UNIVERZITA KARLOVA V PRAZE Přírodovědecká fakulta Katedra experimentální biologie rostlin
VÝZNAM ROSTLIN PRO STANOVENÍ EKOLOGICKÉ STOPY Bakalářská práce
Tereza Vejvodová
2011
Vedoucí bakalářské práce: Doc. RNDr. J. Albrechtová, Ph.D. Konzultant: Prof. RNDr. L. Nátr, DrSc.
Poděkování: Děkuji vedoucí mé práce doc. RNDr. Janě Albrechtové, Ph. D. za cenné připomínky a věnovaný čas. Dále děkuji prof. RNDr. Lubomíru Nátrovi, DrSc. za konzultace, ochotu a rady.
Prohlašuji, že jsem tuto bakalářskou práci vypracovala samostatně, pod vedením školitelky doc. RNDr. Jany Albrechtové, Ph.D. a konzultanta prof. RNDr. Lubomíra Nátra, DrSc., a že jsem všechny použité prameny řádně citovala.
V Praze dne
Tereza Vejvodová
Význam rostlin pro stanovení ekologické stopy Abstrakt Ekologická stopa (ES) je koncept pro měření antropogenního vlivu člověka, regionu, státu a lidstva na životní prostředí, jež se udává v jednotkách globálních hektarů (gha). Globální hektary jsou pak vypočítávány z ekvivalentu, kolik hektarů biologicky produktivní plochy zajišťuje potřeby člověka, města, regionu či státu. Do kalkulace se započítávají všechny antropogenní činnosti spotřebovávající obnovitelné přírodní zdroje. Zároveň ekologická stopa zkoumá a vyčísluje likvidaci odpadů, především oxidu uhličitého. ES je vypočítávána ze šesti základních kategorií, jež vychází z typu využití půd – orná půda, pastviny, hospodářské lesy, rybářská loviště, zastavěné plochy a lesy pro ukládání oxidu uhličitého. Je evidentní, že rostliny jako účastníci řady důležitých procesů na Zemi a základ potravní pyramidy, budou podle použité hodnoty jejich produkce mít značný vliv na konečný výsledek ES. Pro převod různého využití jednotlivých ploch (les, orná půda, pastvina aj.) na gha se využívá výnosových a ekvivalentních faktorů. Cílem práce je podat souhrn o konceptu ekologické stopy a jejího výpočtu vzhledem k proměnlivosti velikosti čisté primární produkce rostlin a vliv této proměnlivosti na konečný výsledek ekologické stopy obzvláště v době probíhajících globálních klimatických změn, jež mají dalekosáhlé důsledky na produktivitu ekosystémů. Koncept ekologické stopy a vysvětlení přechodu od hektarů ke globálním hektarům je shrnut v kapitole první. Na základě obecných poznatků o fyziologii rostlin jsou v druhé kapitole popsány vlivy na tvorbu rostlinné biomasy. Třetí kapitola pak popisuje, co spadá do jednotlivých kategorií ekologické stopy. Význam rostlin pro stanovení ES je probrán v kapitole čtvrté po jednotlivých kategoriích. V poslední kapitole jsou stručně zmíněné jiné koncepty varující před neudržitelností stávajícího způsobu života lidí především ve vyspělých státech – ekosystémové služby a zelený hrubý domácí produkt. Rostliny hrají nezastupitelnou roli nejen v konceptu ekologické stopy, ale i v přírodních procesech na Zemi. Klíčová slova: biokapacita, Česká republika, čistá primární produkce rostlin, ekologická stopa, fotosyntéza, globální hektar, kategorie ekologické stopy, lesy, orná půda, pastviny, produktivita ekosystémů, tvorba biomasy
Importance of plants for determination of ecological footprint Abstract Ecological footprint (EF) is a concept to measure anthropogenic influence of individuals, regions, states and society on environment, which is expressed by units of global hectares (gha). Global hectares are calculated from the equivalent number of hectares of biologically productive area, which ensure the needs of person, cities, regions or states. The calculation includes all the anthropogenic activities using renewable natural resources. EF also examines and quantifies the area needed for carbon sequestration. EF is calculated from six land use types – cropland, grazing land, forest for timber and fuelwood, fishing grounds, built-up land and forest for carbon dioxide uptake. Plants, as participants in a number of important processes on the Earth and the base of the food pyramid, can significantly modify the final EF through the value of their net primary production (NPP). Yield factors and equivalence factors are used to transfer different areas productivity (forest, cropland, grazing land, etc.) to get land use types in global hectares. The aim of the present thesis is to make a review of the concept of ecological footprint and its calculation methodology especially the effect of variability in NPP of plants in ecosystems. The influence of ongoing global climate change can affect NPP of plants and this can then affect future estimates of EF. The concept of ecological footprint and the explanation of conversion from hectares to global hectares are summarized in the first chapter. The influences on biomass production are defined in the second chapter based on general knowledge about the physiology of plants. The third chapter describes land use types in ecological footprint. The importance of plants for determination of ecological footprint is discussed in the fourth chapter based on land use types. In the last chapter, other concepts regarding sustainability are discussed – ecosystem services and green gross domestic product, also the role of remote sensing in improving the EF calculation sensitivity is mentioned. In conclusion, primary production of plants is irreplaceable in the concept of ecological footprint and in the majority of processes on Earth. Keywords: biocapacity, Czech republic, net primary production of plants, ecological footprint, photosynthesis, global hectar, land use types, forests, cropland, grazing land, ecosystem production, biomass production
Obsah Seznam zkratek ........................................................................................................................... 6 Úvod ............................................................................................................................................. 7 1 Vysvětlení definice ekologické stopy...................................................................................... 9 2 Primární produkce a fotosyntéza ........................................................................................ 11 3 Základní kategorie ekologické stopy ................................................................................... 15 3.1. Kategorie orné půdy ......................................................................................................... 16 3.2. Kategorie pastvin ............................................................................................................. 16 3. 3. Kategorie hospodářských lesů......................................................................................... 17 3. 4. Kategorie rybářských lovišť ............................................................................................ 17 3. 5. Kategorie zastavěných ploch........................................................................................... 18 3. 6. Kategorie lesů pro ukládání oxidu uhličitého ................................................................. 18 4 Vliv vegetace na velikost ekologické stopy .......................................................................... 19 4.1. Vliv vegetace na kategorii orné půdy ............................................................................... 20 4.2. Vliv vegetace na kategorii pastvin ................................................................................... 23 4.3. Vliv vegetace na kategorii hospodářských lesů ............................................................... 25 4.4. Vliv vegetace na kategorii rybářská loviště ..................................................................... 27 4.5. Vliv vegetace na kategorii zastavěných ploch ................................................................. 28 4.6. Vliv vegetace na kategorii lesů pro ukládání CO2 ........................................................... 29 5 Pomocné metody pro výpočet ES a jiné koncepty trvalé udržitelnosti ............................ 32 5. 1. Dálkový průzkum Země .................................................................................................. 32 5. 2. Jiné koncepty trvalé udržitelnosti.................................................................................... 34 Závěr .......................................................................................................................................... 35 Seznam zdrojů ........................................................................................................................... 36 Literatura ................................................................................................................................. 36
5
Seznam zkratek CO2 – oxid uhličitý DPZ – dálkový průzkum Země ES – ekologická stopa FAO – Organizace spojených národů pro výživu a zemědělství (Food and Agriculture Organization of the United Nations) HDP – hrubý domácí produkt IPCC – Mezivládní panel pro změny klimatu (Intergovernmental Panel on Climate Change) LAI – pokryvnost listoví (Leaf Area Index) NDVI – normalizovaný diferenční vegetační index (Normalized Difference Vegetation Index) NPK – hnojivo obsahující dusík, fosfor a draslík SOM – organická hmota půdy (Soil Organic Matter) TM – tematická mapa UNECE – Evropská hospodářská komise OSN (United Nations Economic Commission for Europe) WCED – Světová komise pro životní prostředí a rozvoj (World Commission on Environment and Development) WUE – efektivita využití vody (water use efficiency)
6
Úvod Od 80. let 20. století, kdy Světová komise pro životní prostředí a rozvoj (World Commission on Environment and Development, WCED) vydala svou zprávu (Brundtland, 1987), se ve všech pádech skloňuje termín „trvale udržitelný rozvoj“ – český překlad anglického „sustainability“. Pod tímto pojmem je široké rozpětí definic a ani ta, kterou vydala WCED není úplně přesná. Nicméně tato zpráva poprvé rozvířila diskuzi, jestli člověk životní prostředí ovlivňuje a ničí ho, a pokud ano, tak do jaké míry. Od Summitu Země v Rio de Janeiru (1992) tato diskuze neustále zesiluje a bohužel témata jako vliv člověka na životní prostředí, globální oteplování a další se stala víceméně politickou záležitostí. Koncept ekologické stopy (ES), kterým se budu ve své bakalářské práci zabývat, vznikl poměrně krátce po Summitu Země, výsledkem byla publikace knihy Our Ecological Footprint: Reducing Human Impact on the Earth v roce 1996 autorů M. Wackernagela a W. Reese. Samozřejmě i výpočet ekologické stopy není přesný. Zaprvé vychází z dat, která poskytnou jiné, i když často celosvětově uznávané organizace, často s různou metodologií, která může způsobovat odchylky. Zadruhé často pracují s čísly udávajícími pouze průměrné hodnoty, což zkresluje konečný výsledek, a zatřetí u některých států nebo ploch chybí počáteční data nebo nejsou úplná. I přes tyto nedostatky se domnívám, že koncept ekologické stopy má svou váhu a může být podnětem k zamyšlení a úpravě jednání a aktivit. Pod pojmem ekologická stopa rozumíme, jaká rozloha půdy je potřeba pro pokrytí potřeb člověka, měst, regionu či státu při současné životní úrovni. Pro výpočet ES je důležité znát údaj o biokapacitě. Biokapacita udává, kolik činí plocha biologicky produktivní země a kolik této plochy může člověk využívat ke své spotřebě, aby nedocházelo k přečerpání zdrojů na Zemi. Koncept ES pracuje s množstvím produkce obnovitelných přírodních zdrojů, kterou lidstvo spotřebovává. Primární produkce rostlin, tedy zabudovávání uhlíku do biomasy a její tvorba skrze proces fotosyntézy, je základním kamenem pro výpočet celkové produkce ekosystémů. Produkci ekosystémů lze vyjádřit jako souhrn primární produkce všech rostlin v ekosystému spolu s biomasou živočichů, z něhož jsou odečteny dekompoziční procesy. Bilance mezi fotosyntézou a rozkladnými procesy vypovídá o tom, zda se daný ekosystém stane zdrojem uhlíku nebo naopak bude uhlík ukládat – tedy bude sinkem, zásobníkem. Tento poměr mezi fotosyntetickými a respiračními procesy je velmi křehký a závislý na řadě faktorů prostředí a důležitý je zvláště v současné době stoupající koncentrace oxidu uhličitého (CO2) v atmosféře. Cílem práce je podat souhrn o konceptu ekologické stopy, způsobu jejího výpočtu, o vlivech určujících čistou primární produkci rostlin a o významu těchto vlivů na konečný výsledek ekologické stopy. ES je vypočítávána ze šesti základních kategorií, jež vychází z typu využití půd – orná půda, pastviny, hospodářské lesy, rybářská loviště, zastavěné plochy a lesy pro ukládání oxidu uhličitého. Je evidentní, že rostliny jako účastníci řady důležitých procesů na
7
Zemi a základ potravní pyramidy, budou podle použité hodnoty jejich produkce mít značný vliv na konečný výsledek ES. V první kapitole stručně nadefinuji ekologickou stopu a vysvětlím, jakým způsobem se počítá a jakým způsobem se převádějí obyčejné hektary na globální hektary, což je jednotka, ve které se ekologická stopa udává. V další kapitole se zaměřím na shrnutí základních poznatků o fyziologických procesech rostlin podmiňujících primární produkci rostlin – fotosyntéza, fotosyntetický typ rostliny, vlivy prostředí ovlivňující rychlost fotosyntézy, aj. V třetí kapitole uvedu definice jednotlivých kategorií ES, jak je vymezuje organizace Global Footprint Network (http://www.footprintnetwork.org/en/index.php/GFN/), která se zabývá výpočty ekologické stopy. Čtvrtá nejobsáhlejší kapitola obsahuje samotnou literární rešerši o významu rostlin pro stanovení ES a jejich vlivu na životní prostředí. V této kapitole jsou rovněž aplikovány poznatky z druhé kapitoly na příkladu zmenšování či zvětšování ekologické stopy České republiky. Je nutné také zmínit, že v současné době dochází ke globálním změnám, které jsou doprovázeny změnou klimatických faktorů (častější sucho, změny teplot, přívalové deště, rostoucí koncentrace CO2 v atmosféře aj.). Tím dochází ke změnám primární produktivity rostlin. Rostliny mohou trpět několika stresy naráz, což bude snižovat jejich primární produktivitu, a ubude tak přírodních obnovitelných zdrojů, které lidstvo bude moci využívat bez nadměrného zatěžování planety. Všechny tyto faktory budou mít značný vliv na budoucí vypočítávání ES. Antropogenním vlivem na životní prostředí se zabývají i jiné koncepty podobné ekologické stopě, jež jsou v krátkosti shrnuty v poslední kapitole, kde je také stručně zmíněna role dálkového průzkumu Země v kalkulaci ES.
8
Kapitola 1
Vysvětlení definice ekologické stopy Ekologická stopa (ES) je veličina, která udává, kolik hektarů biologicky produktivní plochy zajišťuje potřeby člověka, města, regionu či státu. Do kalkulace se započítávají všechny činnosti člověka, jež spotřebovávají obnovitelné přírodní zdroje. Zároveň ekologická stopa zkoumá a vyčísluje likvidaci odpadů, především oxidu uhličitého. Pomocí započítání likvidace odpadu ve formě oxidu uhličitého se tak sledují i spotřeby neobnovitelných přírodních zdrojů. Jako měřítko se využívají tzv. globální hektary (gha). Ty vyrovnávají rozdíly v produktivitě různých typů ploch (les, orná půda, pastvina aj.). Pro převod různého využití jednotlivých ploch se využívá výnosových a ekvivalentních faktorů. Výnosové faktory (yield factors) zachycují rozdíl mezi lokálními a globálními průměry produktivity daných typů ploch a jsou specifické pro každou zemi. Například jeden hektar pastviny na Novém Zélandu produkuje více trávy než světový průměr díky rozdílům v kvalitě půdy, hospodářství a jiných přírodních činitelích. Ekvivalentní faktory (equivalence factors) zachycují rozdíly mezi produktivitou různých typů ploch a jsou konstantní pro všechny země na určitý rok. Například orná půda je produktivnější než pastvina, tudíž má větší ekvivalentní faktor oproti pastvině (Global Footprint Network – Atlas, 2010). V rámci popularizace vědeckých poznatků a výpočtů a pro lepší představitelnost se mnohdy ekologická stopa vyjadřuje také pomocí počtu planet Země, kterých by bylo potřeba, kdyby všichni lidé na Zemi žili podle daného standardu ekologické stopy. Kupříkladu kdyby každý žil jako typický severoameričan v roce 2007 s ekologickou stopou 8,00 gha, museli bychom mít k dispozici více než 4,5 planety Země. (Global Footprint Network – Atlas, 2010). Koncept ekologické stopy se přisuzuje doktorům Williamu Reesovi a Mathisi Wackernagelovi. Mathis Wackernagel ji v 90. letech 20. století rozvinul ve své doktorandské práci na University of British Columbia ve Vancouveru v Kanadě (Wikipedia, 2011). Mathis Wackernagel je v současné době prezidentem organizace Global Footprint Network (Global Footprint Network, 2009), která se snaží zařadit ekologickou stopu jako novou jednotku na měření životní úrovně a ekonomiky všech států místo stávajícího hrubého domácího produktu a upozorňuje na nutnost dostat ekonomický svět do rovnováhy. Každý člověk si může vypočítat svou vlastní ekologickou stopu, která zahrnuje jeho vlastní spotřebu, tudíž ukazuje, kolik hektarů biologicky produktivní plochy potřebuje. Někomu stačí méně, někdo využívá i nad limit planety a tedy žije na „dluh“ budoucích generací. Lidstvo by správně podle konceptu ekologické stopy mělo čerpat pouze to, co planeta je schopná za rok vyprodukovat. S nárůstem lidské populace se bude plocha pro jednotlivce, kterou lze bez 9
přetěžování planety využívat, snižovat. V roce 1996 měl průměrně každý obyvatel planety k dispozici pouze 1,5 gha biologicky produktivní země. Pokud v roce 2050 dosáhne lidstvo počtu 10 miliard, bude na každého připadat méně než 0,9 gha, a to ještě za předpokladu, že nebude pokračovat degradace půd (Wackernagel a Rees, 1996). Koncept ES se také snaží upozornit na problém vzrůstající spotřeby materiálů a energií, aniž by se ekosystémy účinně regenerovaly. Orientační ekologickou stopu jednotlivce je možno vypočítat například na českých internetových stránkách http://www.hraozemi.cz/ekostopa.html, kde po vyplnění zhruba 20 otázek, jako je věk, pohlaví, přibližné klima místa pobytu, využívaná energie na vytápění, doprava a otázky o potravinách (konzumace importovaných potravin, průmyslové zpracování a balení, aj.), je vykalkulována ekologická stopa osoby i s průměrnou ES občana daného státu (viz. Obr. 1).
Obr. 1 – Vypočítaná ekologická stopa na on-line internetovém prohlížeči. Jednotka gha. Zdroj: http://www.hraozemi.cz//files/ekostopa/ekostopa.php. Zadanými parametry byl věk (odpověď: 21 - 35 let) a pohlaví (odpověď: žena). Test se skládal z následujících okruhů otázek a odpovědí: Kategorie bydlení - počet lidí v domácnosti (odpověď: 3), plocha obydlí (odpověď: 130 – 200 m2), typ obydlí (odpověď: samostatný dům), typ vytápění v obydlí (odpověď: zemní plyn), typ podnebí v místě bydliště (odpověď: Praha), typ spotřebičů (odpověď: úsporné); Kategorie jídlo - konzumace živočišných výrobků (odpověď: velmi často – maso denně), průmyslové zpracovaní a zabalení potravin (odpověď: polovina zkonzumovaný potravin), import ze zahraničí (odpověď: menšina zkonzumovaných potravin), porovnání s vrstevníky (odpověď: konzumuji stejné množství potravin); Kategorie zboží, služby – třídění odpadu (odpověď: třídím i další složky jako hliník, textil, biologický odpad aj.); Kategorie doprava – počet km týdně ujetých MHD (odpověď: 100 – 300 km), počet km týdně ujetých na motorce (odpověď: 0 km), počet km týdně ujetých v autě (odpověď: 0 km), počet nalétaných hodin (odpověď: nelétám)
10
Kapitola 2
Primární produkce a fotosyntéza Jak už jsem zmínila v kapitole 1, ekologická stopa se soustředí na produkci ekosystémů a jejich schopnost pokrýt potřeby člověka. Rostlinná produkce biomasy je základním kamenem pro produktivitu ekosystémů. Její množství je ovlivňované řadou dějů. Pro stanovení primární fotosyntetické produkce jsou důležitými vlivy: množství dopadajícího slunečního záření, geografické podmínky, teplota, množství dostupné vody a živin, fotosyntetický typ rostliny, hustota a pokryvnost porostu. Mezi významné vlivy na produktivitu rostlin lze zařadit i vlastnosti půdy. V následujících odstavcích jsou shrnuty základní koncepty z fyziologie rostlin, které jsou využívány ve výpočtu ekologické stopy čerpané z vysokoškolských učebnic (Procházka et al. 1998, Chapin et al. 2002). Fotosyntéza je proces, ve kterém dochází k fixaci oxidu uhličitého. Podle typu fotosyntetické fixace CO2 se rostliny dělí na C3, C4 a CAM. U rostlin typu C3 je jako první produkt asimilace CO2 kyselina fosfoglycerová, sloučenina se třemi atomy uhlíku. Rostliny C3 jsou na Zemi nejpočetnější a jsou s největší pravděpodobností evolučně původní. Mají vysoké nároky na dusík, který je nezbytnou součástí fotosyntetických enzymů. U rostlin typu C4 se vytváří jako první produkt fotosyntézy malát či aspartát, který má čtyři atomy uhlíku (Cerling et al., 1993). Rostliny C4 dominují v teplých ekosystémech s dostatkem dopadajícího slunečního záření. Tento typ rostlin má minimální nebo nulovou fotorespiraci, nepotřebuje takové množství dostupného dusíku jako C3 rostliny a má také nižší spotřebu vody při stejné koncentraci CO2 než C3 rostliny. Rostliny CAM (Crassulacean Acid Metabolism) jsou rostliny adaptované na extrémně suché podmínky, kdy přes noc mají průduchy otevřené a tvoří se čtyřuhlíkaté sloučeniny, které se hromadí ve vakuolách, a přes den jsou průduchy zavřené a probíhá Calvinův cyklus (rev. Procházka et al., 1998). Další zajímavou fyziologickou vlastností rostlin je schopnost fotorespirace. Fotorespirace je proces, kdy se absorbuje kyslík a naopak se uvolňuje oxid uhličitý. Fotorespirace stoupá s teplotou a snižuje rychlost fotosyntézy, ale naopak napomáhá rostlině odolávat stresovým podmínkám (Wingler et al., 2000). S fotorespirací souvisí termíny hrubá primární produkce a čistá primární produkce. Veškerá organická hmota, která je fotosyntézou vyrobena, se nazývá hrubá primární produkce. Ukazatelem produktivity ekosystémů je pak čistá primární produkce, což je skutečné množství zabudovaného uhlíku do biomasy rostliny. Čistá primární produkce se počítá jako rozdíl mezi hrubou primární produkcí, fotorespirací a celkovou respirací rostliny. Geografická pozice je jedním z nejdůležitějších ukazatelů primární produktivity ekosystémů. Je charakterizována zeměpisnou délkou a zeměpisnou šířkou. Podle umístění
11
určitého ekosystému lze odhadnout průměrnou roční teplotu, průměrné roční srážky a délku vegetačního období. Tyto hodnoty jsou určující pro skladbu vegetačního pokryvu, který je zároveň charakterizována podle množství dopadajícího slunečního záření (viz. Obr. 2)
Obr. 2 – Mapa světa podle množství dopadajícího slunečního záření. Jednotka kWh/m2. Zdroj: http://www.micro-hydro-power.com/Solar-Powered-Water-Pumping.htm, převzato a upraveno.
Obecně je známo, že rostlina je schopna přijímat fotosynteticky aktivní záření selektivně v rozmezí 400 nm až 700 nm. Z této radiace se fotosyntézou v porostu využije zhruba 1% (rev. Chapin et al., 2002), i když každá rostlina má účinnost využití mírně odlišné. Světlomilné rostliny jsou adaptovány na značný přísun sluneční energie, takže s narůstajícím slunečním zářením roste i rychlost jejich fotosyntézy. To platí zejména pro C4 rostliny, které se vyskytují hlavně v oblastech tropů a subtropů. Při vysokém příkonu sluneční radiace stoupá i zjevné teplo. Na Obr. 3 je ukázán rozdíl v závislosti mezi rychlostí fotosyntézy a teplotou u C3 a C4 rostlin. Teplota zároveň značně koreluje i s intenzitou ozářenosti a jeho zeměpisným rozložením (viz. Obr. 2). U rostlin typu C4 probíhá maximální fotosyntéza při teplotách 25–35 °C, zatímco u rostlin typu C3 dosahuje fotosyntéza maximálních hodnot už při 15-25 °C (rev. Nátr, 2002).
12
Obr. 3 - Vliv teploty na rychlost fotosyntézy u C3 a C4 rostlin. Zdroj: Nátr, 2002. Převzato a upraveno.
S množstvím dopadajícího světla velmi úzce souvisí hustota porostu a jeho pokryvnost listovím tzv. LAI (z angl. názvu: leaf area index), tzn. kolik m2 listů se nachází nad 1 m2 půdy. LAI těsně koreluje s hrubou primární produkcí. Znamená to, že silně ovlivňuje kapacitu vegetace získávat uhlík a schopnost emitovat vodní páry, kyslík a energii do atmosféry. LAI u většiny ekosystémů se pohybuje od 1 do 8 m2 listů na m2 půdy (rev. Chapin et al., 2002). Ukazuje se, že porosty s horizontálními listy mají nižší denní příjem uhlíku než rostliny, jejichž listy nasedají na stonek v ostřejších úhlech (rev. Zhu et al., 2010). Účinnost a efektivitu pokrytí listů ovlivňuje přístupnost vody a živin. Emitace vodních par ochlazuje nejen samotnou rostlinu, ale také okolní prostředí, což dokládají termovizní snímky ze Seják et al. (2010). Zároveň také příjem vody tvoří prostředí pro metabolické procesy, umožňuje příjem minerálních látek z půdy kořenovým systémem, rozvádí minerální i organické látky a je zdrojem protonů a elektronů pro fotosyntézu. Rostlina neustále zápasí s nutností maximalizovat příjem CO2 při fotosyntéze a minimalizovat ztrátu vody při transpiraci. Efektivita využití vody (WUE – water use efficiency) ukazuje, kolik molekul vody rostlina potřebuje pro fixaci jedné molekuly CO2 (Nátr, 2002). Čím nižší je hodnota WUE, tím efektivněji rostlina hospodaří s vodou při produkci biomasy. Při dostatku vody, kdy není nutné jí šetřit, může rostlina při vysoké ozářenosti dosáhnout značné rychlosti fotosyntézy a tedy i čisté primární produkce. Naopak v suchých podmínkách při vysoké ozářenosti listů, rostlina přivírá průduchy, snižuje příjem CO2 a tím se snižuje i rychlost fotosyntézy. Proto je zavlažování jedním z prostředků, jak zvýšit výnosnost orné půdy v oblastech s nedostatkem vody. Dalším důležitým aspektem pro navyšování produktivity rostlin jsou živiny a jejich dostupnost pro rostlinu. Zejména dusík, který je základní součástí fotosyntetických enzymů, se může stát limitujícím zdrojem pro rychlost fotosyntézy a produkci biomasy při dostatku osvětlení a vody. Dalšími důležitými esenciálními živinami, které patří do tzv. makroelementů, jsou vápník, draslík, hořčík a fosfor. První tři jsou často vyplavované v souvislosti s poklesem pH v půdě, což je častým a velkoplošným dopadem antropogenních činností. Zároveň nízké pH zvyšuje uvolňování těžkých kovů a hliníku do půdy a jejich příjem
13
rostlinou pak inhibuje produktivitu rostlin. Co se týče vlastností půdy je kromě pH důležitá také textura půdy, která ovlivňuje mikrobiální činnost, obsah a dostupnost vody, kyslíku a živin. Zajímavé je, že tropické deštné lesy rostou na neúrodné půdě s tenkou vrstvou humusu. Extrémní bohatost tropických deštných lesů je dána kombinací rychlé dekompozice organické hmoty, dostatečnými dešťovými srážkami a velkým množstvím dopadajícího slunečního záření. Některé vlivy prostředí na fotosyntézu může člověk usměrnit a maximalizovat tak produktivitu ekosystémů. Mezi ovlivnitelné aspekty patří obsah živin v půdě skrze hnojení, obsah vody v půdě skrze zavlažování, mikrobiální oživení v půdě skrze management mikrobiální populace a případné umělé inokulace, struktura porostu a LAI skrze volbu skladby porostů a genotypů a ekotypů rostlin. Naopak neovlivnitelnými aspekty jsou intenzita světelného záření výrazně ovlivňovaná počasím a přítomností oblačnosti a efektivní využitelnost záření ve fotosyntéze, teplota, geografická poloha a s ní související délka vegetační sezóny. A právě tyto aspekty se mění v rámci globálních klimatických změn, jejichž projevy jsou zaznamenávány na planetě a mají dalekosáhlé důsledky na produktivitu ekosystémů. Lidé si v současnosti přivlastňují pro svou spotřebu okolo 50% čisté primární produkce rostlin (Vačkář, 2010). S narůstajícím počtem obyvatel a s růstem životní úrovně mnoha lidnatých států je vysoce pravděpodobné, že se bude potřeba po čisté primární produkci zvyšovat. Tento tlak bude největší u zemědělských ploch pro zajištění potravin, kde je nezbytné, aby se zemědělské plochy nadále nezvětšovaly. Zároveň je nutné počítat i s degradací půd a jejich následnou nevyužitelností.
14
Kapitola 3
Základní kategorie ekologické stopy Ekologická stopa se vypočítává ze šesti základních kategorií ploch ekosystémů, které pokrývají potřeby člověka. Těmito kategoriemi jsou orná půda, pastviny, hospodářské lesy, rybářská loviště, zastavěné plochy a plochy lesů pro pohlcování CO2. Podrobnějšímu definování jednotlivých kategorií ES se budu věnovat v následujících podkapitolách. Obecně pro výpočet ekologické stopy jednotlivých kategorií je nutné vědět, kolik činí rozloha celkové biokapacity planety a jakou rozlohou jsou zastoupeny jednotlivé kategorie ES. Při přepočtu na globální hektary je srovnán rozdíl mezi produktivitou jednotlivých systémů. Například v roce 2007 byla k dispozici světová biokapacita 11,9 miliard hektarů (Global Footprint Network – Atlas, 2010). Z toho plocha orné půdy zaujímala 1,6 miliard ha. Ekvivalentní faktor činil 2,51 gha/ha (Global Footprint Network – Atlas, 2010). Z toho lze usoudit, že v produktivitě ploch orná půda po přepočtu odpovídá zhruba 3,9 miliardám globálních hektarů (viz. Obr. 4). Pastviny se v daný rok rozkládaly na 3,4 miliardách hektarů. Jejich ekvivalentní faktor byl 0,46 gha/ha (Global Footprint Network – Atlas, 2010), tudíž produktivita pastviny odpovídala zhruba 1,6 miliard gha. Přepočet na globální hektary odráží fakt, že orná půda poskytuje člověku více primární biologické produkce než stejná plocha jiného typu využívané půdy.
Obr. 4 – Porovnání celkové biokapacity (miliony ha). V levém sloupci skutečná rozloha ekosystémů (v ha). V pravém sloupci rozloha ekosystémů po převodu na globální hektary s ohledem na jejich produktivitu. Zdroj: Global Footprint Network - Atlas, 2010.
15
3.1. Kategorie orné půdy Orná půda zahrnuje plochy používané k produkci potravin a technických plodin pro lidskou potřebu a plochy pro produkci krmiv pro hospodářská zvířata. Množství primární produkce je počítáno ze 164 různých plodin z celkové plochy 1,6 miliard hektarů, která byla takto klasifikována v roce 2007. V ekologické stopě orné půdy nejsou započítávány zemědělské technologie, které vedou k dlouhodobé degradaci půd (Global Footprint Network – Atlas, 2010). Orná půda je nejproduktivnější plochou z hlediska ES. Je to dáno samozřejmě zemědělstvím, které využívá, alespoň v rozvinutých státech, vysoké vstupy, jako jsou minerální hnojiva, pesticidy a další agrochemikálie, stroje, paliva na jejich chod, zavlažovací systémy a vyšlechtěné odrůdy s vysokou produkcí požadované části rostlin. Po uhlíkové stopě, která udává množství emitovaného uhlíku do ovzduší ze spalování fosilních paliv, je ekologická stopa orné půdy druhá největší, co se týče rozvinutých států, kde však tvoří jen asi desetinu velikosti ES. Zatímco ve státech rozvojových může tvořit až polovinu i více celkové ES (Tab. 1). ES ES ES Ekologická ES Orná ES Hospodář. Rybářská Uhlíková Zastavěná stopa půda Pastviny lesy loviště stopa plocha 1,4 0,84 0,09 0,21 0,06 0,17 0,07 Nigérie Velká 4,9 0,87 0,27 0,61 0,13 2,87 0,15 Británie Tab. 1 – Porovnání velikosti jednotlivých kategorií ekologické stopy v rozvojovém (Nigérie) a rozvinutém (Spojené království Velké Británie a Severního Irska) státu (v gha/osoba). Zdroj: National Footprint Accounts, 2010. Převzato a upraveno.
Kategorie orné půdy je zcela zásadně ovlivňována množstvím čisté primární produkce rostlinami, vzhledem k tomu, že zajišťuje základní potřebu člověka po potravě. Zároveň také částečně pokrývá i potřebu krmiv pro hospodářská zvířata.
3.2. Kategorie pastvin Pastviny jsou využívány pro chov hospodářských zvířat na maso, mléčné výrobky, kůži a vlnu. V roce 2007 bylo klasifikováno jako pastvina 3,4 miliardy hektarů. (Global Footprint Network – Atlas, 2010). V této kategorii se nepočítá s tím, že by biomasa pastvin nepokryla spotřebu hospodářských zvířat, protože ta jsou dokrmována výnosy z orné půdy. V této souvislosti je důležité si uvědomit, že produkce masného průmyslu je také důležitou součástí ekologické stopy pastvin a orné půdy. Jedním z hlavních důvodů je také to, že účinnost potravního přenosu energie mezi jednotlivými trofickými úrovněmi se pohybuje pouze okolo 10% (rev. Townsend et al., 2010). To znamená, že z 1 tuny rostlin zkonzumovaných býložravcem tedy dostaneme
16
pouze 100 kg masa. Vysoká spotřeba masa v rozvinutých státech výrazně zatěžuje ekosystém pastvin a agroekosystémy i z důvodu produkce skleníkových plynů. Jaké to má následky více rozvinu v podkapitole 4. 1. Tato kategorie je méně závislá na čisté primární produkci rostlin, jelikož při nedostatku biomasy rostlin z pastvin jsou hospodářská zvířata dokrmována produkcí z orné půdy.
3. 3. Kategorie hospodářských lesů Ekologická stopa lesů je založená na množství biomasy rostlin (dřeva, buničiny, výrobků ze dřeva a palivového dříví), které jsou ročně spotřebovány v dané zemi. Celosvětově lesy v roce 2007 zabíraly 3,9 miliard hektarů. Organizace Global Footprint Network, která vypočítává ekologickou stopu světa a států, získává informace o produktivitě lesů z Evropské hospodářské komise
OSN
(United
Nations
Economic
Commission
for
Europe,
UNECE
-
http://live.unece.org/forests/fpm/onlinedata.html), z Organizace spojených národů pro výživu a zemědělství (Food and Agriculture Organization of the United Nations, FAO – http://faostat.fao.org/site/291/default.aspx) a z Mezivládního panelu pro změny klimatu (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC - http://www.ipcc.ch/ publications_and_data/publications_and_data_reports.shtml).
Tyto
organizace
poskytují
informace o typu výsadby, pokrytí, výnosu a o chráněných a ekonomicky nevyužívaných lesích (Global Footprint Network – Atlas, 2010). Tato kategorie je tedy zcela zásadně ovlivňována fyziologickými procesy rostlin podmiňujících tvorbu biomasy.
3. 4. Kategorie rybářských lovišť Ekologická stopa rybářských lovišť je stanovena na základě roční primární produkce oceánů, moří a hlavně kontinentálních šelfů a vnitrozemských vod, kde se loví nejvíce. Roční primární produkce oceánů skrze fotosyntetickou činnost řas a sinic představuje až polovinu celkové roční primární produkce Země. Z množství odlovených ryb se pomocí zařazení daného druhu ryby do trofické úrovně a za předpokladu, že se přenáší energie mezi trofickými úrovněmi s účinností 10%, vypočítá nutný požadavek na primární produkci. Čím je ryba výše na trofické úrovni, tím se započítává i vyšší potřeba po primární rostlinné produkci a tím je i vyšší ekologická stopa. Organizace Global Footprint Network zařazuje do svých výpočtů 1 439 mořských druhů a 268 sladkovodní druhů. Celosvětově v roce 2007 bylo do ES zahrnuto 2,4 miliard hektarů kontinentálních šelfů a 433 milionů ha vnitrozemských vod (Global Footprint Network – Atlas, 2010). Kategorie rybářských lovišť je zcela zásadně ovlivňována množstvím čisté primární produkce v oceánech, protože tvoří základ potravního řetězce. V rybářských lovištích lze tvorbu primární produkce pouze podpořit, nelze ji však nahradit čistou primární produkcí z jiných 17
kategorií, jako je to možné u pastvin. Konečný výsledek ES rybářských lovišť bude ovlivňovat i rozsah mezinárodního obchodu, a to zda občané státu konzumují lokální produkci.
3. 5. Kategorie zastavěných ploch Ekologická stopa zastavěných ploch je založena na celkové ploše pokryté infrastrukturou (doprava, bydlení, průmysl, nádrže hydroelektráren, aj.). Jako zastavěná plocha je vedeno 167 milionů hektarů země a předpokládá se, že všechny zastavěné plochy byly dříve ornou půdou podle předpokladu, že víceméně všechna lidská obydlí jsou situována na vysoce úrodných půdách (Global Footprint Network – Atlas, 2010). To znamená, že při stanovení ekvivalentního faktoru orné půdy se tento faktor použije i na zastavěné plochy. V reálné situaci se však zastavěná plocha do ekologické stopy nepromítne. Například v České republice je stanovena biokapacita zastavěných ploch na 0,17 gha na osobu a ekologická stopa zastavěných ploch také na 0,17 gha na osobu (National Footprint Accounts, 2010). Tím se tato položka vynuluje. Na pozadí celkové ekologické stopy se ukazuje pouze velikost zastavěné plochy. Pokud je stát malý a má vysokou pokryvnost infrastrukturou odebírá si tak možnost využít tuto plochu například na lesy, pastviny nebo jiné plochy, které mohou státu umožnit snížit si ekologickou stopu produkcí biomasy. V této kategorii není důležitá role rostlin, ani fyziologických procesů podmiňujících tvorbu primární produkce.
3. 6. Kategorie lesů pro ukládání oxidu uhličitého Emise CO2 a jejich likvidace jsou jediným odpadem počítaným v ekologické stopě. Uhlíková stopa ukazuje nutnou plochu lesů, která pohltí dané emise. U některých zemí zabírá uhlíková stopa i přes polovinu celkové stopy. Pro její výpočet National Footprint Accounts postupuje ve dvou krocích. Nejdříve určí atmosférické emise oxidu uhličitého ze spalování fosilních paliv, změn využívání půd (například z odlesnění) a emise z mezinárodního transportu. Poté se z celkové sumy emisí CO2 odečte část, která je pohlcena oceány, a zbytek je přepočítán na plochu lesů nutnou pro jeho uložení. Vzhledem k tomu, že dřevní palivová produkce uvolňuje uložený uhlík, nejsou plochy hospodářských lesů započítávány (Global Footprint Network – Atlas, 2010). Velikost ES této kategorie záleží na množství uvolněného CO2 a kolik tohoto množství jsou schopny oceány pohltit. Zároveň je tato kategorie ovlivňována velikostí produkce rostlin z kategorie hospodářských lesů, jež se od této kategorie odečítají.
18
Kapitola 4
Vliv vegetace na velikost ekologické stopy V následujícím textu se zaměřím na popsání vlivu vegetace na stanovení ekologické stopy v jednotlivých kategoriích. Pokusím se zodpovědět otázky, zda je vůbec možné modifikovat ekologickou stopu pouze manipulací skrze vegetaci a zda a jaký vliv na ekologickou stopu státu i počet jejích obyvatel, množství importu a exportu. Důležitou součástí budou příklady z České republiky, kde poukáži, jak hospodářství a produktivita ekosystémů v České republice může snižovat nebo zvyšovat českou ekologickou stopu. Ekologická stopa České republiky činila v roce 2007 5,73 gha na osobu. Celková biokapacita pak činila 2,66 gha na osobu (National Footprint Accounts, 2010). Z toho vyplývá, že Česká republika nadměrně využívá svou krajinu. Při pohledu na Tab. 2 však zjistíme, že zhruba polovinu ekologické stopy ČR zabírá uhlíková stopa, která je výsledkem zvýšeného vypouštění emisí. Tento trend není v rozvinutých státech ojedinělý. Nárůst uhlíkové stopy je zaznamenán v Tab. 3 a koreluje i s nárůstem celkového počtu lidí na Zemi. Zároveň Tab. 3 poukazuje na fakt, že dochází k nadměrnému využívání celkové biokapacity planety a že celková biokapacita planety se s nárůstem počtu obyvatel Země snižuje.
Česká republika
Ekologická stopa
ES orné půdy
ES pastvin
ES hospod. lesů
ES rybářských lovišť
Uhlíková stopa
ES zastavěných ploch
5,7
1,09
0,15
1,01
0,06
3,27
0,17
Tab. 2 – Ekologická stopa České republiky (v gha/osoba). Zdroj: National Footprint Accounts, 2010. Převzato a upraveno. 1961
1965
1970
1975
1980
1985
1990
1995
2000
2005
2007
Celosvětová populace (miliardy)
3,1
3,3
3,7
4,1
4,4
4,8
5,3
5,7
6,1
6,5
6,7
Celková biokapacita Země
3,7
3,5
3,1
2,9
2,6
2,4
2,3
2,1
2,0
1,8
1,8
Ekologická stopa ES orné půdy ES pastvin ES hospodář. lesů ES rybářských lovišť Uhlíková stopa ES zastavěných ploch
2,4 1,1 0,4 0,4 0,1 0,3 0,1
2,5 1,1 0,4 0,4 0,1 0,5 0,1
2,8 1,0 0,3 0,4 0,1 0,9 0,1
2,8 0,9 0,3 0,4 0,1 1,0 0,1
2,8 0,8 0,3 0,4 0,1 1,1 0,1
2,6 0,8 0,2 0,3 0,1 1,1 0,1
2,7 0,7 0,2 0,3 0,1 1,2 0,1
2,6 0,7 0,2 0,3 0,1 1,2 0,1
2,5 0,6 0,2 0,3 0,1 1,2 0,1
2,7 0,6 0,2 0,3 0,1 1,4 0,1
2,7 0,6 0,2 0,3 0,1 1,4 0,1
Tab. 3 – Srovnání vývinu ekologické stopy lidstva a biokapacity Země v čase (v gha/osoba). Zdroj: National Footprint Accounts, 2010. Převzato a upraveno.
19
4.1. Vliv vegetace na kategorii orné půdy Plocha orných půd patří mezi nejvíce ovlivňované ekosystémy člověkem. Tento vliv je uskutečňován především vysokými vstupy v podobě strojů, paliv, pesticidů a dalších agrochemikálií, minerálních hnojiv, vyšlechtěnými odrůdami aj. Tyto vstupy umožňují získat vyšší výnos na jednotku plochy půdy a díky tomu, intenzifikace snižuje rozlohu orné půdy pro pokrytí spotřeby lidstva. Je faktem, že bez intenzifikace by bylo nutné od roku 1950 přeměnit další 2 miliardy hektarů na zemědělskou půdu, aby bylo dosaženo současné produkce plodin (Reid et al., 2005). Nejvíce zatěžujícím faktorem pro produkci orné půdy je nutnost zajištění potravin nejen pro lidstvo, ale také pro hospodářská zvířata. V širokém rozvoji masného průmyslu lze najít platnost Jevonsova paradoxu. Jevonsův paradox je tvrzení, že jakýkoliv technologický pokrok, který zlepšuje využívání určitého zdroje, vede paradoxně k rychlejšímu spotřebovávání tohoto zdroje (Alcott, 2005). Příkladem Jevonsova paradoxu může být rychlý rozvoj masného průmyslu. Rozvinuté státy si mohou finančně dovolit nákladné dodatkové vstupy, tím se zvýší i výnos na jednotku plochy orné půdy a zvýší se poptávka po produktech z dané rostliny. Zemědělci se snaží pokrýt poptávku zvýšenou nabídkou a rozšíří svá pole. Dochází k velkému nadbytku potravin v rozvinutých státech, který je následně zkrmován hospodářskými zvířaty v masném průmyslu, jenž se nadále rozvíjí. Z tohoto ohledu se ozývají hlasy upozorňující na rostoucí životní úroveň ve velmi lidnaté Číně, Indii a Brazílii, kde bude vzrůstat poptávka a produkce masných výrobků (Costa, 2007), pro kterou bude nutné rozšířit zemědělské plochy. Je evidentní, že vegetariáni nebo dokonce makrobiotici, kteří nekonzumují ve větší míře importované potraviny, mohou mít podstatně sníženou ES (viz. Obr. 5) právě v důsledku odečtení půdy, kterou by u člověka konzumující maso potřebovala hospodářská zvířata.
Obr. 5 – Výsledek ekologické stopy makrobiotika, jenž ve všech ostatních aspektech žije stejně jako člověk z výpočtu ekologické stopy na Obr. 1. Zde byla hodnota pro kategorii Jídlo
20
1,2 gha/osoba, zatímco u makrobiotika je to pouhých 0,5 gha/osoba. Hodnoty v kategoriích Bydlení, Zboží a služby a Doprava zůstaly stejné. Jedinou odpovědí, která se tedy v testu změnila, byla odpověď na otázku konzumace živočišných výrobků (odpověď: nikdy). Celková stopa se tak oproti Obr. 1 snížila z 3,3 gha/osoba na 2,6 gha/osobu. Zdroj: http://www.hraozemi.cz//files/ekostopa/ekostopa.php.
V současné době se často vydělují dva hlavní směry v zemědělství, a to intenzivní a ekologické - organické. Intenzivní zemědělství hojně využívá dodatkové vstupy - velké dávky průmyslových hnojiv, dále fosilní paliva a také mnoho různých agrochemikálií - pesticidů a herbicidů. V krajním pojetí ekologického zemědělství se využívá pouze organická forma hnojiv jako hnůj, kompost a dusík vázající rostliny. Místo pesticidů se spoléhá na přirozené nepřátele škůdců. Často se také nepoužívá hluboká orba, ale pouze mělká či žádná. Bezorebné či mělce orebné praktiky pomáhají zemědělské půdě lépe infiltrovat a zadržovat vodu (Li et al., 2011), také zvyšují obsah půdního uhlíku a složení půdního mikrobiálního společenstva (Carvalho et al., 2010) a snižují vliv větrné i vodní eroze (Viglizzo et al., 2011). Viglizzo et al. (2011) provedl rozsáhlou studii vlivu zemědělství a jeho rozšiřování v Argentině. Výsledkem této práce je zhodnocení, ve kterém autoři uvádějí, že z dlouhodobého hlediska ekosystémy trpí ztrátou půdního uhlíku v důsledku odlesňování za účelem rozšíření orné půdy a také vyčerpáváním půdních zásob fosforu, nicméně některé dopady argentinského zemědělství jsou v porovnání s intenzivním zemědělstvím v jiných státech (Čína, USA, Japonsko a západní Evropa) poměrně malé. Rozsáhlé porovnání ekologického a intenzivního zemědělství nabízí i jiná práce (rev. Lotter 2003). Uvádí, že organicky pěstované druhy plodin mají sice nižší výnosnost od 5 - 40% podle typu a úrodnosti půd, ale zároveň jsou více odolné proti škůdcům a nemocím, přírodním katastrofám a nečekaným změnám počasí (rev. Lotter, 2003). Ekologické zemědělství se soustředí hlavně na prevenci před škůdci a nemocemi pomocí důsledného střídání plodin, výběrem odrůd, podpory biodiverzity, vytvářením různých biotopů, používáním feromonových pastí aj. (Stolze et al., 2000). Van der Vossen (2005) naopak uvádí, že ekologické zemědělství nemusí redukovat nemoci a škůdce, což může způsobovat ekonomické ztráty. Předpokládá se, že půda pod ekologickým zemědělstvím obsahuje více organického uhlíku. Pimentel et al. (2005) studovali množství půdního uhlíku v letech 1981 až 2002 v ekologickém a intenzivním zemědělství v Rodale Institutu v Pennsylvanii v USA. Zjistili, že obsah organického uhlíku v půdě byl o 0,5% vyšší v ekologickém zemědělství než v intenzivním. Na rozdíl od studie Hathaway-Jenkins et al. (2011), kteří nezjistili žádné větší rozdíly v obsahu uhlíku v půdě u organického a intenzivního zemědělství. I tak se předpokládá, že půda v ekologickém zemědělství je zdravější, má lepší složení půdní bioty a i větší retenci vody. Z pohledu ekologické stopy není dělení na ekologické a intenzivní zemědělství důležité, protože v tomto konceptu se pěstební praktiky nezohledňují. Možnosti, jakým způsobem
21
ovlivnit produkci rostlin na orné půdě, a tím potažmo ekologickou stopu, jsou různé od použití závlah a hnojiv až po šlechtitelství a eliminaci škůdců. Osobně se zaměřím v následujícím textu spíše na aspekty, které v produkci rostlin člověkem ovlivnit nelze. Nejdůležitějším aspektem z tohoto pohledu je geografická poloha daného státu, protože od něho se odvíjí množství dopadajícího slunečního záření a klimatické podmínky, jako jsou teplota a množství dešťových srážek. V současnosti dochází ke globálním změnám, které klimatické podmínky postupně mění. Je otázkou, jakým způsobem budou rostliny reagovat, jisté ale je, že budou muset odolávat kombinacím různých stresových faktorů naráz, a to se promítne i do tvorby čisté primární produkce. Podle geografické polohy lze v zemědělství určit efektivnost či neefektivnost pěstovaných rostlin – proberu na příkladu různých plodin s různým typem fotosyntézy. Například Česká republika spadá do mírného pásu, kam ročně průměrně dopadne 1000 kWh/m2 (podle Obr. 2). Průměrná roční teplota je 7,5 °C (Český hydrometeorologický ústav, 2010b). Z pohledu na Obr. 3 bude jasné, že „domácími“ a tedy efektivnějšími budou rostliny typu C3, kam ze zemědělských plodin spadá pšenice, rýže, brambory a další. Mezi C4 rostliny patří kukuřice, cukrová třtina a například proso (rev. Kadrnožka, 2010). V České republice se samozřejmě pěstuje i kukuřice. Ta svým původem však pochází ze Střední Ameriky, kde je ročně zhruba o 600 – 900 kWh/m2 větší sluneční radiace a navíc průměrná teplota činí 24 - 28 °C (Mačáková, 2010). Výhodou pěstování kukuřice je vyšší průměrný výnos než u pšenice. V České republice dosahuje průměrný roční výnos u kukuřice 8,45 t/ha, u pšenice je to „pouhých“ 5,33 t/ha (Ministerstvo zemědělství ČR, 2010a). Mezi nároky kukuřice se kromě vyšší teploty dá zařadit i požadavek na dostatek vláhy při intenzivním růstu, za to má velmi dobrou účinnost využití vody oproti pšenici. WUE kukuřice je okolo 250 molekul vody na 1 molekulu CO2, u pšenice je to v rozmezí 300-500 (Procházka et al., 1998). V České republice se pěstuje kukuřice hlavně v Jihomoravském a Středočeském kraji (Český statistický úřad, 2011), což koreluje s výskytem srážek, které se pohybují ve vegetačním období (duben – září) od 300 – 350 mm (Míková et al., 2007). Na druhou stranu pšenice, v České republice hlavně pšenice ozimá, snese i poměrně nízké teploty a přestává růst teprve při 5 °C, jak je patrné z Obr. 3. Je vhodná na pěstování nejen v Jihomoravském a Středočeském kraji, ale také na Vysočině (Český statistický úřad, 2011) a v dalších krajích, kde se srážky ve vegetačním období pohybují až k 500 mm (Míková et al., 2007). Nevýhodou této plodiny je poměrně vysoký nárok na obsah živin v půdě, zejména dusíku, který se musí dodávat v podobě hnojiv. Rozmezí celkové dávky dusíku se pohybuje od 80 do 120 kg/ha (Tichá a Vyzínová, 2006). Ekologická stopa orné půdy je velmi složitý parametr, protože je nejvíce ovlivňován člověkem. ES orné půdy, ale i všech ostatních kategorií, se vypočítává skrze výnosový a ekvivalentní faktor, který zohledňuje efektivitu využívání orné půdy. Výnosový faktor poukazuje na to, o kolik větší je produkce daného státu než celosvětový průměr. Pokud se tedy 22
podíváme na výnosový faktor orné půdy ČR, zjistíme, že činí 1,34 (Moore, 2011). To znamená, že produkujeme o 34% více zemědělských plodin než světový průměr. Česká republika podle údajů z roku 2009 pěstuje pšenici na 793 742 ha z celkových 3 milionů hektarů, kukuřice pak zabírá 105 268 ha (Ministerstvo zemědělství ČR, 2010a). Vzhledem k této nadprodukci lze považovat pěstování a soustředění se na produkci pšenice, která je nejvíce pěstovanou obilninou v České republice, za správné. Právě proto, že česká produkce je v celosvětovém měřítku vcelku vysoká, má Česká republika i menší potřebu dovážet obilniny, což snižuje ekologickou stopu.
4.2. Vliv vegetace na kategorii pastvin Pastviny se nacházejí v suchých, polosuchých, mírných i tropických oblastech. Jako v případě orné půdy i zde v tomto systému záleží na managementu krajiny a způsobu zemědělství, i když značný vliv má půda (typ, teplota a vlhkost), klimatické a geografické podmínky, albedo slunečního záření v dané oblasti a skladba porostu. Suché pastviny typu savan jsou převážně na půdách bez horizontu A (humusová vrstva), dále na půdách bohatých na hliník a železo. V polosuchých až mírných zónách jsou pastviny situovány na půdy také bez horizontu A, který je erodovaný, a na půdách s kyselým pH. V tropickém pásmu často leží pastviny místo tropického deštného lesa, kde jsou červené jílovité půdy s nízkým pH, chudé na vápník, fosfor a hořčík (Jeník, 1995). Důležitým ukazatelem „zdravotního stavu“ půdy je tzv. SOM (z anglického názvu Soil Organic Matter), tedy obsah organické hmoty v půdě, kde je nejdůležitější obsah organického uhlíku. Podle Conant et al. (2001) průměrný obsah SOM je v mírném pásmu 331 t/ha. Management pastvin může SOM ovlivňovat skrze několik činností, jako jsou závlahy, hnojení (dusíkem, fosforem a draslíkem) (IBP 3, 1975), využití směsi trav, jetelovin a luskovin, které fixují v půdě více dusíku (Parfitt et al., 2005). Nutnost hnojení se objevuje hlavně u pastvin vytvořených vypálením tropického deštného lesa. Při několikanásobném vypalování se ztrácí z půdy až 90% N, 45% P a přes 30% Ca, Mg a K. Fosfor na takových pastvinách může být limitujícím zdrojem, proto se například ve východních regionech brazilské části Amazonie stále více využívá hnojení fosforem, 50 kg/ha každých 5 - 10 let (rev. Asner et al., 2004). Jde-li o vliv organických či minerálních hnojiv na ukládání uhlíku v půdě pastvin, Conant et al. (2001) zjistili, že rozdíl je minimální či spíše žádný. Při použití minerálních hnojiv se zvýšilo ukládání uhlíku o 0,29 t/ha/rok, u organických hnojiv pak o 0,28 t C/ha/rok. Nejen obsah uhlíku, ale i obsahy dusíku, fosforu, hořčíku, draslíku, vápníku a dalších prvků minerální výživy v půdě jsou důležité pro produktivitu ekosystému. Aby se zamezilo zbytečnému vylouhování živin z ekosystému, je důležité stanovit optimální množství živin pro danou půdu, která bude zajisté jiná vzhledem k různým klimatickým a geografickým podmínkám. Pro optimální dostupnost živin je důležité hlavně pH půdy, které je pro pastviny ideálně 6 (Goulding et al., 2008). Velký vliv na půdu, obsah živin a 23
schopnost podporovat produktivitu rostlin má také hustota býložravců na pastvinách. Gass a Binkley (2011) ve své studii poukazují na snížení koncentrace půdního uhlíku a dusíku okolo 25% vlivem spásání. Největším limitačním zdrojem nejsou jen živiny, ale především voda, která úzce souvisí s vegetačním pokryvem a ovlivňuje teplotu povrchu. Nepokosená pastvina se vyznačuje teplotou až o 10 °C nižší než pokosená suchá tráva (Seják et al., 2010). Je zřejmé, že souvislý vegetační pokryv udržuje vlhkost půdy. Nadměrná pastva, která zničí vegetační pokryv a obnaží tak půdu, má za následek zvětšení albeda a tím i zvýšení teploty půdy, zvýšení evaporace a eroze a utužení půdy a tím snížení její infiltrace. Proto je z hlediska managementu pastvin výhodné v sušších oblastech zapojit různé druhy rostlin s krátkými a dlouhými kořeny, aby se udržovala rovnoměrná vlhkost v půdě a rostliny mohly fotosyntetizovat i za vysokého stupně ozáření. Rozumné použití a rozložení pokryvu rostlin s dlouhými kořeny, např. stromy, může dle mého názoru pastvině pouze prospět, z důvodu zvýšené a hlavně rovnoměrné vlhkosti půdy. Navíc větší produkce biomasy stromů znamená větší opad, a tím i přísun většího množství živin zejména uhlíku a dusíku, které mohou podpořit mikrobiální rozklad a větší dostupnost živin pro následný růst travin. Přirozené nadměrně nezatěžované pastviny mají důležité vlastnosti cenné pro udržitelné zemědělství, jako jsou retence vody, regulace eroze, regulace nemocí a škůdců, zdroj biodiverzity (Seják et al., 2010). Na produktivitu pastvin má vliv i fotosyntetický typ rostliny. V tropických a subtropických oblastech na pastvinách převládají rostliny C4. V mírném pásmu naopak rostliny C3. Podle konceptu WUE dosahují rostliny C4 vyšší účinnosti a tedy i vyšší primární produkce, která může poskytnout více zdrojů. Na druhou stranu C4 traviny se vyskytují v savanách, které po většinu roku trpí nedostatkem vody, proto C4 rostliny nejsou v produktivitě pastvin lepší než C3 rostliny (IBP 3, 1975). V následujícím textu na příkladu ES pastvin České republiky a Nového Zélandu ukáži modifikaci ekologické stopy a i to, že není ovlivňována jen produktivitou rostlin. V České republice zaujímají pastviny zhruba 1,2 milionů ha. Jejich průměrná produkce se pohybuje okolo 3,33 t/ha (Ministerstvo zemědělství ČR, 2010a). Ekologicky udržované pastviny, které nepoužívají minerální hnojiva či žádná hnojiva, se rozkládají na 329 232 ha a jejich roční produkce je 2,32 t/ha (ÚZEI, 2010). Ekologická stopa pastvin České republiky byla na rok 2007 stanovena na 0,15 gha na osobu, přičemž biokapacita těchto pastvin byla 0,12 gha (Global Footprint Network – Atlas, 2010). Znamená to tedy, že české pastviny nepokryjí spotřebu masa a mléčných výrobků průměrného českého občana, a tedy nepokryjí i spotřebu hospodářských zvířat. Česká republika má poměrně vysokou produktivitu pastvin oproti zbytku světa. Její výnosový faktor činí 2,17 (Moore, 2011). Podobnou, i když vyšší produktivitu, má Nový Zéland, jehož výnosový faktor je 2,5 (Global Footprint Network – Atlas, 2010). Znamená to, že české a novozélandské pastviny mají více než dvojnásobně vyšší produktivitu než světový 24
průměr. Klima České republiky je mírné a ovlivňované oceánským i kontinentálním prouděním. Srážky se pohybují od 600 do 900 mm ročně (Český hydrometeorologický ústav, 2010a). Průměrná roční teplota je 7,5 °C (Český hydrometeorologický ústav, 2010b). Klima Nového Zélandu se od toho českého liší. Průměrná teplota je 12,5 °C a srážky jsou okolo 600 – 1 500 mm. Na některých místech se vyskytují srážky i přes 2 500 mm, což je způsobeno oceánským prouděním (Walrond, 2009). Teplejší a na srážky bohatší klima působí pozitivně na vyšší produkci biomasy na novozélandských pastvinách, což je vidět i na jejich větším výnosovém faktoru. Na rozdíl od klimatu se Česká republika a Nový Zéland příliš neliší v typu půd. Většina pastvin obou států se nachází na půdách typu inceptisols tj. hnědozem (United States Department of Agriculture, 2005), což jsou půdy slabě vyvinuté, převážně mladé či erodované (rev. Chapin et al., 2002). I přes vysokou produktivitu pastvin v České republice, je česká ekologická stopa pastvin vyšší než její biokapacita. Ekologická stopa pastvin Nového Zélandu naopak činí pouhých 0,23 gha na osobu, přičemž biokapacita pastvin je 3,11 gha na osobu (Global Footprint Network – Atlas, 2010). Velký vliv v tomto případě má spotřeba obyvatelstva. Nový Zéland většinu své produkce vyváží do zahraničí. Česká republika většinu produkce hospodářských zvířat spotřebuje. Vývoz se odečítá z ekologické stopy dané země jako produkce, která se nespotřebuje, tudíž export snižuje ekologickou stopu státu, naopak import ekologickou stopu státu zvyšuje. Velkou roli hraje také převažující druh chovaných hospodářských zvířat. Česká republika se zaměřuje na chov skotu, zatímco Nový Zéland na chov ovcí. Významné rozdíly se najdou i v počtu obyvatel a v rozloze státu, což také hraje velmi důležitou roli. Jak je vidět, ekologická stopa je modifikována produktivitou rostlin, ale významný podíl na její velikosti má i počet obyvatel, rozloha státu, typ hospodářství, export a import.
4.3. Vliv vegetace na kategorii hospodářských lesů Lesy jsou velmi rozšířený ekosystém s celkovou rozlohou 3,9 miliard hektarů. Rozlišujeme tři hlavní typy lesů podle rozsahu vlivu člověka. Přirozené lesy s původní druhovou skladbou rostlin zabírají zhruba 2 miliardy ha z celkové rozlohy terestrických ekosystémů, což je přibližně 53% celkové rozlohy všech lesů. Polopřírodní lesy potom zahrnují 7% z celkové rozlohy. Polopřírodními lesy jsou myšleny lesy obsahující přirozenou druhovou skladbu, která byla vysazena člověkem za účelem regenerace. Lesy, které se využívají pouze pro hospodářské účely a mají plantážový charakter, se rozkládají na ploše 109 milionů hektarů a každoročně rozrůstají zhruba o 2,5 milionů ha. Tyto monokulturní, často stejnověké plantáže pokrývají svou produkcí 78% spotřeby dřeva. I přesto se každoročně neobnovitelně vykácí, zvláště za účelem získání zemědělské půdy, 13 milionů hektarů. Roční celosvětový zisk z lesů v roce 2005 činil 2,8 miliard m3 dřeva. Okolo 40% se využilo jako palivo (FAO, 2006). 25
Přirozený ustálený neboli klimaxový les prochází několika stupni rozvoje. Těmi jsou klíčení semen, samozřeďující procesy, růst a rozpad. V hospodářských lesích jsou tyto procesy nahrazeny výsadbou, probírkou a těžbou (rev. Kadrnožka, 2010). Obecně probírka napomáhá vyšší produktivitě, protože odstraňuje konkurenty o zdroje, a tak zůstávají živiny, voda a světlo dostupné pro stromy, které po probírce zůstávají. Nave et al. (2010) uvádějí existenci změn v ukládání uhlíku do lesní půdy pod vlivem těžby. Autoři došli k závěru, že těžba dřeva snižuje obsah půdního uhlíku zhruba o 8% a celkové ukládání uhlíku do půdy se vlivem těžby sníží o téměř 30%, přičemž menší vliv byl pozorován u smíšených a jehličnatých lesů. Během lesní těžby se neztrácí jen uhlík, ale také především draslík, který po holoseči může být zredukován až o 40% (Duchesne a Houle, 2008). Z tohoto důvodu se poměrně často management lesů uchyluje k hnojení za účelem zvýšení produkce. Například v některých chřadnoucích českých lesích se aplikují alkalické látky s obsahem vápníku a hořčíku (Ministerstvo zemědělství ČR, 2010b) – i za účelem zvýšení pH lesních půd, které jsou v ČR velmi kyselé i z důvodu velkoplošného pěstování smrku, který pH ovlivňuje negativně – viz níže. U intenzivně využívaných lesů se hnojí kompletními NPK hnojivy (Vanguelova et al., 2010). Zvláště fosfor zvyšuje dlouhotrvající produktivitu (Fox, 2000). Hnojení NPK však na druhou stranu může redukovat obsah půdního uhlíku, z důvodu většího obsahu dusíku a rychlejšího růstu stromů (Fox, 2000). Rostlina neustále udržuje rovnováhu mezi nadzemní a podzemní částí biomasy (poměr R:S). Pokud je v půdě některé živiny nedostatek, indukuje je to zvýšené ukládání biomasy do kořenů, aby se tak zajistil dostatečný přísun této látky (Procházka et al., 1998). Naopak pokud je v půdě dostatek právě například dusíku, podporuje to tvorbu chlorofylu, zrychlení fotosyntézy a tedy i růst kmenů či stonků. Jedním z největších problémů v současných lesích mírného pásu je zvýšená acidifikace půdy. Jehličnaté lesy ovlivňují acidifikaci půdy více než listnaté opadavé lesy. Jehlice navazují více polutantů z atmosféry než listy, které každoročně opadávají (Cannell,1999). To způsobuje, že jehličí při svém rozkladu tvoří i více huminových kyselin. Při zvýšené acidifikaci půdy dochází nejen k chřadnutí stromů a zvýšenému vyplavování živin jako jsou vápník, hořčík, draslík, ale také k mobilizaci toxického Al3+. Toxický hliník mohou vázat rostliny, ale může se také dostat do vodních toků (Dlouhá et al., 2009). Jako další problém lze charakterizovat ztrátu biodiverzity, zejména v monokulturních lesích. Vzhledem k tomu, že jsou ještě málo prozkoumané jednotlivé indikátory biodiverzity, lze podle australsko-americké studie obecně zastávat 4 přístupy pro její zachování v lesích. Prvním přístupem je uchování ploch se zachovanou biologickou diverzitou. Druhý přístup by měl brát ohled na nutnost heterogenity, složitosti a propojení v hospodářských lesích. Třetím přístupem je používání několika typů strategií pro zachování biodiverzity. Různé druhy mají jiné nároky na zdroje, například zapojený souvislý les může vyhovovat jednomu druhu a koridory zase jinému druhu. Čtvrtým
26
přístupem by mělo být monitorování těžby dřeva a získávání poznatků o vlivu těžby dřeva na okolní prostředí (Lindenmayer et al., 2000). Produktivita lesů velmi záleží na jejich geografickém umístění, množství dopadající sluneční energie a délce vegetačního růstu, teplotě, vlhkosti, typu porostu, stáří porostu a pokryvnosti listů (LAI). Většina vysoce produktivních lesů roste v klimaticky stabilních podmínkách, kde jsou především důležité pravidelné srážky v průběhu celého roku. V mírném pásmu mají nejvyšší produktivitu stálezelené listnaté lesy okolo 20 t/ha/rok (IBP 3, 1975), které se vyskytují například v Japonsku. Jde o klimaticky velmi vhodné plochy, kde je dostatek srážek po celý rok vlivem oceánského proudění. Letní období jsou teplá a zimy jsou poměrně mírné. Následují temperátní borovicové lesy a ostatní jehličnany s produktivitou 10 -15 t/ha/rok (IBP 3, 1975). Opadavé listnaté lesy produkují obecně méně než jehličnaté lesy, kvůli kratšímu období vegetačního růstu a menšímu LAI. V Evropě a Severní Americe se však uvádí, že listnaté lesy jsou produktivní stejně jako jehličnaté lesy (IBP 3, 1975). Česká republika se nachází v mírném pásmu s původní skladbou dřevin smíšených opadavých lesů. Rozloha lesů zabírá plochu zhruba 2,7 milionů ha, což je 34,9% celkové rozlohy ČR. Největší zastoupení 67,2% mají jehličnaté dřeviny. Listnaté stromy se vyskytují na 32,8% (ÚHÚL, 2007). Za rok 2009 bylo vytěženo 15,5 milionů m3 dřeva, z toho jehličnanů 14,05 milionů m3 a listnatých stromů 1,46 milionů m3. To je průměrná výtěžnost z celkové plochy lesů 5,84 m3/ha (Ministerstvo zemědělství ČR, 2010b). Jak už je zmíněno výše, jehličnaté lesy okyselují půdu více než listnaté. České lesy se nachází především na půdách typu inceptisols a mají převažující kyselý charakter. S aciditou půdy souvisí i poměrně málo přístupných živin jako jsou vápník, hořčík a draslík, které jsou eseciálními živinami pro primární produkci rostlin. Podle organizace Global Footprint Network má Česká republika stanovenou celkovou biokapacitu lesů na 1,23 gha na osobu, přičemž česká ekologická stopa lesů činí 1,01 gha na osobu (Global Footprint Network – Atlas, 2010). Z těchto čísel se dá vyvozovat, že Česká republika nepřečerpává biokapacitu českých lesů. Je dokonce pravděpodobné, že současná ekologická stopa českých lesů bude menší. Uvedená data jsou totiž stanovena pro rok 2007, kdy v České republice byla rekordní těžba dřeva za posledních 10 let (Ministerstvo zemědělství ČR, 2010b). Důvodem byla likvidace následků větrného orkánu Kyrill z ledna 2007.
4.4. Vliv vegetace na kategorii rybářská loviště Rybářská loviště jsou ze všech kategorií nejméně produktivní. Mají nejnižší ekvivalentní faktor, a to 0,37 gha/ha (Global Footprint Network – Atlas, 2010). Celosvětově se ročně vyloví 140 milionů tun ryb, korýšů a měkkýšů, z toho 50 milionů tun pochází z akvakultur. Nejvíce úlovků je přisuzováno Číně a Peru. Čína vede i na trhu s akvakulturami následovaná Indií a Vietnamem 27
(FAO, 2009). Vodní ekosystémy zahrnují z celosvětové primární produkce 41% (Pauly a Christensen, 1995). Přičemž sladké vody, šelfové systémy a upwellingové systémy, tj. výstupné proudy, které z hlubin oceánů přináší vodu bohatou na živiny, se svou primární produktivitou blíží produkci v terestrických ekosystémech. Primární produktivitu v mořích, oceánech a sladkých vodách ovlivňuje dostupnost světla a živin, hlavně dusíku, fosforu a železa. Tyto limitující faktory růstu jsou regulovány mořskými proudy, promícháváním vody, slunečním cyklem a depozicí atmosférického prachu (Behrenfeld et al., 2006), který do vod přináší železo. Růst fytoplanktonu je přímo závislý na přístupnosti dusíku a fosforu. Avšak tyto dvě složky jsou úzce vázány na množství a přístupnost železa ve vodě. Pokud je železa ve vodě dostatek, pak nastupuje limitace fosforem (Wu et al., 2000). Bylo provedeno několik experimentů, kdy se oceánské pouště okolo rovníku hnojily železem, byl zaznamenán téměř okamžitý nárůst fytoplanktonu. Mezi takovéto experimenty patří například IronEx 1 z roku 1993 či SOIREE z roku 1999. Při experimentu SOIREE bylo aplikováno železo na 50 km2 oceánu kolem Antarktidy. Po dvou týdnech po aplikaci byl zaznamenán čtyřnásobný nárůst chlorofylu. Zvýšení množství chlorofylu bylo sledováno ještě dva týdny po experimentu. Nicméně v experimentu IronEx 1 i SOIREE vědci nezjistily nikterak zvýšený transport CO2 do povrchové vrstvy vody (Koblížek a Prášil, 2003). Vysoký obsah železa se vyskytuje na pobřežích, kde je navátý z pevniny, což je také důvod vysoké produktivity na kontinentálních šelfech. Limitující je od kompenzační hloubky také světlo. Kompenzační hloubka je linie, kde se fotosyntéza rovná respiraci. Tato hloubka se pohybuje okolo 80 - 100 m a dosahuje do ní jen zhruba 1% fotosynteticky aktivního slunečního záření. Česká republika má velmi malou biokapacitu sladkých vod. Ta činí zhruba 0,002 gha na osobu. Přitom ekologická stopa činí 0,06 gha na osobu (National Footprint Accounts, 2010). Tento rozdíl je způsoben hlavně importem mořských ryb, po kterých je na trhu větší poptávka než po sladkovodních rybách. I přesto Česká republika ročně vyloví okolo 20 tisíc tun ryb ze 42 tisíc ha vodních ploch. Polovina vylovených ryb je exportována. Největší zastoupení má v českých rybolovných vodách kapr (86%) a dále ryby lososovité, které produkují speciální chovy, tyto ryby jsou spíše na nižších trofických úrovních, takže nejsou náročné na primární produkci. České vody jsou také velmi ovlivňovány znečištěním ze zemědělského hospodaření, atmosférické depozice a erozními splachy z terénu. Problematické jsou zvláště dusičnany, pesticidy a acidifikace, méně pak znečištění fosforem (Ministerstvo zemědělství ČR, 2010c).
4.5. Vliv vegetace na kategorii zastavěných ploch Zastavěné plochy nemají žádný vegetační pokryv, tudíž se přebírá ekologická stopa orné půdy, kdy se veškeré zastavěné plochy staví v blízkosti nebo na orných půdách. Obecně zastavěné půdy trpí nedostatkem evapotranspirace. Tyto plochy mají vyšší teplotu vzduchu než okolní 28
prostředí. Nejvýrazněji se to projevuje v městských tepelných ostrovech. Nedostatek evapotranspirace a vyšší teplota zastavěných ploch se však do ekologické stopy nezapočítávají, i přesto bych se ráda zmínila o architektonických řešeních využívajících fyziologických vlastností rostlin pro udržitelnost urbanizace a zmírnění jejich dopadů. Jde o projekty zelených střech a zelených fasád domů. Tyto projekty by se těžko započítávaly do ekologické stopy, ale na druhou stranu, při správném provedení, mohou snížit náklady na vytápění a ochlazování vnitřních prostorů budov a tím ušetřit část emisí oxidu uhličitého, čili v důsledku mohou snížit uhlíkovou stopu. Velmi kladným jevem, který se vyskytuje v souvislosti s použitím zelených střech je snížení odtoku dešťové vody (Chang et al., 2011) a tedy snížení vlivu přívalových dešťů ve městech. Příklady projektů zelených fasád a střech uvádí Schmidt (2010). Institut fyziky v Berlíně využívá zelenou fasádu svých budov nejen ke klimatizaci, která šetří 80-90% elektrické energie, ale také jako součást výzkumu na rostlinách, kde studují spotřebu vody, produktivitu a efektivitu využívání slunečního záření různých druhů rostlin. Schmidt (2010) dále uvádí přidružený projekt Watergy, jedná se o skleník těsně sousedící s budovou, kde sluneční záření a vodní pára z transpirace rostlin ve skleníku přeměněna na teplý vzduch, jenž soustavou potrubí otepluje budovu. Ochlazená voda se poté vrací zpět do skleníku. Zelené střechy mohou výrazně omezit příjem a ztrátu tepla budovy. V teplých obdobích mírného pásu může být taková redukce přijímaného tepla až 97 %, naopak v chladných obdobích se omezí ztráta tepla až o 50% oproti kovovým nebo keramickým střechám (Parizotto a Lamberts, 2011). Podle mého názoru jsou zelené střechy a fasády dobrým způsobem, jak vrátit vegetaci se všemi jejími výhodami do zastavěného prostředí. Nevýhodou tohoto konceptu je, že by se zpevněné plochy se zelenými střechami či fasádami mohly prezentovat jako dobré pro životní prostředí, tudíž by se mohlo rapidně zvýšit zastavování nových ploch na úkor mnohem účelnějších vegetačních ploch, jako jsou lesy, pastviny, aj., jež slouží například k retenci vody, regulaci eroze, klimatizují okolí, podporují biodiverzitu a další nenahraditelné funkce.
4.6. Vliv vegetace na kategorii lesů pro ukládání CO2 Od průmyslové revoluce bylo v terestrických ekosystémech a oceánech uloženo zhruba 60% antropogenních emisí (House et al., 2002). Například amazonský prales ukládá každoročně okolo 7,6 miliard tun uhlíku a nyní je v něm uložen uhlík za 10 až 13 let emisí ze změn využití půd a z fosilních paliv. Varující je tedy uvolňování tohoto uhlíku kvůli odlesňování, což může činit i 200 milionů tun uhlíku za rok (Nepstad et al., 2011). Pro ukládání uhlíku z emisí je základem proces fotosyntézy. Thomas et al. (2010) prokázali ve své studii, že zvýšená antropogenní dekompozice dusíku může stimulovat les k většímu ukládání uhlíku, a to o 61 kg uhlíku na 1 kg dusíku více v neporušeném lese než v době před průmyslovou revolucí. Na druhou stranu oxidy dusíku v atmosféře jsou řazeny mezi skleníkové 29
plyny, které zhoršují stav globálního oteplování. Navíc při zvýšeném ukládání uhlíku rostlinami se v jejich tělních částech mění poměr C:N (uhlovodíky:bílkoviny) v rostlinných tělech, jenž může nepřímo způsobit změny v preferencích, konzumaci, v růstu populací a velikosti jedinců u herbivorů (Throop et al., 2004). Nejen změna ve fyziologii rostlin je očekávána spolu s rostoucí koncentrací CO2, ale bude se měnit i chování lesních ekosystémů. Zda je daný porost sinkem (úložištěm) atmosférického uhlíku nebo zdrojem je určováno poměrem mezi fotosyntézou a rozkladnými procesy. Tento poměr lze velmi snadno ovlivnit vnějšími faktory – větší míra oblačnosti, větší obsah aerosolu v atmosféře, zvýšená teplota, snížené množství vody v krajině a sucho (Clark, 2004) budou mít za následek pokles rychlosti fotosyntézy. Pregitzer et al. (2008) zjistili sice větší ukládání uhlíku do biomasy při zvýšené koncentraci CO2, ale také zvýšení půdní respirace. Velkou roli hraje také stáří lesního porostu. Podle Wang et al. (2008) byl zdrojem oxidu uhličitého les těsně po narušení (kácení, požár, aj.). Naopak největší ukládání uhlíku zaznamenali u dospívajícího až dospělého lesa. V současnosti se vědci snaží zjistit možnou kapacitu lesů pro ukládání uhlíku pod vlivem globálních změn. Na proces fotosyntézy a ukládání uhlíku do biomasy v lese má vliv spousta aspektů. Důležitou roli hraje pokryvnost listoví, kdy jehličnaté lesy mají tento index vyšší než listnaté lesy a ukládají tedy více uhlíku. LAI může výrazně modifikovat roční čistou primární produkci. Nejlépe je tento jev vidět na temperátních lesích. U temperátních listnatých opadavých lesů se čistá primární produkce pohybuje od 5 do 10 t/ha/rok, naopak u temperátních jehličnatých lesů se tato produkce pohybuje od 10 – 15 t/ha/rok (IBP 3, 1975). Nezastupitelnou roli hrají také geografické a klimatické podmínky, zejména dešťové srážky a jejich rozložení v průběhu roku, a pak také teplota, která podporuje nebo naopak zeslabuje dekompozici. Příkladem může být studie House et al. (2002), podle níž je nejvíce uhlíku uloženo v boreálních lesích (559 PgC), které se vyskytují od 50° do 70° severní šířky a mají celoročně dostatek dešťových srážek, a teprve za nimi jsou tropické deštné lesy (428 PgC). Důvodem pomyslného druhého místa pro tropické lesy je rychlá dekompozice opadu, která neumožňuje ukládání organického uhlíku do půdy. Naopak v boreálních lesích panují chladnější teploty, které zpomalují dekompozici a omezují výskyt půdní bioty, zároveň jehlice obsahují velice těžko rozložitelné sloučeniny. Obsah půdního uhlíku je v boreálních lesích tedy zhruba 2x až 3x vyšší než v tropických deštných lesích. Pokud se podíváme na obsah uhlíku čistě v rostlinách, tak tropické deštné lesy stojí na prvém místě (House et al., 2002). Rev. Malhi et al. (1999) ve své publikaci rovněž zmiňuje nezastupitelnou roli boreálních lesů. Podle autorů je v boreálních lesích uloženo 49% uhlíku z celkových 1150 miliard tun. U tropických lesů pak uvádějí 37% a na temperátní listnaté lesy připadá „pouhých“ 14%. V neposlední řadě fotosyntézu a tvorbu biomasy podporuje i množství živin. Právě výše zmíněná zvýšená depozice antropogenního dusíku na severní polokouli může být příčinou i zvýšeného ukládání uhlíku do biomasy boreálních lesů.
30
Pokud se podíváme na níže uvedený příklad, zjistíme, že produktivní plocha lesů nevyužívaná pro hospodářské účely může výrazně měnit celkovou ekologickou stopu. Například Česká republika má poměrně vysokou uhlíkovou stopu, což patří do údělu rozvinutých států, a tedy potřebuje vysoké pokrytí lesů pouze na ukládání emisí CO2. České lesy lze charakterizovat jako temperátní opadavé lesy, i když v současné době převažují jehličnaté dřeviny s roční čistou primární produkcí 10 – 15 t/ha, i tak podíl listnatých stromů s nižší čistou primární produkcí není zanedbatelný. Uhlíková stopa ČR byla v roce 2007 stanovena na 3,27 gha na osobu (National Footprint Accounts, 2010), avšak české lesy po odečtení ES hospodářských lesů pokryjí uhlíkovou stopu pouze z 0,22 gha na osobu, tedy plocha lesů pro ukládání CO2 pokrývá pouze 500 000 ha z celkových 2,7 milionů ha českých lesů. Na druhou stranu státy jako Kanada nebo Finsko, které mají velkou rozlohu jehličnatých boreálních lesů a tedy vysokou biokapacitu lesních ploch, mají uhlíkovou stopu o jednu úroveň vyšší než Česká republika, konkrétně Kanada má 4,03 gha na osobu a Finsko 4,31 gha na osobu (viz. Tab. 4) (National Footprint Accounts, 2010). I přes to tyto státy nepřečerpávají biokapacitu svých zemí a významně přispívají ke snížení celkové ekologické stopy světa.
Celková ES Česká
ES hospod. lesů
Uhlíková stopa
Celková
Biokapacita
biokapacita
lesů
5,7
1,01
3,27
2,7
1,23
Finsko
6,2
0,11
4,31
12,5
8,76
Kanada
7,0
1,59
4,03
14,9
8,43
republika
Tab. 4 – Porovnání celkové ekologické stopy a celkové biokapacity České republiky, Finska a Kanady s důrazem na biokapacitu lesů, která pokrývá ekologickou stopu hospodářských lesů a do určité míry nebo zcela i uhlíkovou stopu (v gha/osoba). Zdroj: National Footprint Accounts, 2010. Převzato a upraveno
Vysoká biokapacita finských či kanadských lesů oproti českým lesům je dána právě geografickou polohou lesa a jeho typem, ale také do určité míry i hustotou zalidnění. I kdyby Česká republika nahradila všechny listnaté stromy jehličnatými, nedosáhne takové biokapacity lesů jako Kanada nebo Finsko, je tedy nutné hledět spíše na možnosti snížení ekologické stopy skrze snížení emisí CO2. Zajímavostí je, že kdyby uhlíková stopa České republiky byla nulová, stačila celková biokapacita země pro pokrytí potřeb obyvatel.
31
Kapitola 5
Pomocné metody pro výpočet ES a jiné koncepty trvalé udržitelnosti Koncept ekologické stopy v sobě spojuje několik vědeckých disciplín, jako jsou například fyziologie rostlin, ochrana ovzduší, statistika, matematika, ekonomie a geologie. Organizace Global Footprint Network, která vypočítává ekologickou stopu pro všechny státy, získává informace o rozlohách různého využití půd a o jejich produktivitě z různých zdrojů a samozřejmě má i své vlastní vědecké pracovníky, kteří neustále vylepšují metodiku ekologické stopy, aby výpočty byly, co nejpřesnější. V následující podkapitole zmíním důležitost dat získávaných z dálkového průzkumu Země (DPZ) pro výpočet ekologické stopy. V podkapitole 5. 2. jsou pak zmíněné dva koncepty upozorňující na značný vliv člověka na Zemi stejně jako koncept ekologické stopy. Jedná se o služby ekosystémů a zelený hrubý domácí produkt.
5. 1. Dálkový průzkum Země Dálkový průzkum Země (DPZ) detailně mapuje povrch planety Země pomocí multispektrálních a hyperspektrálních senzorů. Mezi multispektrálních senzory se řadí Landsat, jenž vytváří 7 tematických map (TM) založených na zachytávání odražených vlnových délek slunečního záření. Například TM 1 zachytává 0,45 – 0,52 µm, což znamená, že rozlišuje na dané ploše holou půdu, vegetační a zastavěné plochy. TM 4 pak přijímá vlnovou délku o hodnotě 0,76 – 0,9 µm a identifikuje tak rostlinné druhy, vegetační stresy či obsah biomasy (Martínek a Lexa, 2010). Mezi hyperspektrální senzory patří například AVIRIS či Hyperion. Většina globálních map, které jsou v současné době k dispozici, je získávána pomocí DPZ a modelování. DPZ využívá celé spektrum přírodovědných oborů jako meteorologie, oceánologie, geologie, klimatologie, ekologie aj. Pro ekologii je velmi důležité stanovení přesných hranic různých ekosystémů a jejich monitorování. Lze také monitorovat a klasifikovat plochy nejvíce náchylné k půdní erozi (viz. Obr. 6) a podniknout kroky k jejímu omezení. Například jedna studie prováděná v severním Thajsku se zaměřila na tento problém. V průběhu čtyřleté studie (1992 – 1996) se vědcům podařilo prokázat, že změnou managementu v zemědělství lze omezit půdní erozi, konkrétně v této studii se snížila celková roční průměrná eroze z 1,24 mm na 0,91 mm (Hazarika a Honda, 2001).
32
Obr. 6 – Příklad monitorování půdní eroze v severním Thajsku. Zdroj: Hazarika a Honda, 2001. Převzato a upraveno.
Pro ekologickou stopu je využívání DPZ výhodné, protože získává přesnější vstupní data o rozloze ploch v jednotlivých kategoriích ES. Zároveň lze sledovat dlouhodobé změny ve využití půd jako je například odlesňování. Avšak nejdůležitějším parametrem, jenž je nutné použít pro výpočet ekologické stopy a jenž DPZ sleduje, je stanovení biomasy a jejího složení. Dále je možné určit fyziologický stav vegetace, např. obsah dusíku, chlorofylu v rostlinách (rev. Kokaly et al., 2009) a primární produkci ekosystémů ( rev. Malenovský et al., 2009). Biomasa se v DPZ určuje na základě matematických modelů, jejichž součástí je i stanovení LAI (viz. Obr. 7).
Obr. 7 – Rozdíly v LAI ve vegetaci Amazonského tropického deštného pralesa stanovené na základě dálkového průzkumu Země. Zdroj: Short, 2010. Převzato a upraveno.
Pro interpretaci spektrálních dat získaných DPZ jsou často používány spektrální indexy. Jedním z používaných indexů pro určení změn ve vegetačním pokryvu v průběhu roku je tzv. normalizovaný diferenční vegetační index (NDVI - Normalized Difference Vegetation Index) (Rouse et al., 1973). NDVI se stanovuje stejně jako LAI podle odrazivosti slunečního záření 33
v blízkém infračerveném pásmu (Short, 2010). Ale je celá řada dalších indexů, která je používána pro určení biochemických vlastností listoví, jako je obsah chlorofylu, dusíku či ligninu (např. Kokaly a Clark, 1999; Serrano et al., 2002; Albrechtová et al., 2008). Využití DPZ je v současné době rychle se rozvíjejícím oborem. Pro výpočet ekologické stopy je rozvoj DPZ důležitý, zejména díky získávání přesnějších dat od organizací, které vyhodnocují mapování planety. Výhodou je také významná úspora času a pracovních sil, jež by byly nutné pro terénní výzkumy v ekosystémech, aby se získala stejně hodnotná data. Možnost získání údajů o biochemických procesech rostlin, čisté primární produkci, produkci ekosystémů a jejich rozloze je podstatné, zvláště pokud jde o státy neposkytující takovéto informace, ať už z politických či finančních důvodů.
5. 2. Jiné koncepty trvalé udržitelnosti S nutností trvalé udržitelnosti života lidí na Zemi pracují dva odlišné koncepty. Jedním z nich je koncept služeb ekosystémů, který zdůrazňuje důležitost ekosystémů pro člověka. Do tohoto pojmu se zařazují dvě složky, a to ekosystémové funkce a ekosystémové služby. Ekosystémové funkce se dají definovat jako schopnost přírodních procesů poskytovat zboží a služby, které uspokojují přímé i nepřímé lidské potřeby. Dělí se na regulační, produkční, informační a funkce biotopu a poskytují služby, jako jsou potrava, voda, detoxifikace a mnoho dalších (de Groot et al., 2002). Velmi důležitá je studie Costanzy et al. (1997), který vyjadřuje peněžní hodnotu jednotlivých funkcí a služeb ekosystémů. V současném ekonomickém světě si tak veřejnost dokáže lépe představit, proč jsou přírodní procesy nenahraditelné. Podobně jako koncept ekologické stopy se snaží upozornit na přílišné přečerpávání zdrojů a upozorňuje na zvyšování hodnot služeb ekosystémů s tím, jak bude pokračovat devastace krajiny. V České republice se hodnocením ekosystémů zabýval Seják et al. (2010). Podle propočtů je hodnota ročních ekosystémových služeb 1 ha českého smíšeného zdravého lesa zhruba 43 mil. Kč, z toho jen klimatizační funkce činí 22 mil Kč. Zmiňují také klíčovou roli dostatku vody pro správné fungování ekosystémů. Na budoucí problematiku nedostatku vody upozorňuje také Reid et al. (2005). Podle propočtů Sejáka et al. (2010) jsou nejhodnotnějšími ekosystémy v ČR mokřady a rašeliniště, avšak zastupují pouze malé procento celkové rozlohy ČR, hned za nimi se nacházejí listnaté lesy. Samozřejmě hodnota zpevněných ploch, nezanedbatelné procento všech vyspělých států, se blíží k nule (Seják et al., 2010). Stejná vypovídající hodnota zastavěných ploch je brána i v ES. Druhým konceptem je tzv. zelený hrubý domácí produkt. Tento koncept je vylepšeným hrubým domácím produktem (HDP), kdy od ročního HDP jsou odečítány negativní vlivy na životní prostředí daného státu, především emise oxidu uhličitého nebo například ztráta biodiverzity (Liu a Diamond, 2008). 34
Závěr Ekologická stopa je v současné době hojně používaný koncept, který se nejednou objevil v médiích v souvislosti se stanovením vlivu člověka na životní prostředí. Také ho často používají ekologické organizace jako prostředek pro zamyšlení a uvedení konkrétních, ale nepříliš složitých dat. Má bakalářská práce měla za úkol shrnout dosavadní poznatky o výpočtu ES, o vlivu rostlin na ekosystémy skrze jejich fyziologické procesy a potažmo na ekologickou stopu. Jednotlivé kategorie ekologické stopy jsou významně ovlivňované skrze primární produkci rostlin. Aspekty, které primární produkci rostlin ovlivňují (geografická poloha ekosystému, množství dopadajícího slunečního záření, fotosyntetický typ rostliny, teplota, množství živin v půdě, struktura půda aj.), mohou výrazně ovlivnit konečný výsledek ES. V kategoriích, jež nejsou zásadně závislé na čisté primární produkci rostlin, jako jsou například pastviny, hraje velkou roli i velikost státu, počet obyvatel, dietetické návyky dané země a množství importovaných a exportovaných potravin. Jak jsem v průběhu své bakalářské práce několikrát zdůrazňovala a ukázala i na několika příkladech, rostliny dokážou významným způsobem měnit výslednou ekologickou stopu a je jen na člověku, zda se poučí nebo naopak bude nadmíru využívat přírodní zdroje bez ohledu na zítřek. Toto poučení je o to víc důležité v současné době, kdy se již začínají projevovat změny globálního klimatu. Rostliny tyto změny postihují a postihnou velmi radikálně. Při celkově vyšších průměrných teplotách, nižší dostupnosti vody, zvýšené koncentraci CO2 dochází k interakci fyziologických procesů u rostlin, jež některé vedou ke zvyšování rychlosti fotosyntézy a jiné ji citelně snižují. Problematické je neustálé narůstání koncentrace oxidu uhličitého, o kterém s jistotou víme, že bude pokračovat přinejmenším i v několika dalších desetiletích, což bude mít dalekosáhlé důsledky na fyziologické procesy rostlin ovlivňujících významné procesy v ekosystémech. Ke klimatickým změnám též patří častější výskyt extrémních forem počasí, ať už jde o dlouhodobá sucha či naopak o přívalové deště, kdy rostliny budou trpět několika druhy stresů naráz nebo těsně po sobě. To dozajisté může také výrazně ovlivnit rychlost fotosyntézy a respirace a následné schopnosti tvorby biomasy. Není snadné předpovídat budoucí děje, i kvůli vysoké provázanosti jednotlivých ekosystémů. Jisté však je, že pokud se změní klimatické podmínky rostlin, ovlivní to všechny organismy v následném potravním řetězci a tedy i člověka.
35
Seznam zdrojů Literatura Albrechtová, J. Seidl, Z. Aitkenhead-Peterson, J. Lhotáková, Z. Rock, B. N. Alexander, J. E. Malenovský, Z. McDowell, W. H. 2008. Spectral Analysis of Coniferous Foliage and Possible Links to Soil Chemistry: Are Spectral Chlorophyll Indices Related to Forest Floor Dissolved Organic C and N? Science of the Total Environment, 404:424-432 Alcott, B. 2005. Jevons´paradox. Ecological Economics, 54:9-21 Asner, G. P. Elmore, A. J. Olander, L. P. Martin, R. E. Harris, A. T. 2004. Grazing Systems, Ecosystem Responses, and Global Change. Annual Review of Environment and Resources, 29:261-299 Behrenfeld, M. J. O’Malley, R. T. Siegel, D. A. McClain, Ch. R. Sarmiento, J. L. Feldman, G. C. Milligan, A. J. Falkowski, P. G. Letelier, R. M. Boss, E. S. 2006. Climate-Driven Trends in Contemporary Ocean Productivity. Nature, 444:752-755 Brundtland, G. H. 1987. Our Common Future – Call for Action. Environmental Conservation, 14:291-294 Cannell, M. G. R. 1999. Environmental Impacts of Forest Monocultures: Water Use, Acidification, Wildlife Conservation, and Carbon Storage. New Forests, 17:239-262 Carvalho, J. L. Raucci, G. S. Cerri, C. E. P. Bernoux, M. Feigl, B. J. Wruck, F. J. Cerri, C. C. 2010. Impact of pasture, agriculture and crop-livestock systems on soil C stocks in Brazil. Soil & Tillage Research, 110:175 – 186 Cerling, T. E. Wang, Y. Quade, J. 1993. Expansion of C4 Ecosystems as an Indicator of Global Ecological Change in the Late Miocene. Nature, 361:344-345 Chang, NB. Rivera, B. J. Wanielista, M. P. 2011. Optimal Design for Water Conservation and Energy Savings Using Green Roofs in a Green Building under Mixed Uncertainties. Journal of Cleaner Production, 19:1180-1188 Chapin, F. S. III Matson, P. A Mooney, H. A. 2002. Principles of Terrestrial Ecosystem Ecology. Nakladatelství: Springer-Verlag New York, Inc., New York. ISBN: 0-387-95443-0 Clark, D. A. 2004. Sources or Sinks? The Responses of Tropical Forests to Current and Future Climate and Atmospheric Composition. Philosophical Transactions of the Royal Society of London Series B-Biological Sciences, 359:477-491 Conant, R. T. Paustian, K. Elliott, E. T. 2001. Grassland Management and Conversion into Grassland: Effects on Soil Carbon. Ecological Applications, 11:343-355 Costa, N. D. 2007. Reducing the meat and livestock indrustry´s environmental footprint. Nutrition & Dietetics, 64:185-191 Costanza, R. d´Arge, R. de Groot, R. Farber, S. Grasso, M. Hannon, B. Limburg, K. Naeem, S. O´Neill, R. V. Paruelo, J. Raskin, R. G. Sutton, P. van den Belt, M. 1997. The Value of the World´s Ecosystem Services and Natural Capital. Nature, 387: 253-260 Český hydrometeorologický ústav 2010a. Staženo: 24. 2. 2011. Dostupné z WWW: http://portal.chmi.cz/portal/dt?action=content&provider=JSPTabContainer&menu=JSPTabCont ainer/P4_Historicka_data/P4_1_Pocasi/P4_1_5_Uzemni_srazky&nc=1&portal_lang=cs#PP_Uz emni_srazky Český hydrometeorologický ústav 2010b. Staženo: 24. 2. 2011. Dostupné z WWW: http://portal.chmi.cz/portal/dt?action=content&provider=JSPTabContainer&menu=JSPTabCont
36
ainer/P4_Historicka_data/P4_1_Pocasi/P4_1_4_Uzemni_teploty&nc=1&portal_lang=cs#PP_U zemni_teploty Český statistický úřad 2011. Vydáno: 14. 2. 2011. Staženo: 11. 8. 2011. Aktualizace: 10. 8. 2011. Dostupné z WWW: http://www.czso.cz/csu/2011edicniplan.nsf/p/2102-11 de Groot, R. S. Wilson, M. A. Boumans, R. M. J. 2002. A Typology for the Classification, Description and Valuation of Ecosystem Functions, Goods and Services. Ecological Economics, 41:393-408 Dlouhá, Š. Borůvka, L. Pavlů, L. Tejnecký, V. Drábek, O. 2009. Comparison of Al Speciation and Other Soil Characteristics Between Meadow, Young Forest and Old Forest Stands. Journal of Inorganic Biochemistry, 103:1459-1464 Duchesne, L. Houle, D. 2008. Impact of Nutrient Removal through Harvesting on the Sustainability of the Forest. Ecological Applications, 18:1642-1651 FAO (Food and Agricultural Organization of the United Nations), 2006. Global Forest Resources Assessment 2005. FAO, Rome. ISBN: 92-5-105481-9 FAO, 2009. FAO Fishery and Aquaculture Statistics: Yearbook 2007. FAO, Rome. ISBN: 97892-5-006360-7 Fox, T. R. 2000. Sustained Productivity in Intensively Managed Forest Plantations. Forest Ecology and Management, 138:187-202 Gass, T. M. Binkley, D. 2011. Soil Nutrient Losses in an Altered Ecosystem Are Associated with Native Ungulate Grazing. Journal of Applied Ecology, 48:952-960 Global Footprint Network – Ewing, B. Moore, D. Goldfinger, S. Oursler, A. Reed, A. Wackernagel, M. 2010. Ecological Footprint Atlas 2010. Vydáno: 13. 10. 2010. Staženo: 21. 10. 2010. Dostupný z WWW: http://www.footprintnetwork.org/en/index.php/GFN/ page/publications/#Reports Global Footprint Network. Dostupné z WWW: http://www.footprintnetwork.org/en/ index.php/GFN/page/our_team/. Aktualizace: 5. 7. 2009 Goulding, K. Jarvis, S. Whitmore, A. 2008. Optimizing Nutrient Management for Farm Systems. Philosophical Transactions of the Royal Society B-Biological Sciences, 363:667-680 Hathaway-Jenkins, L. J. Sakrabani, R. Pearce, B. Whitmore, A. P. Godwin, R. J. 2011. A Comparison of Soil and Water Properties in Organic and Conventional Farming Systems in England. Soil Use and Management, 27:133-142 Hazarika, M. K. Honda, K. 2001. Estimation of Soil Erosion Using Remote Sensing and GIS, Its Valuation and Economic Implications on Agricultural Production. Sustaining the Global Farm – Selected papers from the 10th International Soil Conservation Organization Meeting, edited by Stott, D. E., Mohtar, R. H., Steinhardt, G. C., p. 1090-1093 House, J. I. Prentice, I. C. Le Quéré, C. 2002. Maximum Impacts of Future Reforestation or Deforestation on Atmospheric CO2. Global Change Biology, 8:1047-1052 IBP (International Biological Programme) 3, 1975. Photosynthesis and Productivity in Different Environments. Edited by Cooper, J. P. Nakladatelství: Cambridge University Press, Cambridge, London, New York, Melbourne. ISBN: 0-521-20573-5 Jeník, J. 1995. Ekosystémy: úvod do organizace zonálních a azonálních biomů. Nakladatelství: Karolinum, Praha. ISBN: 80-7184-040-8 Kadrnožka, J. 2010. Země se ubrání. Nakladatelství: Akademické nakladatelství CERM, s. r. o. Brno. ISBN: 978-80-7204-678-2 Koblížek, M. Prášil, O. 2003. Jak zúrodnit oceánské pouště: „Železné“ experimenty nástrojem poznání biologických procesů. Vesmír, 82:136-140
37
Kokaly, R. F. Asner, G. P. Ollinger, S. V. Martin, M. E. Wessman, C. A. 2009. Characterizing Canopy Biochemistry from Imaging Spectroscopy and Its Application to Ecosystem Studies. Remote Sensing of Enviroment, 113:S78-S91 Kokaly, R. F. Clark, R. N. 1999. Spectroscopic Determination of Leaf Biochemistry Using Band-Depth Analysis of Absorption Features and Stepwise Multiple Linear Regression. Remote Sensing of Enviroment, 67:267-287 Li, L-L. Huang, G-B. Zhang, R-Z. Bellotti, B. Li, G. Chan, K. Y. 2011. Benefits of Conservation Agriculture on Soil and Water Conservation and Its Progress in China. Agricultural Sciences in China, 10:850-859 Lindenmayer, D. B. Margules, Ch. R. Botkin, D. B. 2000. Indicators of Biodiversity for Ecologically Sustainable Forest Management. Conservation Biology, 14:941-950 Liu, J. Diamond, 319:37-38
J.
2008.
Revolutionizing
China´s
Environmental
Protection.
Science,
Lotter, D. W. 2003. Organic Agriculture. Journal of Sustainable Agriculture, 21:59-128 Mačáková, M. 2010. Bakalářská práce – Tematický atlas Střední Ameriky. Masarykova univerzita v Brně, Pedagogická fakulta, Katedra geografie Malenovský, Z. Mishra, K. B. Zemek, F. Rascher, U. Nedbal, L. 2009. Scientific and Technical Challenges in Remote Sensing of Plant Canopy Reflectance and Fluorescence. Journal of Experimental Botany, 60:2987-3004 Malhi, Y. Baldocchi, D. D. Jarvis, P. G. 1999. The Carbon Balance of Tropical, Temperate and Boreal Forests. Plant, Cell and Environment, 22:715-740 Martínek, K. Lexa, O. 2010. Prezentace z přednášky předmětu GIS a DPZ v geologii, Univerzita Karlova v Praze. Staženo 10. 8. 2011. Dostupné z WWW: http://web.natur.cuni.cz/ ugp/main/staff/martinek/DPZ.htm Ministerstvo zemědělství ČR 2010a. Zemědělství 2009. Vydalo: Ministerstvo zemědělství, Praha. ISBN: 978-80-7084-924-8 Ministerstvo zemědělství ČR 2010b. Zpráva o stavu lesa a lesního hospodářství České republiky v roce 2009. Vydalo: Ministerstvo zemědělství, Praha. ISBN: 978-80-7084-861-6 Ministerstvo zemědělství ČR – Odbor státní správy ve vodním hospodářství a správy povodí, Ministerstvo životního prostředí – Odbor ochrany vod, 2010c. Zpráva o stavu vodního hospodářství České republiky v roce 2009. Vydalo: Ministerstvo zemědělství, Praha. ISBN: 978-80-7084-925-5 Míková, T. Valeriánová, A. Voženílek, V. 2007. Atlas podnebí Česka. Český hydrometeorologický ústav, Praha. ISBN 978-80-86690-26-1 Moore, D. – Senior Project Manager, Global Footprint Network 2011. Osobní sdělení: 14. 2. 2011 National Footprint Accounts, Global Footprint Network 2010. 2010 Data Tables. Vydáno: 13. 10. 2010. Staženo: 20. 3. 2011. Dostupné z WWW: http://www.footprintnetwork.org/en/index.php/GFN/page/ecological_footprint_atlas_2008/ Nátr, L. 2002. Fotosyntetická produkce a výživa lidstva. Nakladatelství ISV, Praha. ISBN: 80-85866-92-7 Nave, L. E. Vance, E. D. Swanston, C. W. Curtis, P. S. 2010. Harvest Impacts on Soil Carbon Storage in Temperate Forests. Forest Ecology and Management, 259:857-866 Nepstad, D. Carvalho, G. Barros, A. C. Alencar, A. Capobianco, J. P. Bishop, J. Moutinho, P. Lefebvre, P. Silva, U. L. Prins, E. 2001. Road Paving, Fire Regime Feedbacks, and the Future of Amazon Forests. Forest Ecology and Management, 154:395-407
38
Parfitt, R. L. Yeates, G. W. Ross, D. J. Mackay, A. D. Budding, P. J. 2005. Relationships between Soil Biota, Nitrogen and Phosphorus Availability, and Pasture Growth under Organic and Conventional Management. Applied Soil Ecology, 28:1-13 Parizotto, S. Lamberts, R. 2011. Investigation of Green Roof Thermal Performance in Temperate Climate: A Case Study of an Experimental Building in Florianopolis City, Southern Brazil. Energy and Buildings, 43:1712-1722 Pauly, D. a Christensen, V. 1995. Primary Production Required to Sustain Global Fisheries. Nature, 374:255-257 Pimentel, D. Hepperly, P. Hanson, J. Douds, D. Seidel, R. 2005. Environmental, Energetic, and Economic Comparisons of Organic and Conventional Farming Systems. Bioscience, 55:573-582 Pregitzer, K. S. Burton, A. J. King, J. S. Zak, D. R. 2008. Soil Respiration, Root Biomass, and Root Turnover Following Long-Term Exposure of Northern Forests to Elevated Atmospheric CO2 and Tropospheric O3. New Phytologist, 180: 153-161 Procházka, S. Macháčková, I. Krekule, J. Šebánek, J. Gloser, J. Havel, L. Nátr, L. Prášil, I. Sladký, Z. Šantrůček, J. Tesařová, M. Vyskot, B. 1998. Fyziologie rostlin. Academia, nakladatelství Akademie věd České republiky, Praha. ISBN 80-200-0586-2 Reid, W. V. Mooney, H. A. Cropper, A. Capistrano, D. Carpenter, S. R. Chopra, K. Dasgupta, P. Dietz, T. Duraiappah, A. K. Hassan, R. Kasperson, R. Leemans, R. May, R. M. McMichael, T. (A. J.) Pingali, P. Samper, C. Scholes, R. Watson, R. T. Zakri, A. H. Shidong, Z. Ash, N. J. Bennett, E. Kumar, P. Lee, M. J. Raudsepp-Hearne, C. Simons, H. Thonell, J. Zurek, M. B. 2005. Ekosystémy a lidský blahobyt: Syntéza: Zpráva Hodnocení ekosystémů k miléniu. Nakladatelství: Univerzita Karlova, Centrum pro otázky životního prostředí, Praha. ISBN: 80-239-6300-7 Rouse, J. W. Haas, R. H. Schell, J. A. Deering, D. W. 1973. Monitoring Vegetation Systems in the Great Plains with ERTS. Third ERTS Symposium: Abstracts, NASA, A20:20 Schmidt, M. 2010. Ecological Design for Climate Mitigation in Contemporary Urban Living. International Journal of Water, 5:337-352 Seják, J. Cudlín, P. Pokorný, J. Zapletal, M. Petříček, V. Guth, J. Chuman, T. Romportl, D. Skořepová, I. Vacek, V. Vyskot, I. Černý, K. Hesslerová, P. Burešová, R. Prokopová, M. Plch, R. Engstová, B. Stará, L. 2010. Hodnocení funkcí a služeb ekosystémů České republiky. Fakulta životního prostředí UJEP, Ústí nad Labem. ISBN 978-80-7414-235-2 Serrano, L. Penuelas, J. Ustin, S. L. 2002. Remote Sensing of Nitrogen and Lignin in Mediterranean Vegetation from AVIRIS Data: Decomposing Biochemical from Structural Signals. Remote Sensing of Environment, 81:355-364 Short, N. M. (National Aeronautics and Space Administration, NASA), 2010. The Remote Sensing Tutorial – Table of Contents, Section 3 - Vegetation Applications: Agriculture, Forestry, and Ecology. Aktualizace: 28. 4. 2010. Staženo: 25. 6. 2011. Dostupné z WWW: http://rst.gsfc.nasa.gov/Sect3/Sect3_1.html Stolze, M. Piorr, A. Häring, A. Dabbert, S. 2000. The Environmental Impacts of Organic Farming in Europe (Organic Farming in Europe: Economics and Policy; 6). University of Hohenheim, Department of Farm Economics. ISBN 3-933403-05-7 Thomas, R. Q. Canham, Ch. D. Weathers, K. C. Goodale, Ch. L. 2010. Increased Tree Carbon Storage in Response to Nitrogen Deposition in the US. Nature Geoscience, 3:13-17 Tichá, M. Vyzínová, P. 2006. Polní plodiny. Vydáno: 13. 12. 2006. Staženo: 25. 1. 2011. Dostupné z WWW: http://vfu-www.vfu.cz/vegetabilie/plodiny/index.htm Throop, H. L. Holland, E. A. Parton, W. J. Ojima, D. S. Keough, C. A. 2004. Effects of Nitrogen Deposition and Insect Herbivory on Patterns of Ecosystem-Level Carbon and Nitrogen Dynamics: Results from the CENTURY Model. Global Change Biology, 10:1092-1105
39
Townsend, C. R. Begon, M. Harper, J. L. 2010. Základy ekologie. Nakladatelství: Univerzita Palackého v Olomouci, Olomouc. ISBN: 978-80-244-2478-1 United States Department of Agriculture, Natural Resources Conservation Service 2005. Global Soil Regions. Aktualizace: 17. 11. 2005. Staženo: 23. 2. 2011. Dostupné z WWW: http://soils.usda.gov/use/worldsoils/mapindex/ ÚHÚL (Ústav pro hospodářskou úpravu lesů Brandýs nad Labem) 2007. Národní inventarizace lesů v České republice 2001-2004. Vydáno: 17. 12. 2007. Staženo: 27. 2. 2011. Dostupné z WWW: ftp://ftp.uhul.cz/Public/NIL/PUBLIKACE_NIL/NIL%20CR%2020012004%20cela%20kniha_NFI%20CZ%202001-2004%20complete%20book/ ÚZEI (Ústav zemědělské ekonomiky a informací) 2010. Statistická šetření ekologického zemědělství provedená v roce 2009. Vydáno: 16. 6. 2010. Staženo: 24. 1. 2011. Dostupné z WWW: http://eagri.cz/public/web/mze/zemedelstvi/ekologicke-zemedelstvi/statistika-apruzkumy/ Van der Vossen, H. A. M. 2005. A Critical Analysis of the Agronomic and Economic Sustainability of Organic Coffee Production. Experimental Agriculture, 41:449-473 Vanguelova, E. Pitman, R. Luiro, J. Helmisaari, H. S. 2010. Long Term Effects of Whole Tree Harvesting on Soil Carbon and Nutrient Sustainability in the UK. Biogeochemistry, 101:43-59 Vačkář, D. 2010. Human Impacts on Ecosystems: Appropriation of Primary Production and Biodiversity in the Czech Republic. Doctoral Thesis Summary, Charles University in Prague, Faculty of Science, Institute for Environmental Studies Viglizzo, E. F. Frank, F. C. Carreno, L. V. Jobbagy, E. G. Perevra, H. Clatt, J. Pincen, D. Ricard, M. F. 2011. Ecological and Environmental Footprint of 50 Years of Agricultural Expansion in Argetina. Global Change Biology, 17:959-973 Wackernagel, M. a Rees, W. 1996. Our Ecological Footprint: Reducing Human Impact on the Earth. Nakladatelství: New Society Publishers, Gabriola Island, c1996. ISBN 0-86571-312-X Walrond, C. 2009. Natural Environment – Climate. Te Ara – the Encyclopedia of New Zealand. Aktualizace: 3. 3. 2009. Staženo: 24. 2. 2011. Dostupné z WWW: http://www.TeAra.govt.nz/en/natural-environment/3 Wang, XC. Wang, CK. Yu, GR. 2008. Spatio-Temporal Patterns of Forest Carbon Dioxide Exchange Based on Global Eddy Covariance Measurements. Science in China Series D-Earth Sciences, 51:1129-1143 Wikipedia, the Free Encyclopedia 2011. Aktualizace: 6. 8. 2011. Staženo: 9. 8. 2011. Dostupné z WWW: http://en.wikipedia.org/wiki/Mathis_Wackernagel Wingler, A. Lea, P. J. Quick, W. P. Leegood, R. C. 2000. Photorespiration: Metabolic Pathways and Their Role in Stress Protection. Philosophical Transactions of The Royal Society of London Series B-Biological Sciences, 355: 1517-1529 Wu, J. Sunda, W. Boyle, E. A. Karl, D. M. 2000. Phosphate Depletion in the Western North Atlantic Ocean. Science, 289:759-762 Zhu, X-G. Long, S. P. Ort, D. R. 2010. Improving Photosynthetic Efficiency for Greater Yield. Annual Review of Plant Biology, 61:235-261
40
