MENDELOVA ZEMĚDĚLSKÁ A LESNICKÁ UNIVERZITA V BRNĚ LESNICKÁ A DŘEVAŘSKÁ FAKULTA ÚSTAV OCHRANY LESŮ A MYSLIVOSTI
Bioindikace znečištění ovzduší a působení klimatických faktorů a to pomocí lišejníků a hodnocení defoliace a zdravotního stavu borovice na území pol. Háje, LZ Židlochovice
BAKALÁŘSKÁ PRÁCE
2007/2008
PAVEL SOUDEK
ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma: Bioindikace znečištění ovzduší a působení klimatických faktorů a to pomocí lišejníků a hodnocení defoliace a zdravotního stavu borovice na území pol. Háje, LZ Židlochovice zpracoval sám a uvedl jsem všechny použité prameny. Souhlasím, aby moje bakalářská práce byla zveřejněna v souladu s § 47b Zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách a uložena v knihovně Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně, zpřístupněna ke studijním účelům ve shodě s Vyhláškou rektora MZLU o archivaci elektronické podoby závěrečných prací.
Autor kvalifikační práce se dále zavazuje, že před sepsáním licenční smlouvy o využití autorských práv díla s jinou osobou (subjektem) si vyžádá písemné stanovisko univerzity o tom, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy university a zavazuje se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla dle řádné kalkulace. V Brně, dne: 23. 4. 2008
ABSTRAKT Pavel Soudek: Bioindikace znečištění ovzduší a působení klimatických faktorů a to pomocí lišejníků a hodnocení defoliace a zdravotního stavu borovice na území pol. Háje, LZ Židlochovice. Bioindication of air pollution and climatic factors influence with the help of lichens and evaluation of defoliation and health condition Pinus silvestris in area LS Valtice, LZ Židlochovice. Abstrakt: V 70. a následně v 90. letech 20. stol. byla v lesních porostech v okolí bodového zdroje znečištění ovzduší Fosfa Poštorná prováděna šetření a indikován imisní vliv pomocí výskytu dvou druhů lišejníků Lecanora conizaeoides a Hypogymnia physodes a defoliace borovice na přilehlém území tohoto zdroje. Od té doba se změnila jednak imisní situace, ale také klimatické poměry v této lokalitě a zdravotní stav lesa. V roce 2007 byla stejnými metodami jako v minulosti znovu provedena studie bioindikace pomocí lišejníků a hodnocen zdravotní stav lesa na základě defoliace borových porostů. Klíčová slova: čistota ovzduší; imisní vliv; bioindikace; lišejníky; defoliace; revitalizace Abstract: Some wide ecological examinations were carried out in adjacent forests of a chemical factory Fosfa Poštorná, a point source of air pollution, in 1970′s and subsequently in 1990′s. Some pollution influence was indicated from a presence of two types of lichens Lecanora conizaeoides and Hypogymnia physodes and Pinus silvestris defoliation in the factory surroundings. From that time not only the pollution situation has been changed in this area but also the forests′ health condition and climatic situation have altered. The same methods as in the past were used in a study carried out in 2007. An occurrence of two designating types of lichens have been studied and the health condition of the forest have been assessed with regard to a stage of defoliation of the P. silvestris. Keywords: air quality; air pollution; biomonitoring; lichens; defoliation; revitalization
OBSAH 1. ÚVOD 2. CÍL PRÁCE 3. POUŽITÉ METODY A CHARAKTERISTIKA ÚZEMÍ 3. 1. Metodika bioindikace pomocí lišejníků 3. 2. Metodika hodnocení defoliace borovice 3. 3. Charakteristika šetřeného území 3. 1. 1. Administrativní, správní a organizační členění 3. 1 .2. Geografická a geomorfologická zařazení, typizace území a reliéfu 3. 1. 3. Geologické charakteristiky 3. 1. 4. Bioklimatické charakteristiky 3. 1. 5. Charakteristiky současného stavu lesních porostů LS Valtice 4. LIŠEJNÍKY JAKO INDIKÁTORY KVALITY PROSTŘEDÍ 4. 1. Lišejníky jako organismy 4. 1. 1. Charakteristika lišejníků 4. 1. 2. Anatomická stavba 4. 1. 3. Morfologie 4. 1. 4. Rozmnožování 4. 2. Ekologické nároky lišejníků 4. 2. 1. Nároky na světlo, teplotu, vlhkost 4. 3. Indikace imisního vlivu pomocí lišejníků 4. 3. 1. Problém znečištění ovzduší a acidifikace prostředí 4. 3. 2. Vývoj emisí SO2 a NOx v ČR a kategorizace jejich měření 4. 3. 3. Historie používání lišejníků jako bioindikátorů 4. 3. 4. Hlavní metodické postupy bioindikace pomocí lišejníků 4. 3. 5. Příčiny citlivosti lišejníků k imisím 5. IMISNÍ CHARAKTERISTIKY ŠETŘENÉHO ÚZEMÍ 5. 1. Současné imisní charakteristiky šetřeného území 5. 2. Vývoj emisí Fosfy s.p. 6. VÝSLEDKY VENKOVNÍHO ŠETŘENÍ 2007 6. 1. Výsledky bioindikace pomocí lišejníků 2007 6. 2. Výsledky hodnocení defoliace borovice 2007
7. DISKUSE 7. 1. Fytoindikace v lesních porostech v okolí zdroje znečištění Fosfa v 70. a 90. letech 7. 2. Porovnání se současným stavem 8. ZÁVĚR 9. DOPORUČENÍ PRO PRAXI SEZNAM CITOVANÉ LITERATURY SUMMARY TECHNICKÁ DOKUMENTACE A PŘÍLOHY
1. ÚVOD Znečištění ovzduší v naší zemi dosáhlo v minulém století takové úrovně, že ovlivnilo nejen život zdejších obyvatel, ale i životní prostředí, krajinu i lesy. Tento fenomén byl intenzivně studován a mezi jinými se začaly také využívat metody bioindikace, také např. pomocí lišejníků. Příkladem jejich použití pro vymezení vlivu bylo sledování v okolí chemického závodu Fosfa v Břeclavi-Poštorné na konci šedesátých a v počátku devadesátých let. Významné změny v politické a celospolečenské situaci na počátku 90. let 20. století zahájily procesy restrukturalizace výroby mnoha velkých podniků, které byly do té doby hlavním zdrojem regionálního i nadregionálního imisního zatížení. Následná modernizace výrobních zařízení v těchto podnicích spolu se snižováním emisního vlivu tepelných elektráren v souvislosti s dodržováním stále přísnějších legislativních norem a narůstajícím podílem energie atomové vedla postupně k významnému snížení imisního zatížení, zejména SO2. K razantnímu snížení objemu emisí došlo i v podniku Fosfa a.s. Břeclav-Poštorná, v jehož okolí (LS Valtice) byl vliv imisí na zdravotní stav lesních porostů podrobně zkoumán v letech 1967–1969 a následně v roce 1992. Pro bioindikaci lišejníky byly vybrány dva druhy epifytických lišejníků, a to Lecanora conizaeoides jako druh toxitolerantní a Hypogymnia physodes, druh vůči působení SO2 výrazně citlivější. Z výsledků obou šetření byly vytvořeny numerické i grafické výstupy zastoupení těchto druhů hodnotící přímý vliv působení imisí na jejich kvantitativní a kvalitativní zastoupení ve zdejších borových porostech. Pro posouzení zdravotního stavu byla současně použita metoda hodnocení defoliace borovice lesní, jež je ve zdejších porostech jednou z hlavních hospodářských dřevin. Nyní, čtyřicet let po prvním a patnáct let po druhém šetření se nabízí možnost pomocí fytoindikace zaznamenat změny u dříve sledovaných veličin a posoudit, zda úměrně k celkovému zlepšení stavu znečištění ovzduší došlo k revitalizaci lesa.
2. CÍL PRÁCE Cílem této bakalářské práce je navázat na historické studie imisního zatížení v okolí zdroje znečištění Fosfa Poštorná. Za použití shodných metod bioindikace pomocí lišejníků jako v minulosti zaznamenat současný stav, výsledky šetření vyhodnotit, a zachovat tak kontinuitu sledování změn určitých ekologických charakteristik tohoto území pro šetření budoucí. Zadáním této práce je pokusit se zaznamenat, jak reagují společenstva konkrétních indikačních druhů epifytických lišejníků v dané lokalitě na změny imisní zátěže a výsledky šetření porovnat s výstupy historických studií. Dalším záměrem této práce je posoudit zdravotní stav borových porostů na LS Valtice starších 50. let a na základě vyhodnocení výsledků navrhnout doporučení pro praxi.
3. POUŽITÉ METODY A CHARAKTERISTIKA ŠETŘENÉHO ÚZEMÍ 3. 1. Metodika bioindikace pomocí lišejníků Pro účely bioindikace byly v historických šetřeních na této lokalitě (Mrkva, 1968 -1971, 1992; Kamenský, 1994) vybrány dva druhy epifytických lišejníků. Korovitý druh Lecanora conizaeoides jako druh vysoce tolerantní, který snáší vysokou zátěž znečištění SO2 (až 130 ug/m3 jako průměr za zimní období) a Hypogymnia physodes, stélkatý druh citlivější oproti L .conizaeoides (tolerance do cca 70ug/m3). Do šetření v roce 2007 byl zahrnut i toxitolerantní korovitý druh Hypocenomyce scalaris (až 125ug/m3), jehož pokryvnost na většině zkusných ploch byla významná. Výskyt těchto tří druhů byl zjišťován ve druhé polovině roku 2007, na borovici ve věku od 50 let a v částech porostů se zápojem pod 70%. Byla použita metoda zkusných ploch o počtu 10 stromů (aritmetický průměr pokryvnosti), zkusné plochy byly umísťovány do těch částí porostů, kde již proběhla sukcese lišejníků (prosvětlené části porostů), vyloučeny byly porosty se souvislým keřovým patrem. Pro zjištění pokryvnosti sledovaných druhů lišejníků byla použita původní stupnice pokryvnosti dle Mrkvy, aby byla zaručena objektivnost srovnání historického a současného šetření.
Obr.1.Stupnice pokryvnosti L. conizaeoides a H. physodes (podle Mrkvy,1992) 0…..bez výskytu 1…..jednotlivé stélky a plošky malého průměru 2......nesouvislé plošky alespoň velikosti dlaně 3…..souvislé plošky plochy větší jak dlaň 4…..souvislá plocha alespoň na části obvodu stromu 5......souvislé plocha na větší části obvodu stromu
Rovněž umístění zkusných ploch v rámci šetřené oblasti bylo voleno (pokud možno) s ohledem na možnost srovnání s historickými šetřeními. Současně s výskytem lišejníků na borovici byl orientačně zjišťován a slovně zaznamenáván do poznámek výskyt a pokryvnost epifytických lišejníků v porostech listnatých (dubových) které s porosty borovými bezprostředně sousedily, a také na jednotlivých listnáčích vtroušených v šetřených borových porostech. To se později ukázalo jako prozíravé při hledání biologických a ekologických souvislostí obecného výskytu lišejníků v této oblasti. Do terénních poznámek byly pro každou plochu zaznamenány četnosti v jednotlivých stupních pokryvnosti pro sledované druhy lišejníků a současně i četnosti v jednotlivých stupních poškození stromů. Následně byly vypočteny a zaznamenány aritmetické průměry hodnot pro jednotlivé plochy. 3. 2. Metodika hodnocení defoliace borovice Intenzita poškození borovice lesní byla určována stejně jako v posledním šetření (Kamenský, 1994) dle stejné metody (Věst. MLH, čá. 5 – 6/1988), aby byly zachovány shodné podmínky pro porovnání výsledků šetření. Tato metoda hodnotí poškození jednotlivých stromů a je založena na zjišťování počtu ročníků jehlic, délky jehlic a výskytu suchých větví. Všeobecná platnost této stupnice je omezena skutečností, že jako normální se v literatuře uvádí pro severnější a výše položené oblasti až čtyři ročníky jehlic, zatímco v nižších polohách tři ročníky a v aridních oblastech jen dva ročníky jehlic. Zkusné plochy pro hodnocení poškození byly vytyčovány současně s šetřením fytoindikace pomocí lišejníků a umísťovány s přihlédnutím k objektivnosti pro celou plochu porostu. Stupeň poškození byl určen aritmetickým průměrem ze vzorku 20 stromů. Tab.1. Stupně poškození jedinců Pinus silvestris (Věstník MLH částka 5 - 6 /1988) stupeň poškození průměrný počet délka jehlic výskyt suchých stromu ročníků jehlic větví 0-zdravý 3-4 normální -------1-slabě 2-3 normální -------poškozený 2-středně poškoz. 1-2 obv. normální jednotlivý 3-silně 1 často častý poškozený zkrácená 4-odumírající 1 zakrnělé Velmi častý 5-odumřelý 0 -------100%
Metoda zjišťování stupně poškození porostů P. silvestris na základě procentuelního zastoupení velmi poškozených, odumírajících a odumřelých stromů (Věstník MLH částka 5–6 1988), která byla rovněž používána pro zjišťování zdravotního stavu borových porostů v posledním historickém šetření (Kamenský, 1994), nebyla nyní použita. Soustavné provádění nahodilých těžeb ve zdejších borových porostech aplikaci této metody znemožňuje. Tab.2. Tabulka pro terénní šetření – ukázka ( podle Kamenský, 1994) zk. pl.
stupeň pošk. stromu 1 2 3
Pokryvnost L. conizaeoides 0
1
2
3
Pokryvnost Pokryvnost H. Hypocen. scalaris physodes 0 1 2 0 1 2 3 4
č.3 č.4
3. 3. Charakteristika šetřeného území 3. 3. 1. Administrativní, správní a organizační členění Česká republika Jihomoravský kraj Lesy České republiky, s.p. Lesní závod Židlochovice Lesní správa Valtice oddělení 710, 712, 716–717, 721, 724–727, 733, 737, 739, 742–743
3. 3. 2. Geografická a geomorfologická zařazení, typizace území a reliéfu Fyzicko geografické regionální zařazení: 5512 – geomorfologické jednotky Vnitrokarpatských sníženin s reliéfem plochých pahorkatin erozního původu s erozně – akumulačním povrchem, klimatická oblast teplá, velmi suchá s mírně teplou zimou vegetační stupeň dubový.
Zařazení do geomorfologického systému: XA-1c provincie: Panonská soustava: Vnitrokarpatské sníženiny podsoustava: Vídeňská pánev celek: Dolnomoravský úval podcelek: Valtická pahorkatina Zařazení podle typu reliéfu: 361 - ploché pahorkatiny nezpevněných tercierních struktur Západních Karpat, tektonicky méně narušené
3. 3. 3. Geologické charakteristiky Území náleží do geologicky mladé karpatské soustavy a stavební jednotkou jsou čtvrtohorní pleistocénní fluviální štěrkovité písky. Půdy jsou zde písčité, místy s příměsí jílu ve spodinách, středně hluboké, sypké, často prosýchané. Charakteristickými půdními typy jsou oligo až mezotrofní hnědé půdy. Území je bez vodotečí.
3. 3. 4. Bioklimatické charakteristiky Území se řadí do klimatické oblasti T 4 – teplá oblast. Průměrná roční teplota vzduchu 10.1°C (1990–2007) Průměrný roční úhrn srážek
488 mm (1990–2007, zdroj: ČHMÚ)
3. 3. 5. Charakteristiky současného stavu lesních porostů LS Valtice (dle LHP 2000) Celková výměra lesních porostů: 4.164,81, ha Lesy hospodářské: Lesy ochranné: Lesy zvláštního určení:
3.126,99 ha 0,00 ha 1.037,82 ha
Zásoby jehličnatého dřeva:
184.307 m3
Zásoby listnatého dřeva:
258.482m3
Zastoupení dřevin: BO – 43% CER – 27% DB – 15% LP, HB, AK, BŘ, TP, OS Převládající HS: 23 SLT: 1S1, 1S2, 1S3, 1S4, 1S6, 1S8, 2S2, 2S4, 1K1, 2K3 Forma hospodářského způsobu je převážně holosečná, doba obmýtí u BO je 110–120 let, obnovní doba 20 let. Borové porosty na sledovaném území nejsou ohroženy sněhem ani větrem, ohroženy jsou vysýcháním stanovišť; mladé kultury buření a okusem; mlaziny obalečem prýtovým (Rhyacionia buoliana); kmenoviny kůrovci na borovici. Hlavní objem nahodilých těžeb u borovice představují kůrovcové souše a souše bez zjevného napadení hmyzími škůdci jako důsledky sucha (viz Tab.5.)
Tab.5. Roční úhrny srážek 1990–2007 Lednice na Moravě rok mm rok mm
1990 443 2000 516
1991 380 2001 566
1992 395 2002 664
1993 469 2003 395
1994 461 2004 513
1995 505 2005 496
1996 526 2006 498
1997 627 2007 547
1998 526
1999 487
Tab.6. Výše nahodilých těžeb BO na LS Valtice, období 1990–2007 rok m3 rok m3
1990 1.276 2000 2.162
1991 3.377 2001 829
1992 4332 2002 276
1993 10583 2003 1.711
1994 9.981 2004 11949
1995 6.928 2005 5.371
1996 7.230 2006 3.462
1997 4.172 2007 3.133
1998 3.532
1999 1.743
mm
700
roční úhrny srážek 1990-2007 Lednice na Moravě - graf
600 500 400 300 200 100 0
1990 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06 2007 rok
m3 14000
výše nahodilých těžeb BO 1990-2007 LS Valtice - graf
12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 1990 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06 2007 rok
Obr.1. Porovnání ročních úhrnů srážek a výše nahodilých těžeb BO na LS Valtice v období 1990–2007
4. LIŠEJNÍKY JAKO INDIKÁTORY KVALITY PROSTŘEDÍ 4. 1. Lišejníky jako organismy 4. 1. 1. Charakteristika lišejníků Lišejník je komplexní organismus, jehož stélka (thallus) je tvořena určitým druhem houby (mykobiont) obligátně vázaným na určitý druh řasy nebo sinice (fotobiont), tento fotobiont je fotosyntetizujícím partnerem. Lišejníky (lichenizované houby) jsou umělou taxonomickou skupinou, systematicky jsou začleňovány do systému hub. Mykobiont
je
většinou
vřeckovýtrusná
houba
z oddělení Ascomycota
(třída
Lecanoromycetes a Chaetothyriomycetes), výjimečně stopkovýtrusá houba z oddělení Basidiomycetes (třída Agaricomycetes). Mezi vřeckovýtrusnými houbami převažují formy s miskovitými plodničkami – apothecii, existují však i formy s ponořenými plodničkami, perithecii (Soldán, 2006). Mykobiont udává tvar a vzhled stélky, dodává lišejníku vodu a minerály. Jako heterotrofní organismus je houba v lišejníku závislá na fotobiontu – řase, popř. sinici. Fotobiont jako autotrofní organismus je hlavním dodavatelem asimilátů vznikajících při fotosyntéze a na rozdíl od houby může žít nezávisle, což bylo dokázáno v četných pokusech (Lincola, Buckhamm aj.), kdy byla řasa uvolněna ze stélky lišejníku. Na některých lišejnících se vedle primárního fotobionta (většinou řasa rodu Trebouxia, popř. Chlorella) vyskytuje i sekundární fotobiont (většinou sinice rodu Nostoc), který se často nachází v bradavičnatých útvarech na stélce – cefalodiích. (Soldán, 2006). V soužití mykobionta a fotobionta jde o zvláštní druh simbiozy, označovaný jako lichenismus, spíše než o mutualistickou simbiozu zde jde o vztah, některými autory udávaný jako „ujařmění“, kdy houba oplétá svými hyfami gonidie, popř. jsou tyto hyfy ke gonidiím přirostlé (Soldán, 2006). V každém případě dochází mezi oběma partnery k látkovým výměnám, kdy houbová vlákna dodávají řase vodu s rozpuštěnými anorganickými látkami a a naopak řase odnímá asimiláty a také vitamíny ze skupiny B a C (Koblížek, 1996). Symbioza autotrofního a heterotrofního organismu umožňuje lišejníkům přežívat i na extrémních stanovištích, na kterých by houba ani řasa nemohla samostatně existovat.
4. 1. 2. Anatomická stavba U lišejníků existují dva typy stélky. Homeomerická stélka se vyskytuje zejména u rosolovitých lišejníků, vlákna mykobionta a buňky fotobionta (většinou sinice) jsou zde volně rozptýleny. V heteromerické stélce se fotobiont - řasa nachází v ohraničené vrstvě uvnitř stélky. Stélka je zde diferencována na svrchní kůru, tvořenou pevnými izodiametrickými buňkami mykobionta (mechanická funkce), gonidiovou vrstvu tvořenou buňkami fotobionta spolu s hyfami popř. haustorii mykobionta, dřeňovou vrstvu tvořenou rozvolněnými vlákny mykobionta (zásobárna vody) a spodní kůrou, jež má podobnou stavbu jako svrchní kůra a je přizpůsobena k uchycení k podkladu (rhiziny, rhizoidy) a čerpání vody a živin dřeňovou vrstvou. (Soldán, 2006). 4. 1. 3. Morfologie Podle celkového vzhledu lišejníku rozlišujeme stélku lišejníků na korovitou (krustózní), lupenitou (foliózní) a keříčkovitou (frutikózní). Korovitá stélka je celou plochou přirostlá na substrát, od něhož ji lze jen těžko oddělit, obvykle u ní chybí spodní kůra (př. Lecanora sp.). Stélka lupenitá přirůstá k podkladu rhizinami, část stélky od podkladu odstává a tvoří zřetelnou lícovou a rubovou stranu (př Parmelia sp., Hypogymnia physodes). Stélka keříčkovitá je k podkladu přirostlá rhizinami jen malou částí báze a bohatě se větví (Evernia prunastri) nebo vytváří vláknité či převislé formy (Usnea sp.) 4. 1. 4. Rozmnožování Pohlavní rozmnožování lišejníků je omezeno pouze na houbovou složku, nejčastější jsou dva typy plodnic – perithecium a apothecium, na rozdíl od vřeckovýtrusných hub jsou plodnice lišejníků většinou víceleté. Lišejníky se však rozmnožují převážně nepohlavně za účasti obou symbiontů. A to buď fragmentací stélky, kdy z ulomené části vyrůstá nový jedinec, anebo za pomocí speciálních rozmnožovacích částic, soredií a izidií. Soredie jsou shluky řasových buněk opletené houbový-mi vlákny (velikost cca 0,1 mm) a uvolňují se buď z gonidiové vrstvy štěrbinami ve svrchní kůře nebo se tvoří na ohraničených částech stélky různých tvarů – sorálech. Izidie jsou drobné výrůstky na svrchní straně stélky, které se za sucha olamují, obsahují obě složky a mají stejnou anatomickou stavbu jako stélka, z níž vyrůstají (Koblížek, 1996).
4. 2. Ekologické nároky lišejníků 4. 2. 1. Nároky na světlo, teplotu, vlhkost Lišejníky jsou obecně uváděny jako organismy s velkou odolností k extrémním klimatickým podmínkám a žijící v rozmanitých, často extrémních biotopech. Podle substrátu, na kterém lišejníky rostou, můžeme rozlišovat druhy terestrické, epifytické, epilitické a endolitické. Růst lišejníků je pomalý, u korovitých druhů do 1-2 mm ročně, u lupenitých a keříčkovitých až několik mm ročně. Lišejníky jsou organismy světlomilné, což je dáno přítomností fotobionta v organismu, nicméně dle druhu se nároky na světlo značně liší. S tejně jako u vyšších rostlin zde můžeme najít druhy heliofilní i sciofolní, jejich výskyt je však vždy limitován jiným ekologickým faktorem, zejména vlhkostí. Ve srovnatelných podmínkách (jehličnaté monokultury) se u epifytických druhů projevuje až několikanásobné zvýšení přírůstu u jedinců rostoucích na místě se světelně příznivějšími podmínkami oproti jedincům okolním. (Soldán, 2006). Lišejníky jsou poikilohydrické organismy, příjem a ztráta vody jsou fyzikální nikoli fyziologické procesy, nejsou regulovány vlastním organismem. Voda není zadržována v buňkách, ale v mezerách mezi hyfami. K nasycení vlhké stélky dochází v příznivých vlhkostních podmínkách ve velice krátkém čase.V závislosti na množství vody ve stélce se u lišejníků střídají stavy metabolické aktivity a pasivity. Fyziologické procesy jsou s postupným vysycháním stélky inaktivovány a lišejníky přecházejí do anabiotického stavu. Rychlost příjmu a ztráty vody srážkové a z vodních par závisí zejména na typu stélky (velikosti povrchu) a povrchu svrchní kůry. U stélek lišejníků s rhizinami je významná schopnost přijímat vodu ze substrátu, druh a povrch (pH, nasáklivost) substrátu je zde pro příjem vody určující. (Soldán, 2006). Významná je i odolnost lišejníků proti kolísání teplot. Zejména proti mrazu jsou tyto organismy velice odolné, což je dáno schopností rychlého snížení vodního potenciálu po okamžitém vyschnutí protoplastu za minusových teplot. Tím se potlačí popř.vyloučí intracelulární zamrzání a další snižování teplot je pro lišejník již neškodné. Naopak vysokým teplotám se brání omezením životních funkcí na minimum, kdy existuje pouze nepatrné dýchání.
4. 3. Indikace imisního vlivu pomocí lišejníků 4. 3. 1. Problém znečištění ovzduší a acidifikace prostředí Nežádoucí produkty spalování zejména z elektráren na uhlí, spaloven, spalovacích motorů a domácího vytápění jsou hlavním faktorem imisní zátěže v našich geografických podmínkách. Hlavní součást těchto emisí tvoří SO2, NOx, CO, saze, popř. dioxiny. Lokálně se na kvalitě ovzduší projevují emise z chemických a dalších továren. K produktům spalování se tak přidávají v závislosti na druhu výroby např. HCl, HF, aerosoly těžkých kovů, arsenu, těkavé organické látky aj. Všechny tyto látky jsou po emitování do ovzduší vystaveny účinkům vlivu atmosféry a vzájemným reakcím a podléhají fyzikálním a chemickým změnám za vzniku nových chem. sloučenin (kyselin, solí…). SO2 a NOx Jako hlavní imisní faktory působí na vegetaci SO2, NOx a ostatní produkty chemických reakcí síry a dusíku v ovzduší. V ČR stále hraje nejdůležitější roli v okyselování půd kyselina sírová a kyselina dusičná. Z atmosféry se na zemský povrch dostávají dvěma mechanismy. Prvním mechanismem je „mokrá depozice“, druhým je tzv. „suchá depozice“. Suchá depozice se uplatňuje v oblastech s vysokými koncentracemi SO2 v ovzduší, čímž se rozumí průměrné roční koncentrace vyšší než 3-5 ug/m3 a z tohoto hlediska jsou koncentrace SO2 na našem území stále velmi vysoké. Existuje několik základních hypotéz mechanismu odumírání stromů v důsledku působení kyselého deště. První mechanismus je rychlý - akutní: přímý kontakt velmi koncentrovaného SO2 s asimilačními orgány stromu způsobí uschnutí jehličí a odumření stromu. Při vhodném počasí stačí k akutnímu poškození vedoucímu k odumření stromu desítky minut. Význam tohoto mechanismu v současné době ustoupil, protože koncentrace SO2 v ovzduší se velmi snížily. (Hruška, 2001) Další mechanismy jsou pomalé - chronické: Dlouhodobou acidifikací jsou z půd vyplaveny bazické kationy (Ca, Mg, K, Na), půdy jsou příliš kyselé a půdní voda obsahuje vysoké koncentrace toxických kovů mobilizovaných kyselým deštěm, zejména hliníku. Vysoké koncentrace hliníku, respektive nízký poměr molární sumy bazických kationů
a hliníku (Bc/Al) v půdním roztoku působí fyziologické problémy kořenovému systému stromu. Při nízkém poměru soutěží ionty hliníku (Al) úspěšně s kationy Ca, Mg a K na výměnných místech buněčných membrán kořenového apoplastu, kde porušují iontovou rovnováhu. Hliník brání aktivnímu transportu iontů přes buněčné membrány tím, že obsazuje místa, která jsou určena pro bivalentní nebo monovalentní ionty, které mají podobné sférické vlastnosti jako iontový Al. Dále dochází k odumírání takto zasažených orgánů – typicky jemných kořenů – s následným špatným příjmem živin, vody a celkovým oslabením rostliny.Typicky, v případě hliníku, dochází k významnému blokování příjmu Mg. Ten je nezbytnou součástí chlorofylu. Stromy mající nedostatek hořčíku trpí chlorózou, žloutnutí jehlic z nedostatku chlorofylu. (Hruška, 2001) Dalším mechanismem jevícím se jako příčina chřadnutí středoevropských jehličnatých lesů je uváděna acidifikace půdního prostředí dlouhodobým vstupem dusíku (NO x) do těchto ekosystémů., což se může projevit zvýšením obsahu dusíku v rostlinné biomase, v opadu a následně i v půdní organické hmotě, a zároveň snížením poměru C/N v půdě, což vede k vyplavování dusíku do spodních půdních horizontů nebo do povrchových vod, pokud zde byl dusík již před zvýšením depozice ve stavu nasycenosti.Vyplavování nitrátových iontů a s nimi zároveň bazických iontů je výrazně vyšší v jehličnatých porostech s poměrem C/N v organickém horizontu nižším než 24. Poměr C/N v organickém horizontu podstatné části jehličnatých lesních porostů v oblastech s vysokou antropogenní depozicí na území ČR je zřejmě nižší než tato kritická hodnota, což indikuje vyplavování živin z těchto ekosystémů. Dusík jako živina se tak dostává do nadbytku v poměru k ostatním živinám, jež jsou vyplavovány z dosahu kořenového systému stromu, což vede k fyziologickým poruchám organismu. (Hofmeister, 2001) Popsané mechanismy stromy výrazně oslabují, ale jen zřídka jsou bezprostřední příčinou úhynu. Tou bývá obvykle klimatický stres (náhlá změna teploty v zimě, dlouhotrvající sucha nebo mrazy) nebo hmyzí či houbový škůdce, kterému by se zdravý les obvykle ubránil jen s malými ztrátami.
4. 3. 2. Vývoj emisí SO2 a NOx v ČR a kategorizace jejich měření V roce 1999 bylo dokončeno odsíření velkých zdrojů SO2, což vedlo ke snížení celkových emisí síry v ČR na úroveň 10% poloviny 80. let (2,27 mil. tun v roce 1985 na 0,27 mil. tun v roce 1999). Relativní snížení emisí síry je sice obrovské, ale i tak jsou dnešní emise síry stále na úrovni, která pravděpodobně nepovede k významné samovolné regeneraci půdního prostředí v nejpostiženějších oblastech. Emise NOx klesly v průběhu 90. let o ca. 50% a změnila se jejich struktura – dominantním zdrojem se stala doprava, jež je v současnosti zdrojem 68% emisí NOx, zatímco v roce 1990 to bylo pouze 28%. U obou polutantů, síry a dusíku, byly v současnosti vyčerpány meze dalšího významného snižování emisí. Pro dalších nejméně 10 let budou emise stagnovat. (Machálek, 1999) Stacionární zdroje znečišťování ovzduší jsou z hlediska velikosti, typu a závažnosti pro životní prostředí rozděleny na tři základní skupiny v tzv. Registru emisí a zdrojů znečišťování ovzduší – REZZO 1, 2, 3. Samostatnou kategorii pak tvoří mobilní zdroje, sledované jako plošné zdroje, které tvoří kategorii REZZO 4. REZZO 1 – stacionární zařízení ke spalování paliv o tepelném výkonu vyšším než 5MW a zařízení zvlášť závažných technologických procesů. (bodový zdroj, jednotlivě sledovaný) REZZO 2 – stacionární zařízení ke spalování paliv o tepelném výkonu od 0,2 do 5 MW a zařízení závažných technologických procesů. (bodový zdroj, jednotlivě sledovaný) REZZO 3 – stacionární zařízení ke spalování paliv o tepelném výkonu nižším než 0,2 MW, zařízení technologických procesů nespadajících do kategorie velkých a středních zdrojů. (plošné zdroje, hromadně sledované) REZZO 4 – mobilní zdroje, údaje o emisích mobilních zdrojů jsou vypočítávány z podkladů o přepravních výkonech jednotlivých skupin mobilních zdrojů, z údajů o spotřebě pohonných hmot, skladbě a provozu vozidel a příslušných emisních faktorů.
4. 3. 3. Historie používání lišejníků jako bioindikátorů Lišejníky, zejména epifytické, jsou mimořádně citlivé k imisím oxidů síry, oxidů dusíku, sloučenin fluoru, těžkých kovů a dalších látek, vznikajících hlavně při spalování fosilních paliv a při výrobě některých chemikálií. Reagují již na velmi nízké imisní koncentrace, mnohem dříve, než je možno zaznamenat u jiných rostlin nebo živočichů. Tato skutečnost je pozorována, zkoumána a popisována již téměř sto padesát let. Ale teprve ve druhé polovině 20. stol jsou lišejníky všeobecně uznávány jako modelové organismy pro hodnocení imisní zátěže. Již v roce 1866 zkoumal Nylander lišejníky v Lucemburské zahradě v Paříži a pozoroval inhibice růstu a ústup druhů směrem od okrajů do centra města. Nienburg (1919) pak poprvé vysvětuje příčinu převahy nitrofilních lišejníků v centrech měst nad lišejníky nitrofobními větší koncentrací amoniaku ve městech. Jako indikátorů znečištěného ovzduší použil lišejníků poprvé Sarander (1926), kdy ve Stockholmu a jeho okolí vylišil 3 zóny: lišejníkovou pustinu ve znečištěném středu města, zónu boje s nečetnými nitrofilními druhy směrem od centra a zónu normální na předměstích. Následuje řada dalších prací v různých zemích, zabývajících se fytoindikací lišejníky v městském a příměstském prostředí a zdůrazňujících závislost existence lišejníků v tomto prostředí na znečištění vzduchu. Jones (1952), studující znečištění průmyslové znečištění severní Anglie sestavil pořadí druhů lišejníků podle tolerance vůči znečištění. Někteří autoři jako Rydzak (1953-1959) nebo Klement (1958) zpochybňovali teorii závislosti existence lišejníků na čistotě ovzduší a zdůvodňují mizení těchto organismů z měst nedostatkem vlhkosti a dalšími klimatickými faktory. Pišút (1962) v okolí Rudňan na Slovensku a Brightman (1965) v Cambridge popisují kromě čistoty ovzduší také další důležitý faktor výskytu a pokryvnosti lišejníků – podklad či substrát na kterém rostou (shodují se v tom, že vápenaté podklady eliminují neutralizací účinky SO2). Konečně Natho (1965), zkoumající lišejníky kolem Berlína dochází k závěru, že příčinou zonace lišejníků je většinou kombinace faktorů a jen ve výjimečných případech působí jen jedna skupina faktorů. (Sobotková, 1969)
Na našem území se bioindikací lišejníky zabývala např. Sobotková (1969), která zkoumala výskyt lišejníků v okolí průmyslových podniků ostravska v otevřené krajině i v lesních komplexech v jejich širším okolí. Mrkva
(1967) a (1991) využíval bioindikaci lišejníky při opakovaném zkoumání
imisního vlivu na lesní porosty v okolí chemického závodu Fosfa Břeclav a také při vymezení oblasti zasažené průmyslovými imisemi na území Lesního závodu Jablunkov (1971). V posledních asi dvaceti letech zažívá používání fytoindikačních metod určité obrození a zejména v kombinaci s fyzikálními metodami a metodami chemických analýz jsou stále uznávány jako seriozní ukazatel imisní zátěže ekosystémů.
4. 3. 4. Hlavní metodické postupy bioindikace pomocí lišejníků 1. Metody fyziologické – sledují fyziologické jevy a jejich změny, zejména: - pokles intenzity fotosyntézy, respirace a čisté produkce - snížení obsahu chlorofylu a přítomností feofytinu - stanovení pH a vodivosti lišejníkové stélky - redukce fosfatázové aktivity - metabolismus aminokyselin 2. Metody morfologicko – anatomické – sledují vitalitu (inhibici) lišej-níkové stélky 3. Metody floristické-chorologické – mapují rozšíření indikačních druhů, pracují se stupnicemi citlivosti indikačních druhů, a to v závislosti na čase. V historii bylo různými autory v různých zemích vytvořeno mnoho stupnic citlivosti jednotlivých druhů lišej-níků ke znečištění ovzduší, avšak univerzální stupnice prostě nemůže existovat, jelikož faktor znečištění ovzduší nikdy nepůsobí osamoceně. V závislosti na působení nadregio-nálních, oblastních či lokálních klimatických podmínek se tyto stupnice v detailech u různých autorů liší, leč v základních charakteristikách se shodují.
Tab.3. Stupnice citlivosti indikačních druhů lišejníků (Anděl, 2000) skupina I. II.
citlivost k imisím silně toxitolerantní
druh Lecanora conizaeoides
málo citlivé
Lepraria sp. Bacidia chlorococca Lecidea scalaris
III.
středně citlivé
Hypogymnia physodes Lecanora subfusca sp. Agg Parmelia sulcata Parmelia saxatilis Parmeliopsis ambigua Parmelia exasperatula
IV.
velmi citlivé
Plastismatia glauca Parmeliopsis hyperopta Cetraria chlorophylla Lecanora varia Pseudoevernia furfuracea Evernia prunastri Ramalina farinacea
Tab.4. Stupnice citlivosti indikačních druhů lišejníků (Liška, 1994) zóna 0 1 2 3 4
5
6
7 8 9 10
Neeutrofizovaná kůra
Eutrofizovaná kůra
Ø roční kon. SO2
holá kůra řasa Apathococcus viridis u paty stromu Lecanora conizaeoides u paty stromu Lecanora conizaeoides četná Lepraria incana u paty Hypogymnia physodes Parmelia saxatilis Lecidea scalaris Parmelia sulcata u paty Hypogymnia physodes Parmelia saxatilis Parmelia glabratula Parmeliopsis ambigua Lecanora chlorotera Calicium virose Lepraria candelaris Parmelia caperata obč. Pertusaria hymenea Parmelia tiliacea Graphis elegans Pseudoevernia furfuracea Evernia prunastri Parmelia caperata běž. Usnea subfloridaea Pertusaria hemisphaeri Usnea ceratina Usnea rubiginea Rinodina roboris Lobaria pulmonaria Lobaria amplissima Usnea florida Lobaria scrobiculata Usnea articulata
holá kůra řasa Apathococcus viridis na celém kmeni Lecanora conizaeoides četná Lecanora expallus četná Buellia punctata četná Buellia canescens občas Buellia canescens častá Physcia tribaria Physcia adscescens Xantoria parietina občas Physconia grisea Physconia farrea Buellia albrotea Physcia tenella Ramalina farinacea Opegrapha varia Schismatoma decolorans Pertusaria albescens Physciopsis adglutinata Physconia grisea Physconia orbicularis Opegrapha vulgata Caloplaca luteoalba
> 250ug/m3
Physcia dipolia Ramalina farinacea Candelaria concolor Parmelia perlata Parmelia retuculata Ramalina pollinaria Ramalina calicaris Parmelia perlata Caloplaca serina jako zóna 9
>170 >150 >125
>70
>60
>50
>40 >35 >30 0
4. Metody fytocenologické – stanovují syntetické indexy konkrétních lokalit dle počtu indikačních druhů nalezených na daném stromě, ekologických indexů citlivosti vyskytujícího se druhu, jeho kvantitativního zastoupení podle odhadové stupnice a vitality podle odhadové stupnice. (Anděl, 2000)
4. 3. 5. Příčiny citlivosti lišejníků k imisím Příčin zvýšené citlivosti lišejníků k imisím je hned několik. Dle Anděla (2000) jsou to: - anatomická stavba stélky – stélka není na povrchu vybavena nepropustnou vrstvou a průduchy jako vyšší rostliny, ale pouze propletenými houbovými vlákny, které vstupu imisí nemohou zabránit - vodní režim lišejníků – vodu přijímají přímo ze srážek i s látkami, které jsou v nich rozpuštěné. Epifytické druhy rostoucí na kmeni jsou navíc vystaveny srážkové vodě, která je splavována z velkého povrchu koruny stromů, a tak dávka škodlivin, kterou lišejníky dostávají, je mnohem větší, než by odpovídalo velikosti jejich povrchu - intenzita metabolismu – lišejníky mají pomalý metabolismus, s tím souvisí i nízká růstová rychlost a tedy i omezená regenerační schopnost při vnějším poškození. Lišejníky mají také schopnost kumulovat ve své stélce značné množství škodlivin, které může od určité hodnoty působit toxicky - symbiotická podstata lišejníků – představuje určité rovnovážné soužití řasy a houby, které odpovídá daným ekologickým podmínkám. Jejich narušení může vést k rozpadu organismu Působení imisí (zejména SO2) na fotosyntézu buněk řas v lišejníku je pravděpodobně hlavním faktorem odpovědnosti citlivosti lišejníků na polutanty. SO2 narušuje proces fotosyntézy rozkládáním chlorofylu nebo jeho přeměnou na feofytin, přičemž riziko těchto jevů roste se vzrůstající vlhkostí a snižujícím se pH prostředí. Dalším negativním účinkem působení síry na lišejníky, tentokráte ve formě H2SO4, je narušování buněčných membrán řasy i houby, a tím znemožnění normální výměny plynů v procesu buněčného dýchání. (Hawksworth,1976) Poruchy asimilace mají za následek inhibici růstu, barevné změny stélek, snížení fruktifikace, lokální nekrózy, popř. smrt organismu a odpadnutí od substrátu.
Působení SO2 (H2SO4) na lišejníky je do jisté také ovlivněno substrátem, na kterém se nacházejí. Substráty s nízkým pH jsou působením SO2 ještě více okyselovány, substráty s vyšším pH se vyznačují určitou pufrační (neutralizační) schopností k vlivu SO2. Stromy s kyselou borkou (např. bříza) ztrácejí lišejníky jako první, na stromech s alkalickou kůrou (př. jilm) se lišejníky udrží nejdéle. (Hawksworth, 1976)
5. IMISNÍ CHARAKTERISTIKY ŠETŘENÉHO ÚZEMÍ 5. 1. Současné imisní charakteristiky šetřeného území Zájmové území bylo v historii významně ovlivňováno imisním zatížením zejména SO2, H2SO4, a HF z podniku Fosfa. Vývoj imisních charakteristik se zásadně změnil v roce 1990, kdy zde postupně dochází k razantnímu poklesu objemu výroby a od pol. 90. let až do současnosti zdroj Fosfa do emisních bilancí prakticky významněji nezasahuje. Zájmové území je v současnosti ovlivňováno regionálním působením imisí, celkovou acidifikací prostředí (SO2, NOx). Nejbližším významným zdrojem znečištění ovzduší je ČEZ – Elektrárna Hodonín. Pro posuzování vývoje regionálního znečištění ovzduší lze použít údaje ročních úhrnů SO2 a NOx pro Jihomoravský kraj. (dle ČMHÚ, 2008)
Tab.7. Roční úhrny SO2 a NOx, REZZO 1-3 souhrnně t.rok/
1990
1992
1994
1996
1997
1999 2002 2004 2006
SO2 NOx
68.354 11.482
48.127 10.471
39.620 9.748
24.751 9.024
16.276 8.036
4.195 6001
3.508 5172
4.123 4812
4.216 4787
Tab.8. Roční úhrny SO2 a NOx, REZZO 4 t.rok/-1
2001
2002
2003
2004
2005
2006
SO2
677
708
580
532
236
217
NOx
16.428
15.630
17.380
16.541
14.456
15.916
Pro posuzování vývoje lokálního znečištění dané oblasti lze použít imisní charakteristiky nejbližší měřící stanice (cca 10 km od nejbližších lesních porostů LS Valtice). Tab.9. Imisní charakteristiky SO2 – měř. stanice ČHMÚ Mikulov- Sedlec 1997-2006 ug/m3
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
X
18
11
8
7
7
6
7
5
6
6
Xmx Mes Dmx dat Hmx dat
74 led 189 02.01 -
20 pros 65 31.12
13 led 41 02.01
14 led 45 14.1.
-
-
-
10 1.Q 44 09.1 74 09.1
8 1.Q 36 04.01 79 16.01
13 1.Q 54 09.01 103 21.01
5 4.Q 47 03.03 122 04.03
8 1.Q 31 05.03 50 06.03
13 1.Q 66 28.01 95 23.01
X….…roční aritmetický průměr Xms…maximální měsíční (čtvrtletní) aritmetický průměr Mes….měsíc (čtvrtletí) Dmx…maximální průměrná denní hodnota dat….. datum Hmx…maximální hodinová hodnota dat…...datum
Tab.10. Imisní charakteristiky NOx -měř. stanice ČHMÚ Mikulov-Sedlec 1997-2006 t/rok
X Xmx Mes Dmx dat Hmx dat
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
19
16
14
14
14
14
15
13
14
15
49 led 113 07.01. -
28 list 71 25.11
20 led 45 22.11
22 led 44 12.01
-
-
-
19 4.Q 50 14.12 144 02.08
18 1.Q 53 21.12 95 19.11
22 4.Q 54 19.12 93 20.12
18 4.Q 46 08.01 102 08.12
21 4.Q 65 01.12 152 28.11
25 1.Q 133 12.01 189 03.05
X….…roční aritmetický průměr Xms…maximální měsíční (čtvrtletní) aritmetický průměr Mes….měsíc (čtvrtletí) Dmx…maximální průměrná denní hodnota dat….. datum Hmx…maximální hodinová hodnota dat…...datum
5. 2. Vývoj emisí Fosfy s.p. Zdroj emisí Fosfa dlouhodobě (výrazněji zejména od 50.let 20. stol.) emitoval do okolí významná množství SO2, H2SO4 a sloučenin fluoru. Do roku 1967 unikaly všechny emise z výduchů vysokých pouze 12m, od r. 1967 byly SO2 a H2SO4 byly emitovány z komínu vysokého 65 m. Teprve od roku 1984 byl dán do provozu komín vysoký 135m, jímž byla emitována část SO2. (Mrkva, 1994) Po razantním snížení výroby a restrukturalizaci podniku na počátku 90. let 20. a jeho následné modernizaci se úhrny emisí sloučenin síry a fluoru dostaly až k nulovým hodnotám. Tento stav trvá až do současnosti. Tab.11. Vývoj množství emisí podniku FOSFA (dle Mrkvy, 1994; kráceno). t.rok/-1 1946 1949 1951 1955 1958 1960 1962 1965 1967 1969 1970 1984 1990 1991 1993 1995
73 111 116 114 150 344 884 661 630 1074 928 756 847 492 46 0
SO2 H=12m
H=65m
H=135m
20 29 31 31 39 94 240 195 188 194 192 9 3 0 0 0
H2SO4 H=12m
F*…fluor a jeho anorganické sloučeniny H …výška výduchů / komínů v m
H=65m
H=65m
1 2 2 5 7 27 54 75 99 102 104 44 25 23 0 0
F* H=12m
H=19m
6. VÝSLEDKY VENKOVNÍHO ŠETŘENÍ 2007 6. 1. Výsledky bioindikace pomocí lišejníků 2007 Šetření byla prováděna od září do prosince roku 2007. Pro srovnání současného výskytu lišejníků se stavem před 40 a před 15 lety bylo použito rozdělení do 5 zón dle Mrkvy (1969). Na 49 zkusných plochách v borových porostech bylo zaznamenáno pokračování trendu, popsaného v posledním šetření z roku 1992. Jestliže na konci 60.let 20.stol. Mrkva zaznamenává zónu I. s normálním výskytem H. physodes a absencí L. conizaeoides“ a tato zóna se již na počátku devadesátých let v oblasti šetření vůbec nevyskytuje, pak při šetření v roce 2007 se na celém šetřeném území na borovici H. physodes vyskytuje pouze v množství definovaném jako „slabý výskyt o nízké frekvenci“ (maximální zaznamenaná prům. pokryvnost 1,7), a to pouze na zkusných plochách s nejpříznivějšími odtokovými a expozičními poměry. Vylišení jednotlivých zón dle pokryvnosti tohoto druhu lišejníku je proto v současné době problematické. Dle výsledků šetření se od 90. let zmenšuje i pokryvnost lišejníku L .conizaeoides, jež nedosahuje takových pokryvností jako při posledním šetření v roce 1992. Výrazný pokles pokryvnosti druhu L. conizaeoides byl pak zaznamenán v okrajových částech komplexu Bořího lesa, kde se tento druh jako jediný lišejník vyskytuje pouze v minimálních pokryvnostech na hranici vymizení, což odpovídá zóně 4–5 dle Mrkvy. V lesních porostech v bezprostřední blízkosti historického imisního vlivu FOSFY se L. conizaeoides vyskytuje v největších pokryvnostech v rámci šetřeného území, současně s největším průměrem apothecií, jaký byl při orientačním měření v rámci šetření zaznamenán. Tato oblast svými charakteristikami odpovídá zóně III. Odeznívající výskyt L. conizaeoides směrem dovnitř komplexu Bořího lesa by pak indi-koval zónu II., avšak limitující pro vylišení této zóny je absence narůstajícího výskytu H. physodes, který je pro tuto zónu definován. Charakteristiky zóny I. se samostatným výskytem H. physodes s průměrnou pokryvností 2 stejně jako v šetření v roce 1992 zde již nebyly zaznamenány. Stejně jako v šetření v roce 1994 (Kamenský) byl zaznamenán oproti minulosti zvýšený výskyt lišejníku Hypocenomyce scalaris, jež dosahuje v poměru k oběma druhům vysokých pokryvností na většině zkusných plochách s výjimkou okrajových porostů
lesního komplexu Bořího lesa. Tento druh dosáhl také nejvyšší průměrné hodnoty pokryvnosti v rámci celého šetření (4,3). Z výsledků v roce 2007 vyplývá, že zastoupení všech tří šetřených druhů lišejníků je dána regionálními, nikoli lokálními charakteristikami znečištění ovzduší a pokryvnosti jednotlivých druhů na borovici v rámci šetřené oblasti se mění spíše podle mikroklimatu konkrétních stanovišť, přičemž vzdálenost zkusných ploch bodového zdroje znečištění již není pro výskyt a pokryvnost druhů rozhodující. Provést vypovídající zonaci šetřené oblasti dle indikačních charakteristik jednotlivých druhů lišejníků je zde proto v současnosti prakticky nemožné.
6. 2. Výsledky hodnocení defoliace borovice 2007 Na všech 49 zkusných plochách bylo zaznamenáno poškození určitého rozsahu, porosty definované jako zdravé se v oblasti nevyskytují vůbec (stejně jako při minulých šetřeních), porosty slabě poškozené, byly v současnosti zaznamenány v polovině případech. V této souvislosti je však třeba připomenout, že výskyt stromů zdravých, tak jak jsou definovány v použité metodice (3–4 ročníky jehlic) nelze v teplých a suchých oblastech prakticky zaznamenat. Druhá polovina zkusných ploch vykazovala parametry porostů středně poškozených, porosty silně poškozené se dle výsledků nevyskytují. Porosty odumírající či odumřelé však v rámci šetřených ploch nebyly zaznamenány zřejmě jen díky skutečnosti, že jednotlivé souše, skupiny odumírajících stromů i celé části porostů jsou permanentně likvidovány v rámci nahodilých těžeb. Borové porosty mýtního a často i předmětního věku jsou mnohdy v důsledku těchto opakujících se nahodilých těžeb silně proředěné, většinou neprostupné přes silně vyvinuté keřové patro (Padus racemosa). Tyto porosty nebyly do zkusných ploch zahrnuty . Výsledky šetření v roce 2007 dle jednotlivých zkusných ploch jsou uvedeny v části Technická dokumentace a přílohy
Obr.3. Výskyt indikačních druhů lišejníků na LS Valtice, 2007
7. DISKUSE 7. 1. Fytoindikace v lesních porostech v okolí zdroje znečištění Fosfa v 70. a 90. letech Z výsledků indikace znečištění ovzduší pomocí lišejníků v lesních porostech okolí podniku FOSFA, které byly získány v letech1967–1969, a které dokládají imisní poměry před tímto datem, bylo vymezeno celkem pět zón a specifikovány charakteristiky včetně zatížení ovzduší SO2. (Mrkva, 1969) Zóna V. - tzv. lišejníková pustina, lišejníky se nevyskytují, vnější hranice byla vylišena nálezy L. conizaeoides u paty stromu. SO2 – průměrná koncentrace180 ug.m-3, četnost překročení 150 ug.m-3 = 58%, 300 ug = 21%, 500 ug = 13%. Zóna IV. – L. conizaeoides se vyskytuje v mezích hodnot 0,5-1,5 stupnice pokryvnosti. Pozorována celková inhibice růstu. Fruktifikace je omezena, apothecia nepřesahují průměr 1mm. SO2 – prům. konc. 55 ug.m-3, četnost překročení 150 ug = 7%. Zóna III. – L. conizaeoides roste vitálně, výskyt v rozmezí 1,5-2,5. SO2 – prům. konc. 45 ug.m-3, četnost překročení 150ug = 2%. Zóna II. – počáteční výskyt H. physodes (až do hodnoty 1,0), spolu s L. conizaeoides, jejíž výskyt zde již odeznívá. SO2 – prům. konc. < 40 ug.m-3 (nelze blíže specifikovat), konc 150 ug se zde již nevyskytuje. Zóna I. – samostatný výskyt pouze H. physodes je charakterizován v průměru hodnotou 2,0. SO2 nebyl měřen.
Tab.12. Statistické charakteristiky a parametry zón vylišených pomocí shlukové analýzy. Stav v r.1967. (Mrkva, Hadaš; 1992) zó ny 1. 2. 3.
Koncentrace v ug.m-3
Denzita
Ø H2SO4 min max
L. coniz. Ø min max
H. phys. Ø min max
5,11 0,58 0,87 1,2–9,8 0,12–0,96 0,28–1,74 19,25 2,20 3,45 8,05–37,29 0,92–5,29 1,58–7,02 59,04 14,09 17,41 27,61-79,6 3,74–44,78 5,48–52,18
0,15 0,0–0,7 0,61 0,0–2,40 0,69 0,0–1,8
1,33 0,4–2,0 0,73 0,0–1,18 0,07 0,0–0,4
Ø SO2 min max
Ø SiF4 min max
Obr.2. Semikvantitativní indikace znečištění ovzduší pomocí lišejníků na LS Valtice v roce 1969. (Mrkva, 1969)
Výsledky dalšího šetření z počátku 90. let hodnotí Mrkva (1992): Je patrno, že výstavbou vysokých komínů se zcela změnily imisní poměry v okolí Fosfy. Z plošného výskytu L. conizaeoides na celém území LS Valtice můžeme usuzovat ani ne tak na zvýšení koncentrace SO2, jako na změnu tzv. chemického klima. O tomto fenoménu hovoříme v souvislostech s registrovanou imisí kyselé povahy v regionálním měřítku. Na druhé straně pozorujeme podstatné snížení výskytu lišejníku H. physodes, jenž se vlastně dominantně a v takové pokryvnosti jako před 25 lety již nikde nevyskytuje. Předně se nedaly vůbec vylišit zóny V. a IV., tzn. nedocházelo zde již ke kritickému ohrožení vegetace a celé území, včetně území bývalé zóny IV. a částečně také V. bylo nyní možno zahrnout do zóny III. Zbylé území celého komplexu lesů polesí Valtice se pak dalo zařadit pouze do zóny II., zatímco zóna I. se již nikde nenacházela. Tab.13. Statistické charakteristiky a parametry zón vylišených pomocí shlukové analýzy. Stav v r.1991. (Mrkva, Hadaš; 1992) Koncentrace v ug.m-3
zóny Ø SO2 min
max
Ø SiF4 min
max
Denzita
Ø H2SO4 min
max
L. coniz. Ø min
max
H. phys. Ø min
max
1.
17,31
0,29
0,01
1,84
1,29
2.
9,90–34,20 29,65
0,08–1,01 1,88
0,00–0,03 0,10
0,20–4,4 1,35
0,20–2,28 0,55
3.
16,30–46,6 28,62
0,55–6,66 3,81
0,04–0,42 0,45
0,00–3,20 0,20–1,40 2,30 0,00–0,0
4.
7,80–53,50 0,03-19,58 21,23 1,13
0,00–4,11 0,08
0,60–4,00 2,28
0,00
11,70–29,6
0,03–0,18
0,00–3,70
0,00
0,38–2,05
Stejné výsledky jako Mrkva (1992) uvádí z této lokality i Kamenský (1994), který navíc uvádí: Souběžně s vyšším výskytem (pokryvnost 2 a více) druhu L. conizaeoides byl zaznamenán významný nástup dalších druhů epifytických lišejníků s dominujícím druhem Hypocenomyce scalaris, jehož výskyt v předchozím šetření nebyl vůbec zaznamenán. Vyšší výskyt těchto druhů začíná v nevelké vzdálenosti od zdroje znečištění a prostupuje prakticky celým sledovaným územím.
7. 2. Porovnání se stavem v současnosti Kvalitativní i kvantitativní charakteristiky výskytu lišejníků zaznamenané na zkusných plochách v borových porostech zájmové oblasti se mírně liší od výsledků posledních šetření (1992, 1994). Shodně byl zaznamenán pouze evidentní ústup druhu H. physodes a rozvoj druhu Hypocenomyce scalaris. Snížení hodnot pokryvností bylo dále zaznamenáno i u druhu L. conizaeoides , což je rozdíl oproti studiím z devadesátých let, kdy je u tohoto druhu zaznamenán rozvoj zejména v zóně III., která svými charakteristikami zahrnuje podstatnou část šetřené oblasti. I při nejvyšších zaznamenaných pokryvnostech vykazuje v současnosti L. conizaeoides zjevnou inhibici růstu a výrazně je omezena i tvorba apothecií. Přízemní části borovic se souvislou pokryvností vyvinutých apothecií nad 1 dm2 nelze v šetřených porostech prakticky zaznamenat. Zdá se pravděpodobné, že pro zdárný vývin apothecií L. conizaeoides je limitujícím faktorem opět nedostatek vzdušné vlhkosti, přičemž směrem od okrajů dovnitř lesního komplexu je tento lišejník nahrazován jiným korovitým druhem, a sice Hypocenomyce scalaris. Nárůst pokryvnosti posledně jmenovaného druhu je zaznamenán už ve výsledcích šetření z devadesátých let a tento trend dle šetření v roce 2007 šetření pokračuje. Některé části borových porostů na okraji komplexu Bořího lesa vystavené v minulosti imisnímu tlaku z poštorenské FOSFY lze dnes opět bez nadsázky definovat jako „lišejníková pustina“. Limitujícím faktorem přežití jakéhokoli druhu lišejníků však zde již není imisní tlak, ale aridita prostředí. Snižující se roční úhrny srážek a nepříznivé změny disperze srážek během roku spolu s působením vysušujících jihovýchodních větrů zde na některých místech nedovolují přežití lišejníku jako organismu a na borce stromů se zde vyskytují pouze řasy (Pleuroccocus vulgaris). Důkazem pro tvrzení (i bez znalostí přesných dat imisních koncentrací na této lokalitě), že nikoli imisní zátěž, ale aridita prostředí je dnes v oblasti kolem FOSFY a.s. limitujícím faktorem výskytu lišejníků budiž fakt, že výskyt toxifobní H. physodes je na listnáčích zaznamenán již po 200m od okraje lesa a necelý kilometr od podniku FOSFA a.s. směrem dovnitř komplexu Bořího lesa se na dubech vyskytuje toxifobní druh Evernia prunastri ve vysokých pokryvnostech a druhy H. physodes a Parmelia saxatilis v pokryvnostech velmi vysokých. V těchto případech ovšem jde o porosty s příznivými vlhkostními poměry (terénní sníženiny, porosty „kryté“ borovými tyčovinami od jihovýchodu se sníženou cirkulací vzduchu), které jsou v této lokalitě spíše výjimkou. Ve většině šetřených porostů pak byl
zaznamenán jev, kdy se H. physodes objevuje pouze(!) na bázích nakloněných borovic (pokryvnost roste s úhlem naklonění), zatímco na kmenech rovných stromů se nevyskytuje vůbec. Důsledkem naklonění stromů je zvětšení plochy, která je vystavena srážkám, což zde umožňuje H. physodes přežít. Dalším výrazným fenoménem této lokality je výskyt H. physodes na vtroušených dubech v borových monokulturách, přičemž v tomtéž porostu se na borovicích tento lišejník vůbec nevyskytuje, jakkoli v teoreticky příznivějších světlostních podmínkách. Vedle závislosti výskytu jednotlivých druhů na pH substrátu zde zřejmě hraje roli i rychlost odpařování srážkové vody z různých povrchů substrátu. Jednoduchým pokusem lze ověřit skutečnost, že srážková voda z borky kmene borovice se odpaří rychleji než z borky dubu, borka u dubu schne asi trojnásobně déle než u borovice a vykazuje stopy vlhkosti ještě dlouho po pokusu. Zmíněné jevy naznačují, že vlhkostní poměry jsou ve zdejších poros-tech limitující pro výskyt druhu H. physodes na borovici a s případným dalším vysycháním lesního prostředí v této oblasti budou dále určovat jeho výskyt i v porostech listnatých. Příčiny ústupu druhu L. conizaeoides a naopak rozvoji druhu Hypocenomyce scalaris v zájmovém území nebyly dosud vysvětleny a ani nebylo v možnostech této studie je určit. Hlavní příčinou chřadnutí a odumírání borovic v předmýtních a mýtních borových porostech v šetřené oblasti je pak zřejmě sucho, které jako dominantní stresor „spouští“ ostatní stresory a opakovaně tak vystavuje dřeviny fyziologickým (energetickým) krizím. Toto zdůvodnění špatného zdravotního stavu a odumírání zdejších borových porostů v minulosti lze doložit významným navýšením nahodilých těžeb vždy v sezónách následujících po obdobích kritického sucha (1993, 1995, 2003…), ať už jsou tyto těžby vykazovány jakkoli (ostatní, kůrovcová…). Stejný jev lze dokladovat i u zdejších porostů listnatých (dubových), kde extrémně suché období startuje gradace fytofágů. Pro opravdu objektivní vyhodnocení zdravotního stavu lesa bychom proto museli zohlednit i výše nahodilých těžeb v těchto porostech za danou časovou jednotku.
8. ZÁVĚR Použití epifytických lišejníků jako bioindikátorů imisního zatížení se v historii mnohokrát osvědčilo, a to jak při studiích vlivu imisí na vegetaci ve volné krajině, tak i na lesní porosty. Také šetření v lesních porostech Bořího lesa na LS Valtice v okolí bodového zdroje znečištění Fosfa Břeclav-Poštorná, které proběhlo v roce 2007 a navázalo tak na historická šetření z let 1968 a 1992, znovu potvrdilo oprávněnost aplikace fytoindikačních metod při posuzování vlivu imisní zátěže na lesní ekosystémy. A to i přes jistá omezení použití metod bioindikace pomocí lišejníků v aridních oblastech, do kterých naše zájmové území patří. Významným po vyhodnocení výsledků současných terénních šetření se jeví zjištění, že i přes pomalý růst lišejníků zde za posledních patnáct let došlo ke změnám charakteristik pokryvnosti a částečně i v druhové skladbě jednotlivých druhů epifytických lišejníků. Kritické koncentrace oxidů síry, emitované jediným bodovým zdrojem až do počátku devadesátých let, jsou v této lokalitě v současnosti nahrazeny koncentracemi mnohonásobně nižšími, pocházejícími ze zdrojů z širokého regionu. Zonaci zájmového území, vyhotovenou v historických studiích a rozdělující šetřenou oblast do zón dle výskytu a pokryvnosti jednotlivých indikačních druhů, tedy dle míry imisní zátěže, zde již v současnosti prakticky nelze provést. Zastoupení jednotlivých druhů lišejníků i jejich pokryvnosti jsou v současnosti evidentně závislé spíše na mikroklimatu konkrétního stanoviště. Jestliže v zonaci oblasti dle výskytu indikačních druhů z konce šede-sátých let existuje v bezprostředním okolí Fosfy zóna „lišejníková pustina“, kde lišejníky nemohou existovat z důvodu vysokých imisních koncentrací, dnes bychom tuto zónu mohli vylišit v některých okrajových částech komplexu Bořího lesa, kde výskyt lišejníků limituje aridita prostředí. První z použitých indikačních druhů lišejníků, toxitolerantní Lecanora conizaeoides, v současnosti ustupuje, zatímco výsledky z šetření v roce 1992 naopak hovoří o výrazné prosperitě tohoto druhu a jeho šíření i do zón, kde v minulosti (na konci šedesátých let) zjištěn nebyl. L. conizaeoides, některými autory popisován jako druh indi-kující a dokonce vyžadující určitou míru znečištění ovzduší, zejména oxidy síry, je zde v současnosti nahrazován jiným korovitým druhem Hypocenomyce scalaris, který zde na borovicích dosahuje nejvyšších pokryvností ze všech tří sledovaných druhů. Hledání příčin tohoto jevu nebylo náplní této práce, do budoucna se však vysvětlení
razantního nástupu Hypocenomyce scalaris od počátku devadesátých let jeví jako důležité pro případné budoucí studie stejného nebo podobného zaměřění. Druh Hypogymnia physodes, u kterého byl výrazný ústup oproti konci šedesátých let zaznamenán již na počátku let devadesátých, je v současnosti v borových porostech na hranici vymizení. Jestliže před čtyřiceti lety byl zde tento středně citlivý druh pro bioindikaci úspěšně použit jako protipól L. conizaeoides a jeho hojný výskyt dovoloval vylišit zóny odeznívajícího znečištění, v současnosti je použití tohoto druhu jako indikačního v této lokalitě problematické. Ve zdejších listnatých porostech na vlhčích stanovištích se H. physodes vyskytuje hojně, což by podporovalo domněnku o mikroklimatu stanoviště jako limitujím faktoru výskytu lišejníků této oblasti. Výsledky provedeného hodnocení defoliace borovice naznačují, že zdravotní stav borových porostů v této oblasti se za posledních patnáct let nezlepšil. Naopak, i přes mnohonásobné snížení emisí, zejména SO2, nadále dochází k vlnám hynutí borových porostů, prokazatelně pak v obdobích sucha a v sezónách po suchých obdobích následujících. Je pravděpodobné, že nezmění-li se trend vysýchání lesního prostředí v této oblasti, k revitalizaci zdejších borových porostů zřejmě nedojde.
9. DOPORUČENÍ PRO PRAXI Stále častější vlny sucha spolu se zvyšováním průměrné roční teploty během posledních dvaceti let zhoršily podmínky již tak aridního prostředí Bořího lesa natolik, že každá tato vlna byla doprovázena hromadným hynutím stromů. Výše nahodilých těžeb v těchto nepříznivých sezónách, dosahující často více jak poloviny objemu roční plánované těžby nutí k zamyšlení, zda je možno eliminovat vliv klimatických podmínek lesnickými hospodářskými opatřeními. Jestliže nejsme schopni ovlivnit nepříznivé klimatické podmínky ani jejich působení na již existující porosty, nezbývá nám, než se pokusit řešit tuto situaci účinnou prevencí již při zakládání lesa. Koncepci takových opatření publikoval Mrkva (2000). Uvádí: Řešením je prevence, která staví na využívání stanovištně odpovídajících druhů a ekotypů dřevin. Důležité také je, aby se porosty zakládaly v co největší míře pomocí přirozené obnovy. Je totiž potřebné, aby ve stadiu semenáčků došlo k co největší selekci na působící stresory, a to také s ohledem na lokální podmínky jednotlivých stanovišť. Takový proces může být pro další osud mikropopulací velmi významný a nemůže být nahrazen ani nejpřísnějšími opatřeními ochrany genofondu. Musíme rovněž počítat s tím, že pouze semenáče mohou založit takové kořenové systémy, které se adaptují na panující půdní i vlhkostní poměry. Můžeme předpokládat, že chřadnutí bude z celé řady příčin zkracovat věk, tudíž obmýtí dřevin. Proto lze jako prevenci proti dopadům chřadnutí doporučit jakýkoli tvar lesa a způsob hospodaření, který nepracuje s větší holou plochou. Ať chceme či ne, budeme patrně nuceni ještě více při hospodaření v lese napodobit či nastartovat přirozené procesy, pečovat o přirozenou druhovou diverzitu a více naplňovat ideje přírodě blízkého hospodaření.
SEZNAM CITOVANÉ LITERATURY ANDĚL, P., 2000. Ekotoxikologie [online] citováno 13. března 2008. Dostupné na World Wide Web http://www.evernia.cz/ HAWKSWORTH, D. L. and ROSE, F.,1976. Lichens as Pollution Monitors. London, Edward Arnold Publishers, 66 s. HRUŠKA J.,CIENCALA E., 2001. Dlouhodobá acidifikace a nutriční degradace lesních půd – limitující faktor současného lesnictví [online] dostupné na http://www.env.cz/osv/edice.nsf/ MRKVA, R., HADAŠ, P.,1995. Využití lišejníků pro monitorování změn imisní zátěže. In Sborník z mezinárodní konference “Aktuálne úkoly ochrany lesa”, TU Zvolen, 71–80. MRKVA, R., 1992. Působení imisí podniku Fosfa a.s. Břeclav-Poštorná na lesní porosty Lesního závodu Židlochovice (Znalecký posudek). Brno, 34 s. MRKVA, R., 2000. Chřadnutí dřevin jako významný a očekávaný problém ochrany lesa [online] Lesnická práce č. 6/2000 Dostupné na http://www.lesprace.silvarium.cz/ KAMENSKÝ, L., 1994. Fytoindikace znečištění ovzduší pomocí lišejníků v okolí Fosfa a.s. Břeclav-Poštorná. Dipl. Práce VŠZ v Brně. KOBLÍŽEK, J., 2004. Systematická botanika lesnická. II. nezměněné vydání, Brno, MZLU v Brně, 168 s. SOBOTKOVÁ, V., 1969. Bioindikace znečištění ovzduší Ostravska. Vydání 1., Ostrava, Pedagogická fakulta v Ostravě, 139 s. SOLDÁN, Z., 2006. Lišejníky [online] dostupné na http://www.botanika.bf.jcu.cz/ STOLTE, K. and others, 1993. Lichens as bioindicators of air quality. Gen. Tech. Rep. RM-224. Fort Collins, CO: U.S., 131 s. Další použité materiály: Atlas podnebí ČR LHP LS Valtice 2000 www.chmu.cz : údaje měření koncentrací imisí, úhrny srážek, průměrné roční teploty
SUMMARY Some wide ecological examinations were carried out in adjacent forests of a chemical factory Fosfa Poštorná, a point source of air pollution, in 1970′s and subsequently in 1990′s. Some pollution influence was indicated from a presence of two types of lichens and Pinus silvestris defoliation in the factory surroundings. From that time not only the pollution situation has been changed in this area but also the forests′ health condition and climatic situation, especially rainfall pattern, have altered. The same methods as in the past were used in a study carried out in 2007. An occurrence of two designating types of lichenes Lecanora conizaeoides and Hypogymnia physodes have been studied and the health condition of the forest have been assessed with regard to a stage of defoliation of the Pinus silvestris. The results of the study suggest that the main cause of dying of the forest in this locality is a drought. No forest revitalization has been achieved up today despite the fact that the concentration of the harmful substances have been significantly reduced in contrast to the former times.
TECHNICKÁ DOKUMENTACE A PŘÍLOHY 1. Výsledky venkovního šetření na LS Valtice, LZ Židlochovice 2007 - tabulkové přehledy 2. Fotografická dokumentace
