B1 Studium chemického složení vosku jehlic smrku ztepilého jako biomarkeru zatížení životního prostředí

B1 Studium chemického složení vosku jehlic smrku ztepilého jako biomarkeru zatížení životního prostředí

B1.1.

MORFOLOGICKÁ KVALITA STOMATÁLNÍCH VOSKŮ JEHLIČÍ SMRKU ZTEPILÉHO A JEJÍ VÝVOJ NA VYBRANÝCH LOKALITÁCH ČESKÉ REPUBLIKY V ROCE 2000 Ing. Josef Náhlík, CSc; Ing. Eva Kašová; Romana Bartoníčková Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha Tel.: 24355147, 24355160, Fax: 24310337, E-mail: [email protected]

B1.1. 1. ÚVOD Toto pojednání rozvíjí poznatky, prezentované souhrnně ve zprávách z let 1996 až 1998, [1], [2], [3] a [4] a současně stručně shrnuje hlavní výsledky za celé sledované období. Odborná veřejnost byla s výsledky seznámena v [5] a [6]. Než přistoupíme k prezentaci výsledků letošního roku a zhodnotíme hlavní výsledky výzkumu za celé období let 1996 až 2000, připomeňme stručně chronologii minulých experimentů, jejich strategii či filosofii. Zásadní inspirací pro náš přístup se staly práce rakouských autorů, [7], [8], které na požádání ochotně poskytla vedoucí laboratoře Elektronové řádkovací mikroskopie (dále jen EŘM) ze Spolkové agentury pro životní prostředí ve Vídni (Umweltbundesamt, Wien) Dr. Cristina Trimbacher. Oproti přístupům jiných autorů vynikal tento systém (pracovně nazvaný „rakouským systémem hodnocení“) výraznou snahou po nalezení kompromisní míry mezi pracnosti realizace a vypovídací schopností. Bylo to důležité s ohledem na pozdější masívní nasazení tohoto systému v Rakousku (celkem 25 vytypovaných lokalit). Hodnotí se pouze prostor stomatu, nikoli mezistomatální prostor. Standardním způsobem, ale blíže nepublikovaným, jsou z větví sedmého přeslenu dvou typických stromů smrku ztepilého (Picea Abies) odebrány jehlice ze všech stran, zamíchány, a pak je náhodně vybrán směsný vzorek 24 jehlic. Na každé jehlici je na EŘM pořízen portrét tří stomat (u báze, ve středu a na špičce) ve standardním zvětšení 2000. Vlastní hodnocení je založeno na numerickém ocenění míry degradace stomatálních voskových struktur a procentuálního podílu degradované struktury na celkové ploše stomatu. Hodnotí se stomata na jehlicích prvního ročníku bezprostředně po skončení vegetačního období (říjen). Morfologická kvalita stomatálního vosku je charakterizována zařazením do jedné z 5 kvalitativních tříd podle prezentovaného hodnotitelského klíče tzv. rastrovou metodou (podrobně viz. [1], [7], [8]). Zařazení do tříd se přitom řídí právě mírou degradace stomatálního vosku a podílem degradace na celkové ploše stomatu. Postupně se pak vypočte průměrná kvalita vosku na stomatu a průměrná kvalita st. vosku na lokalitě (MQ). Numerické hodnotě MQ je pak přiřazen výrok o třídě celkového hodnocení lokality TQ ve čtyřech kvalitativních třídách (žádné, slabé, střední a silné poškození). Z rakouského systému byla převzata velikost souboru jehlic (24), počet a poloha hodnocených stomat na jehlici (3 - tj. u báze, ve středu a u špičky) a hodnotitelský klíč. Podařilo se nalézt a zabezpečit podmínky pro aplikaci techniky EŘM. Experimentálně bylo prokázáno, že je nezbytné zvýšit povrchovou vodivost jehlic a při portrétování používat jen takovou plošnou hustotu energie primárního svazku elektronů, aby nedocházelo k pozorovatelnému radiačnímu poškození voskových struktur. K úpravě povrchové vodivosti jehlic byla použita technika katodového naprašování zlata (cca 20 nm).

1


Výsledkem počátečních experimentů je, že portrétování stomat na EŘM TESLA BS 340 s digitálním systémem akvizice obrazu TESCAN TS 1103 je vhodné provádět při urychlovacím napětí do 10 až 15 kV, s proudem svazku do 100 pA. Potřebné zvětšení bývá v rozsahu 1500 až 5000 (viz [1], [2]). Problémy nečinilo ani použití rastrové metody a převzatého hodnotitelského klíče. Hodnotitelský klíč je velmi dobře popsán, a tak je spíše výjimečně diskutabilní zařazení jednotlivého stoma do té které ze sousedních kvalitativních tříd. Charakteristiky jednotlivých tříd používaných v Rakousku i u nás jsou shrnuty v tab.1. Tab.1. Charakterizace pětistupňové škály hodnocení kvality stomatálního vosku Třída kvality

1

2 3

4 5

Charakteristika stavu stomatálního vosku Tato třída vykazuje nedotčený dobře vyvinutý stomatální vosk s jasně viditelnými jednotlivými vlákny, což je charakteristické pro jednoleté jehličí z území nezatížených exhalacemi. Začínající apikální fúze jednotlivých voskových vláken se může vyskytovat na nejvýše 10 % z celkové stomatální plochy. Vždy několik voskových tyčinek se na koncích v další fázi může na různých místech průduchu dále slévat na maloplošné agregáty, na tzv. voskové „tufy“, které zaujímají od 10 % do 25 % celkové plochy stomatu. Vedle voskových „tufů“ se vyskytují navíc velkoplošné destičky vosku, které pokrývají dohromady 25% až 50 % celkové plochy. Jestliže vykazuje stomatální vosk až 100 % zesíťovaných agregací, ale ještě žádné voskové destičky, je takový vzorek také třeba zahrnout do 3. kvalitativní třídy. Tato třída vykazuje pokročilý stupeň poškození stomatálního vosku, kdy je 50 % až 75 % celkové plochy stomatu pokryto maloplošnými voskovými agregacemi a velkoplošnými voskovými destičkami. Více než 75 % plochy stomatu vykazuje destičkové uspořádání struktury vosku, tzn., že epistomatální prostor je téměř celý, nebo dokonce zcela vyplněn amorfní voskovou krustou.

Oproti tab.1 se někdy definuje ještě zvláštní třída 6, která se ale do průměru nezahrnuje.Do této třídy spadají ty průduchy, kterým buď vosková struktura chybí, nebo jejichž hodnocení není možné pro povlak prachu či epibiontů. V našem přístupu se přikláníme ke statistickému vyhodnocení přítomnosti prachu či epibiontů v zorném poli při portrétování stomatu a snažíme se vyhnout (je-li to možné) těm stomatům, která nelze pro pokrytí cizími strukturami uspokojivě hodnotit. Zvláštní třídu 6 tedy nepoužíváme, ale mapujeme a dokumentujeme výskyt anomálních struktur. V roce 1997 byl výše naznačený přístup aplikován na lokalitách ST06 - Řepice, okr. Strakonice a UHO2 - Újezd u Boršic, okr. Uherské Hradiště, kde byly zkoumány jehlice prvního až třetího ročníku ve dvou termínech (konec dubna a konec září 1997). Výsledkem očekávaným byla zhoršující se kvalita vosku přirozeným stárnutím. Objevily se však některé nesrovnalosti jarního a podzimního termínu. Postupně byly vyvráceny obavy, že jsou důsledkem individuálního charakteru vizuálního hodnocení a vznikla domněnka, že nejpravděpodobnější příčinou je přirozený rozptyl kvality. To pak na jaře roku 1998 potvrdily experimenty na lokalitě ZR09 - Velké Losenice, okr. Ždár nad Sázavou, kde se zkoumal rozptyl stanovené kvality na souboru 5-ti vizuálně podobných stromů [3]. Přestože střední kvadratická odchylka průměrné kvality na 72 stomatech jehlic z několika málo výhonů jednoho stromu činila maximálně 0,13 třídy, lišila se průměrná kvalita na jednotlivých stromech až o jednu třídu (pro úplnost dodejme, že střední kvadratická odchylka průměrné kvality stanovená na souboru oněch pěti stromů činila cca 0,33 třídy).

2


V následném experimentu „Větev“ pak bylo prokázáno, že rozptyl po jednotlivých výhonech větve je analogický jako na souboru vizuálně podobných stromů [10]. Na základě těchto výsledků a dalších zkušeností pak byl v roce 1999 modifikován odběrový předpis a konstrukce směsného vzorku tak, aby statisticky přiměřeně reprezentoval přirozený rozptyl kvality a průměrná kvalita dobře charakterizovala stav lokality [4]. Koncem září roku 1998 bylo po skončení vegetačního období zhodnoceno pět vytypovaných lokalit, a v polovině října 1999 pak sedm lokalit. Meziročním porovnáním průměrné kvality stomatálních vosků na sledovaných lokalitách bylo možno konstatovat buď statistickou shodu kvality (ZR09), nebo mírné (statisticky málo významné) zlepšení na ostatních lokalitách [4]. V roce 2000 byly výsledky a zkušenosti z minulých let aplikovány ve třech experimentech. Jedná se opět o experiment „Vybrané lokality ČR“, experiment „Vývoj“ a experiment „Ozón“. Experiment „Vybrané lokality“ navazuje na linii předchozích experimentů a tvoří s nimi vývojovou řadu. Byla pouze důsledně aplikována zpřesněná metodika odběru směsného vzorku - tzv. „systém 4x6“ (detailně viz [4], nebo komentář k tomuto experimentu na str. 7 a 8 tohoto pojednání), doporučený laboratoří EŘM na základě experimentu „Větev“ (viz [4], [6] a [10]). Experimenty „Vývoj“ a „Ozón“ vycházejí z hypotézy statistické kontraktivity projekce lokalizace odebraného vzorku na míru morfologické kvality stomatálního vosku. Tato vlastnost byla mimo plán v roce 1999 v omezené míře testována a dosud nebyl nalezen žádný věcný důvod pro její odmítnutí, i když nelze říci, že tato hypotéza byla prokázána statisticky významným rozsahem experimentů. Její předností je, že je založena na odběru jednotlivých jehlic, a je tedy i velmi šetrná k testovanému jedinci smrku ztepilého. Podstatné je, že tato metodika, navržená laboratoří EŘM, je schopna rozlišit i jemnější vývojové diference morfologické kvality stomatálních vosků, neboť minimalizuje vliv přirozené variability prokázaný zejména v [10]. Pracovně byla tato nová metodika nazvána „metodou intaktního výhonu“ - v okruhu řešitelů je však známa spíše pod slengovým názvem „náhlíkova metoda“. Nevýhodou je náročnější realizace odběru vzorku, neb jde o jemnou a náročnou manipulaci se vzorky ve výšce. Proto byla v laboratoři EŘM navržena a ve třech kusech realizována speciální souprava pro bezpečnější odběr, manipulaci a následný transport vzorků. V experimentu „Vývoj“ jde o dlouhodobé sledování vývojové tendence na lokalitě CR01 - Svratouch, okr. Chrudim (testovací perioda je 6 měsíců), a v experimentu „Ozón“ pak o sledování krátkodobých vývojových tendencí během vegetačního období na téže lokalitě (vzorkovací perioda cca 6 týdnů) ve srovnání s lokalitou PU12 - Býšť, okr. Pardubice. Očekává se přitom (mimo jiné) možná korelace vývoje s integrální dávkou expozice přízemním „Ozónem“, jak vyplývá z názvu experimentu. V roce 2000 bylo ke dni 15. 11. 2000 provedeno v laboratoři EŘM celkem 14 analýz, jejichž výsledky jsou kompletně shrnuty ve 14-ti číslovaných protokolech, které jsou nedílnou součástí této zprávy a jsou uvedeny jako přílohy 1 až 14 této práce. Kompletní protokolární dokumentace k experimentu „Vybrané lokality ČR“je obsažena v příloze 4 a 9 až 14. K experimentu „Vývoj“ se vztahují přílohy 1, 7, 8. K experimentu „Ozón“ přináleží přílohy 2, 3, 7, 8. Čísla příloh souhlasí i s pořadovými čísly protokolů vystavenými v laboratoři EŘM v roce 2000.

3


Výsledná data z jednotlivých experimentů letošního roku a vybraná data z minulých let byla pro přehlednost z příslušných protokolů a zpráv soustředěna do tabulek a obrázků. Tato data budeme nyní postupně stručně komentovat. Všechna obrazová a numerická data budou archivována na CD ROM a pro studijní účely dostupná k nahlédnutí u autora tohoto pojednání. B1.1. 2. KOMENTÁŘ K EXPERIMENTŮM E x p e r i m e n t „Vývoj“ Projekt probíhá na lokalitě CR01 od října 1999 a je proponován nejméně na tři roky (bude-li materiálně podporován). Spočívá v postupném periodickém testování stomat (po 6-ti měsících) na jehlicích odebíraných z centrální části stále týchž označených výhonů téhož smrku (podstata „náhlíkovy metody“ odběru a konstrukce směsného vzorku). Průběžně je prováděno i vyhodnocování morfologické kvality, aby mohl být experiment případně včas korigován. Konečné vyhodnocení by ale mělo proběhnout až po skončení experimentu, nebo nejméně po třech letech, a to najednou a pouze jedním zkušeným hodnotitelem, aby se vyloučilo možné ovlivnění výsledků časovým odstupem mezi hodnoceními, nebo drobnými odchylkami pohledů různých hodnotitelů. Průběžné výsledky jsou soustředěny v tab. 2. Vývoj distribuce kvalitativních tříd pak reprezentuje obr. 1. Tab. 2. Souhrnné vyhodnocení dlouhodobého vývoje kvality stomatálního vosku jehlic smrku ztepilého na lokalitě CR 01 v roce 2000 (odběr „náhlíkovou metodou“) Termín odběru; Stáří při odběru říjen 1999; 6 měsíců duben 2000; 12 měsíců září 2000; 18 měsíců září 2000; 6 měsíců

PrůměrSměroná kvalita datná vosku na odchylka lokalitě veličiny MQ MQ 2,91

0,11

4,45

0,07

4,45

0,07

3,61

0,13

Celková třída hodnocení TQ

Prach [%]

Relativní četnosti jednotliEpibion- vých kvalitativních tříd vosku ty [%] stomat [%]

(podle MQ)

tř. 1 tř. 2 tř. 3 tř. 4 tř. 5

2 lehké poškození 4 silné poškození 4 silné poškození 3 střední poškození

45,8

61,1

1,4

37,5 40,3

9,7

11,1

50,0

13,9

0,0

1,4

9,7

31,9 56,9

43,1

37,5

0,0

0,0

9,7

29,2 61,1

12,5

27,8

0,0

16,7 30,6 23,6 29,2

Z tabulky a zobrazených distribucí je patrné postupné zhoršování morfologické kvality. Ze srovnání stavu 12-ti měsíčních a 18-ti měsíčních jehlic je vidět, že evidentní posuv distribuce kvalitativních tříd (stanoveno zaokrouhlením jednotlivých průměrných kvalit vosku ve stomatech - diskrétní škálování) se nemusí nutně odrazit ve statistickém výsledku (používá se výsledek odvozený od spojitého škálování) - detailně viz. protokoly v příloze 1 a 7.

4


E x p e r i m e n t „Ozón“ Projekt probíhá na lokalitách CR01 a PU12 a byl navržen k porovnání obou lokalit co do rychlosti degradace morfologické kvality stomatálních vosků v rámci jednoho vegetačního období. Obecně je třeba prokázat, že takové diference rychlosti degradace existují a jsou měřitelné na přiměřené úrovni statistické významnosti. Potom je možné přistoupit k hledání příčin zrychlené degradace. Zvýšená přítomnost přízemního ozónu by mohla být jednou z nich. Sama existence různých stupňů degradace v průběhu celého Relativní četnost výskytu kvalitativních tříd stomatálního vosku jehličí smrku ztepilého na lokalitě CR01 - Svratouch, okres Chrudim, experiment "Vývoj" (jehlice prvního ročníku, duben 2000, stromy 1, 2, 3, 4)

45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Relativní četnost 1 výskytu [%] 2

Relativní četnost výskytu [%]

Relativní četnost výskytu kvalitativních tříd stomatálního vosku jehličí smrku ztepilého na lokalitě CR01 - Svratouch, okres Chrudim, experiment "Vývoj" (jehlice prvního ročníku, říjen 1999, stromy 1, 2, 3, 4)

3

4

60 50 40 30 20 10 0

5

1

2

Třída kvality [1 až 5]

a) Říjen 1999; 6 měsíců



30 25 20 15 10 5 0 3

5

Relativní četnost výskytu kvalitativních tříd stomatálního vosku jehličí smrku ztepilého na lokalitě CR01 - Svratouch, okres Chrudim, experiment "Vývoj" (jehlice druhého ročníku, září 2000, stromy 1, 2, 3, 4)

35

2

4

d) Duben 2000; 12 měsíců

Relativní četnost výskytu kvalitativních tříd stomatálního vosku jehličí smrku ztepilého na lokalitě CR01 - Svratouch, okres Chrudim, experiment "Vývoj" (jehlice prvního ročníku, září 2000, stromy 1, 2, 3, 4)

1

3 Třída kvality [1 až 5]

4

70 60 50 40 30 20 10 0

5

1

2


3

4

5


b) Září 2000; 6 měsíců

e) Září 2000; 18 měsíců

Obr. 1. Dlouhodobý vývoj distribuce relativní četnosti kvalitativních tříd stomatálního vosku jehlic smrku ztepilého odebraných postupně na lokalitě CR01 „náhlíkovou metodou“. vegetačního období se má za dostatečně prokázanou (viz experiment „Vybrané lokality ČR“). Výsledky zjištěné v termínech 31. 7. 2000 a 18. 9. 2000 na lokalitě CR01 jsou shrnuty v tab. 3. K lokalitě PU12 se ve stejném smyslu vztahuje tab. 4. Tab. 3. Souhrnné vyhodnocení vývoje kvality stomatálního vosku jehlic prvního ročníku smrku ztepilého na lokalitě CR 01 v roce 2000 TerPrůměrmín ná kvalita odběru vosku na lokalitě MQ 31. 8. 2000 18. 9. 2000

Směrodatná odchylka veličiny MQ


3,16

0,13

3,61

0,13

3 střední poškození 3 střední poškození

Prach [%]

Relativní četnosti jednotlivých Epibionty kvalitativních tříd vosku stomat [%] [%]

(podle MQ)

5

tř. 1

tř. 2

tř. 3

tř. 4

tř. 5

9,7

34,7

0,0

36,1

29,2

12,5

22,2

12,5

27,8

0,0

16,7

30,6

23,6

29,2


Odpovídající vývoj distribuce kvalitativních tříd na obou lokalitách pak reprezentuje obr. 2 . Při odběru a konstrukci směsného vzorku byla opět použita „náhlíkova metoda“. Na lokalitě CR01 se morfologická kvalita ve sledovaném období zhoršila o 0,45 třídy, což lze s ohledem na velikost příslušného rozptylu obou hodnocení (±0,13) považovat za statisticky významný rozdíl. Na lokalitě PU12 došlo ve stejném smyslu ke zhoršení o 0,27 třídy. I zde je tedy třeba, s ohledem na odpovídající rozptyl (max. ±0,09), považovat zjištěný rozdíl za statisticky významný. Lze tedy konstatovat, že ve sledovaném období probíhala na lokalitě CR01 degradace rychleji než na lokalitě PU12, a to průměrně cca dvakrát. Tab. 4. Souhrnné vyhodnocení vývoje kvality stomatálního vosku jehlic prvního ročníku smrku ztepilého na lokalitě PU12 v roce 2000 TerPrůměrmín ná kvalita odběru vosku na lokalitě MQ 31. 8. 2000 18. 9. 2000

Směrodatná odchylka veličiny MQ


2,66

0,08

2,93

0,09

2 lehké poškození 2 lehké poškození

Prach [%]

(podle MQ)

4

44,4

9,7

1,4

2,8

23,6

1,4

27,8

55,6

11,1

5,6


40 35 30 25 20 15 10 5 0 1

5

2

4

5

d) CR01 - 31. 8. 2000 Relativní četnost výskytu kvalitativních tříd stomatálního vosku jehličí smrku ztepilého na lokalitě CR01 - Svratouch, okres Chrudim, experiment "Ozon" (jehlice prvního ročníku, 18. září 2000, stromy 1, 2, 3, 4) Relativní četnost výskytu [%]



Relativní četnost výskytu kvalitativních tříd stomatálního vosku jehličí smrku ztepilého na lokalitě PU12 - Býšť, okres Pardubice, experiment "Ozon" (jehlice prvního ročníku,18. září 2000, stromy 1, 2, 3, 4) 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 3

tř. 5

43,1

a) PU12 - 31. 8. 2000

2

tř. 4

1,4


1

tř. 3

29,2

Relativní četnost výskytu [%] 3

tř. 2

Relativní četnost výskytu kvalitativních tříd stomatálního vosku jehličí smrku ztepilého na lokalitě CR01 - Svratouch, okres Chrudim, experiment "Ozon" (jehlice prvního ročníku, 31. červenec 2000, stromy 1, 2, 3, 4)

45,0 40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 2

tř. 1 1,4

Relativní četnost výskytu kvalitativních tříd stomatálního vosku jehličí smrku ztepilého na lokalitě PU12 - Býšť, okres Pardubice, experiment "Ozon" (jehlice prvního ročníku, 31. červenec 2000, stromy 1, 2, 3, 4)

1


4

35 30 25 20 15 10 5 0 1

5

2

3

4

5



b) PU12 - 18. 9. 2000

e) CR01 - 18. 9. 2000

Obr. 2. Vývoj distribuce relativní četnosti kvalitativních tříd stomatálního vosku jehlic prvního ročníku smrku ztepilého odebraných postupně na lokalitě PU12 a CR01.

6


E x p e r i m e n t „Vybrané lokality ČR“ Kompletnímu standardizovanému testu morfologické kvality stomatálních vosků byly na přelomu první a druhé dekády měsíce října roku 2000 podrobeny následující lokality: ZR09 - Velké Losenice, okr. Ždár n. S., ST06 - Řepice, okr. Strakonice, PZ04 - Trnová u Jíloviště, okr. Praha, UH02 - Újezd u Boršic, okr. Uh.Hradiště, PU12 - Býšť, okr. Pardubice, CR01 - Svratouch, okr. Chrudim, FM01 - Bílý Kříž, okr. Frýdek Místek. Tab. 5. Souhrnné vyhodnocení kvality stomatálního vosku letošních jehlic smrku ztepilého odebraných na šesti různých lokalitách České republiky v půli října 2000 Lokalita (kód)

Velké Losenice (ZR09) Trnová u Jíloviště (PZ04) Újezd u Boršic (UH02) Býšť u Pardubic (PU12) Řepice u Strakonic (ST06) Svratouch u Chrudimi (CR01)

PrůměrSměroCelková ná kvalidatná třída hodta vosku odchylka nocení na lokali- veličiny TQ tě MQ MQ (podle MQ) 2,14

0,09

2,14

0,10

2,25

0,11

2,32

0,09

2,45

0,11

2,90

0,13

Prach [%]

1 žádné poškození 1 žádné poškození 2 lehké poškození 2 lehké poškození 2 lehké poškození 2 lehké poškození

Relativní četnosti jednotlivých Epibionty kvalitativních tříd vosku stomat [%] [%] tř. 1

tř. 2

tř. 3

tř. 4

tř. 5

19,4

61,1

25,0

44,4

26,4

4,2

0,0

20,8

23,6

18,1

54,2

19,4

6,9

1,4

36,1

55,6

18,1

54,2

12,5

11,1

4,2

20,8

45,8

18,1

44,4

30,6

6,9

0,0

36,1

56,9

11,1

44,4

27,8

15,3

1,4

41,7

47,2

2,8

44,4

23,6

16,7

12,5

Prvních pět lokalit je hodnoceno již třetím rokem a lokalita CR01 druhým. Odběry vzorků byly uskutečněny ve standardním termínu v minimálním časovém rozpětí a byly hodnoceny jedním hodnotitelem. Jsme proto oprávněni výsledky na těchto lokalitách udávat souhrnně a provádět srovnání navzájem i meziročně. Lokalita Bílý Kříž, zařazená dodatečně na přání kooperantů, byla ovšem testována o více než měsíc dříve, a proto ji budeme uvádět a posuzovat odděleně od ostatních lokalit. Na všech lokalitách byl použit standardizovaný odběrový předpis v systému „4x6“. Tím se rozumí následující postup. Ze čtyř stromů, typických pro danou lokalitu, odebrat z větve sedmého přeslenu, orientované do otevřené krajiny v horizontální rovině, levou a pravou postranní větev tvořící třetí přeslen větve. Postranní větve uložit do volných mikrotenových sáčků ozna-

7


čených kódem lokality, číslem stromu a písmenem L nebo P podle toho, zda jde o levou nebo pravou postranní větev při pohledu od kmene stromu. Před testováním tyto vzorky skladovat při teplotě -2 až -4 °C. Směsný vzorek konstruovat tak, že z každé této postranní větve odebereme po třech vizuálně podobných vedlejších letorostech a z jejich střední části pak po jedné jehlici v horizontální rovině letorostu.

Relativní četnost výskytu kvalitativních tříd stomatálního vosku jehličí smrku ztepilého na lokalitě PU12 - Býšť, okres Pardubice (jehlice prvního ročníku, říjen 2000, stromy 609, 610, 612, 615) Relativní četnost výskytu [%]


Relativní četnost výskytu kvalitativních tříd stomatálního vosku jehličí smrku ztepilého na lokalitě ZR09 - Velké Losenice (Hřiště), okres Žďár nad Sázavou (jehlice prvního ročníku, říjen 2000, stromy 605, 666, 668, 670) 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 1

2

3

4

45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

5

1

2


a) ZR09



50 40 30 20 10 0 3

4

45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 1

5

2

b) PZ04



5

Relativní četnost výskytu kvalitativních tříd stomatálního vosku jehličí smrku ztepilého na lokalitě CR01 - Svratouch, okres Chrudim (jehlice prvního ročníku, říjen 2000, stromy 351, 531, 532, 535)

60 50 40 30 20 10 0 3

4

e) ST06

Relativní četnost výskytu kvalitativních tříd stomatálního vosku jehličí smrku ztepilého na lokalitě UH02 - Újezd u Boršic, okres Uherské Hradiště (jehlice prvního ročníku, říjen 2000, stromy 651, 652, 655, 656)

2



1

5

Relativní četnost výskytu kvalitativních tříd stomatálního vosku jehličí smrku ztepilého na lokalitě ST06 - Řepice, okres Strakonice (jehlice prvního ročníku, říjen 2000 stromy 625, 628, 633, 635)

60

2

4

d) PU12

Relativní četnost výskytu kvalitativních tříd stomatálního vosku jehličí smrku ztepilého na lokalitě PZ04 - Trnová u Jíloviště, okres Praha (jehlice prvního ročníku, říjen 2000, stromy 637, 640, 642, 644)

1


4

45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 1

5

2

3

4

5



c) UH02

f) CR01

Obr. 3. Distribuce relativní četnosti výskytu kvalitativních tříd stomatálního vosku jehlic prvního ročníku smrku ztepilého na šesti různých lokalitách České republiky (shodných jako loni) v půli října 2000 ( a) - ZR09, b) - PZ04, c) - UH02, d) PU12, e) - ST06, f) - CR01 ) Tak vznikne soubor 24 letorostů, a také soubor 24 jehlic, obvyklý při standardizovaném testování morfologické kvality stomatálních vosků. Metodicky je odběr pro EŘM navržen tak, aby minimálně poškozoval testovaný strom při opakovaných analýzách. Poznamenejme, že pro sledování dlouhodobého tren-

8


du vývoje stavu lokality není vhodná metoda cyklické záměny hodnocených stromů používaná pro odběry vzorků pro klasické chemické analýzy. Numerické a grafické zpracování výsledků experimentu „Vybrané lokality ČR“ na prvních šesti lokalitách je uvedeno v tab. 5 a na obr 3. Porovnáme-li výsledky hodnocení s minulým rokem (viz [4]), je dobře patrné evidentní zlepšení stavu téměř na všech lokalitách. Zatímco na CR01 je meziroční zlepšení statisticky nevýznamné (pouze 0,10 třídy) a obdobně na lokalitě ST06 (0,16 třídy), došlo na ostatních lokalitách ke zlepšení významnějšímu - na úrovni cca 0,5 třídy (UH02 - 0,47 třídy, PU12 - 0,51 třídy, PZ04 - 0,53 třídy). Všechny lokality lze hodnotit nanejvýše jako lehce poškozené a lokalita ZR09 a PZ04 překročila hranici, pod kterou je lokalita považována za nepoškozenou. U tradičně nejlepší lokality ZR09 to není překvapivé. Pozoruhodné je to u lokality PZ04. To by mohlo svědčit o pozitivním trendu ve zlepšování životního prostředí i v okolí Prahy. Zvláště pozoruhodné je porovnání stavu morfologické kvality stomatálních vosků na vybraných lokalitách ČR v celém tříletém období, ve kterém byla tato kvalita sledována. Na obr. 4 je graficky prezentován kompletní souhrn vzájemně korespondujících dat, které jsou v numerické formě prezentovány ve [3] (rok 1998), [4] (rok 1999) a za rok 2000 v tab. 5 této práce. Trend vývoje průměrné kvality stomatálního vosku na vybraných lokalitách ČR v letech 1998 až 2000 MQ1998 4

Průměrná kvalita st. vosku MQ

3,5 3

SMO1998 MQ1999 SMO1999 MQ2000 SMO2000

2,5 2 1,5 1 0,5 0 ZR09

ST06

PZ04

UH02

PU12

CR01

BR02

Kódové označení lokalit

Obr. 4. Stav morfologické kvality stomatálních vosků na vybraných lokalitách ČR v letech 1998 až 2000 (MQ - průměrná kvalita stomatálních vosků na lokalitě, SMO - Směrodatná odchylka veličiny MQ) Z obr. 4 je dobře patrný pozitivní trend vývoje MQ, který by mohl být, podle našeho názoru, interpretován jako důsledek zlepšujícího se stavu životního prostředí v ČR. Celkově přitom evidentně nejde o zlepšení statisticky nevýznamné (viz velikost směrodatných odchylek na obr. 4), ani zcela náhodné (trend je obdobný na všech dlouhodobě sledovaných lokalitách).

9


Porovnáním lze zjistit ještě další trendy, které podporují správnost závěru o zlepšujícím se stavu životního prostředí. Vesměs lze říci, že klesá podíl anorganických částic pozorovaných na jehlicích a narůstá četnost i rozmanitost objektů biologického původu - lokality „ožívají“. Zejména to platí právě o lokalitě PZ04, kde výskyt prachových částic v letošním roce prudce poklesl. Numerické a grafické výsledky zjištěné kompletní analýzou morfologické kvality stomatálních vosků jehlic letorostů na lokalitě Bílý Kříž jsou uvedeny v tab. 6 a obr. 5. Tab. 6. Vyhodnocení kvality stomatálního vosku letošních jehlic smrku ztepilého odebraných na lokalitě FM01 Bílý Kříž, okr. Frýdek Místek, 3.září 2000 Lokalita (kód)

Bílý Kříž (FM01)

PrůměrSměroCelková ná kvalidatná třída hodta vosku odchylka nocení na lokali- veličiny TQ tě MQ MQ (podle MQ) 1,97

0,09

1 žádné poškození


Relativní četnost výskytu kvalitativních tříd stomatálního vosku jehličí smrku ztepilého na lokalitě FM01 - Bílý Kříž, okres Frýdek Místek (jehlice prvního ročníku, září 2000, stromy 1, 2, 3, 4) 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 1

2

3

Prach [%]

4

36,1


30,6

tř. 1

tř. 2

tř. 3

tř. 4

tř. 5

29,2

50,0

18,1

1,4

1,4

Obr. 5. Distribuce relativní četnosti výskytu kvalitativních tříd stomatálního vosku letošních jehlic smrku ztepilého, odebraných na lokalitě FM01 Bílý Kříž, okr. Frýdek Místek, 3. září 2000

5


Na lokalitě Bílý Kříž byl zjištěn nepochybně statisticky nejlepší okamžitý stav morfologie stomatálního vosku. Tento výsledek se ale statisticky významně neliší od hodnocení lokality ZR09 v tomto kalendářním roce, a tak jde pravděpodobně o lokalitu sice kvalitní, nicméně nikoliv mimořádnou, jak se bezprostředně po vyhodnocení jevila s ohledem na zkušenosti minulých let. Je třeba ale opět znovu zdůraznit, že výsledek na této lokalitě lze jen ztěží srovnávat s výsledky ostatních analýz, protože tento test proběhl o měsíc dříve než na ostatních lokalitách. Z experimentu „Ozón“ přitom víme, že během této doby by velmi pravděpodobně morfologická kvalita stomatálního vosku klesla (průměrná třída hodnocení by vzrostla). B1.1. 3. ZÁVĚRY Z dříve uvedených dílčích závěrů lze učinit následující závěry hlavní. 1. Experiment „Vývoj“ je v počátku a jeho výsledky nejsou zatím ve sporu s očekáváním. Je proponován ke dlouhodobému sledování vývoje morfologické kvality st. vosku na lokalitě se zvýšenou rychlostí degradace a perspektivně (v horizontu dalších dvou let) by mohl přispět k fenomenologickému objasnění procesu částečné regenerace stomatální výplně.

10


2. V experimentu „Ozón“ bylo zjištěno, že „náhlíkovou metodou“ odběru a konstrukce směsného vzorku lze na lokalitách se zvýšenou degradací detekovat vývoj morfologické kvality a posuzovat rychlost degradace i v rámci jednoho vegetačního období s minimálním vlivem přirozené variability míry této morfologické kvality. Ve sledovaném období probíhala degradace na CR01 cca dvakrát rychleji než na PU12. 3. Šestice lokalit hodnocených v minulém roce vykazuje v letošním roce na všech lokalitách zlepšení průměrné kvality stomatálních vosků. Na lokalitách ST06 a CR01 je zlepšení statisticky nevýznamné, na ostatních lokalitách je zlepšení významné a činí cca 0,5 třídy. V případě lokalit ST06, UH02, PU12 a CR01 je kvalita stomatálních vosků na úrovni lehkého poškození. Lokality ZR09 (s očekávání) a PZ04 (nečekaně) překročily hranici, kdy jsou stomatální vosky charakterizovány jako nepoškozené (ovlivněny pouze přirozenou degradací, nikoliv stavem životního prostředí - viz zejména [7], [8], [9]). 4. Průměrná kvalita stomatálních vosků na lokalitě Bílý Kříž dovoluje učinit závěr, že může jít o kvalitní lokalitu, velmi pravděpodobně srovnatelnou se ZR09. 5. Velmi povzbudivý je dlouhodobý trend pozitivního vývoje průměrné hodnoty morfologické kvality stomatálního vosku (MQ) na sledovaných lokalitách ČR (obr. 4). Během posledních tří let došlo celkově ke statisticky významnému zlepšení sledovaného parametru, které může být ztěží považováno za náhodné. Podle našeho názoru může sledovaný parametr z dlouhodobého hlediska dokonce sehrát roli integrální charakteristiky stavu i trendů vývoje životního prostředí v ČR. 6. Zvyšuje se četnost a rozmanitost výskytu epibiontů na sledovaných lokalitách. Výskyt částic anorganického původu (prach) má spíše snižující se tendenci a velmi pravděpodobně svědčí o pozitivním vlivu restrukturalizace průmyslu v ČR. Závěrem konstatujme, že se díky grantové podpoře Ministerstva životního prostředí ČR a díky neformální spolupráci s nadanými studenty a doktorandy podařilo zvládnout celý hodnotící cyklus kvality stomatálních vosků na přiměřené rutinní úrovni, počínaje originálním postupem reprezentativního odběru vzorků a originální konstrukcí směsného vzorku, přes aplikaci techniky EŘM na tento druh preparátu, až po protokolární vyhodnocení, statistické zpracování a archivaci všech obrazových a numerických dat na CDROM (od roku 1996 do listopadu 1999 čítá archiv primárních dat 27 CD ROM). K tomu, aby tato technika mohla být v budoucnu opět nasazena ve stejném nebo širším měřítku, a výsledků mohlo být následně využito ke sledování vývojových trendů životního prostředí v ČR, je nezbytně nutná stabilní a dobře definovaná materiální podpora s přiměřenou perspektivou (nejméně na 5 let). B1.1. 4. LITERATURA [1] NÁHLÍK, J.: Studium imisního poškození mikrostruktury voskové vrstvy jehličí užitím elektronové řádkovací mikroskopie. Příspěvek k řešení 4. podprojektu (Sběr a analýza dat a jejich korelace s výsledky ostatních subsystémů) grantu Ministerstva životního prostředí ČR č.:VaV/340/2/96 - Hodnocení stavu životního prostředí: Monitoring cizorodých látek v potravinových řetězcích, Praha - leden 1997, 30 s.

11


[2] NÁHLÍK, J.: Studium mikrostrukturální kvality stomatálního vosku smrkového jehličí užitím elektronové řádkovací mikroskopie (EŘM). Příspěvek k řešení 4. podprojektu (Sběr a analýza dat a jejich korelace s výsledky ostatních subsystémů) grantu Ministerstva životního prostředí ČR č.:VaV/340/2/96 - Hodnocení stavu životního prostředí: Monitoring cizorodých látek v potravinových řetězcích, Praha - listopad 1997, 45 s. [3] NÁHLÍK, J.: Studium morfologické kvality stomatálních vosků jehličí smrku ztepilého na vybraných lokalitách ČR. Příspěvek k řešení 4. podprojektu (Sběr a analýza dat a jejich korelace s výsledky ostatních subsystémů) grantu Ministerstva životního prostředí ČR č.:VaV/340/2/96 - Hodnocení stavu životního prostředí: Monitoring cizorodých látek v potravinových řetězcích, Praha - listopad 1998, 72 s. [4] NÁHLÍK, J., ZEMÁNKOVÁ, K.: Morfologická kvalita stomatálních vosků jehličí smrku ztepilého na vybraných lokalitách České republiky v roce 1999. Příspěvek k řešení 4. podprojektu (Sběr a analýza dat a jejich korelace s výsledky ostatních subsystémů) grantu Ministerstva životního prostředí ČR č.:VaV/340/2/96 Hodnocení stavu životního prostředí: Monitoring cizorodých látek v potravinových řetězcích, Praha - listopad 1999, 147 s. [5] NÁHLÍK, J., CUDLÍN, P., ZEMÁNKOVÁ, K.: Morfologická kvalita stomatálních vosků jehličí smrku ztepilého na vybraných lokalitách ČR. Sborník přednášek z konference ERA 2000 (v plném znění). Brno - březen 2000, s. 110-113. ISBN 80-210-2328-7 [6] ZEMÁNKOVÁ, K., NÁHLÍK, J., CUDLÍN, P.:Variabilita morfologické kvality stomatálních vosků jehličí na větvi smrku ztepilého. Sborník přednášek z konference ERA 2000 (v plném znění). Brno - březen 2000, s. 114-117. ISBN 80-210-2328-7 [7] TRIMBACHER, C., ECKMÜLLNER, O., WEISS, P.: Die Wachsqualität von Fichtennadeln Österreichischer Hintergrundstandorte.- Eine neue Klassifizierungsmethode zur standardisierten Beurteilung der Nadelwachse von Fichten mit dem Rasterelektronenmikroskop. Monographie Bd. 57, Umweltbundesamt Wien Mai 1995. [8] TRIMBACHER, C., GRÖGER, B., KNIESCHEK, A., WEISS, P.: Die Beeinflussung der Wachsstrukturen von Fichtennadeln durch Immissionen in Brixlegg und Linz. Eine Studie mit dem Rasterelektronenmikroskop. Berichte UBA-BE055, Umweltbundesamt Wien, Februar 1996, 40 S.. [9] TRIMBACHER, C., GRÖGER, B., KNIESCHEK, A.,: Zur Beeinflussung von Fichtennadelwachsen im Raum Arnoldstein. Eine Studie mit dem Rasterelektronenmikroskop. Berichte UBA-BE-062, Umweltbundesamt Wien - Mai 1996, 16 s.. [10] ZEMÁNKOVÁ, K.: Studium morfologie stomatálního vosku jehličí smrku ztepilého užitím elektronové řádkovací mikroskopie. Diplomová práce, Vysoká škola chemicko-technologická v Praze - Ústav inženýrství pevných látek, Praha - květen 1999, 52 s + příloha 60s.. B1.1. 5. SEZNAM PŘÍLOH Příloha Příloha Příloha Příloha Příloha Příloha

1: 2: 3: 4: 5: 6:

Protokol č. Protokol č. Protokol č. Protokol č. Protokol č. Protokol č.

1/2000 - Vývoj 2 - CR01a 2/2000 - Ozón 1 - CR01b 3/2000 - Ozón 1 - PU12a 4/2000 - Bílý Kříž - FM01-1L 5/2000 - Ozón 2 - CR01c 6/2000 - Ozón 2 - PU12b

12


Příloha 7: Příloha 8: Příloha 9: Příloha 10: Příloha 11: Příloha 12: Příloha 13: Příloha 14:

Protokol č. 7/2000 - Vývoj 2 - CR01c1 Protokol č. 8/2000 - Vývoj 2 - CR01c2 Protokol č. 9/2000 - Lokality - CR01d Protokol č. 10/2000 - Lokality - PU12c Protokol č. 11/2000 - Lokality - PZ04 Protokol č. 12/2000 - Lokality - ST06 Protokol č. 13/2000 - Lokality - UH02 Protokol č. 14/2000 - Lokality - ZR09

13

B1 Studium chemického složení vosku jehlic smrku ztepilého jako biomarkeru zatížení životního prostředí

Recommend Documents