Vliv metabolitů lesní vegetace na chemismus throughfallu

0107857 - GLU-S 20043178 RIV CZ cze K - Konferenční příspěvek (tuzemská konf.)
Skřivan, Petr - Navrátil, Tomáš - Vach, Marek - Špičková, Jitka - Fottová, D.
Vliv metabolitů lesní vegetace na chemismus throughfallu.
[Impact of metabolites of the forest vegetation on the chemistry of throughfall.]
Atmosférická depozice 2004. Sborník příspěvků. Praha: Ústav pro hydrodynamiku AV ČR, 2004 - (Šír, M.; Tesař, M.), s. 1-9. ISBN 80-02-01659-9.
[Atmosférická depozice 2004. Tejmlov (CZ), 29.06.2004-30.06.2004]
Grant CEP: GA AV ČR(CZ) KSK3046108
Klíčová slova: geochemistry * impact of metabolites * forest vegetation
Kód oboru RIV: DD - Geochemie

Chemismus srážek pod korunami stromů (throughfall) je výsledkem řady procesů, ovlivňujících koncentrace jeho jednotlivých složek v původních atmosférických srážkách. Tyto srážky vstupující do korun stromů jsou většinou obohacovány interakcí s nadzemní částí stromové vegetace. Vzorky srážek na volné ploše a ve throughfallu pod korunami buku a smrku jsou monitorovány od roku 1989 v oblasti Kostelce n. Č. lesy. Monitorované území leží převážně v NPR Voděradské bučiny na geologickém podloží říčanského a jevanského granitu. Exaktní vyhodnocení vlivu metabolitů na výsledné koncentrace a toky jednotlivých monitorovaných prvků ve throughfallu, založené na pouhém porovnání s příslušnými hodnotami ve srážkách na volné ploše, naráží na několik základních problémů. Předně, chemismus throughfallu odráží více chemické složení atmosférického aerosolu přízemní vrstvy ovzduší, protože nadzemní část porostů jej odtud více či méně účinně vyčesává. Povrch vegetace také zachycuje reaktivní atmosférické plyny. V důsledku evapotranspirace dochází k zahušťování původních atmosférických srážek a jejich dalšímu obohacování o vylučované a vyluhované metabolity. Při odhadu rozsahu vlivu metabolické činnosti dřevin na chemismus throughfallu jsme proto byli odkázáni na porovnání relativní velikosti normalizovaných hodnot toků jednotlivých prvků v daném typu throughfallu. K normalizaci látkových toků jednotlivých prvků v bukovém i smrkovém throughfallu bylo použito toků Na, zejména s ohledem na předpokládaný nulový metabolický podíl Na ve throughfallu a na jeho převážně přirozené zdroje v atmosférickém aerosolu. Výpočet faktoru obohacení Ef jednotlivých prvků byl pak proveden pomocí vztahu EfTFB,TFS (Me) = FBP Na / FTFB,TFS Na* FTFB,TFS Me / FBP Me, kde EfTFB,TFS (Me) je faktor obohacení daného prvku v daném typu throughfallu, FBP Na a FBP Me jsou průměrné roční hodnoty depozičních toků Na a prvku Me na volné ploše a FTFB,TFS Na a FTFB,TFS Me jsou průměrné roční hodnoty látkových toků Na a prvku Me v příslušném typu throughfallu. Hodnoty faktoru obohacení pro jednotlivé studované prvky jsou v textu článku uvedeny v Tab. 1. Hodnoty vyšší než 1 by v zásadě měly u příslušného prvku naznačovat přítomnost produktů metabolické činnosti stromové vegetace. Nejvyšší hodnoty Ef vykazují podle očekávání základní nutrienty a důležité esenciální prvky, a to v pořadí K > Mg > Mn > Ca. Současně s těmito prvky se zjevně projevuje výrazný vliv vyluhování metabolitů také u Rb, Sr a Ba. Obohacení throughfallu rubidiem je mimořádně vysoké, patrně dokonce vyšší, než u jeho homologu draslíku. Překvapivě vysoké hodnoty depozičních toků Rb v obou typech throughfallu i extrémní hodnoty faktoru obohacení Rb svědčí o rozsáhlém příjmu tohoto prvku kořenovým systémem lesních dřevin, který je podmíněn velmi blízkými chemickými charakteristikami rubidia a draslíku (poloměrem iontů, elektronegativitou, iontovým charakterem vazby těchto alkalických kovů ve všech jejich sloučeninách apod.). Naproti tomu však nenalézáme podobnou výraznou paralelu mezi Ca, Sr a zejména Ba, které je v podložních horninách i půdách dokonce hojnější, než Sr.

The chemistry of throughfall is a result of numerous processes that affect the concentrations of its individual components in the original wet precipitation above the tree crowns. The precipitation entering the tree crowns is generally enriched throughout its interactions with the above - ground part of the vegetation. The samples of open place precipitation and throughfall have been collected since 1989 in the region of Kostelec n. Č.lesy. The monitored area is situated predominantly in the Nature State Reserve Voděradské bučiny on the bedrock of the Říčany and Jevany granites. The exact evaluation of the impact of metabolites on the resultant concentration and fluxes of individual monitored elements in throughfall, based on mere comparison with the corresponding values in open place precipitation, is faced with several problems. First, the chemistry of throughfall reflects more the chemical composition of aerosol from lower parts of the atmosphere, as it is more or less effectively swept out by the above ground growth. The vegetation surface also entraps the reactive atmospheric gasses. Finally, the original precipitation solution is thickened through the evapotranspiration and it is enriched by the excluded and leached metabolites. The estimate of the extent of metabolic activity of the forest trees on the chemistry of throughfall was therefore limited on the comparison of a relative magnitude of normalised fluxes of individual elements in a given type of throughfall. The fluxes of individual elements in a beech- and spruce throughfall were normalised on the Na fluxes, with respect to the supposed zero metabolic share of Na in throughfall and to its predominantly natural sources in the atmospheric aerosol. The calculation of the enrichment factor Ef of the individual elements was then executed by means of the relation EfTFB,TFS (Me) = FBP Na / FTFB,TFS Na* FTFB,TFS Me / FBP Me, where EfTFB,TFS (Me) is the enrichment factor od the particular element in a given type of throughfall, FBP Na a FBP Me are the mean annual deposition fluxes of Na and the element Me on an open place, and FTFB,TFS Na a FTFB,TFS Me are the mean annual fluxes of Na and the element Me in throughfall. Values of the enrichment factor for the individual elements are presented in the article in the Tab. 1. Values higher than 1 should generally indicate the presence of metabolic products of the vegetation. The highest Ef values were found, after expectations, for the basic nutrients and significant essential elements, in a row of K > Mg > Mn > Ca. Together with these elements, significant impact of leached metabolites was also found for Rb, Sr and Ba. The enrichment of throughfall with rubidium is extraordinary high, probably even higher than that of its homologue potassium. Surprisngly high values of the Rb deposition fluxes in both tyes of throughfall certify the extensive input of this element through the root uptake of the forest vegetation, which is contingent on very close chemical characteristics of rubidium and potassium (ionic radii, electronegativity, ionic character of bonding of these alkaline metals in all their chemical compounds etc.). We have not found, however, similar pronounced paralell between Ca, Sr and especially Ba, which is even more abundant in the underlying rocks and soils than Sr.
Trvalý link: http://hdl.handle.net/11104/0014997