Les a voda

Rostlinné tělo, respektive jeho fyziologicky aktivní části, obsahují vysoká množství vody, zpravidla 80 - 95 % (listy, vodivá pletiva). Voda je základním prostředím veškerých biochemických procesů v rostlině, je nezbytnou součástí struktury buňky a umožňuje zachování homeostáze důležité pro správný průběh metabolismu, má význam pro pevnost rostlinných pletiv a je součástí procesu fotosyntézy, je médiem umožňujícím transport živin z půdy k fotosyntetickému aparátu. V opačném směru dopravuje produkty fotosyntézy do větví, kmene a kořenů. Každý pokles obsahu vody pod optimální hodnotu vyvolává metabolické poruchy s následným poklesem produkce.
Voda je jednou ze základních složek biosféry, svými fyzikálními a chemickými vlastnostmi podmiňující vznik a trvání života.
Vodní proud v půdě přivádí minerální látky ke kořenům, odkud jsou selektivně jednotlivé ionty přijímány, nebo vstupují s proudem vody do rostliny. Další vodní proud transportuje asimiláty do všech částí rostlinného těla. Hlavní síly pro proudění vody proti gravitaci jsou kapilární síly a podtlak vyvolaný transpirací.
Je to nejdůležitější médium umožňující základní ekologické procesy na povrchu naší planety: poutání chemické energie slunečního záření do biomasy, koloběh živin a energií v ekosystémech.

V biosféře se voda vyskytuje v různých formách. Největší podíl, zhruba 1360 mil. km3 (97,1 %) je ve formě slané mořské vody světových moří a oceánů, zaujímajících 71 % zemského povrchu.
Obsahuje proměnlivá množství rozpuštěných minerálů, z nichž převažuje Na+, Mg2+, Cl- a SO2-, zatímco v tzv. sladké vodě na pevninách (2,9 % objemu) převažují ionty Ca2+ a HCO3-. Při průchodu biosférou a zvláště pak při průniku korunami stromů a svrchními horizonty půdy se v ní zvyšuje koncentrace nejrůznějších minerálních prvků až na úroveň živného roztoku nezbytné ho pro existenci rostlin.
Zásoby sladké vody jsou ze 77 % tvořeny pevnou fází (ledovce a sněhová pokrývka) 22 % tvoří podzemní voda a pouze 1 % představuje voda v jezerech, tocích a v půdě (van den Leeden et al. 1990). Toto relativně malé množství představuje vodu využívanou suchozemskými ekosystémy, včetně všech ekosystémů lesních. V našich podmínkách je poměr jednotlivých frakcí odlišný, půdní voda představuje asi 76 %, podzemní 18 % a povrchová voda v tocích a nádržích 6 % celkového objemu, zásoby představují asi 36 % objemu srážek.
Takřka všechna voda na naše území spadá ve formě srážek, které jsou tak pro vodní bilanci státu rozhodujícím faktorem - z toho plyne i důležitá vodohospodářská funkce lesů, zásadně ovlivňujících složky vodní bilance území. Množství vody v půdě je dáno množstvím dopadajících srážek, hloubkou hladiny podzemní vody, fyzikálními vlastnostmi půdy a rostlinstvem, pokrývajícím půdu. Obsah vody v půdě je výsledkem procesů vstupu vody do lesního ekosystému a ztrát vody z něj. Kromě bilance vody v ekosystému je pro jeho stav určující i charakter půd sledovaných lokalit. Půdní voda je hlavním a určujícím zdrojem vody pro rostliny včetně lesních dřevin. Její obsah a dynamika podmiňuje život rostlin přímo, jako zdroj vody pro transpiraci a s ní spojené transportní procesy v systému půda-rostlina, i nepřímo, prostřednictvím půdních mechanických, fyzikálních, chemických i pedobiologických vlastností. Jako zdroj vody je významná gravitační, kapilární, obalová a hygroskopická voda. Voda, kterou jsou rostliny schopny odčerpat z půdy, se označuje jako fyziologicky využitelná voda. Její množství závisí především na vlastnostech půdy, které určují její retenci, ale i sílu jejího poutání půdními částicemi.

Koloběh vody

Podmínkou rovnovážného stavu vody v ekosystémech je její koloběh. Kromě přísunu vody má zásadní význam pro pohyb a přesun látek v rozpuštěné i suspendované formě a je důležitý i pro usměrňování toku energie. Koloběh vody je poháněn sluneční energií - výpar z vodních povrchů, půdy i vegetace a vzdušné proudění, vítr a gravitační energií - pád a tok vody v kapalné formě i pád a posun ve formě pevné ve směru gravitačního spádu.

Vodní bilance

vztah mezi složkami příjmu, akumulace a výdeje vody pro určitý prostor v daném čase.

Množství a distribuce (rozdělení srážek) patří mezi základní klimatické (makro- a mezoklima) faktory prostředí. Celkový roční úhrn srážek v našich podmínkách: 400 -1200 (1400) mm rozložení (jaro 25 %, léto 40 %, podzim 20 %, zima 15%)

Příjmová složka vodní bilance

Výdajová složka vodní bilance

Vyjádření vodní bilance

  1. dlouhodobě

    srážky = výpar + odtok + zásaky

  2. krátkodoběbr>

    R = N - I - A - ET - Z

    kde: R - změny obsahu vody v půdě; N - srážky; A - odtok; ET - evapotranspirace; Z - zásak

Jednotlivé složky vodní bilance

Srážky

- voda kapalného nebo pevného skupenství vyskytující se v atmosféře, na povrchu předmětů a Země.
Srážky představují rozhodující vstup vody do lesních aj. ekosystémů.
Lze je členit na kapalné a pevné, voda může ale do ekosystémů vstupovat i v plynné formě.
Na celkovém úhrnu srážek se sice rozhodující měrou podílí srážky vertikální (déšť, sníh), za určitých podmínek mají větší význam rovněž srážky horizontální. Kromě úhrnu srážek hraje významnou roli i jejich intenzita a distribuce - rozložení během roku. Množství srážek se běžně uvádí v mm, čemuž odpovídá 1l vody/m2.
Vlastní dešťové srážky představují hlavní, rozhodující část srážkového úhrnu. Jedná se o produkty kondenzace nebo sublimace vodní páry atmosférického původu, klesající na povrch gravitační silou a sestávající z partikulí (kapek) o velikosti 0,5 - 5 mm, při tzv. mrholení pak 0,05 - 0,2 mm. Větší kapky nejsou při pádu stabilní a rozpadají se. Srážky jsou hodnoceny z hlediska intenzity, doby trvání a plochy, kterou zasahují. Deště z tepla, konvekční srážky, vznikají při ochlazování vlhkého ohřátého vzduchu při jeho výstupu do větších výšek. Jsou charakteristické relativně malou zasaženou plochou, krátkou dobou trvání a zpravidla vysokou intenzitou, až přívalového charakteru. Často díky přemrznutí obsahují i pevné částice (kroupy). Cyklonální deště mají regionální, krajinný charakter , vyznačují se delší dobou trvání a proměnlivou intenzitou. Srážky různého charakteru různým způsobem interagují s nadzemní složkou lesních ekosystémů.
Horizontální srážky hrají významnou roli zejména ve výše položených oblastech. Jedná se o kondenzaci vody v kapalné či pevné fázi na nadzemních orgánech rostlin a o její okap či opad na zemský povrch. Vlhkost pochází především z mlhy nebo z oblaků ve vysoko položených oblastech a nízké oblačnosti. Množství zachycené vody záleží na mnoha faktorech: teplotách, frekvenci výskytu příhodných situací, intenzitě srážek, rychlosti proudění vzduchu, nárazech větru (okap a opad srážek) povrchu rostlin, který je dán druhem dřevin, jejich stářím a hustotou porostů a dále jejich strukturou. Relativní množství srážek, zachycených vegetací, klesá s rostoucí intenzitou srážky - při nízké intenzitě na volné ploše (okolo 1mm) mohou být srážky v porostu až trojnásobné, při vyšší intenzitě může být rozdíl zhruba kolem 1-4 mm (Krečmer 1968). V našich podmínkách představují horizontální srážky významný doplněk vodní bilance pouze ve vyšších, zejména hřebenových polohách, zpravidla nad 750 - 900 m n.m. Lokálně tak může být úhrn srážek zvýšen až o 16 - 30 % (Zachar et al. 1987). Negativní dopad tohoto typu srážek spočívá v poškození porostů námrazou a škodlivinami z ovzduší,které se v mlze výrazněji koncentrují.
Depozici pevných srážek (sníh, námraza, led) a rovněž jejich tání ovlivňuje nadzemní část vegetace. V lesích probíhá ve srovnání s holou plochou odlišně jak proces depozice sněhu, tak jeho transformaci a odtávání. Čerstvý sníh bývá kyprý a jeho hustota je velmi nízká, 0,02 - 0,27 (hustota vody je 1 g/cm3). Hustota ulehnutého sněhu je pak 0,20 - 0,40 g/cm3. Hustota sněhu je v lesích nižší, stupeň transformace je nižší rovněž. Roste tak i jeho izolační schopnost a klesá promrzání lesní půdy ve srovnání s bezlesím.

Evaporace

- přechod vody z povrchu půdy, sněhu nebo ledu do plynného skupenství (fyzikální výpar).Vyjadřuje se výškou sloupce vody v mm.
V užším slova smyslu představuje výpar z povrchu půdy, která nemá žádný vegetační kryt, nebo z povrchu půdy pod vegetačním krytem.
Jedná se o neproduktivní výpar, který znamená ztrátu vody z ekosystému (půdní složky a posléze celkového ekosystému). Úroveň evaporace ovlivňují především klimatické podmínky a půdní poměry: půdní vlhkost, intenzita vzlínání vody v půdě, reliéf (sklon, expozice, nadmořská výška), hloubka hladiny spodní vody, teplota, vítr, vlhkost vzduchu. Jemná struktura půdy úhrnný výpar zvyšuje, stejně jako tmavá barva. Na vodou nasycených půdách závisí výpar na pohybu vzduchu, dosahuje hodnoty až 10 - 15 mm za den, v podmínkách zemědělských půd (Havlíček et al. 1986) dosahuje výše několika desetin až 15 mm denně.
V podmínkách lesních porostů je výše výparu z povrchu půdy silně ovlivněna krytem půdy vegetací, tj. složením, strukturou, zakmeněním a zápojem porostu. Lesy mají relativně velice nízký podíl neproduktivního výparu, průměrně kolem 10 % z celkového výparu (louky 25 %, pole 45, obnažená půda 100 %). Podmínky pro výpar jsou silně ovlivňovány pěstebními opatřeními (holoseč aj.).
V praxi je někdy nesnadné odlišit transpiraci a evaporaci, proto se uvádí souhrnná hodnota evapotranspirace. Ta se uvádí z bilanční rovnice jako neměřený, ale počítaný parametr. Tato skutečnost je zapříčiněna v první řadě metodickými těžkostmi při stanovení skutečných hodnot výparu, a to jak transpirace, tak i evaporace. Je nutno rozlišovat evapotranspiraci skutečnou, tj. aktuální a potenciální. Její skutečná hodnota závisí na momentálních klimatických podmínkách, vegetační době a stavu vegetace obecně, a především pak na obsahu vody v půdě a její dostupnosti pro rostliny. Potenciální hodnota je pak závislá na výparu při daných klimatických a půdních podmínkách a za maximálního přístupu a doplňování vodních zásob.

Odtok vody

Po kontaktu s povrchem půdy se může část vody opětně vypařit (evaporace), ulpět na povrchu půdy a nebo pronikat do jejího nitra, do hlubších půdních vrstev (vsak, infiltrace). Intenzita vsaku závisí na půdním krytu, struktuře a textuře, vodivosti, pórovitosti, vlhkosti půdy, stejně tak na jejím mechanickém narušení. Příznivě se projevuje prokořenění půdy a aktivita půdní fauny - vzniká velké množství drénů, kanálků, s vysokou schopností vedení vody. Schopnost vsaku je zvýšena především mocnými vrstvami nadložního humusu, který nejenže tlumí energii dešťových kapek, brání dezintegraci půdy a povrchové erozi, odnosu, ale rovněž brání vytvoření povrchové vrstvičky vody, uzavírající odchod půdnímu vzduchu a bránící tak zásaku. Snížena je naopak vysokou půdní vlhkostí. Je-li rychlost vsaku nižší než množství vody dopadající na povrch půdy, může se voda hromadit na povrchu a popřípadě odtékat ve směru gravitačního spádů - vytváří se odtok, respektive povrchový odtok.
Voda pronikající půdou, gravitační voda, se pohybuje ve směru gravitačního spádu, vertikálně, dokud není ovlivněna hlubšími nepropustným vrstvami a sklonem svahu. Potom se při snížené schopnosti pohybu do strany může hromadit, stagnovat, a podílet se na specifických pedogenetických procesech, např. oglejení v důsledku zamokření. Je-li mezi zamokřenými horizonty povrchový humus, lze pozorovat v takto vzniklých anaerobních podmínkách rašelinění.
Při vhodných poměrech se může voda pohybovat i v horizontálním směru a vzniká tak podpovrchový odtok, který je řádově pomalejší ve srovnání s odtokem povrchovým a nepředstavuje nebezpečí eroze.
Při překročení infiltračního potenciálu stéká voda po povrchu většinou nejprve ve víceméně souvislé vrstvičce jako nesoustředěný povrchový odtok, později dochází k soustředěnému odtoku k v rámci o proudů, tj. rýh a vodních toků. Povrchový odtok představuje značné ohrožení půdní dynamiky, a to především v antropogenně pozměněných podmínkách.
Lesní půda se na rozdíl od jiných ekosystémů výrazně a efektivně podílí na transformaci povrchového odtoku na podpovrchový.

Lesní půda má zároveň výraznou filtrační funkci , neboť mění podstatně kvalitu vody a to nejen díky svým fyzikálně - chemickým vlastnostem, ale i díky interakci s kořenovou sférou lesního ekosystému. Vliv zalesnění povodí je nejen v oblasti kvality, ale i kvantity: kromě obsahu plavenin a splavenin je voda odtékající z různě zalesněných povodí charakterizována i různým množstvím rozpuštěných látek.
Rozdíl odtoku ze zalesněného povodí ve srovnání s povodích nezalesněným lze charakterizovat v nižších polohách jako:

Lesní porosty ovlivňují jednak vstup vody do půdy, ale i její ztráty z ní. Intenzívní transpirace se podílí rozhodujícím způsobem na snižování obsahu půdní vody. Při vytěžení porostu má narušení této desukční funkce za následek zamokřování půd na holinách, alespoň v prvních letech po likvidaci porostu, ve větší míře na uléhavých půdách. Tato skutečnost pak může výrazně zpomalit následnou obnovu lesa. V důsledku změněných půdních a stanovištních vlastností (struktura, obsah humusu, výpar, odtok) na holinách pak po určité době může dojít naopak k výraznému zvýšení výsušnosti lokalit - tento jev byl pozorován ve vrcholových partiích v imisních oblastech Krkonoš, Orlických hor i Krušných hor.

Průměrné ohrožení lesních půd erozí je na území ČR vyjádřeno množstvím potenciálního odnosu 1,54 mm půdy ročně, což je v jehličnatých lesích asi 18 kg půdy na ploše 1 ha ročně, v listnatých porostech je tato hodnota stanovena jako 24 kg. Plnění protierozních funkcí lesa je tak velice dobré, to však může být velice citelně narušeno nevhodnými antropickými zásahy, především zásahy těžebně - dopravními.

Intercepce

- zadržování srážek korunami stromů a následný výpar z povrchu vegetace
Intercepce (záchyt, zadržení) = rozdíl spadu srážek na volné ploše a od porostem.
Intercepce je významná položka vodní bilance lesních porostů. Voda, jež ve formě především vertikálních srážek vypadá z atmosféry, se dostává nejdříve do kontaktu s vegetací. Její část je na jejím povrchu zachycena a odpaří se zpět do atmosféry. Podílí se na ní nejen stromová, ale i keřová a bylinná (travinná) vegetace a z hlediska srážek nejen kapalné, ale i pevné srážky (sníh, námraza - sublimace). V absolutním množství je nejvýznamnější záchyt srážek kapalných.

Při dostatečné pokryvnosti je od počátku zejména méně intenzivní srážky zachycováno veškeré množství padající vody. Plné propouštění srážek do porostu nastává až po nasycení intercepční kapacitypovrchu vegetace, kdy povrch přestává poutat povrchovými vazbami vodu (skropná voda), další padající srážky pronikají na povrch půdy.
Množství skropné vody dosahuje podle typu vegetace a rychlosti větru 0,5 - 1,8 mm. Z krátkodobé a intenzivní srážky je vegetací zachyceno a zpětně vypařeno relativně i absolutně menší množství než ze srážky s nízkou intenzitou a dlouhou dobou trvání. Při dalším pokračování srážek se množství zachycované vody dále zvyšuje.
Voda dopadající na povrch porostu se pak dělí do složek:
průnik, tj. množství vody pronikající na povrch půdy bez kontaktu vegetací
intercepci, zpětně vypařené množství vody
okap, voda skapávající z povrchu vegetace a
stok po větvích a kmeni(významné u porostů buku - po kmenech steče až 20 % z celkových srážek)
Podstatnou měrou o hodnotách itercepce rozhoduje i charakter vegetace, tj konkrétně vzrůst, věk, hustota (zápoj, zakmenění) a struktura porostu, stejně tak i druh dřeviny (tvar, velikost a povrch listů). Rozpětí hodnot intercepce zjištěné pro jednotlivé druhy je určeno různě, podle podmínek konkrétních výzkumných ploch: buk 8 - 29 %, smrk 19 - 46 %, borovice 23 - 34 %, dub 10 - 24 % a jedle 24 - 46 %. Průměrně se hodnoty intercepce v lesních ekosystémech pohybují kolem 30 %, u lučních společenstev kolem 25 %, polních 15 %. Kulminují u lesních porostů ve 40 letech věku (borovice), 50 letech (dub) až 60 letech (smrk). Významnou negativní roli má intercepce zejména pro smrkové porosty v podmínkách aridních a polohách nížinných. Naproti tomu v polohách středohorských až horských, obecně humidních, jsou intercepční ztráty nevýznamné, neboť jsou eliminovány kladnou intercepcí z mlh.

Transpirace

- fyziologický nebo tzv. produktivní výpar
-výdej vodní páry z povrchu organismů ( difúzní proces)
Představuje nejvýznamnější složku výparu. Rostliny tak vypařují až kolem 98 % přijaté vody, zbytek zadržují v rostoucích pletivech. Transpirace představuje nejdůležitější položku výdeje vody lesním ekosystémem - až 60 %. V lučních ekosystémech se pohybuje její podíl až kolem 50 % a v polním 40 %. Její objem spoluurčují četné faktory vnější i vnitřní: sluneční záření, teplota, vlhkost půdy i vzduchu, vítr, imise apod. Ke vnitřním faktorům náleží druhové složení porostů, jejich věk, stáří transpirujících orgánů, obsah vody, struktura a tvar listu, povrchové struktury, orientace, stav kořenového systému aj.
Na poměru mezi příjmem vody kořenovým systémem a výdejem transpirací pak závisí vodní bilance rostliny.
Výdej vody funguje zejména přes průduchy ve formě vodní páry do ovzduší a podle typu se dělí na následující:

  • Transpirace stomatární
    - výdej vody štěrbinou průduchů. Může být díky strmému gradientu par rychlejší než výpar z vodní hladiny. Rostlinou je rychle regulovatelný.
  • Transpirace kutikulární
    - kutinizovaným povrchem epidermis (30 % u vodních r., u jehličnanů 3-10 %). Z krátkodobého hlediska rostlinou neovlivnitelný, z dlouhodobého možnost přizpůsobení .
  • Transpirace rhizodermální
    - výpar vody z kořenů. Tento výpar není rostlina schopna regulovat.
  • možné je i vylučování vody v kapalné formě, především v podmínkách s vysokou vzdušnou vlhkostí - gutace
    tento způsob se více uplatňuje u rostlin vlhkých tropů, typickým příkladem našich rostlin, které tento způsob využívají je např. kontryhel
  • Charakteristiky důležité pro vyjádření hospodaření rostliny s vodou

    Transpirační koeficient - množství vody (l,t) spotřebované na transpiraci rostliny či porostu za vegetační období na jednotku hmotnosti vytvořené sušiny (kg, t)
    Ve srovnání s jinými rostlinami je u lesních dřevin relativně nižší.
    Příklad obecně uváděných hodnot pro transpirační koeficient: polní plodiny 300-900, lesní dřeviny stinné 170-340, -slunné 260-340, buk 169, smrk 231, borovice 300, bříza 317, dub 344). Spotřeba vody se výrazně mění s věkem porostu, v první řadě ve srážkově chudších oblastech. U borovice je nejvyšší kolem 40. roku, u dubu a smrku kolem 60. roku věku. Tvoří přitom 45 - 70 % srážkového úhrnu. Z našich lesních dřevin využívá vodní zdroje nejhospodárněji pravděpodobně buk, naopak nejméně ekonomicky rychle rostoucí dřeviny (topoly, vrby, v jižnějších zemích eukalypty).

    účinnost využití vody je jeho převrácená hodnota

    Obrat vody je čas, za který se vymění (transpirací a příjmem vody) voda v rostlině.

    Příklady efektivity transpirace:
    bříza - odhadem 200 000 listů, za letní horký den odpaří 60-70 l vody, bukový les ve věku 110 let - za vegetační období odpaří asi 3,5 mil l vody, jetelový porost/ha - za jeden den odpaří asi 2 mil l vody. V suchých oblastech mohou některé rostliny vytranspirovat až 12x více vody, než činí obsah vody v jejich těle.

    Transpiračním tokem (proud v dřevní části cévních svazků) se přivádí voda a živiny do rostoucích a fotosyntetizujících orgánů. Transpirací se tyto orgány ochlazují a brání se před přehřátím.
    Hnací silou transpirace je rozdíl vodních potenciálů v místech příjmu a výdeje vody.
    Pouze na počátku (kořeny) a na konci vodního toku (listy) rostlinou prochází vodní proud parenchymatickým pletivem. Jinak prochází specifickými, vodivými pletivy.
    Pro osvěžení poznatků o vedení vody rostlinou klikni na tento odkaz: vodivá pletiva
    a nebo blíže o hospodaření rostliny s vodou na této stránce.
    Transport kapalné vody v rostlině se pohybuje jako souvislý vodní proud, transport páry se děje především difůzí.
    Při transportu se uplatňují různé síly fyzikálního a chemického charakteru. Tah transpiračního proudu je podmíněn kontinuitou vodních sloupců, t.j. přilnavostí molekul vody ke stěnám vodivých drah (adheze) a jejich vzájemnou soudržností (koheze).
    Rychlost proudění vody v rostlině: U bylin větší než u stromů: běžně 5 m/ hod, často 20 m / hod, výjimečně 50-60 m / hod. Listnaté stromy v průměru- 1-4 m/hod, jehličnany - 0,2-0,4 m/hod.

    Literatura použitá a doporučená:
    Chroust L.: Ekologie výchovy lesních porostů, Opočno, FGMRI RS Opočno 1997. 277 s.
    Klimo, E.: Ekologie lesa. /Ekology of the Forest/. Brno, VŠZ v Brně 1994. 170 s.
    Korpel´, Š.: Pestovanie lesa. /Silviculture/. Príroda, Bratislava 1991. 465 s.
    Otto, H.-J.: Waldoekologie. Stuttgart, Eugen Ulmer 1994. 391 p.
    Procházka S. a kol: Fyziologie rostlin, Academia Praha, 1998, s.485
    Rozsypal S. a kol: Přehled biologie, Scientia s.r.o., 1994, s.578.
    Volf F. a kol: Zemědělská botanika, SZN,1988, s.383
    Vodrážka Z.: Biochemie, Academia Praha, 1999, s.191