Proč se sleduje dech lesa a jak souvisí s globální změnou na naší planetě?

„Globální změna klimatu je vědecký fakt, způsobil ji člověk a je třeba se s ní vypořádat,“ definuje obecné závěry vědeckého poznání Ladislav Šigut, můj průvodce v unikátní lesní laboratoři na Bílém Kříži. Emise skleníkových plynů, mezi které patří především oxid uhličitý (CO2), mají za následek například nárůst teploty, změnu množství a výskytu srážek a extrémní výkyvy počasí. Neustálý růst koncentrace CO2 může mít výrazný vliv na veškeré přírodní společenství. Umí se s tímto přebytkem CO2 biosféra vyrovnat?

Ladislav Šigut je absolventem magisterského oboru biofyzika katedry fyziky Přírodovědecké fakulty Ostravské univerzity a také doktorandem této katedry. Vysvětluje mi, že fotosyntéza je klíčový proces při zkoumání reakcí rostlin na zvýšenou koncentraci CO2. Fotosyntéza spotřebovává CO2, takže by se dalo předpokládat, že čím více CO2, tím lépe pro rostliny, protože CO2 fotosyntézu stimuluje. Vznikla tak představa, že zvyšující se koncentrace CO2 povede k úměrnému zvyšování rychlosti fotosyntézy a rostliny nám tak pomohou vyvázat přebytečné CO2 ze vzduchu. Je tomu tak? Mohou se těmto novým podmínkám přizpůsobit rostliny a pomoct tak člověku „zlikvidovat“ přebytek CO2 v atmosféře?

Pro získání odpovědi na výše uvedené otázky jsme se s Láďou vydali na špičkovou výzkumnou ekosystémovou stanici na Bílém Kříži v Moravskoslezských Beskydech. Toto experimentální ekologické pracoviště se rozkládá ve výšce 894 m n. m. a v roce 2011 byla oceněna jako jedna ze čtyř nejlepších ekosystémových stanic v Evropě. Byla založena v roce 1986 za účelem zkoumání vlivu imisí z přilehlých aglomerací na lesní porost a funguje zde také klimatologická stanice. V roce 1992 tady vzniklo první experimentální ekologické pracoviště, kde se v růstových komorách kolem stromů začaly měřit dopady zvýšené koncentrace CO2. Je tedy nejstarším zařízením u nás, které se zabývá vlivem atmosférické koncentrace oxidu uhličitého na lesní ekosystémy.

To, jaké dopady bude mít dlouhodobě navýšená koncentrace CO2 na život lesních porostů, se zjišťuje v unikátních lamelových sférách. Tyto „mimozemsky“ se tvářící skleněné stavby jsou dominantou celé výzkumné stanice. „Nejedná se o skleníky, protože u skleníků se předpokládá zvýšení teploty a my nechceme, aby se v nich zvyšovala teplota. To by bylo nežádoucí pro experimenty, které tady provádíme.“ vysvětluje Láďa význam lamelových sfér. „Jsou zde dvě sféry, jedna se zvýšenou koncentrací oxidu uhličitého 700 ppm, tedy 700 molekul CO2 na milión molekul vzduchu. Je to proto, že se předpokládá, že v roce 2100 bude ve vzduchu průměrná koncentrace oxidu uhličitého 700 ppm, možná i vyšší. Druhá sféra má okolní, tedy běžnou koncentraci, což je v současné době přibližně 400 ppm.“

Jak sféry fungují? Zkapalněný oxid uhličitý ze zásobníku prochází přes zplyňovač, odkud je pak vháněn přes klimatizační jednotky do sfér. Sféry se musí chránit před přehříváním a jediným způsobem chlazení je větrání. Otvírání lamel je regulováno automatickou jednotkou v závislosti na rychlosti a směru větru. Rostliny ve sférách se také dodatečně zavlažují, aby se doplnilo chybějící množství srážek.

Hned vedle lamelových sfér je vysazen volný lesní porost smrku ztepilého, který tvoří komplexní výzkumnou laboratoř se spoustou přístrojů a zařízení. Měří se zde například světlo dopadající, odražené i pronikající porostem, teplota a vlhkost vzduchu i půdy a rychlost i směr větru. Ekosystémová stanice uvnitř lesa umožňuje sledování výměny látek a energií mezi atmosférou a porostem, tedy i toků CO2. Sleduje se tu také rychlost fotosyntézy a dýchání tohoto lesa. Oxid uhličitý z atmosféry je tedy nejen používán při fotosyntéze rostlin, ale zároveň je uvolňován zpět do atmosféry díky dýchání rostlin (lesa). Rostliny dýchají a spotřebovávají kyslík podobně jako člověk.

Na studiu dopadů změny klimatu se dlouhodobě podílejí i vědci z oddělení Biofyziky katedry fyziky Přírodovědecké fakulty Ostravské univerzity ve spolupráci s Centrem výzkumu globální změny v Brně (CzechGlobe). Dlouhodobé monitorování toků energie a látek mezi ekosystémem smrkového lesa a atmosférou má za cíl poznat fungování fyziologických procesů v tomto systému. Díky tomu vědci mohou pochopit fungování tohoto ekosystému jako celku a předvídat jeho budoucí chování v podmínkách měnícího se klimatu. Pak lze navrhnout opatření nejen pro přežití daného ekosystému, ale také pro zvýšení schopnosti tohoto ekosystému dlouhodobě vázat oxid uhličitý z atmosféry a mírnit tak změnu klimatu. To vše bude mít vliv na další rozvoj lidské společnosti.

A jaké jsou tedy v současné době výsledky získané na výzkumné stanici Bílý Kříž? Výzkumy ukazují, že po počáteční stimulaci fotosyntézy zvýšenou koncentrací CO2 si rostliny již i po jedné vegetační sezóně na podmínky přivyknou a rychlost fotosyntézy klesá téměř na původní úroveň. Takovéto „přejedení se“ oxidem uhličitým je nejvýraznější u pomalu rostoucích rostlin v půdách chudých na dusík a fosfor. Takže rostliny se sice snaží zvýšené koncentraci oxidu uhličitého přizpůsobit, ale stávající lesy nepomohou globální změnu klimatu vyřešit. Začněme tedy každý sám u sebe tím, že budeme dělat vše pro to, abychom minimalizovali negativní dopad naší činnosti na okolní životní prostředí.

Lamelové kultivační sféryLamelové kultivační sféry a klimatizační jednotkaMeteorologická budka s instalovanými teploměry a vlhkoměremSběrná nádoba pro stanovení chemizmu srážekAutomatický člunkový srážkoměrStanice měřící čistotu ovzdušíLamelová kultivační sféra s okolní koncentrací CO2Zásobník CO2, zplyňovač a klimatizační jednotka vedoucí oxidem uhličitým obohacený vzduch do sféryBukové sazenice v lamelové sféřeLamelové kultivační sféryČást technického vybavení instalovaného ve smrkovém porostuDendrometr pro měření přírůstu kmeneEkosystémová stanice Bílý KřížPodkorunové měření dopadajícího světlaEddy kovarianční věž pro měření toků látek a energieSběrné nádoby pro měření opadu jehlic a podkorunových srážekSystémy pro měření půdního dýchání a toku mízySystémy pro měření toku mízy a automatické dendrometryAutomatická půdní komora pro měření půdního dýcháníRozvaděč sloužící k řízení připojených automatických komor a záznamu dat