ochrana uhlíkovej rovnáhy ... aký má význam ?

V. Pichler, Y. A.-R. Ahmed: Ovplyvňovanie sekvestrácie a zásob pôdneho uhlíka rôznymi typmi krajinnej pokrývky

4. 3. 2011, UMB Banská Bystrica

Ochrana uhlíkovej rovnáhy... aký má význam?

•príspevok k záchytu uhlíka (bez ekonomického prínosu pre vlastníkov a užívateľov pôdy, len pre priemyselné odvetvia)

•Vyhláška 2003/87/EC o schéme obchodovania so skleníkovými plynmi

•Reforma Spoločnej pôdohospodárskej politiky – začlenenie lesníckeho a poľnohosp. sektora

•spomalenie látkových a energetických cyklov !!!

•agrolesníctvo temperátnej zóny ako jedna z ciest k dosiahnutiu cieľa



Globálny význam lesných pôd pre sekvestráciu atmosferického uhlíka

•ca 2/3 terestrického organického uhlíka sa nachádzajú v lesných pôdach (Dixon et al 1994)

•manažment krajiny a osobitne lesov ovplyvňuje procesy sekvestrácie C (vráata)

•environmentálne a regulačné funkcie (lesných pôd)

•možnosť štúdia procesov v krajine s variabilnou krajinnou pokrývkou



Podobné oblasti v Európe

Slovenský kras

Barren (Ireland)

Šar (Macedónsko)

Balkán...



Modelové územieSilická planina ─ BR NP Slovesnký kras

(UNESCO Man and Biosphere Program; jadrová, nárazníková, prechodná zóna)

Poznatky o využívaní krajiny za posl. 250 r.

Geológia a pôdy: karbonátové horniny; rendziny, rendziny rubefikované;

Nadm. výška: 350─500 m n. m.

Pestrá a nepravidelná mozaika krajinnej prikrývky (porasty hraba, duba, buka, borovice, smrek!!!); orná pôdy (obiloviny, krmoviny – lucerna; pasienky a krovitá vegetácia horn, čerešňa krovitá – Prunus fruticosa)



Pokles lesnatosti vyvrcholil okolo r. 1950

Výsledky výskumu zmeny krajinnej pokrývky na základe vojenského mapovania (1784, 1830, 1870) a leteckého snímkovania (1950, and 2000)



Ďalší výskum (1949, 1956, 1971,1987,1997 2004): zvrat vo vývoji lesnatosti (forest transition)

forest and non-forest woody vegetationpasture and meadows



Monitoring obsahu org. pôdneho uhlíka

Schéma odberu vzoriek na stanovenie koncentrácie a celkového obsahu

• Náhodný výber, 150 odberových bodov na území 5x3 km (v kartézskej sústave)

• Priemet polohy bodov na satelitnú snímku, odčítanie geogr. koordinát

• Identifikácia bodov v teréne s použitím GPS



Pozícia odberových bodov a odber pôdnych vzoriek

• 150 profilov (odkrytých ručne alebo minirýpadlom)

• Odbery zo 6 hĺbok (0-10 cm, 10-20 cm, 20-30 cm, 30-40 cm, 40-50 cm a 50-60 cm) v 3-och opakovaniach



• Stanovenie a monitoring pôdnej vlhkosti (% obj.)

• Monitoring teploty pôdy (→ respirácia)

• Stanovenie obj. hmotnosti pôdy → prepočet koncentrácie org. uhlíka v pôde na celkový obsah)



Laboratórne spracovanie

• Sušenie, mletie, preosiatie (2-mm veľkosť oka → jemnozem)

• Odstránenie rastl. zvyškov • Analýza totálneho uhlíka na zariadení

Vario Macro Elemental Analyzer

• Stanovenie a substrakcia anorg. uhlíka (Jankov vápnomer)



Analýza dát

• predbežná analýza dát (histogramy, test normality rozedelenia) → neparametrické metódy (Kruskal-Wallis test)

• Geoštatistická analýza štruktúry priestorovej autokorelácie obsahu organického uhlíka v pôde

*( )

( )( )

( ) ( ) .hn h

Z x h Z xi ii

n h

1

2

2

1

*_

( ) ( , ) ( , ) ,2

1

B x B B Bii

n

i



Niektoré dôležité výsledky (koncentrácia org. uhlíka (%hmotn.))

Najvyššia koncentrácia uhlíka na pastvinách, s krovinatou vrstvou (oba typy boli v minulosti lesom, bez orby) a pod lesnými porastami (podľa očakávania)

Krajinná pokrývka

Koncentrácia org. uhlíka (%hmotn.)

Orná pôda 2.41 a

Pastviny 4.21 b

Kroviny 4.01 b

Lesné porasty 4.03 b

outliers!



• Priestorová koincidencia koncentrácie org. uhlíka a lesných porastov

• malé oscilácie v štruktúre priestorovej autokorelácie org. uhlíka

• amelioračná funkcia bučín (výborné humifikačné vlastnosti opadu)

Drevina Koncentrácia C

(%hmotn.)

Buk 4.87a

Hrab 4.23b

Borovica 4.08b

Smrek 3.49c



Krajinná pokrývka

Hĺbka pôdy (cm)

10 20 30 40 Priem.vlhkosť

Les 15.9 16.7 20.7 27.2 21.2

Pastvina 14.6 14.1 8.1 11.3 12.3

Orná pôda 10.9 7.4 15.6 18.2 13.3

Krajinná pokrývka

Hĺbka pôdy (cm)10 20 30 40 Priem.

teplota

Les 11.7 10.9 11.0 10.6 10.9

Pastvina 24.4 17.2 15.6 14.7 16.7

Orná pôda 25.2 16.1 15.2 15.0 17.0

• interakcia faktorov ovplyvňujúcich respiráciu C − vyššia vlhkosť ale nižšia teplota pôdy pod porastom (Q10)



• (Menej) významný vplyv súčasného hosp. spôsobu (nedostatok informácií, výmladkové hospodárenie na časti územia)

• Množstvo uhlíka je exp. funkciou hĺbky pôdy

• Významný vplyv dlhodobého hospodárenia

Hosp. spôsob Priem. obsah uhlíka (% m/m)

Výmladkový 3.91a

Podrastový 3.29 b

Holorub 3.25 b

←Battle of Vienna (1683)



Modelovanie procesu poklesu koncentrácie uhlíka účinkom obrábania pôdy

•diferenciálna rovnica opisujúca exponenciálny pokles hodnoty (napr. rádioaktívny rozpad)

ale

•dlhodobá stabilita C v lesnej pôde, aj pri stáročnej histórii obhospodarovania

•uvedené výpovede sa vzťahujú na koncentrrácie, nie na celk. množstvo (zohľadňujúce hĺbku pôdy, obj. hmostnosť atď.)



Potreba zahrnúť uvedené faktory, najmä hĺbku pôdy !

• kapacitný prístup: zásoba C (g cm–3): (teda už nie len koncentrácia, ale celkové množstvo) → hĺbka pôdy (alebo inak: poloha podložia; nástroj: elektrická rezistivitná tomografia)



Na stanovenie objemu pôdy a tým aj celk. obsahu uhlíka potrebujeme poznať hĺbku pôdy a skeletnatosť (už nie len kvalitatívne hodnotenie, ale kvantitatívne)!



Údaje o elektrickej rezistivite prostredia poskytli informáciu o:

• hĺbke pôdy: rozdiely medzi rôznymi typmi krajinnej pokrývky (úloha škrapových polí, závrtov...)

•pôdnom skelete (> 2 mm): podobne ako pri hĺbke pôdy

•Ľudský faktor (výber vhodných segmentov krajiny pre rôzne typy obhospodarovania)



Príklad: orná pôda





Príklad: pastviny



Príklad: kroviny



Príklad: lesný porast

Kalibrácia metódy elektrickej rezistivitnej tomografie: odvodenie vzťahu medzi obsahom skeletu a el. odporom prostredia – logaratmická funkcia

Krajinná pokrývka

Obj. jemnozeme

(%vol. ) −

obsahuje C

Min.–Max.

(%vol. )

Smer. odch.

Orná pôda 99.43 93.59–100.00

1.77

Pastviny 72.83 19.59–100.00

23.08

Kroviny 62.76 20.55–100.00

25.22

Lesný porast

60.39 19.61–100.00

19.47

CFC = –99.26 + 49.28 log10(x)



Land use system

Bulk density (g cm–3)

Amount of SOC (g cm–3)

Arable land

1.34 0.038 a

Grazing land

1.20 0.045 a

Shrub land

0.91 0.025 b

Forest land

0.91 0.025 b

• rel. high total SOC content still found in arable land (former forests)

• favourable situation under extensive pastoral management (rather unexpected)

• comparatively lower SOC levels under forest cover (soil depth, bulk density, selection)



Land use system

Amount of SOC (Tonnes ha–1)

Arable land

114

Grazing land

135

Shrub land

75

Forest land

75

Grazing land: both high concentration and total content (potential C captor? why?)

• C transfer to roots under low intensity stress (extensive grazing; not so under intensive use that may increase respiration)

• small C leaching (as opposite to spatially concentrated mannure/dung application)



Role of perennial plants and their root systems contributing to even infiltration



• distinct patterns of spatial autocorrelation and distribution of total SOC content



Summary

• The effect of land cover (land use, management), as well as forest tree species management systems on SOC concentration was mainly observed in topsoil (0–40 cm) and it decreased with increasing depth (importance of soil erosion control !)

• The conversion of forest land to arable land had led to SOC concentration reduction by 0.74% annually (over the last 250 years)

• Total SOC stock within the area of interest amounted to 3,000 tonnes km–2 (within the top 60 cm); its distribution was influenced by soil depth, bulk density, rock fragments volume and land cover (for SOC concentration it was land cover)

• Maximum SOC concentration found under grazing land, forest land, and shrubland; maximum SOC stock under grazing and arable land (high concentration, deep soils, respectively)

• The forestry sector of temperate zone agroforestry can be regarded as the SOC concentration conserving and potentially boosting component (beech, coppicing), while continuous soil tillage as the main SOC loss factor



Thankyou!

ochrana uhlíkovej rovnáhy ... aký má význam ?

Documents