Úvod
Ve dnech 14. až 16. června 2011 se v příjemném prostředí vzdělávacího a konferenčního centra Akademie věd ČR Floret v Průhonicích u Prahy konala mezinárodní konference „Ozon, klimatická změna a lesy“. Účastnilo se jí celkem 90 lidí z 30 zemí třech kontinentů. Přítomni byli i nejpřednější světoví odborníci, kteří se problematice přízemního O3 v ovzduší a sledováním jeho dopadů na vegetaci dlouhodobě věnují. Potěšitelná je relativně vysoká účast z ČR, kdy byly zastoupeny všechny hlavní instituce, které se u nás přízemním ozonem v ovzduší a jeho vlivy zabývají.
Konference byla zaměřena na sumarizaci nejnovějších poznatků o přízemním ozonu a ochraně lesů před ozonem, na navržení nejlepších kritérií pro monitoring a modelování vlivu ozonu na lesní ekosystémy a vytvoření výhledu do budoucna pro výzkum a ochranu.
Příspěvky byly prezentovány v rámci 5 odborných sekcí:
- Monitorování a modelování toků ozonu a jeho vlivů
- Standardy ozonu pro ochranu lesa
- Interakce vlivů ozonu a klimatické změny
- Vlivy ozonu na podzemní část lesních ekosystémů
- Program ICP Vegetace: zemědělství
Souhrn současných poznatků vztahujících se k tématu konference
Ozon je významnou znečišťující látkou v ovzduší a současně důležitým skleníkovým plynem. Během posledních desetiletí byl potvrzen řadou autorů rostoucí trend koncentrací O3 na pozaďových stanicích ve středních zeměpisných šířkách severní polokoule [5]. Klimatická změna podporuje vznik ozonu a vliv ozonu na vegetaci zvyšuje predispozici rostlin k vlivu klimatických stresorů.
Studium vztahů mezi ozonem a klimatickou změnou je tedy zcela zásadní záležitostí. Regionální modely kvality ovzduší pro Evropu, které simulují podmínky budoucího klimatu, zpravidla indikují zvýšení koncentrací ozonu v budoucnosti, navzdory konstantním antropogenním emisím prekursorů [4]. Zvýšení O3 se většinou vysvětluje zvýšenou teplotou, sníženou oblačností a sníženou suchou depozicí [1].
Klimatická změna tedy může působit proti trendu snižování emisí znečišťujících látek, cílenému ke snížení koncentrací přízemního O3.
Odhad rizika potenciálního ohrožení vegetace ozonem byl tradičně založen na hodnocení koncentrací O3 v ovzduší a výpočtu expozičního indexu AOT40 [2]. Vzhledem k tomu, že jeho vlivy jsou však mnohem těsněji spjaty s vnitřní dávkou O3 a s jeho příjmem do rostliny stomaty, existuje nyní odborný konsensus na tom, že je potřeba kvantifikovat stomatární tok O3 do rostliny, což je však poměrně komplikovanou záležitostí. Výsledky právě publikované studie vědců z Univerzity ve švédském Göteborgu [3], kteří jako jedni z prvních použili metodu odhadu stomatárního toku na určení vlivu O 3 na poškození vegetace, naznačují, že nejvyšší riziko pro poškození vegetace představuje O3 ve střední Evropě, kde jsou pozorovány vysoké koncentrace O3 v ovzduší a klimatické podmínky podporují (na rozdíl od Evropy jižní) příjem O3 stomaty do rostlin. Zajímavé ovšem je, že riziko poškození rostlin O3 souvisí i s koncentracemi CO 2 v ovzduší. Zdá se, že stomata rostlin jsou méně otevřena při vyšších koncentracích CO2. Modely naznačují, že vyšší koncentrace CO2 v ovzduší
by mohly vést k tomu, že riziko poškození rostlin ozonem se nezvýší. Nicméně velikost tohoto účinku je zatím nejistá, a to zejména u dřevin. Pokud se ukáže, že účinek CO2 na otevírání stomat je malý, může budoucí klimatická změna vést k významnému zvýšení rizika poškození vegetace ozonem ve střední a severní Evropě [3].
Klíčové přednášky
V prvním bloku konference bylo uvedeno pět následujících klíčových přednášek:
- S. Cieslik (ISPRA, Itálie): Ozon, zvláštní atmosférický plyn s dobrými i špatnými účinky
- F. Loreto (CNR-IPP, Itálie): Interakce mezi biosférou a atmosférou ve světě bohatém na ozon
- J. S. King (DFER, USA): Důsledky zvýšených koncentrací CO 2 a O 3 v ovzduší na cyklus uhlíku a vody v lese v projektu Aspen FACE: shrnutí desetiletého výzkumu
- R. Matyssek (TUM, SRN): Poučení z Kranzbergského lesa – výzkum ozonu: Quo vadis?
- W. J. Manning (Univerzita v Massachussets, USA): Globální oteplování a zvýšené pozaďové koncentrace O3: problém nebo příležitost pro rostliny?
Zajímavé informace, které na konferenci zazněly
- Negativní vlivy přízemního O3 na vegetaci jsou určeny venkovní expozicí (závislou na koncentracích O3 v ovzduší a na délce jejich trvání), výměnou O3 mezi rostlinou a vnějším prostředím (stomatární tok) a antioxidačním obranným mechanismem rostlin. To vše je závislé na klimatu a koncentraci CO2. Zřetelný je posun od vnější expozice O3 ke snaze stanovit stomatární tok, což je koncept odborně rozhodně správnější, nicméně velmi komplikovaný jak z hlediska úskalí ve výpočtech, tak náročnosti na vstupní data.
- Novým konceptem, se kterým se začíná pracovat, je tzv. efektivní tok ozonu, který je dán rovnováhou mezi příjmem O3 a detoxifikační kapacitou foliárních buněk. Koresponduje tedy s nedetoxikovanými molekulami O3. Prvním krokem při jeho odhadu je určení množství O3, které se dostane do listu. Ve druhé fázi je potřeba určit kapacitu buněk neutralizovat reaktivní kyslíkové radikály (Reactive Oxygen Species, ROS) – nestabilní meziprodukty, které vznikají v rostlinách v důsledku oxidativního stresu. Schopnost neutralizace ROS lze odhadnout na základě množství antioxidačních molekul a aktivity enzymů produkujících NADPH, potřebného k regeneraci askorbátu a glutathionu.
- Biogenní emise těkavých organických látek (Volatile Organic Compounds, VOC). Těkavé organické látky jsou spolu s NOx významnými prekursory přízemního ozonu. Udává se, že optimální poměr VOC: NOx pro produkci přízemního O 3 je 8. VOC mohou být původu přirozeného nebo antropogenního. Poměr mezi biogenními a antropogenními VOC odpovídá v přírodních oblastech 10:1 a v městských oblastech 1:1. Je tedy zřejmé, že podíl biogenních VOC je významný a rozhodně by neměl být podceňován. Biogenní VOC jsou emitovány vegetací v množství kolem 500–1 000 Tg C ročně, dominují v nich isoprenoidy a methanol. V rostlinách hrají patrně významnou roli, a to zejména jako antioxidanty. Současně zvyšují oxidační potenciál atmosféry a též se podílejí na vzniku sekundárního organického aerosolu (Secondary Organic Aerosol, SOA). Zvýšená teplota a O3 různým způsobem mění složení emisí VOC, jak bylo zjištěno např. u smrku ztepilého. Emise jsou závislé na závažnosti stresu a jsou regulovány prostřednictvím specifických genů.
- Nestomatární depozice O3 tvoří asi 2/3 celkové depozice O3. Překvapivě obdobné informace a výsledky byly získány z nejrůznějších studií. Otázkou zůstává, co se s O3 děje při nestomatární depozici, jaký je mechanismus, zda je O3 na povrchu rostlin vázán nebo rozkládán.
- Je potřeba více se zaměřit na výzkum interakcí mezi O3 a suchem, a to zejména v reálných podmínkách porostů. Byly prokázány druhově specifické reakce na O3 a/nebo sucho a je tedy velmi obtížné zobecnit, jaká bude reakce lesů v budoucnu. Některé dřeviny si zachovávají biomasu listů na úkor biomasy kořenů či kmene. Ozon většinou vede k redukci biomasy kořenů při vlhku, v suchu se reakce u různých dřevin liší.
Prezentace výsledků ÚOČO ČHMÚ
Výsledky ÚOČO ČHMÚ byly prezentovány v jednom ústním a v jednom posterovém příspěvku a dále částečně i v příspěvcích V. Šrámka (VÚLHM) a M. Zapletala (Ekotoxa), které sumarizovaly výsledky dlouhodobějších projektů zaměřených na studium přízemního ozonu, na kterých se podíleli i pracovníci ČHMÚ.
V ústním příspěvku autorek I. Hůnové a M. Coňkové: „Fytotoxický potenciál přízemního O3 pro české horské lesy“ byly uplatněny výsledky ÚOČO ČHMÚ z dlouhodobého sledování přízemního O3 v horských lesích ČR. Byly prezentovány dlouhodobé trendy O3 a expozičního indexu AOT40F za celé období měření 1993–2009, mapy prostorové variability expozičního indexu AOT40F pro roky 2003 a 2006, kdy v důsledku meteorologických podmínek příznivých pro tvorbu a kumulaci O 3 v atmosféře byly úrovně O3 extrémně vysoké, a dále grafy křivek nárůstu AOT40 na venkovských stanicích během vegetačních sezon v různých letech.
V posterovém příspěvku autorek L. Matouškové a I. Hůnové „Viditelná poškození ozonem na listech a stomatární tok u mladých jedinců buku lesního Fagus sylvatica L.: terénní studie z Jizerských hor v ČR,“ byly prezentovány oblasti rizikové z hlediska vysokého fytotoxického potenciálu O3 v Jizerských horách vymezené na základě měření O3 difuzními dosimetry, analýza viditelných poškození citlivých druhů rostlin ozonem a výpočet stomatárního toku O3.
Vít Šrámek (VÚLHM) přednesl příspěvek autorského kolektivu V. Šrámek, R. Novotný, I. Hůnová, E. Bednářová, M. Vejpustková a V. Fadrhonsová: „Monitoring vlivu ozonu na vitalitu a přírůstky smrku ztepilého a buku lesního v České republice“. Byly prezentovány výsledky projektu NAZV 1G5745 „Vliv zvýšených koncentrací ozonu a meteorologických faktorů na stabilitu smrkových a bukových porostů v České republice“ řešeného v letech 2005–2008, kterého se účastnil i ÚOČO ČHMÚ, a který se zabýval ovlivněním dvou v našich lesích nejvíce zastoupených dřevin – smrku ztepilého Picea abies a buku lesního Fagus sylvatica – zvýšenými koncentracemi přízemního O3 v reálných podmínkách porostů Vzhledem k poměrně vysokým koncentracím přízemního O3 se očekávalo ovlivnění porostů. To však nebylo prokázáno.
V posterovém příspěvku autorského kolektivu M. Zapletal, . Pretel, P. Chroust, I. Hůnová, P. Cudlín, O. Urban, R. Pokorný, R. Czerný a Z. Večeřa: „Vliv klimatické změny na stomatární tok O3 do lesních ekosystémů“, prezentoval hlavní řešitel Miloš Zapletal (Ekotoxa Opava) výsledky projektu VaV MŽP SP/1b7/189/07 „Snížení plnění celospolečenských funkcí lesy vlivem potenciálního působení přízemního ozonu v kontextu klimatické změny“ řešeného v období 2007–2010.
Všechny ústní i posterové prezentace jsou pro zájemce volně k dispozici na webové stránce konference <http://cost-fp0903.ipp.cnr.it/events/conferenceprague/programme.html>
Literatura:
[1] ANDERSSON, C. – ENGARDT, M., 2010. European ozone in a future climate: importance of changes in dry deposition and isoprene emissions. Journal of Geophysical Research – Atmospheres 115, doi:10.1029/2008JD011690.
[2] FUHRER, J. – SKÄRBY, L. – ASHMORE, M. R., 1997. Critical Levels for Ozone Effects on Vegetation in Europe. Environmental Pollution 97, 91–106.
[3] KLINBERG, J. – ENGARDT, M. – UDDLING, J. – KARLSSON, P. E. – PLEIJEL, H., 2011. Ozone risk for vegetation in the future climate of Europe based on stomatal ozone uptake calculations. Tellus 63A, 174–187.
[4] LANGNER, J. – BERGSTRÖM, R. – FOLTESCU, V., 2005. Impact of climate change on surface ozone and deposition of sulphur and nitrogen in Europe. Atmospheric Environment 39, 1129–1141.
[5] VINGARZAN, R. (2004): A review of surface ozone background levels and trends. Atmospheric Environment 38, 3431–3442.
Iva Hůnová, Meteorologické zprávy, roč. 64, 2011/4
