untitled

Prepis

1 HODNOTENIE KRITICKÝCH ZÁŤAŽÍ SÍRY A DUSÍKA LESNÝCH PÔD V MODELOVOM ÚZEMÍ NÍZKYCH TATIER JOZEF MINĎÁŠ, PAVEL PAVLENDA Lesnícky výskumný ústav Zvolen, T. G. Masaryka 22, SK Zvolen, e mail: <Jozef.Mindas@fris.sk>; <Pavel.Pavlenda@fris.sk> MINĎÁŠ, J. PAVLENDA, P.: Evaluation of sulphur and nitrogen critical loads for forest soils in the study area of the Low Tatras Mts. Lesn. Čas. Forestry Journal, 46(2): ISSN The paper presents the results of critical loads calculations for sulphur and nitrogen in the study area of the Low Tatras Mts. Critical loads were calculated by the simple mass balance method. Input data were based on the climatological data (annual precipitation, annual evapotranspiration), soil data (soil types, clay content) and forest inventory data (biomass uptake, tree species composition) from the study area. The calculations were carried out in the grid of m in the database connected with GIS outputs. Obtained results showed the differences among the critical loads and their exceedances, individual tree species and site conditions. The worst situation has been identified for the areas with high sulphur and/or nitrogen deposition, high base cations uptake and low weathering rates of base cations (i.e. podzols, dystric cambisols). Key words: critical loads, acidification, deposition, sulphur, nitrogen, Low Tatras V práci sa prezentujú výsledky výpočtu kritických záťaží síry a dusíka v modelovom území Nízkych Tatier. Kritické záťaže sa počítali metódou stacionárnej hmotovej bilancie. Vstupné dáta sa odvodili z podkladových klimatických (ročný úhrn zrážok, výpar), pôdnych (pôdne typy, zrnitosť, obsah ílu) a lesníckych (prírastok, drevinové zloženie) údajov. Výpočty sa urobili v gridovej sieti s rozlíšením m v databáze s výstupom do prostredia GIS. Získané výsledky ukázali rozdiely v hodnotách kritických záťaží a ich prekračovania v závislosti od drevinového zloženia a stanovištných podmienok. Najhoršia situácia sa identifikovala pre územia s vysokými hodnotami depozície síry a/alebo dusíka, s vysokým príjmom bázických katiónov a nízkou hodnotou zvetrávania bázických katiónov (napr. podzoly a dystrické kambizeme). 1. Úvod a cieľ práce Zhoršovanie zdravotného stavu lesov v oblasti strednej a západnej Európy a severnej Ameriky v 70 tych a 80 tych rokoch akcelerovalo výskum vplyvu znečistenia ovzdušia na lesné ekosystémy a nastolilo otázku ako definovať pre prírodné ekosystémy depozičné limity, ktorých neprekračovanie by znamenalo nenarušený vývoj ekosystémov. Determinácia depozičných limitov sa stala významným nástrojom koncipovania stratégií znižovania emisií najmä síry a dusíka v Európe a Severnej Amerike. Koncepcia kritických úrovní (KÚ) a kritických záťaží (KZ), zavedená pôvodne kanadskou vládou začiatkom 80 tych rokov, sa využíva pri realizácii Dohovoru EHK OSN o diaľkovom znečisťovaní ovzdušia prechádzajúcom hranicami štátov, a to pre vedecké zdôvodňovanie diferencovanej stratégie znižovania emisií škodlivín na území Európy. KÚ/KZ sú sekundárne imisné/depozičné limity, t. j. úrovne koncentrácií, resp. depozícií škodlivín, po prekročení ktorých sa podľa súčasnej úrovne poznania môžu vyskytnúť priame negatívne účinky na receptory (rastliny, ekosystémy, materiály). KÚ/KZ charakterizujú citlivosť ekosystému voči dlhodobému pôsobeniu príslušnej škodliviny. Vzhľadom na rozdielnu citlivosť ekosystémov sa obvykle ako charakteristická hodnota uvažuje 5 percentil, t.j. situácia keď 95 % ekosystémov (resp. 95 % plochy územia) nie je ešte poškodzovaných. V súčasnosti sú

2 hodnoty KÚ navrhnuté pre SO 2, NO x, O 3, NH 3, a to pre les, prirodzenú vegetáciu a poľnohospodárske plodiny. Program mapovania KÚ/KZ v Európe koordinuje CCE v RIVM v Bilthovene a doteraz prešlo niekoľkými etapami. Prvé oficiálne mapy, KZ pre aktuálnu aciditu a síru, vrátane ich prekročení pre Európu, boli spracované na základe dostupných informácií pre štvorce siete EMEP ( km) v roku Posledný Status report z roku 1999 už obsahoval národné vstupy z väčšiny európskych krajín vrátane východoeurópskych. Pozitívnym krokom bola analýza všetkých európskych dát, ktorá bola urobená v koordinačnom centre CCE v RIVM v Holandsku, a to ako vstupných údajov (príjem bázických katiónov a dusíka, zvetrávanie a pod.) ako aj výsledných hodnôt charakteristík KZ (maximálna kritická záťaž síry, dusíka, nutrifikačný dusík a pod.). Tento prehľad je dobrou komparatívnou základňou pre zaradenie národných dát do celourópskeho kontextu. Prvé mapovanie kritických záťaží Slovenska, pre potencionálnu kyslosť a síru pre lesné pôdy, povrchové a podzemné vody, sa vykonalo v rámci nórsko/slovenského projektu v roku Aktualizované výsledky kvalitatívne nového hodnotenia KZ v rozlíšení m ( štvorcov na ploche lesov SR) sa publikovali v roku 1999 (MINĎÁŠ et al. 1999). Hlavným cieľom tejto práce bolo preveriť možnosti regionálnej aplikácie modelu kritických záťaží v závislosti od kvality a dostupnosti vstupných údajov a prispieť k zhodnoteniu vplyvu kyslej depozície na lesné pôdy skúmanej oblasti. 2. Metodika riešenia Metodika výpočtu kritických záťaží acidity sa rozvíjala na princípe stacionárnej (časovo stálej) hmotovej bilancie, kde na základe známych tokov kyslých aj bázických zložiek v rámci uvažovanej vrstvy pôdy (prevažne koreňová zóna) sa určuje ich vzájomná bilancia. Podľa rovnice výmennej bilancie iónov v pôdnom výluhu možno výmennú alkalinitu definovať nasledovne (SVERDRUP, DEVRIES, 1994; POSCH et al., 1995): Alk le = BC le + NH 4,le NO 3,le Cl le [1] kde Alk le je alkalinita, BC le je suma bázických katiónov (K, Na, Ca, Mg), NH 4,le je amoniak, NO 3,le dusičnany a Cl le sú chloridy, všetko vyjadrené v hmotnostných tokoch (ekv.ha 1.rok 1 ). Index le sa vzťahuje na výluh (leaching). Výhoda hodnotenia acidifikácie pôd pomocou alkalinity ako sumy bázických katiónov mínus suma silných kyslých aniónov je jej nezávislosť na parciálnom tlaku CO 2 (čo je napríklad nevýhodou hodnoty ph v pôdnom roztoku). Na základe hodnotenia bilančných tokov jednotlivých iónov v rovnici [1], v prepojení na depozície zakysľujúcich zložiek, sa ukázala nutnosť oddelenia hodnotenia acidity pre síru a dusík. Neutralizácia síranových iónov je totiž možná iba prostredníctvom bázických katiónov a existujúce sinky dusíka v pôde sú v prípade prichádzajúcej acidity síry neúčinné (POSCH et al., 1995). Preto sa rozpracovaním bilančných vzťahov pre síru a dusík vygeneroval súčasný hodnotiaci systém, tak ako je znázornený na obrázku 1.

3 1. Vzťah medzi depozíciou síry a dusíka a kritickými záťažami acidity pre síru a dusík a kritickou záťažou nutričného dusíka. Šedá plocha indikuje kombináciu depozícií bez prekročenia kritickej záťaže The relation between sulphur and nitrogen deposition and critical loads of acidity for sulphur and nitrogen and critical load of nutritional nitrogen. Grey plot indicates combination of depositions without exceeding critical load Kľúčovým momentom praktickej využiteľnosti hodnotenia chemického stavu pôdy je definovanie takého parametra, ktorý by korešpondoval s identifikovanou odozvou lesnej vegetácie na zhoršujúci sa stav lesných pôd. Ako najvýhodnejšou sa pre tento účel ukázal molárny pomer Bc/Al (v pôdnom roztoku), kde Bc = K + Ca + Mg (Na je vyňatý, pretože neposkytuje ochranu proti Al pre rastliny) (SVERDRUP, DEVRIES 1994). Na základe stanovenia kritického pomeru (Bc/Al) krit sa odvodila závislosť pre kritickú alkalinitu vyluhovania (POSCH et al., 1995): Alk le(krit) = 1,5 * Bc le /(Bc/Al) krit [2] Hodnota kritickej alkalinity nám stanovuje hraničnú hodnotu pre hodnotenie negatívnych efektov na vegetáciu. Celá teória výpočtu a modelovania KZ je podrobne rozpracovaná v prácach SVERDRUP, DEVRIES (1994), POSCH et al. (1995) a pre jej rozsiahlosť ju širšie nekomentujeme. Nakoľko celá teória výpočtov stacionárnej hmotovej bilancie pre potreby hodnotenia KZ je pomerne obsiahla, uvádzame iba finálne vzťahy pre výpočet 4 základných parametrov pre hodnotenie KZ (POSCH et al. 1995): 1. CL max (S) maximálna kritická záťaž pre síru CL max (S) = BC dep Cl dep + BC w BC u + 1,5 x (Bc dep + Bc w Bc u )/(Bc/Al) crit + + Q 2/3 x (1,5 x ((Bc dep + Bc w Bc u )/((Bc/Al) crit xk gibb )) 1/3 [3] 2. CL min (N) minimálna kritická záťaž pre dusík CL min (N) = N i + N u [4] 3. CL max (N) maximálna kritická záťaž pre dusík CL max (N) = CL min (N) + CL max (S)/(1 f de ) [5] 4. CL nut (N) kritická záťaž výživového dusíka CL nut (N) = N i + N u + N le(crit) /(1 f de ) [6]

4 kde význam jednotlivých zložiek je uvedený v nasledovnom súhrne: BC dep, Bc depozícia bázických katiónov (BC=K,Na,Ca,Mg Bc= K,Ca,Mg) dep depozícia chloridov Cl dep BC w, Bc w BC u, Bc u (Bc/Al) crit Q K gibb N i N u f de N le(crit) zvetrávanie bázických katiónov v koreňovej zóne pôdy (BC=K,Na,Ca,Mg Bc= K,Ca,Mg) príjem bázických katiónov rastlinami (BC=K,Na,Ca,Mg Bc= K,Ca,Mg) kritický pomer vyluhovania bázických katiónov (K,Ca,Mg) vo vzťahu k hliníku množstvo vody odtekajúcej do podložia Gibbsite koeficient vyjadrujúci rovnováhu medzi H a Al množstvo immobilizovaného dusíka v pôde príjem dusíka rastlinami denitrifikačný faktor kritické množstvo vyluhovania dusíka Výpočet KZ sa uskutočnil pre modelové územie Lomnistej a Vajskovskej doliny v Nízkych Tatrách (Lesná oblasť 46) ako súčasť riešenia vedecko-technického projektu Zachovanie biodiverzity vybraných lesných spoločenstiev a ich integrovaná ochrana. Modelové územie je charakterizované značným výškovým rozpätím s výskytom lesných spoločenstiev lesného vegetačného stupňa. Geologické podložie je pomerne homogénne. Tvoria ho horniny kryštalinika, najmä dvojsľudové ortoruly, v najvyšších polohách centrálnej hrebeňovej časti sú to granodiority. Len na južnom okraji územia sú aj triasové karbonátové horniny. V daných podmienkach sa vyvinuli prevažne pôdy zo skupiny hnedých pôd. Tieto tvoria 55,6 %, z nich je najviac zastúpená kambizem typická. Výrazné zastúpenie majú pôdy zo skupiny podzolových pôd (35,0 %). Tieto sa vyvinuli hlavne v polohách nad m. Treťou zastúpenou skupinou pôd sú pôdy melanické, a to najmä rôzne subtypy rankrov, naopak rendziny majú len nepatrné zastúpenie. Z ekologických radov dominuje rad B (30,6 %) a rad A (30,2 %). Najrozšírenejšími skupinami lesných typov sú AFnst (16,7 %), SP (15,6 %) a FAvst (10,2 %).

5 1. Vzťahy pre výpočet mokrej depozície a hodnoty depozičného faktora Relations for the calculation of wet deposition and deposition factor values Mokrá Depozícia elementu 1) depozícia Depozičný faktor 3) Fde ekv.ha 1 1 2).rok S dep RR 0,875 dep N NO 3 RR 0,371 1,3 JRB, KOS 7) dep N NH 4 RR 0,729 dep Cl RR 0, ,3 JRB, KOS, nad m n.m. (BK, JS, JVH) 4) 1,5 SMC, limba, do m n.m. (BK, JS, JVH), nad m n. m. (SM, JD) 5) 2,0 SM, JD do m n. m. 6) 1,5 ostatné 8) dep Na RR 0,113 1,2 pre BC 10) 2,0 SM, JD do m n. m. 9) dep K RR 0,072 nad m n. m. 11) dep Ca RR 0,435 dep Mg RR 0,108 Vysvetlivky Explanatory notes: Depozícia (S, N, Cl) = Mokrá depozícia Depozičný faktor [Fde] Deposition (S, N, Cl) = wet deposition deposition factor [Fde]; Depozícia (BC) = {Mokrá depozícia + (200 z/5)} Fde Deposition (BC) = wet deposition + (200 z/5)} Fde; z nadmorská výška [m n.m.] altitude (m); BC bázické katióny (Ca, Mg, K, Na) basic cations (Ca, Mg, K, Na); RR ročný úhrn zrážok v mm total annual precipitation in mm 1) Element deposition, 2) Wet deposition eq.ha 1.year 1, 3) Deposition factor, 4) 1,3 jrb, dwarf pine above m a.s.l. (beech, ash, sycamore maple), 5) 1,5 larch, Swiss stone pine up to m a.s.l. (beech, ash, sycamore maple), above m a.s.l. (spruce, fir), 6) 2,0 spruce, fir up to m a.s.l., 7) 1,3 jrv, dwarf pine, 8) 1,5 others, 9) 2,0 spruce, fir up to m a.s.l., 10) 1,2 for BC, 11) above m a.s.l. 4. Vstupné údaje 4.1. Depozícia Pre potreby výpočtu a mapovania kritických záťaží na Slovensku sme použili výpočet depozície na základe čistej mokrej depozície a depozičného faktora (MINĎÁŠ, ŠKVARENINA, 1999). Podkladom pre výpočet mokrej depozície boli výsledky meraní z regionálnych staníc siete EMEP. Chemické zloženie zrážok za obdobie sa, s výnimkou síranov, prakticky nemenilo. Priemerné koncentrácie sú na všetkých staniciach veľmi podobné bez časového trendu. Mokrá depozícia je preto hlavne funkciou zrážkových úhrnov. Tabuľka 1 udáva vzťahy pre výpočet mokrej depozície v závislosti od úhrnu zrážok. Prepočet na celkovú depozíciu sa robil pomocou depozičného faktora obohatenia. V prospech použitia tejto metódy hovorí relatívne väčší počet meraní depozície podkorunovými zrážkami, ako aj dobrá znalosť koeficientov obohatenia pre jednotlivé dreviny. Pre stanovenie depozičného faktora sme využili výsledky meraní depozície v lesných porastoch s rôznym drevinovým zložením a v rôznej nadmorskej výške, výsledné hodnoty depozičných faktorov sú uvedené v tab. 1 (rozpätie je dané hodnotami Fde pre jednotlivé dreviny). V prípade skúmaného modelového územia sa využili aj výsledky priamych meraní depozície v hornej časti Lomnistej doliny (1 250 m n. m., smrekový porast). Pre výslednú

6 kalkuláciu depozície vybraných elementov sme v konečnom dôsledku použili nasledovné údaje: 1. Digitalizované údaje priemerných ročných úhrnov zrážok v rozlíšení m pre územie SR 2. Vzťahy pre výpočet mokrej depozície uvedené v tab Digitalizované údaje drevinového zloženia lesov v rozlíšení m 4. Hodnoty depozičného faktora v závislosti od dreviny a nadmorskej výšky (tab. 1) 4.2. Pôdne charakteristiky Základným podkladom pre kvantifikáciu údajov o lesných pôdach bola mapa pôdnych predstaviteľov daného územia (spracovaná v rámci prieskumov stanovištných pomerov a ich aktualizácie Lesoprojektom Zvolen). Vo všeobecnosti sme predpokladali pomerne dobrú využiteľnosť niektorých zahraničných podkladových údajov podľa pôdnych typov a druhov, najmä publikovaných DEVRIESOM et al. (1997). Z toho sme vychádzali pri primárnom priradení hodnôt koeficientu zvetrávania pôdnej jednotke. Podrobnejšia diferenciácia bola upravená podľa poznatkov o vlastnostiach pôdnych typov, subtypov a variet. Pri prepočte na koreňovú zónu sme využili nielen poznatky o hĺbke pôd, ale aj o skeletnatosti pôd (pre korekciu reálneho potenciálu zvetrávania na plošnú jednotku). Hoci vo všeobecnosti je možná aspoň približná transformácia mapovaných pôdnych predstaviteľov na pôdne typy a subtypy podľa platných klasifikačných systémov (MKSP, FAO), rozhodli sme sa ponechať aj pri spracovaní údajov s využitím prostriedkov GIS pôvodné mapované jednotky. Nasledovné tabuľky podávajú základný prehľad rozsahu vstupných údajov pre mapované lesné pôdy v modelovom území použité pre výpočet KZ lesných pôd (tab. 2, 3, 4). 2. Koeficienty zvetrávania a denitrifikačná frakcia pre pôdne typy (uvádzané podľa pôvodnej nomenklatúry Lesoprojektu) modelového územia (stanovené na základe dát publikovaných DEVRIESOM et al. (1997)) Coefficients of weathering and denitrification fraction for soil types (given according to former nomenclature of Lesoprojekt) of model territory (determined on the basis of data published by DEVRIES et al. (1997) Pôdny typ (subtyp) 1) Koeficient zvetrávania Bc 2) [ekv.ha 1.rok 1.m 1 ] Hĺbka koreňovej zóny 3) [m] Koeficient zvetrávania BC v koreňovej zóne 4) [ekv.ha 1.rok 1 ] Denitrifikačná frakcia 5) f de Rankrové pôdy 6) ,1 0, ,1 Rendziny 7) ,2 0, ,1 Hnedé lesné pôdy rankrové 8) ,2 0, ,1 Hnedé lesné pôdy eutrofné 9) ,4 0, ,1 Hnedé lesné pôdy mezotrofné 10) ,4 0, ,1 Hnedé lesné pôdy oligotrofné 11) 700 0,4 0, ,1 Hnedé lesné pôdy zglejené 12) ,4 0, ,7 Hnedé lesné pôdy podzolové 13) 600 0,2 0, ,1 Podzoly 14) ,2 0, ,1 1) Soil type, 2) Coefficient of weathering Bc, 3) Depth of root zone, 4) Coefficient of weathering BC in root zone, 5) Denitrification fraction, 6) Ranker soils, 7) Rendzina, 8) Brown ranker forest soils, 9) Brown eutrophic forest soils, 10) Brown mesotrophic forest soils, 11) Brown oligotrophic forest soils, 12) Brown gley forest soils, 13) Brown podzolic forest soils, 14) Podzols

7 3. Kritické hodnoty pomeru (Bc/Al) limit (stanovené podľa SVERDRUPA a WARFVINGA (1993)) Critical values of ratio Bc/Al limit (determined according to SVERDRUP and WARFVING) (1993) Drevina 1) (Bc/Al) limit Picea abies Smrek 2) 1,2 Abies alba Jedľa 3) 1,4 Quercus sp. Duby 4) 0,6 Fagus sylvatica Buk 5) 0,6 Pinus sylvestris Borovica 6) 1,2 Acer sp. Javory 7) 0,6 Fraxinus excelsior Jaseň 8) 2 Pinus mugo Kosodrevina 9) 1 Larix decidua Smrekovec 10) 2 Carpinus betulus Hrab 11) 1,4 1) Tree species, 2) Spruce, 3) Fir, 4) Oaks, 5) Beech, 6) Pine, 7) Maple, 8) Ash, 9) Dwarf pine, 10) Larch, 11) Hornbeam 4. Hodnoty "Gibbsite" koeficientu pre lesné ekosystémy (stanovené podľa SVERDRUPA a WARFVINGA (1993)) The values of Gibbsite coefficient for forest ecosystems (determined according to SVERDRUP and WARFING) (1993) Ekosystém 1) Gibbsite koeficient 2) pkgibb m 6.ekv 2 Horná hranica lesa + kosodrevina 3) 200 8,3 Horské smrekové lesy 4) 300 8,5 Podhorské zmiešané lesy 5) 500 8,7 1) Ecosystem, 2) Gibbsite coefficient, 3) Timber line+dwarf pine, 4) Mountainous spruce forests, 5) Submountainous mixed forest 4.3. Lesné dreviny Z parametrov vzťahujúcich sa na lesné dreviny má kľúčový význam príjem (uptake) bázických katiónov (K, Ca, Mg) a dusíka (N). Tieto vstupné údaje sú založené na stanovení priemerného ročného hmotnostného prírastku kôry a dreva pre danú drevinu a obsahu predmetných elementov v kôre a dreve (tab. 5). Hmotnostný prírastok sa stanovil na základe podkladových údajov priemerných bonít pre lesné dreviny štruktúrovaných podľa jednotlivých porastov v modelovom území. 5. Obsah makroživín v drevinách (%) (BUBLINEC 1992) Content of macronutrients in tree species (%) (BUBLINEC 1992) Element 1) Drevina 2) N K Ca Mg Buk 3) Drevo 4) 0,13 0,11 0,11 0,03 Kôra 5) 0,50 0,30 2,37 0,07 Dub 6) Drevo 4) 0,26 0,09 0,19 0,02 Kôra 5) 0,48 0,18 3,83 0,07 Hrab 7) Drevo 4) 0,15 0,06 0,34 0,02 Kôra 5) 0,60 0,17 4,80 0,13 Javor 8) Drevo 4) 0,12 0,08 0,43 0,04 Kôra 5) 0,68 0,31 4,03 0,12 Smrek 9) Drevo 4) 0,10 0,04 0,06 0,01 Kôra 5) 0,34 0,25 0,13 0,1 Borovica 10) Drevo 4) 0,10 0,05 0,08 0,02 Kôra 5) 0,55 0,24 0,10 0,12 Jedľa 11) Drevo 4) 0,13 0,05 0,05 0,02 Kôra 5) 0,40 0,49 0,05 0,12 1) Element, 2) Tree species, 3) Beech, 4) Wood, 5) Bark, 6) Oak, 7) Hornbeam, 8) Maple, 9) Spruce, 10) Pine, 11) Fir

8 6. Hodnoty 5, 50 a 95 percentilov maximálnej kritickej záťaže síry (CLmaxS), minimálnej kritickej záťaže dusíka (CLminN) a kritickej záťaže nutrifikačného dusíka (CLnutN) (v ekv.ha 1.rok 1 ) pre lesy modelovej oblasti Values 5, 50 and 95 percentiles of maximal critical load by sulphur (ClmaxS), minimal critical load by nitrogen (ClminN) and critical load of nutrimental/nutritive nitrogen (ClnutN) (in eq.ha 1.y 1 ) for the forests in a model area CL min N CL nut N CL max S 5 % 50 % 95 % 5 % 50 % 95 % 5 % 50 % 95 % Lesné porasty spolu 1) Kosodrevina 2) Smrek 3) Buk 4) Jedľa 5) Javor, jaseň 6) Rad 7) A Rad 7) A/B Rad 7) B Rad 7) B/C Rad 7) C Rad 7) D ) Forest stands together, 2) Dwarf pine, 3) Spruce, 4) Beech, 5) Fir, 6) Maple, ash, 7) Orde 5. Výsledky Kalkulácie kritických záťaží acidity pre síru a dusík a kritickej záťaže nutričného (eutrofizačného) dusíka sa realizovali pre modelové územie v Nízkych Tatrách v rozlíšení m. Výsledky štatistickej analýzy (vypočítané hodnoty 5, 50 a 95 percentilov) sú uvedené v tabuľke 6. Interpretácia týchto hodnôt je nasledovná: vypočítané hodnoty, napr. 5 percentilu nám udávajú hodnoty kritických záťaží, pri prekročení ktorých by bolo kyslou depozíciou negatívne ovplyvnených 5 percent plochy najcitlivejších lesných porastov v hodnotenom území. Čím vyššie sú hodnoty kritických záťaží, tým je daný lesný ekosystém lepšie vybavený proti negatívnemu pôsobeniu kyslej depozície síry a dusíka. Výsledky sa spracovali štruktúrovane podľa jednotlivých drevín v modelovom území a podľa trofických radov. Vo vzťahu ku kritickým hodnotám pre acidifikačný a nutrifikačný dusík nie sú s výnimkou kosodreviny veľké rozdiely medzi jednotlivými drevinami. Diskutabilné sú však celkovo hodnoty nutrifikačného dusíka, ktoré sú len o málo vyššie ako minimálne hodnoty acidifikačného dusíka a to z dôvodu absencie presných poznatkov o hraničných koncentráciách dusíka v pôde vedúcich k nevratným zmenám spoločenstiev. Poznatková báza je v tejto oblasti dosť nízka v rámci celej Európy (POSCH et al., 1995). Zaujímavejšie sú výsledky pre maximálnu kritickú záťaž síry, ktorá je determinovaná najmä bilanciou bázických katiónov v pôde. V tomto smere sme zistili významné diferencie medzi jednotlivými drevinami, menej to už bolo badateľné medzi trofickými radmi (pochopiteľne s výnimkou radu D). Dôležité sú najmä hodnoty 50 percentilu (medián) pre listnaté dreviny (buk, javor, jaseň), ktoré sú oveľa nižšie ako je to u ihličnanov. Tieto hodnoty teda indikujú vyššiu zraniteľnosť listnatých drevín kyslou depozíciou v tomto modelovom území. Treba však poznamenať, že tento výsledok je odrazom predovšetkým vysokej spotreby (príjmu) báz v dreve a kôre listnatých drevín, pričom však doteraz nie je známe nakoľko je obsah báz v kôre a dreve stromov regionálne aj lokálne premenlivý. Z tohto hľadiska, pri použití generálnych údajov podľa BUBLINCA (1992), treba tieto výsledky hodnotiť triezvo a dať im váhu náležitú neistote vstupných údajov.

9 7. Plošné percentuálne prekročenia kritických záťaží pre síru (Ex S) a dusík (Ex N) (v %) pre tri hlavné dreviny v modelovej oblasti Percentage of area exceedance of critical loads for sulphur (Ex S) and nitrogen (Ex N) (in %) for three main tree species in a model area Prekročenie 1) Ex S 2) Ex N 3) ekv.ha 1.rok 1 Smrek 4) Buk 5) Jedľa 6) Smrek 4) Buk 5) Jedľa 6) Bez prekročenia 7) viac ako 8) ) Exccedance eq.ha 1.year 1, 2) 3) 4) Spruce, 5) Beech, 6) Fir, 7) Without exc., 8) More than Pre konkrétne hodnotenie vplyvu kyslej depozície na lesné ekosystémy sú však zaujímavé nielen údaje kritických záťaží, ale aj ich priamy vzťah k depozíciám t.j. určenie hodnoty ich prekročenia. Celkovo predstavovala plocha lesa bez prekročenia kritickej záťaže 22,8 % z celkovej plochy lesa v modelovom území. V tabuľke 7 sú uvedené výsledky plošnej analýzy prekročenia kritickej záťaže síry aj dusíka v modelovom území pre tri dreviny (smrek, jedľa, buk), z ktorých najmenej priaznivo vyšlo hodnotenie pre buk. 8. Relatívna stupnica hodnotenia prekročenia kritických záťaží síry a dusíka (kg.ha 1.rok 1 ) pre lesné ekosystémy Relative scale of the classification of exceedance of critical loads for sulphur and nitrogen (kg.ha 1.y 1 ) ) for forest ecosystems Kritické záťaže 1) Ex S 2) Ex N 3) Slabý vplyv 4) Mierny vplyv 5) Stredne silný vplyv 6) Silný vplyv 7) Veľmi silný vplyv 8) 5 >20 >20 1) Critical loads, 2), 3), 4) Weak, 5) Slight, 6) Moderate, 7) Severe, 8) Very severe Pre potreby hodnotenia vplyvu kyslej depozície ako faktora ovplyvňujúceho ekologickú stabilitu lesných ekosystémov sme kritické záťaže síry a dusíka rozklasifikovali podľa úrovne ich prekračovania do relatívnej 5 triednej stupnice (tab. 8). Tieto rozklasifikované hodnoty sme vyjadrili aj v mapovej forme (obr. 2 a 3) ako jeden z podkladov pre výsledné hodnotenie ekologickej stability lesných ekosystémov modelového územia Vajskovskej a Lomnistej doliny. Z prezentovaných máp môžeme konštatovať určitý rozpor s očakávaním, že prekračovanie kritických záťaží síry alebo dusíka bude lineárnym odrazom hodnôt depozície (rast s nadmorskou výškou). Tento zdanlivý rozpor je práve výsledkom celkovej bilančnej rovnováhy síry, dusíka a bázických katiónov so zohľadnením konkrétnych stanovištných a rastových podmienok. Na druhej starne si musíme uvedomiť, že tieto hodnoty znamenajú dlhodobý priemer (sú to hodnoty stacionárne) a treba ich posudzovať z hľadiska dlhodobých efektov pôsobenia kyslej depozície na lesné pôdy v skúmanej oblasti.

10 2. Mapa prekročenia kritických záťaží depozíciou síry pre lesné ekosystémy Map of exceedance of critical loads by sulphur deposition for forest ecosystems 3. Mapa prekročenia kritických záťaží depozíciou dusíka pre lesné ekosystémy Map of exceedance of critical loads of nitrogen deposition for forest ecosystems

11 6. Diskusia Hodnotenie vypočítaných hodnôt kritických záťaží je možné urobiť z viacerých hľadísk. Prvým aspektom je problematika kvality resp. teoretického rozpracovania stacionárnych modelov kritických záťaží. V tomto smere môžeme konštatovať, že model teoreticky veľmi dobre popisuje procesy spojené s acidifikáciou lesných pôd (DEVRIES, 1993; SVERDRUP, DEVRIES, 1994) a ich verifikácia vychádza z veľkého množstva experimentálnych podkladov z intenzívnych štúdií lesných ekosystémov (case study). Druhým, rozhodujúcim aspektom, z hľadiska výslednej výpovednej hodnoty kritických záťaží je kvalita resp. presnosť vstupných údajov. Analýza citlivosti vstupných parametrov v rovniciach [3 6] ukázala, že na presnosť sú najcitlivejšie údaje o depozíciách bázických katiónov a koeficienty zvetrávania bázických katiónov. Depozícia bázických katiónov je komplikovaná najmä z pohľadu významného podielu suchej depozície na ich celkovom depozičnom vstupe do lesných ekosystémov. V tomto smere, vzhľadom na problém vylúhovania bázických katiónov z asimilačných orgánov lesných drevín, nie je vhodné priamo využívať údaje z meraní depozície podkorunovými zrážkami. Možno však postupovať buď na základe meraní mokrej depozície na voľnej ploche a odvodenej suchej depozície na základe zistených koncentrácií báz v atmosférickom aerosole alebo transformovať získané hodnoty depozície podkorunovými zrážkami a stokom po kmeni (Throughfall + Stemflow) pomocou niektorého z modelov (napr. canopy exchange model) (DRAAIJERS et al. 1997). Získané výsledky depozície bázických katiónov pre modelovú oblasť boli korigované na faktor suchej depozície podľa DRAAIJERSA et al. (1995), čo zaručuje rámcovú presnosť týchto výsledkov. Odlišná je situácia u hodnôt zvetrávania bázických katiónov, kde použitie niektorého z modelov (napr. Profile) si vyžaduje mimoriadne precízne údaje najmä z pôdnej mineralógie (WARFVINGE, SVERDRUP, 1992). DEVRIES et al. (1997) zovšeobecnil experimentálne a modelové výsledky pre zvetrávanie báz na úrovni skupín pôdnych typov a fyzikálnych charakteristík pôd (zrnitosť, obsah ílovej frakcie). Aplikovanie týchto zovšeobecnených poznatkov sa môže na regionálnej úrovni samozrejme odlišovať od skutočnosti a vzhľadom na absenciu podrobnejších mineralogických analýz pôd v modelovej oblasti nevieme ani odhadnúť mieru tejto nepresnosti. Na druhej strane však jednotlivé proporcie v hodnotách zvetrávania báz medzi skupinami pôdnych typov (podzoly, rendziny a pod.) možno považovať za relatívne stále. Ak sa na výsledky pozrieme z celoslovenského resp. európskeho kontextu môžeme konštatovať, že plne zapadajú do rámca slovenských, resp. európskych hodnôt (MINĎÁŠ et al., 1999; POSCH et al., 1999), aj keď je treba povedať, že tieto varírujú v pomerne širokom intervale. Napr. rozpätie 5 a 95 percentilu pre maximálnu kritickú záťaž síry je v prípade Rakúska ekv.ha 1.rok 1, pre Českú republiku ekv.ha 1.rok 1 a Poľsko ekv.ha 1.rok 1 (POSCH et al., 1999), pričom najmä hodnota 95 percentilu je ovplyvnená plošnou výmerou rendzín, resp. pararendzín v danej krajine. 7. Záver Hodnotenie acidifikačných procesov metódami bilancovania determinujúcich látok v pôdnom prostredí, či už na báze stacionárnych alebo dynamických modelov, je v súčasnom európskom výskume zakysľujúcich a eutrofizujúcich procesov najprogresívnejšou metódou, ktorá sa veľmi intenzívne rozvíja. Rozvoj týchto metód si však v čoraz väčšej miere vyžaduje celý rad vstupných údajov a parametrov, z ktorých mnohé presahujú rámec bežnej lesníckej pedológie. V tomto smere sa uberá aj celkové zameranie intenzívneho monitoringu lesných ekosystémov na úrovni II, aby tieto výsledky poskytli dostatočnú experimentálnu bázu údajov pre takéto modely. Ďalším nesporným prínosom modelov kritických záťaží je ich formulácia v depozičnom vyjadrení, čo umožňuje modelovať efekty rôznych scenárov vývoja depozícií kľúčových látok a následne podľa dopredu

12 zvolených kritérií optimalizovať stratégiu v znižovaní najmä emisií síry a dusíka, na národnej a európskej úrovni (METCALFE, WHYATT, 1994). Predkladaná práca dokumentuje možnosti aplikácie modelov kritických záťaží aj na regionálnej úrovni, za predpokladu dostupnosti vstupných údajov v požadovanom rozlíšení a ich ďalšie využitie napr. ako jeden z podkladov pre celkové hodnotenie ekologickej stability lesných porastov modelového územia. Literatúra 1. BUBLINEC, E.: The content of biogenic elements in forest tree species. Lesnícky časopis Forestry Journal, 1992, roč. 38, č. 4, s DEVRIES,W.: Average critical loads for nitrogen and sulfur and its use in acidification abatement policy in the Netherlands. Water, Air, and Soil Pollution, 1993, roč. 68, s DEVRIES, W., REINDS, G. J., KLAP, J.: Calculation of model inputs to derive critical loads. B4.2 Base cation weathering. In: 10 Years Forest Condition Monitoring in Europe. Federal Research Centre for Forestry and Forest Products, Hamburg, 1997, 386 s., Germany. 4. DRAAIJERS, G. P. J., ERISMAN, J. W., VAN LEEUWEN, N. F. M., ROMER, F. G., WINKEL, B. H., FELTKAMP, A. C., FERMEULEN, A. T., WYERS, G. P.: The impact of canopy exchange on differences observed between atmospheric deposition and throughfall fluxes. Atmospheric Environment, 1997, roč. 31, č. 3, s DRAAIJERS,G. P. J., VAN LEEUWEN, N. F. M., POTMA, C., VANPOOL, W. A. J., ERISMAN, J.: Mapping base cations deposition in Europe on a km grid. Water, Air, and Soil Pollution, MINĎÁŠ, J., PAVLENDA, P., ŠKVARENINA, J., KREMLER, M., PUKANČÍKOVÁ, K., ZÁVODSKÝ, D.: Critical Loads of Acidity for Slovak Forest Ecosystems. Meteorologický časopis Meteorological Journal, 1999, roč. 2, č. 1, s METCALFE, S. E., WHYATT, J. D.: Modelling future acid deposition. A critical load approach. Global Environmental Change, 1994, roč. 4, č. 2, s POSCH, M., DE SMET, P. A. M., HETTELINGH, J P., DROWNING, R. J.: Calculation and mapping of critical thresholds in Europe. CCE Status Report. RIVM, Bilthoven, The Netherlands, POSCH, M., DE SMET, P. A. M., HETTELINGH, J P., DROWNING, R. J.: Calculation and mapping of critical thresholds in Europe: Status Report RIVM, Bilthoven, The Netherlands, SVERDRUP, H., WARFWINGE, P.: The effect of soil acidification on the growth of trees, grass and herbs as expressed by the (Ca+Mg+K)/Al ratio. Reports in Ecology and Environmental Engineering, Rep. 2, Lund University, Lund, Sweden, SVERDRUP, H., DEVRIES, W.: Calculating critical loads for acidity with the simple mass balance method. Water, Air, and Soil Pollution, 1994, roč. 72, s TOMLAIN, J.: Dôsledky klimatickej zmeny na evapotranspiráciu z lesnej cenózy na vybraných staniciach stredného Slovenska. In: Atmosféra 21. storočia, organizmy a ekosystémy. Zborník referátov z medzinárodnej vedeckej konferencie, Zvolen septembra 1999, Zvolen : Technická univerzita. 13. WARFVINGE, P., SVERDRUP, H.: Calculating critical loads of acid deposition with PROFILE a steady state soil chemistry model. Water, Air, and Soil Pollution, 1992, 63, s Evaluation of sulphur and nitrogen critical loads for forest soils in the study area of the Low Tatras Mts. Summary The critical loads (CL) of sulphur and nitrogen for forest soils in the model study area (situated in the Low Tatras Mts. region) were calculated according to the simple mass balance method. This method is based on the balance of base cations, sulphur, nitrogen and chlorides in soil solution within the root zone. As a critical limit the Bc/Al ratio was used according to individual tree species. All input parameters were calculated or interpolated into the basic grids of m. Total deposition amounts were elaborated using the wet deposition and deposition enrichment factors stratified for individual tree species. Deposition data were derived from the EMEP station data and deposition data from level II of intensive monitoring plots. Parameters for soils were evaluated for individual soil types with utilization of digitized soil map. Data for vegetation (biomass uptake) were established through the tree species composition map derived from the LANDSAT remote sensing data and from forest inventory data. Three basic characteristics of CL were calculated in each grid cell: maximum critical loads of sulphur and nitrogen and minimum critical loads of nitrogen. These parameters create a basis for the evaluation of CL exceedances. The statistical data for 5, 50 and 95 percentiles stratified according to tree species and ecological nutrient units showed the differences especially among the tree species. The worst situation was recorded for

13 beech, maple and ash especially due to high base cations uptake. Analysis of sulphur and nitrogen exceedances showed only 22.8% of forest area with no exceedance. More than 17% of spruce area, 60% of beech area and 69% of fir area are exceeding the level of 800 eq.ha 1.yr 1 for sulphur. Similar situation is also in the case of nitrogen. The results are presented also in the maps for sulphur and nitrogen expressed in 5 relative units. Translated by: authors