Univerzita J. E. Purkyně v Ústí nad LabemFakulta životního prostředí

Ekologie a ochrana prostředí

Ochrana životního prostředí

Vyzařování tepla v krajiněDálkový průzkum Země

Autor: Iveta Macková

Most 2006

OBSAH:

1.1. Makroekonomika přírody, toky energie kolem nás……………………………………3

1.2. Odvodněná krajina stárne a vyčerpává se……………………………………………...6

1.3. Vize do budoucna………………………………………………………………………...6

1.4. Energetika krajiny a úloha DPZ v jejím výzkumu…………………………………….7

1.4.1. Energetika (temperátní) krajiny…………………………………………………….7 1.4.2. Projevy a příčiny změn v energetickém režimu krajiny z hlediska DPZ…………...8 1.4.3. Důsledky změn krajinných struktur ve vztahu k energetice krajiny………………..8 1.4.4. Využití termometrických metod……………………………………………………8

1.5. Globální energetická bilance Země................................................................................10

1.5.1. Elektromagnetické záření………………………………………………………….10 1.5.2 . Záření a teplota……………………………………………………………………10 1.5.3. Sluneční záření…………………………………………………………………….10 1.5.4. Charakteristiky slunečního záření…………………………………………………11 1.5.5. Dlouhovlnné záření Země…………………………………………………………11 1.5.6. Globální radiační bilance………………………………………………………….12 1.5.7. Turbulentní a latentní tok tepla…………………………………………………...12

1.6. Globální energetická bilance…………………………………………………………...12

1.6.1. Ztráty záření…………………………………………………………………….....12

1.6.2. Albedo……………………………………………………………………………..13

1.6.3. Zpětné záření atmosféry…………………………………………………………...13

1.6.4. Globální energetická bilance atmosféry a aktivního povrchu……………………..13

1.6.5. Šířkový transport energie………………………………………………………….14

1.6.6. Antropogenní vlivy na energetickou bilanci………………………………………14

1.7. Šumavský výzkum – příklad vlivu různého způsobu hospodaření na vývoj vegetace, toků energie, vody a látek v krajině……………………………………………………….15

1.7.1. Metodika…………………………………………………………………………..15

1.7.2. Výsledky a závěry…………………………………………………………………17

1.8. Přehled použité literatury……………………………………………………………...20

2

1.1. Makroekonomika přírody, toky energie kolem nás

Necelé jedno procento sluneční energie dopadající na porosty je využito fotosyntézou,

na jejíchž produktech závisí většina současných živých organismů. Z tohoto procenta

dopadající energie vzniká i naše potrava a z dávných dob se nám malinká část zachovala jako

uhlí, ropa a zemní plyn. Na každý metr čtverečný povrchu naší republiky dopadne za rok 1

200 kWh sluneční energie, tedy množství, které by se uvolnilo spálením 250 kg uhlí. Za

jediný slunný letní den dopadne na metr čtverečný až 8 kWh slunečního záření, to je

ekvivalent 2 kg hnědého uhlí. Voda jako nosič a rostliny jako převaděče rozvádějí tuto

sluneční energii nejvhodnějším způsobem.

Odvodnění velkých ploch má negativní vliv na místní klima - sluneční energie se

neváže při výparu vody do skupenského tepla vodní páry, ale jen krajinu ohřívá. Ohřátí

jednoho čtverečního kilometru odvodněné krajiny za jediný slunný den je tak velké, jako by

se tam spálilo tisíc tun uhlí. Je-li v půdě a v porostech dostatek vody, potom se převážná část

slunečního záření spotřebovává na výpar, váže se do vodní páry (přibližně 0, 7 kWh na jeden

litr odpařené vody). S vodní párou se sluneční energie vázaná ve skupenském teple roznáší a

při kondenzaci na vodu se opět uvolňuje zpět, a tak se ohřívají místa studenější. Místní srážky

a ranní mlhy jsou právě projevem krátkého cyklu vody nad krajinou. Pokud dopadá sluneční

záření na suchý povrch, krajina se rozpálí a vznikající teplotní rozdíly se vyrovnávají silným

větrem a frontálním prouděním. Vysušením krajiny jsme zrušili krátký cyklus vody a

znemožnili utváření mírného místního klimatu.

Odstranili jsme trvalou lesní, mokřadní a luční vegetaci s bohatou půdou, s

uzavřenými cykly látek. Taková vegetace dostatečně zásobená vodou je účinné a dokonalé,

ohromně výkonné klimatizační zařízení. Jediný strom, který odpaří přes průduchy 300 litrů za

den, tak vykoná chladicí práci 200 kWh, chladí průměrným výkonem 20 kW. Na každém

čtverečním milimetru je padesát až sto průduchů, tedy na jediném stromu několik miliard, a ty

řídí výdej vodní páry podle teploty, podle obsahu dostupné vody v listech i v půdě a okolním

ovzduší a pochopitelně podle příkonu slunečního záření. Je tedy podstatný rozdíl mezi stínem

stromu a stínem slunečníku stejného průměru. Strom aktivně chladí a teplo se roznáší ve

vodní páře na místa chladná. Žádné klimatizační zařízení není tak dokonalé jako vegetace.

Technické chladicí zařízení na druhém konci topí, aniž to tam bývá potřeba, zatímco vodní

pára odcházející z vegetace se sráží až na chladných místech a vyrovnává tak teplotní rozdíly.

3

Celoroční produkce elektřiny v ČR činila v roce 1995 cca 59 000 GWh, ale stejné množství

energie dopadne za jediný slunný letní den na necelých 10 000 km2 povrchu naší krajiny

(porost, pole, střechy, silnice), pouhou osminu plochy naší republiky. Hospodařením v krajině

určujeme osud této energie. Činíme tak náhodně, neinformovaně, hloupě.

Pokud porosty dobře zásobené vodou vypaří za den v létě 5 litrů vody na 1 m2, potom

chladicí (klimatizační) výkon několika desítek km2 takových porostů je srovnatelný s

instalovaným výkonem všech elektráren v ČR (v roce 1995 to bylo 14 GW). Odvodněním

krajiny a odstraněním trvalé vegetace nasycené vodou tedy znemožňujeme místní, měkké

vyrovnávání teplot, působíme nesmírné změny v toku energie a tedy i pohybu vodních par a

srážek v krajině.

Obnovme místní koloběh vody. Je potřeba si uvědomit, jak by se krajina vyvíjela bez

člověka, a respektovat zásady tohoto vývoje. Uvědomit si, že zvyšování obsahu organických

látek v půdě snižuje obsah oxidu uhličitého v ovzduší (čímž se omezuje skleníkový efekt) a

zvyšuje schopnost půdy vázat vodu. Trvalá vegetace dostatečně zásobená vodou podmiňuje

příznivé klima, zadržuje vodu a může být výhodným zdrojem biomasy pro krmení či

spalování. Voda má mít možnost rozlít se v horních částech povodí. Praktičtí zemědělci a lesní

hospodáři dobře vědí, jaké porosty zadržují vodu a jak upravit malý tok, aby se při velkém

dešti rozlil do nivy a voda rychle nestekla do údolí. Navrátíme-li trvalou vegetaci a vodu do

krajiny, bude se i lépe disipovat (rozptylovat) sluneční energie, zvýší se počet menších srážek,

přibude rosy a ubude přívalových dešťů. Budeme-li respektovat makroekonomiku prostředí,

zajistíme dlouhodobé fungování naší civilizace.

4

1.2. Odvodněná krajina stárne a vyčerpává se

Rychlý rozklad organických látek v odvodněné půdě je spojen s uvolňováním oxidu

uhličitého do atmosféry a tedy zesilováním skleníkového efektu. Je to významný zdroj, jen

třikrát menší než představuje užívání fosilních paliv. Rozkladem organických látek se do

půdního roztoku uvolňují živiny, v přehřáté půdě se uvolňují alkalické kovy (draslík, vápník,

hořčík), vyplachují se při deštích a voda je potom s sebou odnáší do moří. Tyto látky spolu s

dusíkem a fosforem zhoršují kvalitu povrchových vod - voda je příliš úživná, masově se v ní

rozrůstají řasy a sinice, potýkáme se potom se zhoršenou kvalitou vody v nádržích určených

pro zásobování obyvatel pitnou vodou. Podstatné je, že z našich polí odchází řekami do moří

za rok z jednoho hektaru 1 000 až 1 500 kg rozpuštěných látek, půda se tak vyčerpává,

okyseluje se, snižuje se její úrodnost, uvolňují se potom toxické látky, těžké kovy, uvolňuje se

hliník, vegetace strádá. Kompenzovat dlouhodobě tyto ztráty hnojením nelze. Krajina stárne,

vyčerpává se. Okyselování zmíněnými ztrátami je několikanásobně vyšší nežli to, které je

působené kyselým deštěm a sklizní biomasy.

5

Zabránit těmto ztrátám lze opět jen obnovou krátkého cyklu vody, je potřeba vodě do

cesty postavit rostliny. Voda odtékající z pralesa je čistá a odtéká rovnoměrně, její chemické

složení se blíží vodě destilované. Z polí odchází však s vodou mnohonásobně více

rozpuštěných látek, k odvodnění přispívají i města a ke ztrátám látek přispívá i přímé napojení

čistíren odpadních vod na řeky. Každý den opouští Labem naši republiku několik tisíc tun

vzácných rozpuštěných látek.

1.3. Vize do budoucna

V celoevropském měřítku vytváříme step až poušť. Nástup pouštního klimatu je patrný

zejména ve Středomoří. Naše hlavní zemědělské plodiny, obilniny, jsou bohužel stepními

travami, nesnášejí dlouhodobější zamokření. Naše krajina ale nemůže fungovat, bude-li

tvořena jen městy, komunikacemi, odvodněnými poli a produkčními monokulturními

jehličnatými lesy - budeme vystaveni suchu nebo záplavám. Ekonomické škody působené

počasím nebude možné vyrovnat. Nezměníme-li svoje chování v krajině, budou nás provázet

extrémy počasí stále více.

Připomeňme energetiku krajiny: Na jeden metr čtverečný dopadne za rok 1 200 kWh

slunečního záření, s biomasou sklidíme 5—10 kWh za rok, tedy necelé jedno procento

dopadlé energie. Hospodařením ale určujeme i osudy oněch více než 99 % slunečního

příkonu. Ten by se měl místně disipovat (rozptylovat). V krajině ponechané bez zásahů

člověka se utváří vegetace a celý ekosystém tak, že se oslunění využívá optimálně. Evropská

a vlastně obyvatelná krajina vůbec je ale osídlena lidmi, kteří v ní hospodaří. To oni určují

toky sluneční energie, toky vody, kvalitu vody, místní a tedy i globální klima.

1.4. Energetika krajiny a úloha DPZ v jejím výzkumu

1.4.1. Energetika (temperátní) krajiny

Krajinné struktury se uplatňují v transformačních procesech přicházející sluneční

energie – na povrch zemské atmosféry přichází cca 1370 W.m-2, na povrch Země pak asi 45%

z této sumy. Co se s tímto množstvím stane závisí na řadě faktorů. Nejvýznamnější je

množství dostupné vody pro výpar a charakter povrchu. Z tohoto pohledu je asi nejdůležitější

složkou krajiny vegetace, která určuje obě tyto složky/vlastnosti.

6

1.4.2. Projevy a příčiny změn v energetickém režimu krajiny z hlediska DPZ

• Příčiny

– Změny v distribuci a druhové skladbě vegetace

– Změny ve vodním režimu ekosystémů

– Další indiferentní příčiny

• Projevy:

– Změna teplotně vlhkostních parametrů

– Změny spektrálních charakteristik povrchu

– Další indiferentní projevy

1.4.3. Důsledky změn krajinných struktur ve vztahu k energetice krajiny

• Ohřívání odvodněných povrchů s malým zastoupením vegetace, snižování vzdušné

vlhkosti

• Změny v proudění vzdušných mas, vznik klimatických výkyvů a extrémních situací

7

• Změny v chemismu krajiny, odnos látek a degradace organické hmoty v půdě,

uvolňování CO2

• Změny biodiverzity a plošného rozmístění druhů

1.4.4. Využití termometrických metod

• Stanovení teploty tělesa

• V technických oborech

• V ekofyziologii rostlin

• V ekologii krajiny

• V managementu závlah apod.

8

27.1°C

28.4°C

28

1.5. Globální

energetická

bilance Země

1.5.1.

Elektromagnetické záření

- sluneční záření – elektromagnetické x korpuskulární (částicové)

- elektromagnetické záření – soubor záření různých vlnových délek vycházejícího od

povrchu objektu

- vlnová délka L – vzdálenost od jednoho hřbetu vlny k sousednímu hřbetu; jednotka – μm

(10-6 m) nebo nm (10-9 m)

1.5.2. Záření a teplota

- dva základní principy emise elektromagnetického záření:

a) nepřímý vztah mezi vlnovou délkou záření daného tělesa a jeho teplotou (Slunce – kratší

vlnové délky, Země – větší vlnové délky)

b) teplejší tělesa vyzařují mnohem více než tělesa chladnější (závislost na čtvrté mocnině

absolutní teploty – Stefan-Boltzmannův zákon)

9

1.5.3. Sluneční záření

- Slunce: jaderné reakce proton-protonového cyklu (přeměna vodíku na hélium) –

povrchová teplota 6000 ˚C – výkon Slunce 2,8.1026 W – rychlost elektromagnetického

záření 300 tisíc km.s-1 – 8 1/3 min. než dorazí na Zemi

- vzdálenější planety – méně energie od Slunce; Země – 1,7.1017 W

- spektrum elektromagnetického záření:

a) ultrafialové záření – 0,2-0,4 μm – pohlceno téměř úplně plyny v atmosféře – škodlivé pro

živé organismy

b) viditelné záření – 0,4-0,7 μm – světelná energie – barva závislá na vlnové délce (fialové,

modrá, zelená, žlutá, oranžová, červená) – jen malá část pohlcována

c) krátkovlnné infračervené záření – 0,7-3 μm – lidské oko není ne ně citlivé – snadno

proniká atmosférou

- a) + b) + c) = krátkovlnné záření

d) tepelné infračervené záření – > 3 μm – vydáváno chladnějšími objekty – pociťováno jako

teplo – označuje se jako dlouhovlnné záření (tepelné snímkování)

10

1.5.4. Charakteristiky slunečního záření

- různá intenzita vyzařování podle vlnové délky: ultrafialové – 9 %, viditelné – 41 %,

krátkovlnné infračervené – 50 % (velmi málo energie pro L > 2 μm)

- intenzita slunečního záření je největší ve viditelné části spektra

- solární konstanta - celková intenzita elektromagnetického záření Slunce, dopadajícího

na horní hranici atmosféry na jednotkovou plochu kolmou k paprskům při střední

vzdálenosti Země-Slunce: IS = 1367 W.m-2 ± 0,3 %

1.5.5. Dlouhovlnné záření Země

- zemský povrch a atmosféra vyzařují méně energie o větších vlnových délkách (v

porovnání se Sluncem)

11

- intenzita vyzařování má tři maxima pro L = 5, 10 a 20 μm – vlnové délky mezi tím

pohlcovány hladně vodní párou a CO2

1.5.6. Globální radiační bilance

- Země stále pohlcuje krátkovlnné sluneční záření a vydává dlouhovlnné záření – radiační

bilance

- krátkovlnné záření je zčásti odráženo zpět do meziplanetárního prostoru (též oblaky,

částicemi), zčásti pohlcováno v atmosféře a na aktivním povrchu (vzestup teploty)

- dlouhovlnné záření uniká do meziplanetárního prostoru (pokles teploty)

- dlouhodobě je příjem krátkovlnného záření vyrovnáván výdejem dlouhovlnného záření

(zářivá rovnováha)

1.5.7. Turbulentní a latentní tok tepla

- stýkají-li se dva objekty různé teploty, předává se teplo od teplejšího k chladnějšímu

vedením

- neuspořádaný vertikální přenos tepla – turbulentní tok tepla (sensible heat transfer)

- teplo spotřebované či uvolňované při fázových změnách vodní páry – latentní teplo

- latentní tok tepla – přenos tepla od povrchu do atmosféry při výparu, uvolňování tepla

na povrchu při kondenzaci nebo sublimaci

1.6. Globální energetická bilance

- tok energie mezi Sluncem a Zemí zahrnuje nejen záření, ale i ukládání a transport energie

1.6.1. Ztráty záření

- molekuly a částice ve vzduchu rozptylují sluneční záření všemi směry – rozptýlené

záření

- část záření, která je rozptýlena zpět do prostoru, se označuje jako difuzní odraz (asi 5 %

přicházejícího slunečního záření)

- pohlcování záření při průchodu atmosférou (asi 15 % přicházejícího záření)

- pohlcování záření se může měnit výrazně podle prostředí

12

- oblaka mohou odrážet 30-60 % přicházejícího záření a pohlcovat 5-20 %; v případě husté

oblačné vrstvy může být při povrchu jen 10 % z dopadajícího záření.

1.6.2. Albedo

- albedo – percentuální podíl odraženého záření vzhledem k celkovému dopadajícímu

záření

- albedo určuje, jak rychle se povrch vystavený insolaci zahřívá

- např. albedo sněhu 45-85 % - odráží většinu záření, zahřívá se pomalu

- albedo Země měřené pomocí družic – 29-34 %

1.6.3. Zpětné záření atmosféry

- aktivní povrch vydává dlouhovlnné záření pouze do atmosféry, kde je pohlcováno CO2 a

vodní párou, ale i oblaky

- atmosféra vyzařuje do meziplanetárního prostoru a také k zemskému povrchu – zpětné

záření atmosféry

- skleníkový efekt atmosféry – atmosféra je dobře propustná pro krátkovlnné záření, ale

pohlcuje dlouhovlnné vyzařování zemského povrchu

1.6.4. Globální energetická bilance atmosféry a aktivního povrchu

Bilance krátkovlnného záření:

- albedo systému zemský povrch - atmosféra 31 %

- pohlcování v atmosféře 20 %

- pohlceno zemským povrchem 49 %

Bilance dlouhovlnného záření:

- vyzařování zemského povrchu 114 %, z čehož 102 % pohltí atmosféra a zbytek 12 %

uniká do meziplanetárního prostoru (atmosférické okno)

- zpětné záření atmosféry 95 %

Zemský povrch:

- 49 (krátkovlnné) + 95 (dlouhovlnné) = 144 %, takže 144(zisk) – 114(ztráta) = zisk 30 %

- tento zisk se předává do atmosféry latentním tokem tepla (23 %) a turbulentním tokem

tepla(7 %), takže ztráta zemského povrchu činí celkově 114(dlouhovlnné) + 23 + 7 = 144

%

13

Atmosféra:

- ztráta: 57 % do meziplanetárního prostoru, 95 % k zemi jako zpětné záření atmosféry, tj.

152 %

- zisk: 102 (dlouhovlnné) + 20 (krátkovlnné pohlcené) + 23 (latentní tok) + 7 (turbulentní

tok) = 152 %

- bez skleníkového efektu by byla Země chladným neobývatelným místem

1.6.5. Šířkový transport energie

- příjem a výdej energie pro Zemi v dalším časovém intervalu je vyrovnaný, což ale nemusí

platit pro konkrétní místo nebo kratší časové úseky

- radiační bilance – diference mezi veškerým přijímaným a vyzařovaným zářením:

a) pozitivní – příjem záření větší než výdej (např. den)

b) negativní – výdej záření větší než příjem (např. noc)

- mezi 40° s.š. a 40° j.š. je v ročním průměru přebytek zářivé energie (kladná radiační

bilance)

- ve vyšších šířkách než je 40° z.š. je negativní radiační bilance – deficit je vyrovnávám

transportem energie z rovníkové a tropické zóny směrem k pólům dvěma způsoby:

a) přenos tepelné energie oceánskou cirkulací

b) přenos tepelné energie atmosférickou cirkulací (latentní teplo)

1.6.6. Antropogenní vlivy na energetickou bilanci

- energetická bilance je citlivá na řadu faktorů, ovlivňujících pohlcování a výdej energie

- růst CO2 zvyšuje pohlcování dlouhovlnného záření v atmosféře – zesilování skleníkového

efektu

- růst aerosolů ve vyšších vrstvách atmosféry zvyšuje rozptyl záření a tedy snižuje přívod

krátkovlnného záření k povrchu

- větší obsah aerosolů v dolních vrstvách atmosféry zvyšuje pohlcování dlouhovlnného

záření

- lidskou činností se mění charakter aktivního povrchu (vliv na albedo, pohlcování záření a

na vyzařování)

14

1.7. Šumavský výzkum – příklad vlivu různého způsobu hospodaření na vývoj vegetace,

toků energie, vody a látek v krajině

Oblast pravého břehu Lipna, kde jsou situována sledovaná modelová povodí

představuje v současnosti jedinečné území pro ověření konceptu holistického posuzování

funkčních aspektů krajiny založeného na principu Riplova ekologického ETR (energie–

transport–reakce) modelu (RIPL 1995). Tento model vychází z předpokladu, že dobře

fungující ekosystémy účinně kompenzují diurnální energetické výkyvy způsobené sluneční

radiací. Rozhodující roli pro účinnou disipaci sluneční energie má vegetace a nezbytnou

podmínkou je dostatečné množství vody v krajině pro evapotranspiraci. Charakteristickými

rysy dobře (setrvale) fungujících krajinných celků jsou efektivně uzavřené látkové cykly,

vyrovnané odtokové poměry a minimalizované transportní ztráty látek. Základními parametry,

kterými lze tyto funkce hodnotit jsou povrchová teplota a její oscilace, kvalita povrchové

vody a dynamika jejího odtoku. Tyto parametry lze považovat za integrální veličiny, v jejichž

hodnotách, prostorové distribuci a časové proměnlivosti se promítají klíčové funkční procesy

probíhající na úrovni biocenóz a jejich interakce s prostředím. ETR model předpokládá

vysokou míru vzájemných korelací mezi strukturou vegetace, mikroklimatem,

hydrologickými poměry, pedologickými podmínkami a hydrochemickými procesy.

Ověření obecné platnosti těchto předpokladů a stanovení metodických mezí pro

praktickou aplikaci ETR modelu vyžaduje sledovat srovnatelná území, která vykazují zřetelně

odlišný charakter vegetačního krytu, ale která zároveň nebudou pod vlivem změn v aktuální

hospodářské činnosti. Tyto podmínky jsou splněny právě v oblasti bývalého hraničního pásma

na pravém břehu Lipna.

1.7.1. Metodika

Aktuální stav vegetace bezlesí jednotlivých povodích byl zpracován detailním

mapováním vegetačního krytu, byly použity standartní fytocenologické a floristické metody.

Druhová diverzita byla hodnocena na základě celkového počtu druhů vyšších rostlin, pro

každé povodí bylo zpracováno cca 100 fytocenologických snímků a 100 floristických soupisů.

Pro stanovení ročních přírůstků a celkového množství nadzemní biomasy byly podle

aktuálního stavu vegetace vybrány základní typy porostů. U každého porostového typu byly

15

vytyčeny trvalé plochy o rozloze 1m2. Nadzemní biomasa byla odebrána dvakrát za sezónu,

tzn. v polovině července (maximální biomasa) a na přelomu září a října (konec vegetačního

období). Roční přírůstky jsou u většiny porostových typů shodné s údaji celkové nadzemní

biomasy. U keříčkových společenstev byly odebrány jednoleté letorosty a tak stanoveny roč-

ní přírůstky. U hydrofilních porostových typů byly pro roční přírůstky mechového patra

použity literární údaje (GRADBURY & GRACE 1983). Následně bylo množství celkové

biomasy přepočteno na celá povodí.

Pro výpočty vázané sluneční energie bylo využito dat měřených BÚ AVČR v Třeboni,

a to množství sluneční energie vázané v biomase 16 MJ.kg-1 (PŘIBIL & DYKYJOVÁ 1973)

a celkové množství dopadající sluneční energie 1200 kWh.m-2.rok-1 (PŘIBÁŇ & al. 1992).

Pro zpracování aktuálního stavu lesních porostů byly využity lesnické porostové mapy

a lesnické porostové tabulky (materiály poskytla Lesní správa Vyšší Brod). Pro výpočty od-

hadů množství celkové nadzemní biomasy a roční přírůstky nadzemní biomasy byla použita

odborná lesnická literatura (STANĚK & al. 1997, RADA 1999, KLIMO & al. 1994) .

V roce 1998 bylo odebráno na každém povodí 60–70 půdních sond charakterizujících

spektrum vegetačních typů. Celá sonda pak byla rozdělena podle struktury, barvy, množství

humusu apod. zpravidla na dva až tři profily: A – svrchní (humusový), B – střední, C – spodní

(půdotvorný substrát, popř. matečná hornina). Takto bylo získáno více než 400 vzorků

půdy. Současně byly odebrány vzorky pro stanovení objemové hmotnosti půdy Kopeckého

válečky. Na základě získaných výsledků bylo vypočteno množství půdy a organických látek

v povodí a následně vodou vyluhovatelná zásoba látek v půdě.

Od roku 1997 jsou pravidelně odebírány vzorky vody a měřeny průtoky na uzávěrách

povodí (1–2krát za měsíc). Průtok byl měřen na uzávěře povodí metodou stanovení na bázi

povrchové rychlosti. Přímo v terénu byla měřena aktuální teplota a vodivost vody.

V odebraných vzorcích bylo následně laboratorně stanoveno: pH, alkalita, NO2-, NO3-, PO43-,

Cl- a NH4+ (na přístroji FIA star) v další fázi pak alkalické kationty: Ca2+, Mg2+, K+, Na+,

a některé kovy: Fe, Zn, Mn, Al (na přístroji Spectr AA–640). V průběhu června 1999 byly

instalovány na závěrných profilech automatické měřící stanice, které průběžně registrují

výšku hladiny, kvalitu resp. vodivost a teplotu vody.

Měření teplotních průběhů ve vytypovaných porostech probíhala jednorázově,

zpravidla za jasných slunečních dnů, kdy se nejlépe projeví rozdíly v distribuci sluneční

16

energie v různě obhospodařované krajině. Měřená stanoviště byla vybírána tak, aby

dostatečně reprezentovala sledovaná povodí. Teploty byly měřeny klasickými staničními

teploměry v různých výškách:

nad porostem, na povrchu porostu, na povrchu půdy a v půdě. Odečítání probíhalo

v hodinových intervalech po dobu 24 hodin. Z rozdílů minimálních a maximálních teplot

byly pak vypočítány denní amplitudy teplot pro jednotlivá stanoviště a vzhledem k plošnému

zastoupení měřených stanovišť i pro celá povodí.

Výše zmiňovaná tzv. pozemní měření jsou důležitá pro detailní poznávání procesů v

krajině, neobsahují však (ani nemohou) informace o všech bodech v území. Tento nedostatek

z větší části eliminují vyhodnocená data dálkového průzkumu. Sledovaná povodí byla

hodnocena pomocí analýzy obrazu a grafů četnosti radiometrických hodnot (histogramů) dat

z družice Landsat 5 TM prostřednictvím jejího 5. a 6. pásma. 5. pásmo je vhodné pro rozlišení

stavu vegetačního pokryvu a k hodnocení vlhkostních poměrů v krajině, 6. pásmo

zaznamenává termální radiaci z povrchu, ta koreluje s teplotními poměry krajinného pokryvu

i s půdní vlhkostí (DOBROVOLNÝ 1998). Pro analýzu obrazu a histogramů byla využita

data ze tří termínů (870711, 901023 a 950710).

1.7.2. Výsledky a závěry

Na příkladu třech dílčích povodí je sledován vliv antropogenního ovlivnění krajiny na

vývoj vegetace, disipaci sluneční energie, zásobu organických látek a dostupných alkálií v

půdě a na množství a kvalitu odtékající vody. Dosavadní výzkum prokazuje následující:

•Vrámci bezlesých formací dílčích povodí lze vyčlenit (podle Neuhäusla in HEJNÝ &

SLAVÍK 1988) jednotlivé typy porostů ze skupin společenstev rašelinných luk a rašelinišť

(třídy Scheuchzerio-Caricetalia fuscae a Oxycocco-Sphagnetea), luk, pastvin a vřesovišť

(třídy Molinio-Arrhenatheretea a Nardo-Callunetea) a synantropní vegetace především tříd

Galio-Urticetea a Chenopodietea. V povodí Mlýnského potoka došlo k nejvýraznějšímu

odlesnění a narušení přirozeného vegetačního krytu, včetně systematického odvodnění luk a

pastvin.

• Sledovaná povodí se výrazně liší plošným zastoupením lesních porostů, od téměř lesního

povodí Bukového potoka (95 %), až po téměř bezlesé povodí Mlýnského potoka (9 %).

Druhovou skladbu lesních porostů tvoří převážně smrkové monokultury, v nejvyšších partiích

povodí Horského a Bukového potoka se nachází sporadické porosty s původní druhovou

17

skladbou (smrk, buk, jedle).

• Hodnocení diverzity jednotlivých typů porostů prokazuje nejvyšší druhovou diverzitu

u porostů mezofytních lad a lad na terasách s výrazným zastoupením subxerofytních prv-

ků, nejnižší pak kompaktní porosty ostřice třeslicovité. Srovnání druhové diverzity

jednotlivých povodí prokazuje nejvyšší druhovou rozrůzněnost v povodí Horského potoka

(extenzivně obhospodařované a nevyužívané ladem ležící porosty), kde bylo zaznamenáno

i nejvíce významných druhů rostlin. Naopak největší zastoupení synantropních druhů bylo

zjištěno v povodí Mlýnského potoka, které je poměrně intenzivně zemědělsky využíváno.

• Největší množství biomasy je v povodí Bukového potoka (převážně lesní porosty), nejmenší

v povodí Mlýnského potoka (převážně zemědělsky obhospodařované bezlesí). Největší

roční přírůstky biomasy v povodí Mlýnského potoka, nejmenší pak v povodí Bukového

potoka.

•Množství sluneční energie vázané v nadzemní biomase se pohybuje od 0,44–3,6 kWh.m-2,

což je méně než 0,5 % celkové roční dopadající energie, i s podzemní biomasou to bude ma-

ximálně 2–3 krát tolik.

• Na základě srážkově-odtokové bilance bylo zjištěno, že největší množství vody jsou

schopna zadržet povodí Bukového a Horského potoka.

•Vysoký obsah organických látek v půdě byl zjištěn v povodí Horského a Bukového potoka

(převaha lesních a mokřadních biotopů), nejnižší v povodí Mlýnského potoka (odvodněné

louky a pastviny).

•Ve vodném výluhu půd je nejvíce zastoupeným aniontem SO42-(nejvyšší hodnoty zjištěny

pro povodí Horského a Bukového potoka), nejvíce zastoupeným kationtem je K a Ca

(nejvyšší hodnoty zjištěny pro povodí Horského potoka).

• Nejvyšší vodivost (množství rozpuštěných látek) odtékající vody byla opakovaně zjišťová-

na na uzávěře povodí Mlýnského potoka, nejnižší na uzávěře Bukového potoka. Pozoruhodná

je vyrovnanost hodnot vodivosti vody Bukového potoka oproti vysokým výkyvům ve

vodě Mlýnského potoka.

• Zvýšená rychlost rozkladu organických látek v povodí Mlýnského potoka (ve srovnání

s povodím Horského a Bukového potoka) se projevuje několikanásobně vyšší koncentrací

NO a Ca v odtékající vodě.

•V povodí Mlýnského potoka byly zjištěny nejvyšší rozdíly v diurnálním průběhu teplot, ve

srovnání s povodím Horského a Bukového potoka zde dochází k výraznému přehřívání

krajinného pokryvu.

•Přes relativně malou rozlohu modelových povodí satelitní data „vlhkostního“ kanálu

18

TM–5 a „teplotního“ kanálu TM–6 potvrdila odlišnost recentní hospodářskou činností po-

změněného povodí Mlýnského potoka jak od ostatních dvou modelových povodí, tak od

celkového charakteru struktury a stavu krajinného pokryvu v území za Lipenskou nádrží.

Odlišnost povodí Mlýnského potoka spočívá ve výrazném podílu relativně velmi suchých

a současně velmi teplých ploch a jeho disipační funkce se tak dá označit jako negativní.

19

1.8. Přehled použité literatury:

Netopil, R. a kol. (1984): Fyzická geografie I. SPN, Praha. Kap. 2.2-2.3.2: s. 35-56.

Strahler, A., Strahler, A. (1999): Introducing Physical Geography. Wiley, New York. Kap. 2:

The Earth’s Global Energy Balance

BRADBURY I. K. & GRACE J., 1983: Primary production in wetlands. In: Mires: Swamp,

Bog, Fen and Moor, GORE A. J. P. (ed.). Ecosystems of the World, vol. 4A. Elsevier Science

Publishers, Amsterdam, The Netherlands, 285–310.

DOBROVOLNÝ P., 1998: Dálkový průzkum Země. Digitální zpracování obrazu.

Přírodovědecká fakulta Masarykovy university, Brno.

HEJNÝ S. & SLAVÍK B. (eds.), 1988: Květena české socialistické republiky. Academia,

Praha.

KLIMO E. (ed.), 1994: Lesnická ekologie. VŠZ, Brno.

PROCHÁZKA J., HAKROVÁ P., POKORNÝ J., PECHAROVÁ E., HEZINA T., ŠÍMA M.

& PECHAR L., 2001: Effect of different management practices on vegetation development,

losses of soluble matter and solar energy dissipation in three small mountain catchments. In:

Nutrient Cycling and Retention in Natural and Constructed Wetlands, VYMAZAL J. (ed.).

Backhuys Publishers, Leiden, The Netherlands 2001, (in press).

PŘIBÁŇ K., ONDOK J.P., JENÍK J. & POPELA P., 1982: Analysis and Modeling of Wetland

Microclimate. The Case Study Třeboň Biosphere Reserve. Academia, Praha.

PŘIBIL S. & DYKYJOVÁ D., 1973: Seasonal differences in caloric contents of some

emergent macrophytes. In: Ecosystem Study on Wetland Biome in Czechoslovakia, HEJNÝ

S. (ed.). Czechosl. IBP/PT–PP Report No. 3, Třeboň, 97–99.

20

RIPL W., 1995: Management of water cycle and energy flow for ecosystem control: the

energy-transport-reaction (ETR) model. Ecological modelling

www.enki.cz + konzultace: RNDr. Jan Pokorný, CSc. a Ing. Jakub Brom

Larcher W. 1988: Fyziologická ekologie rostlin, Academia

21