km²). Pětiprocentní redukce plochy světových lesů se nezdá až tak dramatická, nicméně odpovídá zhruba 27 rozlohám České republiky. Tento pokles byl způsoben především drastickým úbytkem tropických lesů, který odpovídá 13 % plochy všech lesů na Zemi. Ve stejném období ale narostly plochy temperátních lesů o 7 % a boreálních lesů o 1 % rozlohy světlových lesů. V tropech bylo zničeno 467 milionů hektarů (pokles o 26 %) toho nejcennějšího – nedotčeného lesa –, což bylo jen zčásti kompenzováno zmlazením, které se rozšířilo o 194 milionů hektarů (nárůst o 56 %).

Globální povrchové roční teploty ve srovnání s průměrem 20. století (1901– 2000). Červeně hodnoty vyšší než průměr; zeleně hodnoty nižší. Křivka ukazuje vzrůstající koncentraci oxidu uhličitého.

NOAA (https://gml.noaa.gov/ccgg/trends)

Světové lesy v roce 2020 zadržovaly těžko představitelných 870 ±61 PgC. Tato zásoba vzrostla za poslední tři dekády o 74 PgC, a to díky nárůstu rozlohy zmlazených lesů. Ve stejném čase však kácení a vypalování nedotčených tropických lesů zredukovalo zásobu uhlíku o 149 Pg. Zbývající nedotčené tropické lesy sice pohltily 32 PgC, ale celková bilance je záporná a tropické lesy od roku 1990 uhlík ztrácely. Většina zásob uhlíku ve světových lesích je nyní v živé biomase, především dřevní (43 %), a možná nečekaně hodně v půdní organické hmotě (45 %). Zbytek je v mrtvém dřevě (8 %) a opadu (4 %).

Celosvětový hrubý propad uhlíku v lesích odhadl tým Yude Panové na 3,6 PgC za rok v letech 1990–1999, 3,6 PgC v letech 2000– 2009 a 3,5 PgC v letech 2010–2019. Lesy tedy pohlcují prostřednictvím fotosyntézy stále stejná množství CO₂ z atmosféry. Stabilita globálního propadu uhlíku ve světových lesích je nesporně dobrá zpráva. Nezohledňuje však značné rozdíly mezi hlavními lesními biomy. Tak např. hrubý propad v temperátních lesích a zmlazených tropických lesích se zvýšil přibližně o 30 %, tyto lesy tedy uhlík pohlcovaly ve zvýšené míře. Snížil se však v boreálních (o 36 %) a nedotčených tropických lesích (o 31 %). I po odečtení stoupajících emisí uhlíku z odlesňování tropických lesů zůstává čistý uhlíkový propad ve sledovaných dekádách světových lesů naštěstí pozitivní: 0,9 PgC, 1,7 PgC a 1,4 PgC za rok.

Smíšený dvojkřídláčový les tvoří primární vegetaci v národním parku Ulu Temburong na Borneu. Přes obrovskou druhovou bohatost dřevin zde svou dřevní hmotou dominují stromy jediné čeledě dvojkřídláčovitých (Dipterocarpaceae). Tato vlastnost je společná tropickým lesům celosvětově; jen něco přes 2 % druhů tvoří 50 % stromů v tropických lesích Afriky, Amazonie a jihovýchodní Asie. (DOI: 10.1038/s41586-023-06820-z)

Snímek Radim Hédl

Tropické lesy uhlík ukládají, ale…

Jak si vysvětlit, že hlavně nedotčené tropické lesy jsou tak účinným úložištěm „přebytečného“ atmosférického uhlíku? Vždyť jako správné pralesy by měly být stabilními ekosystémy, kterými látky a energie sice intenzivně protékají, ale celková bilance zůstává neutrální. Jinými slovy, kolik uhlíku se do biomasy pomocí fotosyntézy zabuduje, tolik ho za stejné období organismy opět prodýchají a vypustí do ovzduší. Ukázali jsme však, že hrubé propady uhlíku do lesů jsou za poslední tři desetiletí kladné, převažuje tedy efekt absorpce CO₂. Nebýt masivního odlesňování, zajišťovaly by tropické lesy ze všech suchozemských ekosystémů nejvýznamnější čistý propad atmosférického CO₂.

Propady a zdroje uhlíku podle hlavních typů světových lesů za období 1990–2019. Toky uhlíku jsou vyjádřeny v jednotkách PgC za rok během celého sledovaného období. Černě pohlcování uhlíku lesními ekosystémy do biomasy včetně dřeva a opadu a také do půdy; červeně uvolňování uhlíku vlivem odlesňování (kácením nebo vypalováním). Hodnoty udávají průměry a směrodatné odchylky. Vzhledem k tomu, že emise uhlíku z fosilních paliv představují v průměru 7,8 PgC za rok, výsledný průměrný globální čistý propad uhlíku v lesích (1,33 PgC za rok) znamená snížení o přibližně 17,1 %. Dohromady s čistým propadem v oceánech, který tvoří 2,3 PgC za rok, je tato redukce 46,5 %. Zbývá tedy přes 50 % uhlíku z emisí odpovědných za vzrůstající koncentraci CO ₂ v atmosféře (obr. 1).

Podle Pan Y. et al.3

Že tropické lesy uhlík skutečně ukládají, bylo objeveno už v první polovině devadesátých let 20. století za pomoci velmi jemných měření metodou vírové kovariance (eddy covariance) v amazonském deštném pralese.⁴⁾ Opakovaná měření biomasy stromů na mnoha trvalých plochách po celém světě, tedy přístup, který poskytl data i pro nejnovější studii vedenou Yude Panovou, pak slouží jako hlavní doklad pro hypotézu, že tropické lesy v posledních desetiletích fungují jako spolehlivý propad uhlíku.⁵⁾ Paradoxně za to může narůstající hladina CO₂ v ovzduší. Fotosyntetický aparát rostlin C3 (např. Vesmír 92, 264, 2013/5) totiž není při současné koncentraci CO₂ saturován; nárůst CO₂ v atmosféře proto vede k rychlejší fotosyntéze a intenzivnějšímu ukládání uhlíku do biomasy. „Hnojení“ zvýšenými dávkami atmosférického uhlíku vegetaci obecně prospívá, je pak bujnější a roste rychleji.

Každá mince má však dvě strany – s rostoucí teplotou se fotosyntéza opět postupně zpomaluje. Měření v tropických deštných lesích poukazují na citlivost těchto ekosystémů na zvyšující se teploty a sucho, což ještě zesiluje fragmentace lesních celků. Sekvestrace uhlíku ve světových tropických lesích negativně koreluje s maximálními denními teplotami, čili stále častější extrémní horka (jako hraniční teplota se udává 32 °C) téměř jistě povedou k snižování účinnosti „odsávání“ antropogenního CO₂.⁵⁾ V celkové bilanci může nakonec převážit uvolňování uhlíku zpět do atmosféry, což už lze bohužel pozorovat například v Amazonii nebo na Borneu.

Příklady drastického ubývání plochy tropických lesů. A – Mizení lesa v Myanmaru, Thajsku, Laosu, Kambodži, Vietnamu a na Malajském poloostrově od roku 1970 do roku 1990. B – Ztráty lesa na ostrově Sumatra zaviněné mýcením a přeměnou na zemědělskou půdu. C – Rozsah odlesňování na Borneu v letech 1950–2020. D – Odlesňování na ostrově Nová Guinea.

Podle Bradshaw C. J. A. et al.: Tropical turmoil: a biodiversity tragedy in progress. Frontiers in Ecology and Environment 7, 79–87, 2009, DOI: 10.1890/070193

Oceány a lesy

Z pohledu globální klimatické změny je nejdůležitějším poznatkem nové studie skutečnost, že lesy pohlcují téměř polovinu emisí uhlíku z fosilních paliv – v průměru 3,56 PgC za rok. Téměř dvě třetiny tohoto užitku, průměrně 2,24 PgC za rok, jsou však smazány kácením a vypalováním tropických lesů; skleníkový plyn oxid uhličitý se nakonec vrací do atmosféry. Průměrný čistý propad uhlíku v tropických lesích je proto jen 0,29 PgC za rok, zatímco v temperátních a boreálních lesích je to 1,04 PgC za rok, tedy podstatně více. Velmi efektivní „vysavače“ atmosférického uhlíku v podobě vegetace tropických lesů se kvůli odlesňování stávají téměř neúčinné (obr. 5).

V širším kontextu vidíme, že světové lesy jsou z pohledu čistého propadu (v průměru 1,3 PgC za rok) zdaleka nejpodstatnější suchozemskou složkou globálního propadu uhlíku, která úhrnně tvoří 1,4 PgC za rok. Emise uhlíku z nelesních prostředí jsou totiž dlouhodobě skoro stejné jako propady. Čistý propad atmosférického uhlíku do oceánů je však z celosvětového hlediska nejdůležitější a v posledních třech dekádách stoupal od 2,0 do 2,8 PgC za rok. Christopher Sabine odhadl, že v letech 1800–1994 oceány pohltily 118 ±19 PgC. Toto množství odpovídá 48 % CO₂ vypuštěného do atmosféry spalováním fosilních paliv a při výrobě cementu za stejné období.⁶⁾ Je nasnadě, že bez působení oceánských i suchozemských, zejména lesních úložišť uhlíku vypouštěného člověkem do atmosféry by byly koncentrace tohoto skleníkového plynu podstatně vyšší a globální oteplování patrně výraznější, než v současnosti zaznamenáváme.

Z celosvětové bilance odstraňování uhlíku z atmosféry jasně vyplývá rozhodující funkce oceánů a lesů. Zároveň je zřejmé, že dnes je nejdůležitějším negativním faktorem odlesňování v tropech. Nejúčinnější reakcí by tedy bylo zpomalit toto odlesňování a zrychlit obnovu už odlesněných ploch. Rozšiřování plochy tropických lesů zalesňováním vhodnými domácími dřevinami má řadu dalších pozitivních důsledků. Vedle zachování a obnovy druhového bohatství v ohniscích biologické diverzity přispívají tropické deštné lesy k lokálnímu i globálnímu ochlazování. Způsobuje to transpirace stromů a tvorba oblaků s jejich vysokým albedem.

Nejde však jen o tropické lesy. Příspěvek temperátních a boreálních lesů k ukládání antropogenního uhlíku je rovněž podstatný (1,04 ±0,07 PgC za rok). Cílem by mělo být pěstování smíšených lesů a vytváření bohaté porostní struktury s nepřetržitou podporou přirozené obnovy. Současné nadšení pro vysazování stromů by však nemělo vést k zalesňování všech otevřených prostranství. To by mohlo způsobit nežádoucí změny vodního režimu, ztrátu biodiverzity, zvýšení intenzity požárů, popř. invaze v případě, že jsou použity rychle rostoucí exotické druhy stromů. Nežádoucí změny albeda (pohlcování většího množství slunečního záření) mohou vyvážit, nebo dokonce negovat výhody z pohlcování uhlíku.⁷⁾

Pomůže legislativa?

Aktuální legislativa Evropské unie již plně zohledňuje úlohu lesů při zachycování atmosférického uhlíku. Nová lesní strategie EU do roku 2030 chápe lesy jako dlouhodobé zásobárny uhlíku, přičemž zdůrazňuje využití dřeva k výrobě produktů, v nichž bude uhlík aspoň po nějaký čas uložen. Netrpělivě očekávané a nyní konečně přijaté Nařízení o obnově přírody ukládá členským státům EU aktivní podporu přírodních ekosystémů, čímž navazuje na systém ochrany evropské přírody (Natura 2000), který funguje již třicet let. Smyslem opatření bude nejen zvýšit biodiverzitu, ale také zlepšit schopnost ekosystémů ukládat uhlík.

Vytčených cílů lze docílit i samovolným rozšiřováním, které je přirozenou vlastností lesních ekosystémů. V Evropě i v ČR plocha lesů dlouhodobě narůstá a tento trend dále pokračuje. To však zřejmě stále nestačí, a proto evropské Nařízení o obnově přírody zavazuje vysadit do roku 2030 tři miliardy stromů. Snad jako symbol a relativně snadno dosažitelný doklad praktické realizace vytčených cílů. O zásobě a dynamice přírůstu dřeva máme za poslední zhruba dvě desetiletí spolehlivé informace díky pravidelnému monitoringu systémem Národní inventarizace lesů.

Dřevní hmota v českých lesích soustavně narůstá, a naše lesy tak v souladu se světovými trendy vstřebávají uhlík. Pro listnáče to platí po celé sledované období 2011–2020. Biomasy zejména buků, dubů a javorů v našich lesích přibývá. U jehličnanů celkovou bilanci narušila kůrovcová kalamita, která mezi lety 2018 a 2022 způsobila výraznou ztrátu dřevní biomasy smrku. Neplánované těžby tvoří od roku 2016 přes polovinu objemu u nás vytěženého dřeva. V letech kulminace kůrovcové kalamity (2018–2021) to bylo dokonce přes 80 %.⁸⁾

Tato fakta jsou nepříjemná nejen pro ekonomiku lesního hospodaření, ale s ohledem na klimatickou krizi, ke které ztráta uhlíku z našich lesů svým dílem přispívá, jsou mimořádně znepokojivá. Lesní hospodaření v ČR musí velmi rychle změnit celkovou strategii, aby bylo do budoucna uhlíkově udržitelné.