Uhlík v České krajině
Monitoring a předpověď ukládání resp. emisí uhlíku v české krajině
Uhlíkový cyklus, a to jak globální, tak v lokálním měřítku, lze považovat za jeden z “pilířů” koloběhu látek a s ním spojené výměny energie. Koloběh uhlíku je dán jeho toky z atmosféry a fixací pomocí fotosyntetické činnosti autotrofních organismů, jeho uložením v biomase a v půdě, případně v sedimentech u vodních ekosystémů a následným uvolňováním v důsledku dekompozice heterotrofními organismy. Tento přirozený cyklus je v současnosti silně narušován lidskou činností, významným nárůstem oxidu uhličitého do atmosféry díky spalování fosilních paliv a z toho vyplývající změnou klimatu a extrémními projevy počasí.
Výsledná uhlíková bilance ekosystému závisí na faktorech prostředí, klimatu, počasí i na zdravotním stavu ekosystému. Vzhledem k nezastupitelné úloze autotrofů při depozici uhlíku a jeho následném uvolňování respirací a dekompozicí, je možné obecně hovořit o rostlinách jako o uhlíkové pumpě v krajině.
Nástroje umožňující přesný odhad příspěvku zemědělství a lesnictví k celkovým emisím skleníkových plynů v ČR jsou v současnosti velmi omezené a výsledky představují jen velmi hrubé odhady.
Aktivita č. 3 programu TransAdapt spojuje tři základní oblasti výzkumu přispívající ke zpřesnění inventarizace a poskytující podklady pro návrhy správných postupů hospodaření v lesích a na zemědělské půdě. Patří sem:
- nové přístupy k inventarizaci uhlíkových zásob a emisí skleníkových plynů v ČR včetně využití metod DPZ
- stanovení bilance uhlíku a emisí stopových skleníkových plynů v ekosystémech se zapojením aplikace DPZ jako klíčových podkladů pro zpřesňující parametrizaci modelů využívaných v inventarizaci skleníkových plynů, respektive k vytvoření nových algoritmů, které budou rovněž využívat produkty DPZ
- vytvoření postupů pro efektivní vyhodnocení současné a budoucí role lesů v mitigaci GZK v kontextu komparace hospodářských a přírodě blízkých lesních porostů
Zpřesnění inventarizace uhlíkových zásob v ČR s využitím metod DPZ
V současné době jsou využívány metody, které umožňují jen velmi hrubý odhad celkové bilance uhlíku ve vztahu ke kategoriím využití území; slouží hlavně pro národní emisní inventuru uhlíku.
Klíčovým úkolem aktivity bude zajistit na základě experimentálních přístupů (z ekosystémových stanic a experimentů) podklady pro zpřesnění expertních hodnot pocházejících z mnoha let budované databáze literárních a vlastních experimentálních údajů. Poslední takto zkonstruovaná mapa je založena na datech získaných do roku 2016.
Mapa zásob celkového uhlíku v ekosystémech pro území ČR založená na datech z roku 2016
Nepřesnosti ve stanovení zásob uhlíku v ekosystémech vyplývají z nepřesného vymezení mapovaných územních jednotek a nepodchycení jejich změn, nepřesných údajů o jejich zásobách uhlíku a také z velkých meziročních výkyvů v produkci daných zvyšující se extremitou počasí. Produkci biomasy na zemědělské půdě dále výrazně ovlivňuje využívání různých pěstitelských technologií, nebo cíleného precizního zemědělství. Proto je třeba vybudovat systém kontinuální evidence alespoň nadzemní biomasy a tím i zásob uhlíku, který by v průběhu vegetační sezóny alespoň jednou měsíčně stanovil na území celé republiky jejich aktuální hodnoty. To umožňuje infrastruktura dálkového průzkumu Země, kterou CzechGlobe disponuje.
Ukázka mapy nadzemní biomasy lesních porostů odvozená z kombinace družicových dat Sentinel-1 a Sentinel-2.
Nástroje dálkového průzkumu: letecký nosič.
Nástroje dálkového průzkumu: dron.
Stanovení bilance uhlíku a emisí stopových skleníkových plynů v ekosystémech se zapojením aplikace DPZ
Důležitým předpokladem pro zpřesňování bilance uhlíku v krajině a monitoring emisí skleníkových plynů je klíčové detailní pochopení všech procesů, ovlivňujících chování uhlíku v ekosystému a ovlivňujících emise stopových skleníkových plynů. Tato data jsou nezbytná pro novou parametrizaci modelů a pro vytvoření nových přístupů modelování bilance uhlíku v krajině s využitím metod umělé inteligence jako jsou neuronové sítě a postupy strojového učení.
Infrastruktura CzechGlobe umožňuje získávat tato data z různých typů ekosystémů ve vysoké frekvenci, což následně poskytuje možnost porovnávat vlivy průběhu počasí, různých faktorů hospodaření (např. technologie zpracování půdy, osevní sled, pěstování meziplodin atd.) v rámci přesných experimentů na procesy heterotrofní respirace a emise stopových skleníkových plynů.
Meteorologický stožár s eddy-kovariačním systémem pro měření uhlíkové výměny mezi porostem a atmosférou (ekosystémová stanice Bílý Kříž, Beskydy); komora pro měření půdní respirace (automatický systém SAMTOC-II, ÚVGZ & KONEL, ČR)
Pro výzkum toků skleníkových plynů mezi ekosystémy a atmosférou budou používány různé metody sledování toků skleníkových plynů včetně metody eddy-kovariance a automatických a manuálních komorových gazometrických systémů. Ekosystémové stanice pokrývají mozaiku základních typů ekosystémů vyskytujících se v České republice (smrkové lesy, listnaté lesy, pole, agroekosystém, louka, mokřad), které jsou také vybaveny obsáhlou sadou přesných meteorologických senzorů, umožňujích detailní kontinuální sledování mikroklimatických parametrů. Spojením dat toků skleníkových plynů a meteorologických dat vznikla jedinečná základna pro detailní studium vlivu počasí, včetně extrémních situací (sucho, vlny veder, přívalové deště, záplavy), na schopnost ekosystémů sekvestrovat uhlík. Ekosystémové stanice umožňují také přesně validovat data získaná metodami dálkového průzkumu Země.
Vedle emisí skleníkových plynů se pozornost zaměřuje na analýzy půdního organického uhlíku a dusíku a zejména pak na jeho stabilitu. Cílem těchto aktivit je zpřesnit či doplnit zcela chybějící data nezbytná jako vstupy pro podrobnou inventarizaci skleníkových plynů v různých typech ekosystémů a poskytnout tak podklady pro perspektivní mitigační opatření vedoucí k zásadnímu zvyšování ukládání uhlíku v krajině a snižování emisí CO2, N2O a CH4 z půdy.
Vyhodnocení současné a budoucí role lesů v mitigaci GZK v kontextu komparace hospodářských a přírodě blízkých lesních porostů
V současnosti se stres suchem stal pro lesnictví globálním problémem, přičemž se sucho stává pro dřeviny faktorem mortalitním. S rychlou a razantní změnou klimatu si jehličnany – zejména smrk –nedokáží poradit. . V lesnictví v současnosti chybí objektivní nástroj pro hodnocení dlouhodobého působení sucha, které se stává chronickým a vede k hynutí lesních ekosystémů v důsledku uschnutí a/nebo vyhladovění.
Až do roku 2018 lesy v ČR trvale akumulovaly uhlík, od roku 2019 v souvislosti s kůrovcovou kalamitou se staly v národní inventuře zdrojem uhlíku. Z tohoto důvodu je třeba získat údaje o pravděpodobnosti rozpadu hospodářských lesů s převahou smrku na území ČR v příštích 10 letech. Cílem bude poskytnout vlastníkovi lesa informace o schopnosti jednotlivých porostních skupin s převahou smrku, starších 50 let, přizpůsobit se změně klimatu a naplánovat podle toho jejich management, případně obnovu.