Živiny v krajině. dusík, fosfor eutrofizace půdy a vody indikace dusíku

Živiny v krajině z dusík, fosfor z eutrofizace půdy a vody z indikace dusíku

Brožuru vydalo DAPHNE ČR v rámci projektu „Luční společenstva – indikátory živin v krajině“, který je realizován za finanční podpory UNDP/GEF Danube Regional Project prostřednictvím grantového programu, který administruje Regionální environmentální centrum pro střední a východní Evropu. This project is being implemented with the financial support of the UNDP/GEF Danube Regional Project, through a grant programme managed by the Regional Environmental Center for Central and Eastern Europe.

Úvod z

Živin y v kr ajině Živiny se krajinou „potulují“ v rozmanitých formách. Ve spojitosti s různými typy organismů můžeme pojem živiny chápat odlišně. Jako živiny pro rostliny si představíme dusík nebo hořčík (tzv. minerální živiny), zatímco když budeme mluvit o výživě živočichů, spíše se nám vybaví cukr či bílkovina (tzv. organické živiny). Někteří autoři považují za živiny výlučně biogenní prvky*, které jsou nezbytné pro stavbu a funkci organismů. Nás budou zajímat živiny minerální, které čerpají zelené rostliny, sinice a některé bakterie, aby z nich prostřednictvím fotosyntézy* vyrobily živiny organické. Zejména nám půjde o dusík a fosfor, neboť právě tyto prvky přicházejí do prostředí vlivem lidské činnosti v nadměrném množství. Jejich přirozené koloběhy jsou tak narušeny, což může vést k znehodnocení přírodních stanovišť.

2006 * Viz slovníček pojmů na konci brožury

1

1. Dusík, fosfor z

1. Dusík , f osf or 1.1 Dusík Dusík (chemická značka N) patří mezi základní biogenní prvky, je čtvrtou nejhojnější složkou živé hmoty. Hraje nezastupitelnou roli při tvorbě jednoho ze základních stavebních kamenů všeho živého – bílkovin. Řada organismů, včetně všech živočichů, neumí přijímat dusík ve formě anorganických sloučenin* (tzv. anorganický dusík), musí jej získávat zprostředkovaně z organických sloučenin* (tzv. organický dusík). Lidově řečeno, chce-li si člověk do svého těla zabudovat dusík, musí slupnout hlávku zelí anebo zajíce na smetaně, který si ještě před chvílí pochutnával zrovna na té zelné hlávce (Obr. 1). Tento organický dusík vyrábějí např. rostliny (viz 1.1.2). 1.1.1 Hlavní zásobník dusíku a další zdroje Největším světovým zásobníkem dusíku je zemská atmosféra*. Její nejnižší vrstva, troposféra, obsahuje 78 % dusíku, který se zde vyskytuje převážně v molekulární formě (N2). V zemské kůře a ve vodách je ho na rozdíl od ovzduší poměrně málo, celkem jen 0,002 %. V biosféře* se vyskytuje coby součást organických látek v tělech organismů, především v bílkovinách a nukleových kyselinách*.

Obr.1 Cesta dusíku z půdy ke konzumentům*. Legenda: N v kolečku pro jednoduchost představuje různé formy dusíku.

* Viz slovníček pojmů na konci brožury

3

z Živiny v krajině 1.1.2 Globální koloběh dusíku Nejdůležitější část koloběhu dusíku (Obr. 2) představuje atmosférická fáze. Odtud dusík přechází do půdy a do vody zásluhou některých bakterií, sinic a hub, které umí vázat dusík ze vzduchu. Tomuto procesu říkáme fixace dusíku. Nebýt schopnosti těchto organismů, pozemské ekosystémy* by zely „dusíkovou prázdnotou“, neboť touto tzv. biologickou cestou se fixuje až 96 % veškerého dusíku. V jednotlivých ekosystémech se odehrává tzv. vnitřní cyklus, kdy dusík koluje uvnitř jednoho ekosystému (např. les) mezi zjednodušeně řečeno třemi úrovněmi: 1) rostliny přijmou z půdy anorganický dusík rozpuštěný ve vodě v podobě dusičnanových nebo amonných iontů* a zabudují jej do organických látek; 2) býložravci konzumují rostliny a masožravci zas býložravce; 3) výkaly a uhynulá těla organismů rozkládají bakterie ve spolupráci s dalšími půdními organismy a připravují tak anorganický dusík pro rostliny. V průběhu rozkladných dějů, např. během procesů nitrifikace a denitrifikace, dochází k uvolňování dusíku zpátky do atmosféry. Jakmile se z odumřelých těl nebo z výkalů uvolní amoniak, přichází na řadu nitrifikace, během níž nitrifikační bakterie oxidují amoniak na dusičnany. Denitrifikací se označuje proces, kdy denitrifikační bakterie redukují dusičnany na plynné sloučeniny dusíku (N2, oxidy dusíku), které unikají do ovzduší. Další cestu dusíku představuje vyplavování ze suchozemských do vodních ekosystémů, v tomto bodě je koloběh výrazně narušen činností člověka (viz 2.2.1, 2.3.1). Dusík, který doputuje do moře, se zde v relativně malém množství včleňuje do sedimentů*.

Obr.2 Koloběh dusíku (více viz text 1.1.2). Legenda: – vstup nebo výstup dusíku z jednoho prostředí do druhého; – vnitřní koloběh dusíku v ekosystému*; 1 – fixace dusíku ze vzduchu; 2 – vnitřní koloběh; 3 – uvolňování dusíku do vzduchu; 4 – vyplavení dusíku ze suchozemského do vodního prostředí; 5 – včleňování dusíku do oceánských sedimentů*; 6 – lidské aktivity: 6a – hnojení dusíkatými hnojivy a vyplavování dusíku ze zemědělských půd; 6b – vypouštění oxidů dusíku ze spaloven a automobilové dopravy.

4


1. Dusík, fosfor z

1.2 Fosfor Fosfor (chemická značka P) řadíme stejně jako dusík mezi základní biogenní prvky. Podílí se především na tvorbě nukleových kyselin a sloučeniny ATP, která v tělech všech organismů konzervuje chemickou energii. Ani v případě fosforu není řada organismů, člověka nevyjímaje, schopna přijímat anorganickou podobu prvku. Aby člověk vpravil do svého těla fosfor, musí sáhnout po jeho organické formě a spořádat pro změnu hovězí biftek nebo krajáč mléka. Kdo „vyrábí“ organický fosfor? Opět rostliny (viz 1.2.2). 1.2.1 Hlavní zásobník fosforu a další zdroje Fosfor je ze všech základních biogenních prvků nejméně hojný. Hlavní zásobník představují horniny a oceánské sedimenty, ve kterých je zastoupen jednou desetinou procenta. Vzduch a voda v přirozeném stavu obsahují velice málo fosforu. Významné procento představuje fosfor vázaný v organismech. 1.2.2 Globální koloběh fosforu Celkově je v pohybu poměrně málo fosforu, přibližně polovina množství je do koloběhu uvedena činností člověka (viz 2.2.1, 2.3.1). Koloběhu fosforu (Obr. 3) se říká sedimentační, protože anorganický fosfor nakonec vždy opouští pevninu a odchází do oceánů, kde se včleňuje do sedimentů. Prvek přichází do ekosystémů v podobě rozpuštěných fosforečnanů, které se uvolňují z hornin. Fosfor prodělává obdobně jako dusík vnitřní ekosystémový cyklus, který ve zjednodušené podobě vypadá následovně: 1) rostliny přijmou rozpuštěné fosforečnanové ionty a zabudují Obr.3 Koloběh fosforu (více viz text 1.2.2). Legenda: – vstup nebo výstup fosforu z jednoho prostředí do druhého; – vnitřní koloběh fosforu v ekosystému*; ČOV – čistírna odpadních vod; 1 – uvolňování fosforu z hornin (zvětrávání); 2 – vnitřní koloběh; 3 – ukládání fosforu do hornin; 4 – vyplavení fosforu ze suchozemského do vodního prostředí; 5 – včleňování fosforu do oceánských sedimentů*; 6 – nadzdvižení oceánských sedimentů; 7 – lidské aktivity: 7a vypouštění splašků znečištěných fosfáty*, 7b hnojení fosforečnými hnojivy a vyplavování fosforu ze zemědělských půd.


5

z Živiny v krajině je ve svém těle do organických sloučenin; 2) organicky vázaný fosfor putuje tradiční cestou potravního řetězce* až k poslednímu masožravému článku, který nakonec uhyne; 3) o rozklad jeho těla se postarají bakterie a další půdní organismy, které tak zpřístupní anorganický fosfor pro rostliny. Část fosforu zůstane vázána v nerozpustných sedimentech. Hlavní měrou se však na koloběhu fosforu v ekosystémech podílí látkový metabolismus* organismů. S jejich výkaly se fosfor vrací do prostředí v rozpuštěné formě, kterou jsou rostliny schopny čerpat. Prvek koluje v suchozemských ekosystémech, dokud jej podzemní voda nebo povrchové splachy neodplaví do vodního prostředí. Po vstupu do vodního toku je odnášen do oceánu, kde se usazuje do sedimentů na oceánském dně. Fosfor zabudovaný v oceánských sedimentech se může za sto miliónů let vrátit do koloběhu při nadzdvižení dna moří a následujícím zvětrávání hornin. Do přirozeného koloběhu fosforu rušivě zasahuje člověk svou činností (viz 2.2.1, 2.3.1). Dvě třetiny množství fosforu, které řeky každoročně odnesou do moří, pochází z lidských aktivit.

2 Zvýšená hladina živin Zvýšená hladina živin velice úzce souvisí se všudypřítomným pojmem eutrofizace. V této pasáži si povíme, proč k eutrofizaci vůbec dochází, jaké jsou její následky a jak můžeme tomuto fenoménu předcházet. Ale nejdříve, co to ta eutrofizace vlastně je?

2.1 Eutrofizace Slovo eutrofizace pochází z řečtiny, vzniklo složením slova eu (hojný) a slova trophi (potrava nebo živná látka). Eutrofizaci tedy chápeme jako proces, při němž dochází k přesycování prostředí minerálními živinami, především dusíkem a fosforem. 2.1.1 Příčiny a následky eutrofizace Na celkové eutrofizaci prostředí se podílí přirozená a kulturní eutrofizace. Přirozená eutrofizace znamená obohacování živinami prostřednictvím přírodních procesů, např. hromadění živin v dolních pásmech vodních toků. S rozvojem průmyslu a nástupem jeho produktů začala nabývat na významu kulturní eutrofizace, která dnes zcela převažuje. Kulturní eutrofizace na rozdíl od té přirozené vzniká vlivem činností člověka, tím že narušuje koloběh dusíku a fosforu (viz 2.2.1 a 2.3.1). Znečišťování prostředí včetně obohacování dusíkem a fosforem náleží spolu s nadměrným využíváním zdrojů, zavlékáním cizích druhů, likvidací a fragmentací přírodních stanovišť mezi lidské aktivity, které mají silně negativní dopad na naši planetu a ohrožují světovou biodiverzitu, tedy počet druhů rostlin, živočichů a dalších organismů na Zemi. Vitousek (1994) dokonce uvádí narušený koloběh dusíku jako jeden

6


2. Zvýšená hladina živin z ze tří hlavních následků přetváření Země lidmi. Následky eutrofizace jsou velmi často zřejmé hned, ale někdy mají podobu skrytou a jsou zřejmé až po několika letech. Vysoký obsah živin může mít dalekosáhlé negativní dopady na přírodní ekosystémy* (viz 2.2.2 a 2.3.2), např. existenci čtyř z deseti českých přírodních rezervací, které byly klasifikovány jako mokřady mezinárodního významu, ohrožuje eutrofizace. Dokonce i v některých mořích se může zvýšený vstup živin projevit. Zranitelné jsou zejména pobřežní oblasti a uzavřené vodní masy jako Středozemní, Černé nebo Baltské moře. Eutrofizace Baltského moře způsobila, že jeho velkou část za posledních pět let dvakrát zamořil vodní květ (Box 1), který tvorbou toxických látek ohrožoval mořskou faunu.

Vodní květ Vodní květ je okem patrné přemnožení sinic, ke kterému dochází při nadbytku živin. Přemnožené sinice se hromadí u hladiny v podobě modrozelené kaše. Vrstva může být stejnorodá nebo v ní mohou být patrné drobné vločky či jehličky o velikosti několika milimetrů. Dominantní rody vodních květů, např. Anabaena, Microcystis nebo Aphanizomenon, produkují stejně jako ostatní sinice toxiny, které způsobují jednak značné vodohospodářské problémy, jednak mohou ohrozit vodní živočichy nebo člověka při koupání. Projevy se v závislosti na druhu toxinu a citlivosti jedince stupňují od lehké otravy projevující se střevními a žaludečními potížemi po vážnější jaterní problémy nebo kožní alergie. V souvislosti s eutrofizací a následným rozvojem vodního květu se vyskytly nejen případy úhynu zvířat, ale dokonce i úmrtí lidí po pravidelném pití vody vyrobené ze zdroje s masovým rozvojem sinic.

B O X 1

2.2. Zvýšená hladina živin v půdě 2.2.1 Zdroje Dusík se do půdy dostává vedle přirozených procesů cestou intenzivní zemědělské výroby. Jedná se zejména o hnojení přírodními (hnůj, kejda, močůvka) i umělými hnojivy (různé druhy ledků, síran amonný). Také zvýšený vstup fosforu do půdy způsobuje hojné používání umělých hnojiv (různé druhy fosfátů a superfosfátů). Během devadesátých let sice spotřeba dusíkatých hnojiv oproti roku 1990 poklesla o třetinu, spotřeba fosforečných hnojiv dokonce o dvě třetiny, ale od roku 1999 byl zaznamenán znatelný růst hnojení. Meziroční nárůst spotřeby hnojiv 2003/2004 činil téměř 25 %. Spotřeba dusíkatých hnojiv byla v roce 2004 vyčíslena na 75,8 kg/ha, spotřeba fosforečných hnojiv pak na 13,7 kg/ha (udávanou hmotností se myslí čistá hmotnost živin). Současné zemědělství uměle posiluje biologickou fixaci dusíku, když používá osivo vybavené kulturou mikroorganismů, které vážou vzdušný dusík. Obsah dusíku v půdě se navyšuje i pěstováním bobovitých rostlin, jejichž kořínky přirozeně osidlují vazači vzdušného dusíku – hlízkové bakterie. Zpráva integrovaného registru znečišťování* za rok 2004 uvádí, že 60 % hlášeného znečištění půdy (zejména dusíkem a fosforem) pochází ze zemědělství. Na celkovém hlášeném umělém vstu* Viz slovníček pojmů na konci brožury

7

z Živiny v krajině pu fosforu do půdy se podílí především zemědělství (85 %), dále průmysl (8 %) a nakládání s odpady (7 %). K obohacování půdy dusíkem dále přispívají suché a mokré spady dusíku z atmosféry*, neboť atmosféra, třebaže dosahuje značných rozměrů, není schopna bez následků pohltit nekonečné množství oxidů dusíku ze stacionárních průmyslových zdrojů a z automobilové dopravy nebo amoniaku, který se uvolňuje při trávení a z výkalů hospodářských zvířat. Ke zvyšování hladiny fosforu dochází kromě aplikace hnojiv také už během těžby a výroby fosfátů. Suchozemská stanoviště se konečně eutrofizují přísunem nadbytečných živin z okolních lokalit, např. splachem z polí.

Zvýšená hladina živin v půdě samozřejmě ovlivňuje také půdní mikroorganismy nebo živočichy, např. motýly může ohrozit změna druhového složení vegetace spojená s vymize-

8


Obr.5 Porost křídlatky japonské, v podrostu kopřiva dvoudomá.

Autor snímku: Simona Šafarčíková

Proč by vlastně měla eutrofizace být rostlinám na závadu? Vždyť čím více živin, tím více rostliny porostou a krajina bude zelenější, pročež nejspíš i hodnotnější. Chyba lávky, nejde totiž o kvantitu, ale o kvalitu. Dusík a fosfor patří mezi faktory, které limitují rostlinný růst, při jejich nadbytku rostliny skutečně více rostou. Zádrhel spočívá v tom, že zvýšená hladina živin zvýhodňuje jen pár „vyvolených druhů“. Ostatní rostliny silně eutrofizovaná stanoviště nesnáší nebo neumí nadbytku živin využít tak dobře, jako právě těch několik málo vyvolených, kteří na stanovišti časem převládnou. Často se jedná o nepříliš oblíbené druhy jako např. o kopřivy (Obr. 4). Příliš úživná stanoviště navíc vyhovují invazním rostlinám*, např. všem druhům křídlatek (Box 2), (Obr. 5), které tam mohou plně Obr.4 Dusíkem prosycený okraj pole, zarůstající kopřivou dvoudomou. projevit své výhody oproti domácím druhům a nadobro je potlačit. Podtrženo, sečteno, eutrofizace vede k výraznému snižování lokální druhové bohatosti, změně druhového složení a utváření druhově chudých porostů.

Autor snímku: Simona Šafarčíková

2.2.2 Vliv eutrofizace na vegetaci

2. Zvýšená hladina živin z

B O X

Invazní rostliny Česká populace silně agresivní a vysoce produktivní invazní rostliny* křídlatky japonské zaznamenala za posledních zhruba 50 let ohromný rozvoj. Nárůst počtu lokalit s výskytem křídlatky můžeme mimo jiné vztáhnout k nárůstu spadů dusíku z atmosféry*, znečišťování půd a povrchových i podzemních vod živinami. Invazní rostliny formují hutné porosty, jejichž likvidace stojí člověka notnou dávku úsilí a v neposlední řadě i tučnou sumu peněz. V USA byly celkové škody způsobené invazními druhy odhadnuty na 122 miliard dolarů ročně.

2

ním živných rostlin pro jejich housenky. Že je na stanovišti něco v nepořádku, ovšem nejsnáze odvodíme ze stavu vegetace. Rostliny před námi totiž neutečou jako živočichové a na rozdíl od půdních mikroorganismů k jejich pozorování nepotřebujeme mikroskop.

2.3. Zvýšená hladina živin ve vodě 2.3.1 Zdroje K narušení přirozeného koloběhu fosforu a dusíku a k následnému hromadění těchto prvků v podzemních i povrchových vodách dochází zejména kvůli vypouštění nevyčištěných splašků a kvůli vyplavování nadbytečných živin ze suchozemského prostředí. Naprostá většina velkých čistíren odpadních vod v ČR není vybavena III. stupněm čištění, při kterém dochází k odstraňování anorganického fosforu. Zpráva integrovaného registru znečišťování za rok 2004 uvádí, že 44,5 % hlášeného znečištění vod fosforem pochází z kategorie nakládání s odpady, tedy ze splašků, které obsahují množství fosfátů* z pracích a mycích prostředků. Údaje ze zprávy o Dunaji z roku 2005 říkají, že na celkovém umělém vstupu dusíku do Dunaje se podílí především zemědělství (39 %) a zdroje ze sídel (27 %). V případě fosforu připadá 53 % na zdroje ze sídel a 32 % na zemědělství. K vyplavování dusíku ze zemědělských půd dochází při vysoké hladině dusičnanových iontů* spolu s dostatečným vsakem vody, který ionty přemístí mimo kořeny rostlin. K tomu přistupují další ztráty erozí podobně jako v případě fosforečnanových iontů. Vymývání živin ze suchozemských ekosystémů do vod podporuje také odlesňování. Když odstraníme dřeviny, zbývající rostliny nestačí dusík z půdy odčerpávat a vázat ve svých tělech. Proto se odtok dusíku do vod nebo únik do atmosféry zvyšuje. Podíl na celkovém znečištění vod živinami můžeme přičíst na vrub i ovlivnění vodního koloběhu odstraňováním vegetace a odvodňováním. Na eutrofizaci vod se v neposlední řadě podílí dokrmování ryb v chovných rybnících. 2.3.2. Vliv eutrofizace na vodní ekosystém Zvýšený přísun fosforu a dusíku do vod se podobně jako v suchozemských ekosystémech projevuje vysokou produktivitou některých organismů na úkor druhové bohatosti a rovno* Viz slovníček pojmů na konci brožury

9

váhy. Zvýšené hladiny živin ve vodách umí nejlépe využít řasy a sinice (fytoplankton), které se rychle množí a rapidně rozšiřují svou populaci. V případě řas dochází k rozvoji vegetačního zákalu, zatímco sinice mají na svědomí strašák všech vodomilů – vodní květ (Box 1), (Obr. 6). Vyšší rostliny* jsou většinou konkurenčně vytlačovány a postupně mizí. Časem se začnou vytrácet na Obr. 6 Vodní květ na přehradě Orlík. nich závislí bezobratlí živočichové a dále obratlovci, kteří se živí bezobratlými. Zanedlouho se v ekosystému začne hromadit ohromná biomasa* odumřelých sinic. To zapříčiňuje snížení koncentrace kyslíku, který ve zvýšené míře spotřebovávají bakterie při rozkladu jejich těl. Následný výrazný pokles množství kyslíku může vést až k úhynu ryb a bezobratlých. K úhynu organismů však může dojít už prvotních fázích vodního květu, kdy se sinice intenzivně množí, a to naopak vinou zvýšené koncentrace kyslíku a následného uvolňování toxického amoniaku (Box 3). Ve vodách postižených vodním květem dochází kromě nedostatku kyslíku také ke zvyšování obsahu železa a manganu, v horším případě k tvorbě sirovodíku a metanu.

Úhyn ryb na Žermanické přehradě kvůli masovému přemnožení sinic V srpnu 2002 došlo k rozsáhlému úhynu ryb na Žermanické přehradě. Analýzy ukázaly, že voda obsahovala nepřirozeně vysokou koncentraci rozpuštěného kyslíku (200 %-ní nasycení). Uhynulé ryby skutečně vykazovaly příznaky působení vysoké koncentrace kyslíku – měly silně překrvené žábry. Nápadné bylo také vysoké pH*, které dosahovalo až hodnoty 10. Hydrobiologové upozornili na masové přemnožení sinic, které intenzivně fotosyntetizovaly*, přičemž vznikalo velké množství kyslíku a zároveň ubýval oxid uhličitý. Tím se narušila uhličitanová rovnováha, která se projevila nárůstem pH. Se zvýšeným pH stoupla i koncentrace toxického amoniaku. Ryby tedy uhynuly vinou jedovatého amoniaku, který se uvolňuje při vysokém nasycení vody kyslíkem.

B O X 3

2.4. Eutrofizace v legislativě Problematiku snižování znečištění vod dusičnany ze zemědělských zdrojů upravuje nařízení vlády č. 103/2003 Sb., o stanovení zranitelných oblastí a o používání a skladování hnojiv a statkových hnojiv, střídání plodin a provádění protierozních opatření v těchto oblastech. Uvedené nařízení naplňuje nitrátovou směrnici Rady 91/676/EHS, která zahrnuje

10


Autor snímku: Jan Kaštovský, Biologická fakulta JČU

z Živiny v krajině

3. Indikace živin z následující požadavky: vymezit zranitelné oblasti, přijmout zásady správné zemědělské praxe a sestavit akční programy pro vymezené zranitelné oblasti. Snižováním a sledováním znečištění se dále zabývá zákon č. 76/2002 Sb., o integrované prevenci a o omezování znečištění, o integrovaném registru znečišťování a o změně některých zákonů. Problematiku splašků řeší směrnice Rady 91/271/EHS, o čištění městských odpadních vod. Celá ČR byla vymezena jako citlivá oblast a požadavky jsou kladeny hlavně na rekonstrukci a budování kanalizací a čistíren odpadních vod. Další právní předpis EU Rámcová směrnice vodní politiky 2000/60/EU je do české legislativy implementován v zákoně č. 254/2001 Sb., o vodách. Zákon definuje např. ochranná pásma vodních zdrojů, citlivé a zranitelné oblasti atd.

2.5 Možná řešení eutrofizace Především je třeba brát v úvahu, že eutrofizace představuje komplexní problém a že prevence je nejlepší recept. Nejvíce se vyplatí předcházet vlastnímu znečišťování dusíkem a fosforem, které eutrofizaci způsobují. Chceme-li zabránit eutrofizaci vodních ploch a rozvoji vodního květu, musíme se poohlédnout zpět do povodí a snížit vstup živin ze všech směrů – tedy omezit vypouštění nevyčištěných splašků, spady z ovzduší a vymývání živin z intenzivně hnojených zemědělských půd. Jedním z kroků pro snížení ztrát dusíku při hnojení minerálními hnojivy je volba vhodného hnojiva. Nově vyvinutá tzv. HPL organominerální hnojiva se vyznačují vysokou přijatelností živin a tím i nízkými ztrátami vyplavením. Jejich používání neznamená omezení zdrojů živin pro rostliny, ale minimalizaci ztrát vstupů. Záleží také na způsobu používání hnojiv. Zónová aplikace hnojiv, např. pod patu při setí nebo radličkami do půdy pro přihnojení, je úspornější než aplikace plošná. A konečně závisí i na způsobu zpracování půdy. Ve svažitém terénu je nezbytné používat protierozní opatření, např. orat kolmo na průběh svahu. Dodatečné odstraňování fosforu a dusíku je prozatím reálné pouze při čistění odpadních vod na malých čistírnách odpadních vod, velké čistírny fosfor ze splašků většinou naopak neodstraňují. Vedle čistírenských technologií vědci hledají další nové postupy. Objevují se sice přípravky, které mohou dočasně snížit koncentraci dostupného fosforu, jenže tato druhotná řešení eutrofizace jsou značně finančně náročná a především nepoužitelná v praxi.

3 Indik ace živin Víme, že nadbytečné množství živin narušuje přirozené koloběhy prvků a vede k znehodnocování přírodních ekosystémů. Kontrola a regulace zvýšeného vstupu živin patří k nevyhnutelným krokům prevence i druhotné nápravy. Ale jak vlastně můžeme sledovat * Viz slovníček pojmů na konci brožury

11

z Živiny v krajině hladinu živin a jak zjistíme, že je někde moc dusíku nebo fosforu? Možností je spousta. Vedle precizních, avšak časově i finančně náročnějších, laboratorních rozborů (viz 3.3) existuje cesta biomonitoringu. Jedná se o sledování stavu a změn životního prostředí pomocí živých organismů – bioindikátorů (Box 4). Známým příkladem bioindikátorů jsou lišejníky, které dokáží citlivě reagovat na kvalitu ovzduší. Lišejníky byly sledovány hlavně v souvislosti s obsahem oxidů síry v ovzduší. Později byly nalezeny i druhy, které reagují na koncentraci oxidů dusíku. Nás ovšem budou zajímat vyšší rostliny* a jejich využití při indikaci neboli stanovení množství dusíku.

Bioindikátory Bioindikátorem mohou být vyšší rostliny*, mechorosty, lišejníky, houby, řasy a sinice, suchozemští obratlovci, ryby nebo hmyz i ostatní bezobratlí. Bioindikátor je tedy živý organismus nebo společenstvo* organismů, z jejichž přítomnosti, kondice či chování je možno usuzovat na přítomnost určitého faktoru prostředí i na stav a změnu prostředí. Bioindikátory lze dělit na: 1) hlídky (sentinely) – citlivé organismy, které do prostředí zavádíme úmyslně, aby ukazovaly jeho okamžité změny 2) detektory – organismy, které se vyskytují přirozeně a reagují na změny prostředí 3) exploatátory (vykořisťovatelé) – organismy, jejichž přítomnost signalizuje narušení a znečištění prostředí 4) akumulátory (hromadiči) – organismy, které přijímají a hromadí chemické látky

B O X 4

3.1 Rostliny jako indikátory dusíku Většina druhů vyšších rostlin chová vůči jednotlivým faktorům prostředí poměrně specifický vztah. Říkáme, že má úzkou ekologickou valenci. Řada rostlin tedy může růst a udržovat svou populaci pouze v prostředí, které splňuje potřebné podmínky. Např. teplotní ekologická valence se týká teploty a uvádí nám o daném druhu, jaké teplotní rozpětí je pro něj optimální. Mezi zásadní podmínky pro růst rostlin patří také dostatek živin. I na ně mají různé rostliny různé požadavky a vytvářejí si vůči nim vlastní ekologické valence. Ve vztahu k dusíku si rostlinné druhy uchovávají vcelku vyhraněný vztah, čehož se dá výborně využít při jeho indikaci. Např. všeobecně známá kopřiva dvoudomá nebo pampeliška lékařská platí za nitrofilní druhy (nitrofyty), čili za rostliny, které upřednostňují vysokou koncentraci dusíku. Když někde uvidíme rozsáhlý kopřivový porost, snadno se dovtípíme, že na tomto stanovišti nebude o dusík nouze. Ke stávajícím metodám, kterak stanovit množství dusíku v půdě, se tak nabízí alternativa využívat rostlinné bioindikátory. Jako nejschůdnější cesta se jeví indikace na úrovni druhového složení rostlinného společenstva*. Přístup je výhodnější než indikace na základě jediného indikačního druhu, neboť ten se na vyhovující lokalitě vyskytuje pouze v ideálním případě, občas tam může naopak chybět, ačkoliv všechny

12


3. Indikace živin z faktory prostředí odpovídají jeho požadavkům. Jednoduše řečeno, roste-li někde kopřiva, bude tam i spousta dusíku, ale je-li někde příliš mnoho dusíku, neznamená to nutně, že tam kopřiva poroste. Můžeme narazit na místo prošpikované dusíkem, kde z nejrůznějších důvodů kopřivu nenajdeme, např. se sem nedostala semena, zelené výhonky spásli býložravci nebo je sklidili nadšení bylinkáři.

3.2 Metodika indikace dusíku na úrovni druhového složení rostlinného společenstva. 3.2.1 Indikační hodnoty Vztah mezi rostlinou a faktorem prostředí můžeme vyjádřit tzv. indikační hodnotou. Jedná se o optimální hodnotu faktoru prostředí, při které se druh vyskytuje nejčastěji, nejlépe roste i se nejsnáze rozmnožuje. Indikační hodnoty byly druhům přiděleny na základě zkušenosti či na základě statistických analýz, které zkombimovaly naměřené hodnoty sledovaného faktoru a výskyt určitých druhů na daném místě. Nejznámější a nejpoužívanější jsou Ellenbergovy indikační hodnoty. Zásobení stanoviště dusíkem, na kterém se druh vyskytuje, je vyjádřeno indikační hodnotou dusíku. Rozsah stupnice je 1 – 9 (Tab. 1), přičemž hodnota 1 značí druh stanoviště chudého dusíkem a hodnota 9 druh preferující místa s velmi vysokým obsahem dusíku. Mezi druhy s indikační hodnotou dusíku 1, které dusík nesnášejí, patří např. vřes obecný nebo mateřídouška vejčitá. Na opačném konci stupnice nalezneme spolehlivé ukazatele dusíku. S indikační hodnotou 8 jsou to: bršlice kozí noha, kerblík lesní, pelyněk černobýl, zvonek kopřivolistý, pcháč obecný, svízel přítula, bolševník obecný, jílek mnohokvětý, kostival lékařský, pampeliška lékařská a další. Jako druhy s indikační hodnotou 9, které se soustřeďují na místech s vysokou koncentrací dusíku, byly klasifikovány: lopuch větší, křen selský, bodlák kadeřavý, hluchavka bílá, šťovík tupolistý, bez černý, kopřiva dvoudomá atd. Tab. 1. Stupnice indikační hodnoty dusíku. Legenda: Ind. hodn. N = Indikační hodnota dusíku

Ind. hodn. N 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Charakteristika druhu druh stanovišť nejchudších na dusík mezi 1 a 3 druh hojnější na druhově chudých půdách než středně chudých mezi 3 a 5 druh stanovišť středně bohatých na dusík mezi 5 a 7 druh dusíkem bohatých stanovišť vysloveně ukazatel dusíku druh soustřeďující se na místech s vysokou koncentrací dusíku


13

z Živiny v krajině Ačkoliv indikační hodnota dusíku byla původně zamýšlena jako indikační hodnota čistě pro dusík, dnes víme, že mnohem více vypovídá spíše o celkové úživnosti (koncentraci základních živin – dusíku, fosforu a draslíku). 3.2.2. Vlastní metodika Jak tedy pomocí Ellenbergových indikačních hodnot odhadneme úživnost stanoviště? Na vytyčené ploše (např. 5x5 m) určíme a sepíšeme všechny druhy rostlin, které se zde vyskytují (Obr. 7). Jednotlivým druhům přiřadíme jejich indikační hodnotu a spočítáme aritmetický průměr. Vypočítaný průměr přibližně udává, jak úživné stanoviště je.

3.3 Rostlinné indikátory versus laboratorní metody Pomocí indikátorů nezjistíme absolutní hodnotu obsahu dusíku, přesto však metoda indikace dusíku prostřednictvím druhového složení rostlinného společenstva skýtá řadu výhod. V prvé řadě tímto způsobem stihneme v určitém čase za určitý peníz ohodnotit mnohonásobně větší plochu území, než kdybychom používali laboratorní metody. Ellenbergovy indikační hodnoty přitom upozorní na místa, kde by bylo vhodné provést podrobnější chemickou analýzu. A tak jako laboratorním metodám nikdo neupře větší přesnost, indikační hodnoty dusíku zas můžeme považovat za jednoznačné favority při předběžném hodnocení hladiny živin na rozsáhlejším území. Indikace pomocí indikačních hodnot navíc nabízí informace o dlouhodobém stavu společenstva i o jeho změnách.

Obr.7 Metodika indikace dusíku na úrovni druhového složení rostlinného společenstva v praxi. Legenda: Čísla v kolečkách představují Ellenbergovy hodnoty dusíku vybraných druhů.

14


Informační zdroje z

Inf or mační zdr o je kapitola 1 Begon, M., Harper, J.L. & Townsend, C.R. (1997): Ekologie : jedinci, populace a společenstva. Vydavatelství Univerzity Palackého, Olomouc, pp 949. Rajchard, J., Balounová, Z., Květ J., Šantrůčková H. & Vysloužil, D. (2002): Ekologie III. Kopp, Č. Budějovice, pp 197. Šantrůčková, H. (2001): Ekologie půdy. Jihočeská univerzita, Biologická fakulta, Č. Budějovice, pp 29. Šimek, M. & Cooper, J.E. (2004): Biogeochemical cycles of elements : an introduction to behaviour of main mineral nutrients of plants and microorganisms. Jihočeská univerzita, Biologická fakulta, Č. Budějovice, pp 63.

kapitola 2 Begon, M., Harper, J.L. & Townsend, C.R. (1997): Ekologie : jedinci, populace a společenstva. Vydavatelství Univerzity Palackého, Olomouc, pp 949. Horn, P. & Prach, K. (1994): Aerial biomass of Reynoutria japonica and its comparison with that of native species. Preslia 66: 345-348. Chytil, J., Hakrová, P., Hudec, K., Husák, Š., Jandová, J. & Pellantová, J. (eds.) (1999): Mokřady České republiky. Přehled vodních a mokřadních lokalit ČR. Český ramsarský výbor, Mikulov, pp 327. Kočí, V., Burkhard J. & Maršálek, B. (2000): Eutrofizace na přelomu tisíciletí. In: Eutrofizace 2000, Vysoká škola chemicko – technologická, Praha, pp 3-13. Kyselka, J. (2000): Vliv přídavku živin na strukturu lučního společenstva. Magisterská práce, Biologická fakulta, Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, Česká republika, pp 25. Pyšek, P. & Tichý, L. (2001): Rostlinné invaze. Rezekvítek, Brno, pp 40. Rajchard, J., Balounová, Z., Květ J., Šantrůčková H. & Vysloužil, D. (2002): Ekologie III. Kopp, České Budějovice, pp 197. Samsonová, P. & Šarapatka, B. (2005): Minimizing Danube River Pollution through Organic Farming: The Situation in the Czech Republic, the Slovak Republic, Hungary, Serbia and Montenegro and Bulharka. Bioinstitut, o.p.s, Olomouc, pp 90. Tilman, D. (1993): Species richness of experimental productivity gradients: how important is colonization limitation. Ecology 74: 2179 – 2191. Vitousek, P.M. (1994): Beyoud global warning: ecology and global change. Ecology 75: 1861-1876. Agronavigátor. (2004): Legislativa, http://www.agronavigator.cz/nitrat/default.asp?ch=115&typ=5 Centrum pro cyanobakterie a jejich toxiny. (2005): Sinice a koupání v přírodě, http://www.sinice.cz/ Agroweb. (2006): Systém hospodaření pro čistotu vod, http://www.agroweb.cz/projekt/clanek.asp?pid=2&cid=25358 Český rybářský svaz – Územní výbor pro Severní Moravu a Slezsko. (2002): Čistotář, http://crs-ova.fish-net.cz/cistotar/ 042002.htm#3 Ministerstvo životního prostředí. (2004): Indikátory udržitelného rozvoje, http://indikatory.env.cz/ Ministerstvo životního prostředí. (2006): Integrovaný registr znečišťování – Souhrnná zpráva za rok 2004, http://www.env. cz/osv/edice.nsf/6C2F5EB1829A4B46C1257156003AD04E/$file/IRZ-Souhrnna_zprava_2004.pdf Povodí Odry. (2002): Tiskové zprávy, http://www.povodiodry.cz/tisk-2002.html#20020807-14:07:45

kapitola 3 Diekmann, M. (2003): Species indicator values as an important tool in applied plant ecology – a review. Basic and Applied Ecology 4: 493-506. Ellenberg, H. et al. (1992): Zeigerwerte von Pflanzen in Mitteleuropa. 2. vydání. Scripta Geobotanica 18: 1–248. Falkengren-Grerup, U. & Schöttelndreier, M. (2004): Vascular plants as indicators of nitrogen enrichment in soils. Plant Ecology 172: 51-62. Kulich, J. et al. (2002): Bioindikace a biomonitoring aneb Jak poznat, v jakém prostředí žijeme. SEVER, Horní Maršov, pp 20. Pitcairn, C.,E.,R. et al. (2004): Bioindicator methods for assessing effects of atmospheric nitrogen on statutory nature conservation sites. Appendix I. Field intercomparison of different bio-indicator methods. Report to Joint Nature Conservation Committee under contract F90-01-535. Spellerberg, I.F. (1995): Monitorování ekologických změn. Český ústav ochrany přírody, Brno, pp 187. Katedra botaniky Přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého. (2006): Cvičení z ekologie v terénu 2006, http://botany. upol.cz/prezentace/duch/ekolcvic.pdf#search=%22bioindikace%20dusik%22

15

z Živiny v krajině

Slo vníč ek po jmů Anorganická sloučenina. Látka, která neobsahuje uhlík. Výjimku tvoří několik sloučenin uhlíku, které se neřadí mezi organické sloučeniny (např. oxidy uhlíku, kyselina uhličitá a její soli, sloučeniny uhlíku s kovy a nekovy atd.). Atmosféra. Tzv. plynný obal Země. Biogenní prvky. Chemické prvky, které jsou nezbytné pro stavbu a funkci organismů. Mezi základní biogenní prvky patří uhlík, kyslík, vodík, dusík, fosfor a síra. Biomasa. Celková hmota všech jedinců jednoho druhu nebo určité zájmové skupiny druhů na vymezené ploše. Biosféra. Část naší planety osídlená živými organizmy, tzv. živý obal Země. Ekosystém. Ucelená část přírody, která se skládá z živé složky (organismy) a z neživé složky (fyzikální a chemické faktory prostředí). Je charakterizován hlavně koloběhem prvků a tokem energie. Fosfát. Zbytek kyseliny fosforečné. Fotosyntéza. Během fotosyntézy (typ zelené rostliny) vznikají za pohonu sluneční energie organické látky (hlavně sacharidy) z oxidu uhličitého. Fotosyntéza představuje hlavní zdroj kyslíku na Zemi. Integrovaný registr znečišťování (IRZ). Zřízení IRZ vyplývá ze zákona o integrované prevenci, kterým se naplňují závazky vůči EU týkající se shromažďování a šíření informací o životním prostředí, umožnění svobodného přístupu veřejnosti k těmto informacím a tvorby registru úniků a přenosů znečišťujících látek. Invazní rostliny. Druhy rostlin na daném území nepůvodní, které se v novém areálu intenzivně šíří, vytlačují domácí druhy a mohou rozvrátit až celé ekosystémy, v ČR např. bolehlav velkolepý . Iont. Elektricky nabitá částice nesoucí elementární náboj, vzniká odtržením nebo přijetím elektronu. Konzument. Organismus, který si neumí vyrobit organické látky sám a živí se konzumací ostatních organismů, např. živočich. Látkový metabolismus. Látková přeměna v živých tkáních. Zahrnuje mj. příjem, zpracování, zabudování a vylučování látek. Nukleové kyseliny. RNA a DNA, která je nositelkou dědičné genetické informace. Organická sloučenina. Látka obsahující jeden nebo více atomů uhlíku, dále ji tvoří především atomy vodíku, kyslíku, dusíku, síry, fosforu. Mezi organické sloučeniny se nepočítají oxidy uhlíku, kyselina uhličitá a její soli a sloučeniny uhlíku s kovy a nekovy, které se řadí mezi anorganické sloučeniny. pH. Hodnota vypovídající o množství vodíkových iontů (H+) v prostředí. Říká nám, je-li prostředí kyselé (část stupnice 1 – 7) nebo zásadité (část stupnice 7 až 14). Potravní řetězec. Zjednodušené vyjádření potravních vztahů seřazením jednotlivých organismů tak, že předcházející druh je zdrojem potravy pro druh následující, např. pastevně kořistnický potravní řetězec: rostlina, býložravec, masožravec, vrcholový predátor. Společenstvo. Soubor populací různých druhů žijících společně na jednom místě. Sedimenty oceánů. Usazeniny na povrchu mořského dna o mocnosti cca 1 km. Vyšší rostliny. Tradiční označení pro mechorosty a cévnaté rostliny, tedy všechny rostliny kromě řas.

16

Živiny v krajině © DAPHNE ČR – Institut aplikované ekologie, 2006 Husova 45/622, 370 05, České Budějovice tel. 385 311 019 e-mail [email protected] webové stránky www.daphne.cz

Autoři textu: Dusík, fosfor – Simona Šafarčíková, Milan Kouřil Zvýšená hladina živin – Simona Šafarčíková, Michal Pešata Indikace živin – Petra Konvalinková, Simona Šafarčíková Autor kreseb v textu: Barbora Vašáková Autoři fotografií: David Novotný, Jan Kaštovský, Záboj Hrázský, Simona Šafarčíková Editoři: Záboj Hrázský, Simona Šafarčíková Odborný recenzent: RNDr. Jakub Borovec, Ph.D.

Grafická úprava: Riki Watzka, WWW.RWDESIGN.SK Tisk: DAPHNE ČR

Živiny v krajině. dusík, fosfor eutrofizace půdy a vody indikace dusíku

Recommend Documents