BIOGEOCHEMIE V KONTEXTU GLOBÁLNÍCH ZMĚN Filip Oulehle Leona Bohdálková, Tomáš Chuman, Jan Čuřík, Daniela Fottová, Jakub Hruška, Pavel Krám, Anna Lamačová, Oldřich Myška, Vladimír Majer, Martin Novák, Michal Růžek, Markéta Štěpánová a mnoho dalších

O čem budu mluvit biogeochemie a globální změny - acidifikace, eutrofizace, klimatická změna důležitost dlouhodobého monitoringu k pochopení změn v ekosystémech v souvislosti s acidifikací a eutrofizací koloběh uhlíku v kontextu globálních změn od monitoringu k experimentům od monitoringu a experimentů k modelování predikce historického a budoucího vývoje

Biogeochemie = studium povrchu Země jako chemického systému www.nasa.gov

Globální změny Acidifikace Celková depozice S (mg m-2 rok-1) Smith S.J. et al., 2011, ATMOSPHERIC CHEMISTRY AND PHYSICS, 11, 1101–1116 Celková depozice S (mg m-2 rok-1)

Globální změny Acidifikace Eutrofizace Celková depozice N (mg m-2 rok-1) Dentener F. et al., 2006, GLOBAL BIOGEOCHEMICAL CYCLES, VOL. 20, GB4003 Poměr budoucí odhadované depozice N (CLE 2030) ku stávající situaci (2000) Eutrofizace

Globální změny Acidifikace Zdroj www.emep.int Eutrofizace

Globální změny Acidifikace © IPCC 2013 Eutrofizace CO2, N2O, CH4

Globální změny Acidifikace Eutrofizace CO2, N2O, CH4 Oteplování © IPCC 2013 Změna povrchové teploty 1901-2012 Eutrofizace CO2, N2O, CH4 Oteplování

Vliv globálních změn na koloběh živin 1 Acidifikace povrchových vod a půd Monitoring malých lesních povodí GEOMON od roku 1994 Hmotová bilance látkových toků Ideální nástroj výzkumu dopadu snižování emisí okyselujících látek (S, N) na koloběh prvků v ekosystémech – LRTAP - Úmluva o dálkovém znečišťování ovzduší přesahujícím hranice států (Convention on Long-range Transboundary Air Pollution)

Vliv globálních změn na koloběh živin 1 Acidifikace povrchových vod a půd POTOK ~30% DEPOZICE S ~70% N ~50% H ~90% Oulehle F. , McDowell W.H., Aitkenhead-Peterson J.A., et al., 2008, Ecosystems 11: 410-425.

Vliv globálních změn na koloběh živin 1 Acidifikace povrchových vod a půd Monitoring chemismu ledovcových jezer na Šumavě od roku 1984!!! Oulehle F., Chuman T., Majer V., Hruška J. (2013). Biogeochemistry 116 (1-3): 83-101.

Vliv globálních změn na koloběh živin 1 Acidifikace povrchových vod a půd Hruška J. et al. (2009). Živa 4: 189-192. Oulehle F., et al. (2013). Biogeochemistry 116 (1-3): 83-101.

Vliv globálních změn na koloběh živin 1 Acidifikace povrchových vod a půd Majer V. et al. (2012). Atlas chemismu povrchových vod České republiky. Česká geologická služba.

Vliv globálních změn na koloběh živin Vliv acidifikace a eutrofizace na koloběh uhlíku

Vliv globálních změn na koloběh živin Vliv acidifikace na akumulaci uhlíku v lesních půdách Výzkumná plocha Načetín: Zásoba C v nadložním humusu poklesla o 47% od roku 1994 Celková depozice S poklesla o 77% ve stejném období dC/dS = 509

Vliv globálních změn na koloběh živin 2 Vliv acidifikace a eutrofizace na koloběh uhlíku

Vliv globálních změn na koloběh živin Vliv acidifikace na koncentraci DOC v povrchových vodách Nárůst koncentrace organického uhlíku v povrchových vodách indikace změn v koloběhu uhlíku v povodích problémy v úpravnách pitné vody senzorické změny tvorba trihalogenmetanů (THM, chloroform)

Vliv globálních změn na koloběh živin Vliv acidifikace na koncentraci DOC v povrchových vodách Oulehle F. and Hruska J., 2009, ENVIRONMENTAL POLLUTION 157: 3433-3439 Lysina Pluhův Bor Hruška J., Krám P., et al.(2009) Environmental Science and Technology 43 (12): 4320-4326.

Vliv globálních změn na koloběh živin 2 Vliv acidifikace a eutrofizace na koloběh uhlíku

Vliv globálních změn na koloběh živin 2 Vliv acidifikace a eutrofizace na koloběh uhlíku Experimentální přístupy kontrola síra dusík síra+dusík

Vliv globálních změn na koloběh živin 2 Vliv acidifikace a eutrofizace na koloběh uhlíku Experimentální přístupy Molekulárně-biologický přístup Ekosystémový přístup Matematické modelování

Vliv globálních změn na koloběh živin Biogeochemické modelování ! INITIAL if (start .eq. .TRUE.) then ! open file for N14C-level outputs and write outputs headers open(13,FILE='N14C_outputs.csv') ! main drivers and outputs write(13,'("Year,Ndep_meq_perm2y,Soil_CN_gpg,C_in_soil_gpm2,N_in_soil_gpm2,C_plant_gpm2,N_plant_gpm2")') ! Read scalar parameters from file N14CParsFile = trim(basedir)//"N14C_Parameters.csv" OPEN(10,FILE=N14CParsFile) READ(10,*) ! skip header line READ(10,*) Ndep_pristine, & Denitrification_constant, & C_release_rate_constant_fast, & C_release_rate_constant_slow, & C_release_rate_constant_passive, & Decomp_release_ratio_NC_passive, & N_inorg_min, & DOC_leaching_constant, & DON_leaching_constant_2, & Soil_N_uptake_constant, & C14_conc_atm_historic, & ! A guess, and not really crucial since all are converted to prop of atmospheric conc C14_SOM_slow_historic_prop_of_atm, & ! fitted value, c.f. Ed T's 0.98 C14_SOM_passive_historic_prop_of_atm, & ! fitted value, c.f. Ed T's 0.90 C14_prop_decay ! Fitted value assuming a half-life of 8500 years CLOSE(10)

Vliv globálních změn na koloběh živin Biogeochemické modelování čas kyselá depozice 1950 1990 2010 biogeochemické modelování Experimentální data Depozice Půda Půdní voda Biomasa

Vliv globálních změn na koloběh živin Čertovo jezero – NP Šumava Oulehle F., Cosby B.J., Wright R.F.,et al. (2012).Environmental Pollution 165: 158-166

Shrnutí „Science based“ monitoring dopadů snižování emisí okyselujících látek na fungování ekosystémů Základní biogeochemický výzkum koloběhu prvků v ekosystémech interakce acidifikace X eutrofizace prostředí interakce globální změna klimatu X acidifikace/eutrofizace prostředí Interdisciplinární přístup metody molekulárně-biologické/biochemické/ekosystémové/matematické Široké prostorové měřítko m2-km2 Aplikace poznatků v praxi stanovení limitů trvale udržitelné kvality vod a půd mapování oblastí náchylných k acidifikaci a eutrofizaci Vedení magisterských a doktorských prací, výuka Získávání grantových podpor (GAČR, TAČR, FP6, FP7, Norské fondy, MŽP) Publikace

PUBLIKACE (výběr od roku 2010) Stockdale, A., Tipping, E., Lofts, S., Fott, J., Garmo, Ø.A., Hruska, J., Keller, B., Löfgren, S., Maberly, S.C., Majer, V., Nierzwicki-Bauer, S.A., Persson, G., Schartau, A.-K., Thackeray, S.J., Valois, A., Vrba, J., Walseng, B., Yan, N. Metal and proton toxicity to lake zooplankton: A chemical speciation based modelling approach (2014) Environmental Pollution, 186, pp. 115-125. Kucera, A., Šikl, J., Oulehle, F., Šamonil, P., Marosz, K., Hleb, R., Houška, J., Hruška, J. Comparison of modern and traditional methods of soilsorption complex measurement : the basis of long -term studies and modelling (2014) Ekologia Bratislava, 33 (1), pp. 48-59. Rowe, E.C., Tipping, E., Posch, M., Oulehle, F., Cooper, D.M., Jones, T.G., Burden, A., Hall, J., Evans, C.D. Predicting nitrogen and acidity effects on long-term dynamics of dissolved organic matter (2014) Environmental Pollution, 184, pp. 271-282. Kopačková, V., Mišurec, J., Lhotáková, Z., Oulehle, F., Albrechtová, J. Using multi-date high spectral resolution data to assess the physiological status of macroscopically undamaged foliage on a regional scale (2014) International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 27 (PARTB), pp. 169-186. Garmo, Ø.A., Skjelkvåle, B.L., De Wit, H.A., Colombo, L., Curtis, C., Fölster, J., Hoffmann, A., Hruška, J., Høgåsen, T., Jeffries, D.S., Keller, W.B., Krám, P., Majer, V., Monteith, D.T., Paterson, A.M., Rogora, M., Rzychon, D., Steingruber, S., Stoddard, J.L., Vuorenmaa, J., Worsztynowicz, A. Trends in surface water chemistry in acidified areas in Europe and North America from 1990 to 2008 (2014) Water, Air, and Soil Pollution, 225 (3) Hruška, J., Krám, P., Moldan, F., Oulehle, F., Evans, C.D., Wright, R.F., Kopáček, J., Cosby, B.J. Changes in soil dissolved organic carbon affect reconstructed history and projected future trends in surface water acidification (2014) Water, Air, and Soil Pollution, 225 (7), art. no. 2015, . Chuman, T., Gürtlerová, P., Hruška, J., Adamová, M. Geochemical reactivity of rocks of the Czech Republic (2014) Journal of Maps, 10 (2), pp. 341-349. Oulehle, F., Jones, T.G., Burden, A., Cooper, M.D.A., Lebron, I., Zieliński, P., Evans, C.D. Soil-solution partitioning of DOC in acid organic soils: Results from a UK field acidification and alkalization experiment (2013) European Journal of Soil Science, 64 (6), pp. 787-796. Oulehle, F., Chuman, T., Majer, V., Hruška, J. Chemical recovery of acidified Bohemian lakes between 1984 and 2012: The role of acid deposition and bark beetle induced forest disturbance (2013) Biogeochemistry, 116 (1-3), pp. 83-101. Kopáček, J., Cosby, B.J., Evans, C.D., Hruška, J., Moldan, F., Oulehle, F., Šantrůčková, H., Tahovská, K., Wright, R.F. Nitrogen, organic carbon and sulphur cycling in terrestrial ecosystems: Linking nitrogen saturation to carbon limitation of soil microbial processes (2013) Biogeochemistry, 115 (1-3), pp. 33-51. Chuman, T., Hruška, J., Oulehle, F., Gürtlerová, P., Majer, V. Does stream water chemistry reflect watershedcharacteristics? (2013) Environmental Monitoring and Assessment, 185 (7), pp. 5683-5701. Tahovská, K., Kaňa, J., Bárta, J., Oulehle, F., Richter, A., Šantrůčková, H. Microbial N immobilization is of great importance in acidified mountain spruce forest soils (2013) Soil Biology and Biochemistry, 59, pp. 58-71. Evans, C.D., Jones, T.G., Burden, A., Ostle, N., Zieliński, P., Cooper, M.D.A., Peacock, M., Clark, J.M., Oulehle, F., Cooper, D., Freeman, C. Acidity controls on dissolved organic carbon mobility in organic soils (2012) Global Change Biology, 18 (11), pp. 3317-3331. Hruška, J., Oulehle, F., Šamonil, P., Šebesta, J., Tahovská, K., Hleb, R., HouŠka, J., Šikl, J. Long-term forest soil acidification, nutrient leaching and vegetation development: Linking modelling and surveys of a primeval spruce forest in the Ukrainian Transcarpathian Mts. (2012) Ecological Modelling, 244, pp. 28-37. Kopáček, J., Posch, M., Hejzlar, J., Oulehle, F., Volková, A. An elevation-based regional model for interpolating sulphur and nitrogen deposition (2012) Atmospheric Environment, 50, pp. 287-296. Krám, P., Hruška, J., Shanley, J.B. Streamwater chemistry in three contrasting monolithologic Czech catchments (2012) Applied Geochemistry, 27 (9), pp. 1854-1863. Oulehle, F., Cosby, B.J., Wright, R.F., Hruška, J., Kopáček, J., Krám, P., Evans, C.D., Moldan, F. Modelling soil nitrogen: The MAGIC model with nitrogen retention linked to carbon turnover using decomposer dynamics (2012) Environmental Pollution, 165, pp. 158-166. Cited 14 times. Moldan, F., Hruška, J., Evans, C.D., Hauhs, M. Experimental simulation of the effects of extreme climatic events on major ions, acidity and dissolved organic carbon leaching from a forested catchment, Gårdsjön, Sweden (2012) Biogeochemistry, 107 (1-3), pp. 455-469. Benčoková, A., Hruška, J., Krám, P., Stuchlík, E. Future and recent changes in flow patterns in the Czech headwater catchments (2011) Bodenkultur, 62 (1-4), pp. 17-22. Oulehle, F., Evans, C.D., Hofmeister, J., Krejci, R., Tahovska, K., Persson, T., Cudlin, P., Hruska, J. Major changes in forest carbon and nitrogen cycling caused by declining sulphur deposition (2011) Global Change Biology, 17 (10), pp. 3115-3129. Benčoková, A., Krám, P., Hruška, J. Future climate and changes in flow patterns in Czech headwater catchments (2011) Climate Research, 49 (1), pp. 1-15. Benčoková, A., Hruška, J., Krám, P. Modeling anticipated climate change impact on biogeochemical cycles of an acidified headwater catchment (2011) Applied Geochemistry, 26 (SUPPL.), pp. S6-S8. Oulehle, F., Hleb, R., Houška, J., Šamonil, P., Hofmeister, J., Hruška, J. Anthropogenic acidification effects in primeval forests in the Transcarpathian Mts., western Ukraine (2010) Science of the Total Environment, 408 (4), pp. 856-864.