Ekosystémové stanice: tiší strážci zkoumají „dech“ krajiny a dopady změn klimatu

31. 01. 2024

Nádech, výdech. Podobně jako my „dýchá“ i příroda okolo nás. Koloběh látek a energie mezi krajinou a atmosférou vytrvale sledují ostražité ekosystémové stanice. Tyčí se vysoko nad lesem, na louce, v mokřadu, ale třeba i uprostřed rýžoviště. Tomu, co všechno mají na starosti, jak fungují a co umožňují se věnuje následující článek, který vyšel ve čtvrtletníku Akademie věd ČR A/ Magazín.

Klidná letní procházka po sklizeném poli. Najednou se zvedne vítr a nad vyschlým strništěm ve chvíli poletuje spousta prachu v divokých kolech… Vzdušné víry se přes krajinu valí prakticky neustále. Jen je lidské oko bez pomoci prachových zrnek většinou nespatří. Mají v průměru od několika centimetrů až po stovky metrů. Ani ty nejtitěrnější a zároveň nejrychlejší však rozhodně „nepřehlédne“ systém jménem eddy-kovariance.

„Eddyna, jak zařízení s kolegy zkráceně říkáme, měří rychlost a směr proudění vzduchu ve všech třech osách i koncentraci skleníkových plynů, a to dvacetkrát za vteřinu,“ popisuje Marian Pavelka, vedoucí oddělení toků energie a látek v CzechGlobe – Ústavu výzkumu globální změny AV ČR. Proč jsou ale obyčejné vzdušné víry pro vědce natolik zajímavé, že jejich řádění tak detailně pozorují?

2024_02_01_Lanzhot
Meteorologický stožár ekosystémové stanice v Lanžhotě

Právě díky nim se totiž přenášejí látky mezi krajinou a atmosférou. Skrývají tak v sobě zásadní informaci o tocích skleníkových plynů, tedy zejména oxidu uhličitého, vodní páry, metanu nebo oxidu dusného.

Brzdy oteplování
„Eddyna“ je proto hlavním nájemníkem takzvaných ekosystémových stanic, které mají za úkol toky těchto plynů a energie monitorovat. A to v souvislosti s měnícím se klimatem.

„S její pomocí dokážeme vypočítat rychlost výměny studovaných látek pro každou půlhodinu, takže máme pro každý den osmačtyřicet hodnot. Z nich můžeme určit, kolik oxidu uhličitého přijal například les ve fotosyntéze a kolik ho zase do atmosféry vrátil respiračními procesy,“ vykládá Marian Pavelka.

Příroda přitom dokáže část tohoto skleníkového plynu, který lidé ve velkém produkují spalováním fosilních paliv, pohltit. A tím zpomaluje probíhající klimatickou změnu. Výzkumníky proto zajímá hlavně výsledná bilance látkové výměny, tedy jaké množství uhlíku v ekosystému zůstalo, a především za jakých podmínek k tomu došlo.

„Ekosystémy jsou výseky krajiny s živou i neživou složkou. Například lužní les, louka, pole… Kdyby neexistovaly, možná bychom se na Zemi už dávno uvařili. To je samozřejmě nadsázka, nicméně příroda oteplování naší planety nepochybně brzdí a my zjišťujeme jak moc,“ dodává vědec.

2024_02_01_monitorování-zeme
Respirační komora systému pro měření toků CO₂ z půdy v Lanžhotě

Dlouhý a bystrozraký
Téměř čtyřicetimetrový stožár se majestátně tyčí nad hustým smrkovým lesem. Po celé své délce má nejrůznější čidla, která měří teplotu, vlhkost a proudění vzduchu, množství slunečního záření, srážek a další veličiny. Meteorologické snímače ukrývá i půda v okolí věže. Na jejím vrcholu, vysoko nad korunami stromů, vše dozoruje zádumčivá „Eddyna“. Ekosystémová stanice na Bílém Kříži jako by držela stráž nad beskydskou krajinou.

A nehlídá toho málo. „Zařízení snímá až několik hektarů okolního lesa se vším, co v něm žije nebo už uhynulo. V lese totiž nedýchají jen zelené části živých rostlin, ale i kmeny, kořeny, celá půda a pochopitelně také veškerá zvířata. To všechno ‚vidíme’ díky jednomu stožáru,“ líčí Marian Pavelka.

Podobných stanic provozuje CzechGlobe – Ústav výzkumu globální změny AV ČR v Česku celkem osm, a to na základních typech tuzemských ekosystémů. Každý kus krajiny totiž „dýchá“ trochu jinak. I proto mají tuzemské základny po celém světě stovky kolegyň, které se sdružují do sítě s názvem FLUXNET. Data z jejich měření pomáhají předpovídat budoucí chování přírody.

„Z modelů můžeme odhadnout, jak se bude konkrétnímu ekosystému v daném místě třeba za deset, dvacet či padesát let dařit. Pokud je z propočtů jasné, že v důsledku oteplování prospívat nebude, můžeme navrhnout, jak změnit jeho obhospodařování nebo dokonce čím ho nahradit,“ poukazuje výzkumník, který má české stanice pod palcem.

2024_02_01_ ekosystemove stanice4
Eddy-kovariance měří rychlost a směr proudění vzduchu i koncentraci skleníkových plynů.

Náhrada zjevně čeká třeba smrkové lesy na Českomoravské vrchovině. Tedy spíše jejich zbytky. Jak známo, v posledních letech se v nich kvůli suchu přemnožil kůrovec a dokonale tamní lesní porost oholil. A protože je při pohledu na klimatické modely jasné, že sucha, která tomuto mlsounovi mimořádně svědčí, budou v budoucnu delší a intenzivnější, logicky smrkovým monokulturám v tuzemských středních polohách odzvonilo.

Plavu si, ani nevím jak
Kříž z duralových trubek, na který jsou zespodu připevněné modré plastové barely. Základna ekosystémové stanice nedaleko rybníka Rožmberk u Třeboně nevypadá zrovna designově, zato umí plovat. A přesně to se jí na louce, která se čas od času mění v jezero, náramně hodí.

„Abychom mohli mokřad monitorovat i v době záplav a nepřišli o drahé přístroje, vymysleli jsme, že je nainstalujeme na ponton. Když přijde velká voda, zvedne se, kopíruje výšku hladiny a my v klidu měříme dál,“ konstatuje Marian Pavelka.

Tato konstrukce má svou věrnou kopii až v dalekém Vietnamu, konkrétně na rýžovém poli v deltě řeky Mekong, kam se čeští vědci před několika lety rozhodli se svými měřeními expandovat. „V Evropě, USA nebo Číně je ekosystémových stanic poměrně dost. Jejich hustota částečně souvisí s rozvinutostí země. Jihovýchodní Asie je však z tohoto pohledu tabula rasa. Proto jsme se o těchto málo probádaných místech chtěli dozvědět víc,“ vypráví badatel.

Právě ve Vietnamu jsou rýžová pole navíc vůbec největším producentem metanu (celosvětově má toto prvenství na svědomí chov hospodářských zvířat a rýžoviště jsou „až“ druhá). Tento skleníkový plyn je přitom asi jednadvacetkrát silnější než zmiňovaný oxid uhličitý. S klimatem tedy umí zamávat dosti zásadně.

2024_02_01_Vietnam2
Základna stanice Viet-Carbo-1 ve Vietnamu

„Rýžoviště jsou takovými transformátory oxidu uhličitého na metan. Mokřadní rostliny, jako je třeba rýže, totiž při fotosyntéze přijímají CO2 ze vzduchu a vyrábějí z něj různé organické látky, které se časem dostávají pod povrch, do zamokřené půdy. V ní se při zaplavení množí bakterie, které ony látky konzumují a mění je na metan. Ten pak může unikat do atmosféry,“ objasňuje vědec.

Pod vodou však rýže bývá celé týdny – voda totiž zemědělcům pomáhá zatočit s plevelem. Vzhledem k obrovským emisím metanu, které tento způsob odplevelování způsobuje, je však nutné začít rýži pěstovat jinak. Což bychom možná bez ekosystémových stanic nevěděli.

Trubka jako trubka
VietCarbo-1. Tak se základna uprostřed plochých zelených rýžovišť, kterou tuzemští badatelé vybudovali ve spolupráci s University of Science – Vietnam National University Ho Chi Minh City, jmenuje.

„Chtěli jsme zároveň pomoct vědecké komunitě v méně rozvinuté zemi dostat se k moderní technice a metodám. Podobně jako pomohli západní kolegové po sametové revoluci nám,“ říká Marian Pavelka. Jeho tým tak v Česku nejprve přivítal vietnamského technika, který se tu dva měsíce učil obhospodařovat měřicí přístroje. Zajel si také obhlédnout třeboňskou stanici, která měla té vietnamské stát jakýmsi modelem.

„V Ho Či Minově Městě pak zhotovili dokonalou kopii našeho pontonu. Tedy téměř: místo lehkých duralových trubek omylem použili ocelové, takže se jim napoprvé málem utopil,“ usmívá se vědec.

VietCarbo-1 leží uprostřed rýžového pole v deltě řeky Mekong.

Vietnamští výzkumníci se ale začátečnickou chybkou nenechali odradit. Nenápadná stanice v malé oplocence uprostřed všudypřítomné rýže a bahna tak toky plynů a energie neúnavně měří už třetím rokem. Díky připojení k internetu ji mají vietnamští i tuzemští kolegové neustále pod dohledem.

Základna v nadmořské výšce pouhé dva metry však má ještě jednoho hlídače: místního zemědělce, kterému políčko patří. V typickém bambusovém klobouku pravidelně kontroluje zapojení kabelů, občas restartuje počítač a hlavně průběžně informuje vědce o tom, co pole zrovna čeká a nemine.

Badatelé se tak včas dozvědí, kdy rolník přesně rýži sází, zaplavuje, sklízí a zejména kdy se chystá spálit posklizňové zbytky, které nevyužije na výrobu rejžáků ani košťat. To pak musí na pozemek naběhnout parta techniků a drahé přístroje na nezbytně dlouhou dobu obalit do izolační folie, aby se neupekly.

Zachraň se, kdo můžeš!
Vietnam patří mezi největší vývozce rýže na světě. Tato obilovina však nechutná jen lidem, ale také obrovské populaci krys, které na polích žijí. A na ně vědci při budování stanice trochu pozapomněli.

„Když se pole zaplaví, krysy utíkají na vyvýšená místa, aby se neutopily. Naše plovoucí základna se tak při prvních záplavách stala záchranným vorem pro tyto hlodavce hladově okusovali,“ vzpomíná Marian Pavelka.

Krysí chrup technice pochopitelně neprospěl. Jenže jak krysám zamezit přístup, když úkolem stanice je měřit nedotčené prostředí, lámali si tehdy výzkumníci hlavu. Obezdít ji, uzavřít poklopem nebo ji strčit do plechové krabice totiž nepřipadalo v úvahu, protože senzory přístrojů musí být stále na přímém vzduchu. Nakonec na nenechavé hlodavce vyzráli důmyslnými zábranami, jež krysy nepřelezou, a nerezovou punčochou, do které elektroniku obalili.

2024_02_01_Marian_Pavelka
Marian Pavelka z CzechGlobe – Ústavu výzkumu globální změny AV ČR

„Vždycky musíme předjímat, s čím by mohl být v daných podmínkách problém,“ konstatuje badatel, který už se svým týmem na českých stanicích řešil třeba „nájezdy“ mlsné myšice lesní, drobné krádeže, ale i zásah bleskem. Také proto se mu často hodí, že má maturitu z elektroniky a elektrotechniky a přírodní vědy vystudoval při práci technika. „Vědec musí umět improvizovat. A naši vietnamští kolegové jsou v tom přeborníci. Při mé poslední návštěvě Vietnamu jsme potřebovali kus nějakého plastu. Místní profesor proto vyrazil k blízké skládce a nehledě na svůj věk a titul se v ní začal přehrabovat, až našel, co bylo třeba,“ směje se Marian Pavelka. Není divu, že další stanici už Vietnamci budují s know-how z CzechGlobe ve vlastní režii.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Mgr. Marian Pavelka, Ph.D.

CZECHGLOBE – ÚSTAV VÝZKUMU GLOBÁLNÍ ZMĚNY AV ČR

Vystudoval ochranu a tvorbu životního prostředí na Přírodovědecké fakultě Univerzity Palackého v Olomouci a krajinnou ekologii na Agronomické fakultě Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně, kde získal doktorát. Od roku 2010 vede oddělení toků energie a látek v CzechGlobe – Ústavu výzkumu globální změny AV ČR. Zabývá se hlavně ekologií lesa, toky látek a energií mezi ekosystémy a atmosférou, zelení ve městech, uhlíkovým cyklem či globální změnou klimatu.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Celý článek naleznete v časopise A/ Magazín který vydává Akademie věd ČR. Výtisky zasíláme zdarma všem zájemcům. Kontaktovat nás můžete na adrese predplatne@ssc.cas.cz.

2/2023 (verze k listování)
2/2023 (verze ke stažení)