English
Zdá se, že po klikaté silničce stoupáme krásnými beskydskými lesy až na konec světa. Ačkoli mobilní operátor váhá, nejsme-li už na Slovensku místo na Moravě, věříme řidiči, že jedeme správnou cestou na Bílý Kříž. I zde, vysoko v horách, trpěly porosty vinou ostravského průmyslu, a tak tu před čtvrt stoletím začal Ústav systémové biologie a ekologie ČSAV zkoumat ekologické dopady na okolní lesy. Původní zaměření se postupně rozšířilo na stále patrnější globální změny, čemuž napovídá i současný název ústavu – Centrum výzkumu globální změny AV ČR, jehož hlavním výzkumným programem je projekt CzechGlobe. V jeho rámci vědci studují dopady globální změny a vyvíjejí adaptační opatření, která umožní rozvoj lidské společnosti v měnících se ekologických podmínkách. Právě na Bílém Kříži se rozkládá jedno z pěti terénních pracovišť projektu CzechGlobe, které patří mezi čtveřici nejlepších ekosystémových stanic v Evropě.
Ačkoli sféry mohou laikům připomínat skleníky, být jimi nesmějí. Musejí se chránit před přehříváním a jediným způsobem chlazení je větrání; střechy se otevírají jen na závětrné straně. V obou musejí být stejné podmínky, jediný rozdíl je v navýšeném CO2.
Lamelové minisféry jsou postaveny na základně 9 x 9 m. Výška konstrukce v nejvyšší části je 7 m. Skelet každé z nich tvoří ocelová konstrukce o váze přibližně 17 tun.
CO2 je skladován v tekuté formě při teplotě –20 až –32 °C v zásobníku o obsahu 21 tun a je průběžně dodáván v plynné formě do sféry.
Celková roční spotřeba CO2 činí 130 tun.
V devíti stech metrech nadmořské výšky zkoumají badatelé toky energií a látek v rostlinách, a to jak u volně rostoucích stromů, tak i ve dvou „minisférách“ (vypadají jako obří skleníky), ve kterých je uzavřen modelový lesní porost a dlouhodobě je vystaven atmosféře o dvojnásobné koncentraci oxidu uhličitého. „Tradice ekosystémové stanice Bílý Kříž sahá do roku 1988, kdy byl iniciován program na záchranu beskydských lesů před zvýšenými průmyslovými emisemi z Ostravska, v jejichž důsledku zdejší lesy umíraly. Stanice měla podchytit změny v produkční aktivitě stromů, čili jak stromy rostou pod vlivem průmyslových emisí. Byl zahájen první monitoring oxidů síry, oxidů dusíku a polétavého prachu, vybudována polní laboratoř a následně první měřicí věž. Jedno z prvních měření představovala komplexní vertikální analýza fotosyntetické aktivity v prostoru korunové vrstvy smrkového porostu,“ vysvětluje ředitel Centra prof. Michal V. Marek, náš průvodce lesní laboratoří.
Ředitel CVGZ Michal V. Marek vysvětluje šéfredaktorce AB Marině Hužvárové princip fungování kmenových komor: „Původní kmenové komory tvořilo jen rameno, které se přikleplo na kmen. Současná konstrukce je kolmá a náraz vzduchu komoru přirazí na kmen, který vydává obrovské množství CO2; za prvé respirací a za druhé se CO2 uvolňuje z vodního proudu v rostlině. Tímto měřením si dokreslujeme výsledky z eddy-kovariance (měření vírů – eddies – a kovariance – měření rychlých průměrů).“
Největším úložištěm dusíku v lese je půda. Systém půdních komor umožňuje celoročně měřit bilanci výdeje CO2 z půdy.
Po roce 1989 – poté, kdy původní projekt zanikl – nabídl ústav zdejší skvělou emisní laboratoř zahraničním kolegům. V tu dobu se ale vědci ve světě již začínali potýkat se závažnějším problémem – globální klimatickou změnou zahrnující vliv zvýšené vzdušné koncentrace CO2 (spojený se skleníkovým efektem) a zvýšené UV-B radiace (spojené s ozonovou vrstvou). Zdejší pracovníci proto mezi prvními vstoupili do společných evropských projektů, které se zabývaly vlivem zvýšené koncentrace CO2 na různé typy ekosystémů, na fyziologické procesy apod. V roce 1992 tak na Bílém Kříži vzniklo první experimentální ekologické pracoviště, kde se v růstových komorách kolem stromů měřily dopady zvýšené koncentrace CO2. „Toutéž problematikou se zabýváme dodnes, neboť se ukazuje, že odpovědi na otázky, jak vlastně rostliny reagují na dlouhodobé působení zvýšené koncentrace oxidu uhličitého v ovzduší, jsou stále nedostatečné. Navíc, významným kritériem kvality tohoto typu výzkumu je dlouhodobá realizace experimentu, neboť fyziologická odpověď má dlouhodobější charakter,“ uvádí prof. Marek.
Z toho důvodu vznikla v roce 1997 unikátní impaktová lesní laboratoř – dvě lamelové sféry, v nichž se uzavírá uměle vysázený les. V kultivačních sférách vědci prostřednictvím moderních metod ekofyziologického výzkumu zjišťují, jaké dopady bude mít dlouhodobě navýšená (dvojnásobná oproti současnému stavu) koncentrace CO2 na život lesních porostů.
Kromě zmíněných sfér se na Bílém Kříži nachází klimatologická stanice měřící mj. čistotu ovzduší, úhrny srážek, teplotu a vlhkost vzduchu, rychlost a směr proudícího větru či množství dopadající radiace. Ve vlastním stacionáři jsou umístěna i další přístrojová, zaznamenávací a ovládací zařízení. Součást lesní laboratoře představuje dále volná výzkumná smrková plocha, z níž vyčnívají konstrukce měřících věží s čidly na měření fotosynteticky aktivní radiace a globální radiace, čidla gradientového měření relativní teploty a vlhkosti vzduchu a rychlosti větru.
Na jižním svahu lokality Bílý Kříž se zkoumá horský travní ekosystém. Louka je rozdělena na dvě části, kontrolní a obhospodařovanou, tj. kosenou jedenkrát až dvakrát ročně. Kosená plocha je obsazena převážně druhem Holcus molis a Nardus stricta, zatímco na kontrolní, nekosené ploše rostou druhy Holcus molis, Deschampsia cespitosa, Avenella flexuosa, Juncus effusus a Carex sp.
Klimatologická stanice sestává z meteorologické budky, stanice měřící čistotu ovzduší, stožáru na měření rychlosti a směru proudícího větru a volné plochy se sběrnými nádobami a srážkoměrem. Se sběrem a vyhodnocováním dat pomáhá Český hydrometeorologický ústav Ostrava.
Působení zvýšeného CO2 na rostliny studují badatelé v Centru především prostřednictvím fotosyntézy. Na úrovni fotosyntetického procesu jde totiž o důležitý skleníkový plyn, uhlíkový cyklus je úžasně propojený, a proto je důležité zodpovědět otázku, jestli vůbec současná biota, současné autotrofní organismy mají schopnost vyrovnat se s jeho nárůstem. Principiálně samozřejmě ano, neboť podstata fotosyntézy je v zásadě jednoduchá – karboxylační enzymatická reakce, která funguje na principu čím víc substrátu, tím rychleji se proces uskutečňuje. Nejde však o proces izolovaný. Prof. Marek říká: „Mezi prvními výsledky, které jsme naměřili, prokázali a publikovali, byla tzv. existence aklimační deprese – tj., že u rostlin při dlouhodobém působení zvýšeného CO2 začala stimulace fotosyntetické aktivity odeznívat a dokonce byla nižší než u kontrolních měření, což indikuje existenci celé řady zpětnovazebných limitací asimilace.“
Výzkum na Bílém Kříži rovněž prokázal určitý sezonní charakter výskytu stimulace či naopak limitace fotosyntetické asimilace uhlíku. To souvisí s existencí tzv. sinku, tedy místa intenzivní spotřeby asimilátů. Pro snazší představu: rostlina začne kvést; listy v blízkosti květu mají intenzivní rychlost fotosyntézy. Síla sinku se samozřejmě mění během vegetační sezony a „pohybuje se“ po rostlině. Když strom hledá vodu, investuje do kořenů. Jestliže na jaře narůstá nové listí, síla sinku je v nich. Jednoznačně se ukazuje, že efekt stimulace CO2 je velmi silný, když je silný sink (například na jaře, když se tvoří listy); naopak v průběhu sezony, když dochází k dokončení ontogenetického vývoje listoví, nastupuje limitace, protože síla sinku není přítomna.
„Když jsme na Bílém Kříži v devadesátých letech začali koncentraci CO2 měřit, činila 350–360 ppm, v současnosti je 380–390 ppm – oxid uhličitý tedy v atmosféře prokazatelně narůstá. Kvůli spalování uhlí a změnám využití krajiny o tom nemůžeme pochybovat. Je zbytečné tuto skutečnost zlehčovat, jeho konečný, zesilující efekt na globální oteplování je nezpochybnitelný. Avšak stále nevíme, zda biosféra je, či není schopná se s přebytkem CO2 vyrovnat,“ upozorňuje ředitel Centra výzkumu globální změny.
Jeden hektar horského smrkového porostu ročně pohltí 15 tun oxidu uhličitého a vyprodukuje 10 tun kyslíku.
Kontrolní velín automatického systému pro měření výronů CO2 z půdy a povrchů kmenů stromů předvádí Zdeněk Fojtík, dlouholetý správce a operátor stanice Bílý Kříž.
Nejrozšířenějším způsobem, jak stanovit přímé toky energie a látek (CO2) mezi porosty a atmosférou, zůstává metoda vířivé kovariance, jež se zakládá na měření projevů vzdušných vírů (turbulence). Principem je, že vertikální tok jakékoli skalární veličiny (tj. takové, která je s ohledem na zvolenou jednotku plně určena jediným číselným zdrojem) v ovzduší, např. obsahu CO2 nebo H2O, je součtem průměrného svislého (vertikálního) toku a jeho kolísání (fluktuací).
Speciální komory na horské louce se používají pro měření výměny CO2 mezi travním porostem a atmosférou.
Jde v podstatě o souběžné měření rychlosti a směru jednotlivých vírů vzduchu a s nimi spojených okamžitých koncentrací CO2 a vodní páry. Kovarianční metoda umožňující dlouhodobá měření turbulentních toků energie a látek mezi porostem a přízemní vrstvou atmosféry poskytuje souvislé a okamžité informace o ekosystémech, jejich reakci na narušení prostředí a také vyčísluje faktory, jež způsobují proměnlivost ročních toků a ukládání uhlíku ve studovaném ekosystému. Jde o nejmodernější přístup, který lze aplikovat na celé porosty lesních dřevin, umožňuje vyhodnotit údaje z více zdrojů a v denních chodech velice přesně sledovat výměnu vodní páry a CO2, zjevného a latentního tepla mezi porostem a přízemní vrstvou atmosféry. Jeho prostřednictvím lze stanovit primární a hrubou produkci lesního porostu, účinnost konverze CO2 do biomasy a využití vody při tvorbě biomasy a spolu se znalostmi o vstupech fotosynteticky aktivního záření do porostu i účinnost využití slunečního záření pro tvorbu biomasy.
Horská louka v nadmořské výšce 825–860 m. Profilové měření mikroklimatických charakteristik (obdobně jako v lesním porostu) je umístěno na čtyřmetrovém stožáru.
Prof. Michal V. Marek dodává: „Na pracovištích Centra výzkumu globální změny pěstujeme skutečnou ekofyziologii: v reálných podmínkách a prostředí zkoumáme parametry, jež mohou poskytnout informaci o toku energie a látek. Chcete-li studovat živý systém i v jeho realitě, nejlepším markrem je snažit se pochopit tok energie a látek. Speciálně u rostlin, u autotrofních organismů, je nejdůležitější zaznamenat osud sluneční radiace; z hlediska látek oxid uhličitý a dusík.“
Rozcestí Bílý Kříž najdeme nedaleko severního okraje stejnojmenné horské osady, která se rozkládá v Moravskoslezských Beskydech, na rozhraní Moravy a Slovenska nedaleko vrcholku kopce Sulov (942 m. n. m.). Název osady se váže k dřevěnému, bíle natřenému lidovému kříži stojícímu na horském hřebeni, který se táhne od Grůně na Polom. Jeho původ opřádají legendy; možná zde padl, snad zmrzl a byl pochován finanční strážník (tzv. portáši kdysi hlídali zdejší hranice před pašeráky tabáku). Podle jiných pramenů zde zahubil mor několik četníků, kteří byli na místě pochováni a jejich poslední útulek označen výstražným znamením.
Pro koloběh uhlíku mají středoevropské lesy značný význam. Výzkum toků uhlíku do lesních ekosystémů pomáhá nejen prohlubovat lidské znalosti o jejich produkční ekologii a ekofyziologii rostlin, ale také o možnostech, jak rozumným způsobem snižovat koncentrace CO2 v ovzduší.
MARINA HUŽVÁROVÁ a MARKÉTA PAVLÍKOVÁ,
všechna fota STANISLAVA KYSELOVÁ
Stožár s profilovým měřením mikroklimatických charakteristik vysoký 36 metrů