Ekologie lesa

VOŠL v Písku
Lesnická ekologie
Doc. Ing. Jan Šarman, CSc.
2004
3
3
1. Úvod
Úkolem předmětu Ekologie lesa je připravit studentům souhrnný přehled ekosystémových
činitelů, které ovlivňují vývoj lesních ekosystémů. V této publikaci navazujeme na skriptum
Obecná ekologie (Šarman, 2000), kde je uvedena problematika základních informací působení
abiotických, biologických faktorů v současném pojetí lidského vědění a činění. Je zde také více
věnována pozornost geologickým otázkám, které spolu se studiem lesnické botaniky, lesnické
zoologie vytváří předpoklady ke komplexnímu pochopení fungování lesních ekosystémů.
Proto i další části s vyhodnocením geologického podloží, pedologie – nauce o půdě, fytoce-
nologii v závěrečné fázi lesnické typologie využíváme poznatky mnoha studií všech disciplin ke
stanovení základní jednotky – LESNÍHO TYPU. Tento je definován jako soubor lesních geo-
biocenóz k sobě patřících původních i změněných a jejich vývojových stadií, včetně prostředí.
Pro znázornění vztahů, které pro stanovení lesního typu jsou součásti posouzení a zhodnocení
lesního ekosystému slouží obr. č. 1
Obr. č. 1 Struktura lesních ekosystémů z pohledu vztahu vědních disciplin
volné ovzduší
(METEOROLOGIE, KLIMATOLOGIE)
aktivní povrchbilance tepla a vlhkosti
počasí klima
(momentální stav) (dlouhodobý režim)
E
3
– stromové
živočišná složka
(ZOOLOGIE)
horizontální struktura
porostní klima – bioklima
(BIOKLIMATOLOGIE)
edafon
půda (PEDOLOGIE)
matečná horninapůdní podloží
(GEOLOGIE)
E
2
– keřové
E
1
– bylinné
E
0
– mechové
r
o
s
t
l
i
n
n
á

s
l
o
ž
k
a

(
B
O
T
A
N
I
K
A
)
v
e
r
t
i
k
á
l
n
í

s
t
r
u
k
t
u
r
a
p
a
t
r
o
pomocné disciplíny MORFOLOGIE, ANATOMIE
FYZIOLOGIE, GENETIKA
MIKROBIOLOGIE
DENDROMETRIE
BIOLOGIE
BIOMETRIE
hlavní disciplíny ZAKLÁDÁNÍ, PĚSTOVÁNÍ LESA, OCHRANA, HÚL
nadkorunové
korunové
podkorunové
přízemního podrostu
povrchové
půdy
m
i
k
r
o
k
l
i
m
a
4 5
2. Geologické podloží
HISTORIE PODLOŽÍ
V návaznosti na studim geologie v první části zde jsou sumárně a v souladu na Taxonomický
klasifikační systém půd ČR (Němeček a kol., 2001, dále jen TKSP ČR). Uvádíme přehledné vy-
jádření půdotvorných hornin a stratigrafické (historické) geologie.
Tab. č. 1 Hlavní rozdělení stratigrafické geologie
V tab. č. 2 je uveden přehled hornin dle vzniku a u vyvřelých hornin i otázka chemismu, tak
jak byly již uvedeny v předchozím studiu.
4 5
Tabulka č. 2 Rozdělení půdotvorných hornin
CHEMISMUS HORNIN
Při zvětrávacích procesech jsou uvolňovány z hornin živiny, které jsou k dispozici lesnímu
ekosystému. Dle Stejskala (1964) je uveden přehled zastoupení základních živin v jednotlivých
horninách v tabulce č. 3.
6 7
Tab. č. 3 Průměrné obsahy živin v % v půdotvorných horninách
6 7
Pro stručnou, leč výstižnou charakteristiku předpokladů podle zásoby živin a jejich postupné-
ho uvolňování ve zvětrávacích procesech působením fyzikálních, fyzikálně-chemických, chemic-
kých a biologických činitelů řadíme dle zásob živin půdotvorné horniny podle tabulky č. 4.
Tab. č. 4 Minerální síla půd ČR
SOUČASNÝ STAV GEOLOGICKÝCH POMĚRŮ NA ÚZEMÍ ČR
Při získání přehledu o zastoupení hornin dle geologické mapy ČR a působení procesů, které
vedly k reálné situaci při posuzování vlastního půdního pokryvu a tím i předpokladu, že vzniklá
půda (půdní druh a půdní typ) je přímo závislá na půdotvorné hornině ve vztahu na čase, po
který se vyvíjel na daném místě uvádíme přehled geologických poměrů formou tabulky č. 5, kde
se uvádí časoprostorové uspořádání hlavních hornin, které se podílely na vývoji půd v ČR.
9
9
PŮDOTVORNÉ SUBSTRÁTY DLE TAXONOMICKÉHO
KLASIFIKAČNÍHO SYSTÉMU PŮD ČR
(NĚMEČEK A KOL., 2001)
Tyto poznatky se promítly i do taxonomického klasifikačního systému půd ČR (Němeček a kol.,
2001).
Půdotvorné substráty jsou zde děleny do těchto tříd:
A. Holocénní minerální sedimenty Určuje
1. Holocenní sedimenty a erozí obnažené povrchy
AH nivní hlíny (aluviální)
AHc-nivní hlíny karbonátové
aHg-nivní sedimenty těžší,
aHp-nivní sedimenty lehčí
dH koluviální (deluviální) sedimenty (hlíny) zrnitost
skeletovitost
aŠR nivní štěrky vrstevnatost
hP holocenní písky
eJ erozí obnažené povrchy jílů, eSP spraší
hS mladé sutě (holocenní)
SS sesuvy
Vývoj půd: fluvizemě, koluvizemě, regozemě, leptosoly.
B. Pleistocenní a předpleistocenní nepevněné (nebo slabě zpevněné) minerální sedi-
menty
2. Sutě
sS silikátové kS – kyselých hornin,
nS – neutrálních hornin bloky, kamenitost
cS karbonátové
bS eutrofní (bazické)
Vývoj půd: leptosoly – často melanické či umbrické.
3. Štěrky, štěrkopísky (psefitické sedimenty)
sŠR silikátové
cŠR karbonátové
bŠR eutrofní (bazické) skeletovitost
zŠR zahliněné, silikátové
zŠRc zahliněné karbonátové
Vývoj půd: regozemě a kambizeně arenické.
4. Písky – psammitické sedimenty
qP křemenné chudé
PV písky váté (nekarbonátové)
cPV písky váté karbonátové
tP na štěrkopískových terasách (říční) detailní zrnitost
mP se zvětratelnými nimerály
zP zahliněné
cP karbonátové (mořské) písky
Vývoj půd: regozemě, podzoly, kambizemě arenické.
Tab č. 5 Přehled geologických poměrů ČR
10 11
5. Eolické sedimenty
SP spraše
HS sprašové hlíny, prachovice zrnitost
pSP písčité spraše
pSPv písčité spraše vyluhované
Vývoj půd: černozemě, šedozemě, hnědozemě, luvizemě, pseudogleje.
6. Koluviálně (deluviálně) – proluviální sedimenty
kHP hlíny polygenetické kyselé
cHP hllíny polygenetické karbonátové zrnitost
KP polygenetické sedimenty s příměsí štěrku
Vývoj půd: hnědozemě, luvizemě, pseudogleje, gleje, kambizemě.
7. Pelické (jílovité) sedimenty
qJ jíly málo bobtnavé překryv či přimísení
qJC jílovce chudé lehčího materiálu,
J jíly smektitické – bobtnavé mineralogické složení jílu
JC jílovce
SN slíny
SCm slínovce měkké
TT tufity
PJ písčitojílovité substráty
Vývoj půd: smonice, černozemě, černic, pelozemě, kambizemě, pseudogleje.
8. Vulkanické popele a tufy
bTF tufy a popele bazické
kTF tufy a popele kyselé
nTF tufy a popele neutrální
vTF tufy a popele se sopečným sklem (vitrické)
Vývoj půd: kambizemě eutrofní, andické.
C. Výrazně rubifikované, kaolonitizované a feralitické sedimenty (reliktní, pohřbené)
9. Rubifikované a kaolinitizované substráty
rBs rubifikované bisialitické
rMS rubifikované monosialitické
AK arenicko-kaolinitické
KA kaolinitické-arenické
Jk kaolonitické jíly, JCk – kaolonitické jílovce
Vývoj půd: reliktní, fosilní půdy.
10. Feralitizované substráty
KO kaoloniticko-oxidické
AO arenicko-oxidické
OA oxidicko-arenické
Vývoj půd: reliktní, fosilní půdy.
D. Svahoviny – transportované produkty zvětrávání pevných a zpevněných hornin
– řada hlavního souvrství
11.A Svahoviny se zvětralin magmatických hornin
qVV chudé magmatické (vyvřelé) horniny
K křemenné žíly
10 11
AP aplity
Žq žuly aplitické
kVV kyselé magmatické (vyvřelé) horniny zrnitost
Ž žuly
PFq porfyr křemitý
PTq porfyrit křemitý
DTq diorit křemitý
GDq granodiorit křemitý
nVV neutrální magmatické (vyvřelé) horniny
GD granodiority
SY syenity
DT diority
PF porfyry
ZN znělce
AN andezity
bVV bazické magmatické (vyvřelé) horniny skeletovitost
ST spility
MF melafyry
GB gabra
DB diabasy
TŠ těšínity
GT gabrodiority
uVV ultrabazické magmatické (vyvřelé) horniny
Č čediče
Vývoj půd: kambizemě.
11.B Svahoviny ze zvětralin metamorfovaných hornin
qMM chudé metamorfované horniny
Q křemence krystalické (kvarcity)
Rq ruly kvartické
ŽR žuloruly
kMM kyselé metamorfované horniny
GL granulity
SV svory
R ruly zrnitost
M migmatity skeletovistost
F fylity
nMM neutrální metamorfované horniny
nR neutrální ruly (amfibolicko-biotické aj.)
ER erlány
AM amfibolity
EK eklogity
RH rhyolity
CH chloritické břidlice
12 13
bMM hořečnaté metamorfované horniny
HD hadce
Vývoj půd: kambizemě
12. Svahoviny ze zvětralin sedimentárních hornin silikátových
a. křemité (křemencové)
BL buližníky
RC rohovce
KŘ křemence
b. chudé pískovcovité
PSq pískovce křemité SLq slepence BCq brekcie křemité
PSk pískovce kaolinické, kvádrové
c. normální pískovcovité
PS pískovce SL slepence BC brekcie
Psa pískovce arkosové Sla slepence arkosové Bca slepence arkosové
PSd pískovce drobové SLd slepence drobové BCd brekcie drobové
PSf pískovce flyšové (s jílovitými břidlicemi, lupky, jílovci)
AR arkosy
DR droby
d. břidlice jílovité tvrdé
BŘt břidlice jílovité tvrdé, fylitické
e. břidlice jílovité normální zrnitost
skeletovitost
BŘj břidlice jílovité jemné
BŘp břidlice jílovité písčité
BŘd břidlice jílovité drobové
f. břidlice jílovité měkké
BŘm břidlice jílovité měkké
Vývoj půd: kambizemě, pelozemě.
13. Svahoviny ze zvětralin zpevněných karbonáto-silikátových hornin
a. pískovcovité
PSc pískovce vápnité SLc slepence vápnité BCc brekcie vápnité
PSs pískovce slinité SLs slepence slinité BCs brekcie slinité
PSž pískovce flyšové vápnité (ždánické), s jílovitými břidlicemi, sllínovci
O opuky (písčité slínovce)
b. břidlice karbonátové
BŘc břidlice karbonátové a břidlice vápenaté, opuky
c. břidlice slinité – BŘs zrnitost
d. slínovce – SC
skeletovitost
Vývoj půd: pararendziny, kambizemě, pelozemě.
12 13
14. Svahoviny residuálních produktů zvětrávání karbonátových hornin
V vápence sedimentární čistota residálních
D dolomity produktů,
VK vápence krystalické rubifikace,
DK dolomity krystalické chromické znaky
TTc tufity vápenné (travertin) (terra rossa, terra fusca)
Vývoj půd: rendziny, hnědozemě.
E. Svahoviny z pevných a zpevněných hornin – řada krycího souvrství
15.
KK kyselé krycí souvrství
KN neutrální krycí souvrství
KB bazické krycí souvrství
Vývoj půd: podzoly, kambizemě melanické.
F. Svahoviny z pevných a zpevněných hornin – řada bazálního souvrství a nepře-
místěné rozpady pevných zpevněných hornin
16.
BV vápence BU bazické a ultrabazické horniny
BD dolomity BN neutrální horniny
BO vápnité pískovce, opuky BK kyselé horniny
BB vápnité břidlice, opuky BQ křemencové a křemité horniny
BP pískovce BA arkosy, DR droby
BM břidlice měkké
Vývoj půd: rendziny, rankery, litozemě.
G. Organické substráty
17.
RV organické materiály vrchovištních rašelinišť
RP organické materiály přechodných rašelinišť
RS organické materiály slatin
OB organické bahno
OS organické materiály s obsahem sirníků
Vývoj půd: organozemě.
H. Antropogenní substráty
18.
–a z přírodních materiálů zrnitost, skeletovitost,
karbonátnost
–b z materiálu získaných při těžbě surovin jako ad a)
– bez škodlivin
– s potenciálními škodlivinami stopové prvky, sirníky
–c deponie průmyslových materiálů: zrnitost, skeletovitost
– hrubé úlomky
– bez škodlivin antroskeletu
– s potenciálními škodlivinami
–d překryvy deponií odpadů: jako ad a)
– bez škodlivin
– ovlivněné CH4
– kontaminované
14 15
–e urbánní navrstvené materiály: zrnitost, skeletovitost,
hrubé úlomky
– bez škodlivin
– organické materiály
– kontaminované materiály* stopové prvky,
organická xenobiotika,
– intoxikované materiály* jiné toxické složky
* stopové prvky, organická xenobiotika, sirníky, jiné toxické látky
Vrstevnatost
Pokud se týká vrstevnatosti profilu jsou nejdůležitější z hlediska pedogeneze a praktických
interpretací a proto vyžadují zvláštní označení tyto případy:
– překryvy lehčího materiálu o mocnosti cca 0,3 m na hlinitých, zejména však na těžkých
substrátech (jílech, slínech),
– kontrastní překryvy písků na jílech, slínech o mocnosti do 0,6; do 1,2 m,
– překryvy teras zejména sprašemi a prachovicemi, které je nutno při detailním třídění
členit na tyto kategorie mocnosti: 0,3 m; 0,6 m; do 1,2 m,
– pokryvy spraši, prachovic a polygenetických hlín nad jinými substráty, zejména při kon-
trastnějším rozdílu v zrnitosti a skeletovitosti podložních materiálů
– antropogenní vrstevnatost
– vrstevnatost daná sledem souvrství svahovin z přemístěných zvětralin pevných a zpevně-
ných hornin
– vrstevnatost v profilu fluvizemí
Vrstevnatost danou pedogenní migrací jílu (Luvisoly, něktoré Stagnosoly) není nutno zvláště
vyznačovat, protože změnou fyzikálních a chemických vlastností se projeví ve změně především
bazických půdních typů.
14 15
3. PEDOLOGIE
Pedologie – půdoznalství studuje vznik, vývoj a vlastnosti půd. Za zakladatele vědeckého půdo-
znalství je považován V. V. Dokučajev, který koncem minulého století vypracoval první vědeckou
klasifikaci půd.
3.1 ZÁKLADNÍ POJMY, VZNIK A VÝVOJ PŮD, SLOŽKY PŮDY
Za lesní půdu můžeme považovat kyprou, vodou, vzduchem a organismy proniknutou vrchní
vrstvu zemské kůry, která vznikla a vyvíjí se působením půdotvorných faktorů a vzhledem ke
své úrodnosti může být producentem lesních porostů.
Vznik a vývoj půd ovlivňují tři základní půdotvorné faktory, dvě základní půdotvorné pod-
mínky a člověk. Půdotvorné faktory (1-3) jsou zdrojem půdních koloidů, živin a energie. Půdo-
tvorné podmínky (4-5) ovlivňují zejména fyzikální a chemické vlastnosti půd, ale nejvíce zdrojem
energie.
1. Mateční hornina je zdrojem minerálních živin a koloidů. Ovlivňuje vznik půd-
ních druhů a půdních typů. Půda vzniká přímo na zvětralině mateční horniny („in situ“) nebo
na svahovině. Svahovinou rozumíme přemístěný zvětralý mateční materiál, k jehož transportu
došlo vlivem sesuvů, splavením a zejména soliflukcí. Za soliflukci považujeme jev vyvolaný dlou-
hodobým i krátkodobým promrzáním půdy, při kterém dochází k pohybu půdních částic.
2. Organismy ovlivňují tvorbu humusu, koloběh látek v půdě a zvětrávání hornin.
3. Klimatické půdotvorné faktory, jako voda, vzduch a sluneční záření,
ovlivňují vznik a vývoj půd a jejich vodní, vzdušný a teplotní režim.
4. Reliéf terénu jako půdotvorná podmínka ovlivňuje především hloubku půdy, tep-
lotní a vodní režim půd, zrnitost a tvorbu půdních typů.
5. Čas jako půdotvorná podmínka hraje roli při zvětrávání hornin a vývoji půdních typů.
Schéma působení půdotvorných forem obsahuje obr. č. 2.
Člověk ovlivňuje vznik a vývoj půd kladně i záporně. Lidé půdu zalesňují i odlesňují, zavlažují
i odvodňují, rozrušují, odstraňují a naopak antropogenní půdy (haldy, rigoly) tvoří. Člověk půdu
zúrodňuje, ale nevhodným hospodařením přispívá i k její degradaci.
Podle původu dělíme půdní složku na neživou a živou (tab. č. 6).
V neživé složce rozlišujeme minerální a organický podíl.
V minerálním podílu půdy se nacházejí látky tuhé, kapalné a plynné, jako jsou
např. hrubozem a jemnozem, roztoky koloidů a živin, půdní vzduch.
Organický podíl půdy tvoří humus a jeho sloučeniny.
Živá složka půdy se skládá z půdního edafonu a živých orgánů vyšších rostlin.
K edafonu patří baktérie, plísně, houby, hmyz apod.
16 17
Obr. č. 2 Schéma působení půdotvorných procesů
Tab. č. 6 Půdní složky
Primární faktory Iniciální procesy Produkty dekompozice Sekundární procesy
MATEČNÍ
HORNINA
KLIMA
ORGA-
NISMY
Humifikace
a transformace
dusíku
HUMUS, NO
3
–
, NH
4
+
ORGANICKÉ
KYSELINY
PODZEMNÍ A PO-
VRCHOVÁ VODA
PŮDA
Výměna iontů
Translokace
Disperze
Agregace
Srážení
REZIDENTNÍ ZBYTKY
křemen, zircon atd.
DRUHOTNÉ LÁTKY
kysličníky, SiO,
jílové minerály
ROZTOK ZVĚTRÁVÁNÍ
Na
+
, K
+
, Ca
++
, Mg
++
, HCO
3
–
,
Cl
–
, SO
4
––
, H
2
PO
4
–
, SiO
4
– – – –
ČAS
Hydrolýza
Hydratace
Rozpouštění
Oxidace
Redukce
Neživá složka
Živá
složka
85 % 15 %
T
uhá složka
Kapalná složka Plynná složka Humus Edafon
15
%
15
%
10
%
15
%
45
%
Minerální složka Organická
složka
minerály
H
2
O,
CO
2
,
O
2
jiné l.
H
2
0, N
2
teplo
mikroorg.
odběr živin
opad
mikroorg.
CO
2
,
O
2
16 17
3.2 VLASTNOSTI PŮD A ZNAKY PŮDNÍHO PROFILU
Rozlišujeme fyzikální a chemické vlastnosti půd, např. hmotnost, barvu, strukturu, konzistenci,
hloubku, vlhkost, vzdušnost, teplotu, půdní reakci, obsah koloidů a živin, půdní sorpci apod.
Posuzování vlastností půd se děje zčásti v trénu na profilu půdní sondy a zčásti v laboratoři
při rozboru půdních vzorků. V půdním profilu (čele půdní sondy) se určují rozlišitelné
horizonty, jejichž diferenciace je podmíněna pedogenetických procesem, a půdní vrstvy,
které představují rozdíly v půdotvorném výchozím materiálu.
Půdní horizonty chápeme v klasickém pojetí jako genetické horizonty.
Při jejich vzájemném odlišování si všímáme zejména vnějších znaků (barva, mocnost horizon-
tu). V současné době zavádějí vědeckopedagogická pracoviště pojem diagnostických půdních
horizontů, charakterizovaných zejména vnitřními znaky (půdní reakce, obsah látek,nasycenosti
apod.). Toto je součástí i dnes platné klasifikace půd ČR, jak bude uvedeno dále.
3.3 PŮDNÍ DISPERZE A ZRNITOST
3.3.2 PŮDNÍ SLOŽKY JAKO DISPERZNÍ SOUSTAVA
Disperzí rozumíme rozptýlení jedné látky v prostředí jiné látky. Většina disperzních soustav
(systémů) obsahuje dvě složky, půda tři:
1. pevná složka je hrubozem a jemnozem;
2. kapalná složka je voda s roztoky koloidů a živin;
3. plynná složka je půdní vzduch.
Půdu z hlediska disperzity označujeme jako heterogenní (různorodý), polydisperzní (více-
fázový) systém, rozdělený do tří skupin:
1. hrubé disperze (disperziony) jsou částice s průměrem větším než 10
–4
mm, např.
jemný a hrubý jíl, písek, skelet;
2. koloidy (disperzoidy) mají rozměr částic 10
–6
až 10
–4
mm. Jde o koloidní jíl a koloidní
humus. Vážou na sebe disperzidy;
3. molekulární roztoky (disperzidy) tvoří částice s průměrem menším než
10
– 6
mm, např. živné soli se schopností pronikat stěnou kořenového vlásku a dodávat
rostlině potřebné živiny.
3.3.2 ZRNITOST PEVNÉ PŮDNÍ SLOŽKY
Pevná půdní složka je množinou zrn různé velikosti, tvaru a původu. Rozměr zrna 2 mm je
mezní hranicí mezi hrubozemí nebo skeletem a jemnozemí. Podrobnější členění obou skupin
v tabulce č. 7.
U jemnozemě rozlišuje Schönova stupnice 4 půdní frakce, a to:
1. veškerý jíl s velikostí zrn o průměru menším než 0,01 mm,
2. hrubý prach s velikostí zrn o průměru 0,01 až 0,05 mm,
3. práškový písek s velikostí zrn o průměru 0,05 až 0,10 mm,
4. písek s velikostí zrn o průměru 0,10 až 2,00 mm.
18 19
Tabulka č. 7 Velikost zrn půdních frakcí
Oddělování frakcí jemnozemě se děje
různými metodami, zpravidla sedimenta-
cí ve stojaté nebo proudící vodě pomocí
různých přístrojů, např. Kopeckého
plavícím přístrojem.
V laboratořích vybavených moderní pří-
strojovou technikou se rozděluje jemnozem
do 5 frakcí. Dosud vedená 1. frakce veške-
rého jílu se rozliší na jemný prach a fyzi-
kální jíl. Nejtěžší písčitá frakce se oddělí
pomocí ultrazvuku a zbývající čtyři sedi-
mentografem, a zatřídí pomocí křivek zrni-
tostního složení, které jsou na grafu č. 1.
Graf. č. 1. Zrnitostní křivky
3.3.3 CHARAKTERISTIKA PŮDNÍCH SKUPINA A PŮDNÍCH DRUHŮ
Pojem půdní skupiny není v půdoznalství jednoznačně vymezen. Podle obtížnosti při
obdělávání půd rozlišujeme půdy lehké, střední a těžké.
Půdní druh u hrubozemních půd je určen velikostí a procentickým zastoupením zrn.
U jemnozemních půd rozlišujeme půdní druhy podle procentického zastoupení jílové půdní frakce.
Balvanité a kamenité půdy vznikají z různých hornin a nacházejí se v členi-
tém terénu. Jsou vzdušné a propustné pro vodu, ale na svahu bývají někdy i zamokřené. Les
zde má zpravidla charakter kategorie lesa ochranného.
Šterkovité půdy mají zrna ostrohranná nebo ve tvaru oblázků. Podle umístění v te-
rénu a v závislosti na ročním období jsou suché nebo mokré. Jejich úrodnost souvisí s příměsí
jemnozemě a s vlhkostí.
18 19
Písčité půdy nacházíme na zvětralinách křemitých hornin nebo bývá matečným
substrátem křemitý písek jako mořská, jezerní a říční usazenina.