Ekologie sudetských vrchovišť

Mgr. Martin Jiroušek, Ph.D.

Doctoral thesis

Ecology of Bogs in the Sudetes Mts

Abstract:

Vrchoviště jsou ve střední Evropě vzácným biotopem, poskytujícím útočiště mnohým vzácným a ohroženým organismům. Soustava pohoří Sudetské (Krkonošsko-Jesenické) soustavy je dodnes zatížena vysokým atmosférickým znečištěním, především depozicemi dusíku. V oblastech s dlouhodobě vysokými depozicemi dusíku pak dochází k přesycení prostředí vrchovišť (povrchové vody, rašeliny) tímto prvkem, což často vede ke změnám v druhovém složení vrchovištní vegetace a následně i urychlení rozkladu rašeliny a s tím spojeným vyšším únikům uhlíku do atmosféry. Většina studií zabývajících se problematikou vlivu atmosférických depozic dusíku na ekologii vrchovišť pochází ze Severní Ameriky a Fennoskandie, často z oblastí s výrazně nižší úrovní depozice dusíku než je tomu v pohořích Sudetské soustavy. Naproti tomu, vysoké depozice dusíku se sice vyskytují v západní Evropě, zde má však oceanické klima za následek vznik odlišných typů vegetace vrchovišť, než je tomu v subkontinentální střední Evropě.Na gradientu úrovně depozice dusíku od 1 do 2,5g m-2 rok-1 jsme studovali stechiometrie v hlavičkách rašeliníků. Zjistili jsme, že i přes vysoké depozice je dusík pro rostliny ve většině vrchovišť limitující živinou. Důvodem je relativně vysoká koncentrace ostatních živin (fosforu a draslíku), zapříčiněné subkontinentálním klimatem podporujícím dekompozici a mineralizaci živin a místy snad i leteckým vápněním. Vyšší dostupnost živin mohou lépe využívat na živiny náročnější a rychleji rostoucí druhy rašeliníků, jako např. Sphagnum fallax, což jsme nezávisle na sobě zjistili z koncentrací živin v pletivech rašeliníků, ze vztahu živinových poměrů k depozici dusíku pro jednotlivé sekce, i použitím iontoměničových sond v porostech jednotlivých druhů. Pomocí dekompozičního transplantačního experimentu jsme zjistili, že v rámci dusíkem silně zatížených sudetských vrchovišť pro rozklad biomasy rašeliníků nehraje roli původ materiálu (ovlivňující chemické složení rozkládaného materiálu) ani místo inkubace (tj. lokální podmínky prostředí a lokální složení společenstev mikroorganismů). Nehledě na posledně zmíněné faktory se hůře rozkládala biomasa druhu S. magellanicum než druhů S. fallax a S. russowii/rubellum. Porovnáním frekvence druhu S. magellanicum na trvalých plochách v Jeseníkách jsme dále zjistili úbytek frekvence tohoto druhu z 40% ploch v roce 1991 na pouhých 7% v roce 2008 a mírný nárůst frekvence druhů ze sekce Cuspidata a druhu S. russowii ve šlencích. Druhová výměna vrchovištních druhů rašeliníků za druhy minerotrofních rašelinišť, které jsou kompetičně silnější a mají lépe rozložitelná pletiva, tak může mít v budoucnu za následek rychlejší rozklad rašeliny a větší uvolňování uhlíku do atmosféry. Ze srovnání trvalých ploch z let 1991 a 2005/2008 dále vyplývá, že přes vysoké depozice dusíku v území nedošlo k signifikantním rozdílům v celkovém druhovém složení vegetace. Signifikantní výsledky jsme však dostali při srovnání s druhovým složením zaznamenaným ve 40. letech 20. století v Jeseníkách a v 80. letech 20. století v Jizerských horách. Na stejných trvalých plochách byla studována rychlost reakce jednotlivých skupin organismů (cévnaté rostliny, mechorosty, rozsivky a krytenky) na měnící se úroveň hladiny vody a chemismus vrchovišť. Zjistili jsme, že krátkověké, rychle se šířící a množící mikroorganismy (rozsivky a krytenky), rychleji svým druhovým složením odrážejí měnící se podmínky prostředí. Naproti tomu cévnaté rostliny a mechorosty dokážou dlouhodobě překonávat četné výkyvy kvality prostředí a pro vysvětlení variability v jejich druhovém složení je vho

Abstract:

dnější použití dlouhodobých průměrů spíše než jednorázových měření.

Abstract:

Bogs belong to the rarest habitats in Central Europe and act as refuges for many rare and endangered organisms. The Sudetes Mountains are nowadays still highly polluted by atmospheric deposition, especially by nitrogen. In areas with high long-term deposition load, the oversaturation of the nitrogen in the bog environment (surface water, peat) often leads to changes in species composition of the bog vegetation and consequently higher decomposition of peat, associated with higher release of carbon into the atmosphere. In this thesis, I have studied the stoichiometry of Sphagnum capitula on the gradient of nitrogen deposition load from 1 to 2.5 g m-2 year-1. We found that despite the high N deposition, Sphagnum mosses from most of the Central European bogs seem to be still N-limited due to better availability of phosphorus and potassium caused probably by the subcontinental climatic conditions and aerial limed. Increased nutrient availability can be better utilized by the faster-growing, more nutrient-demanding Sphagnum species such as S. fallax. We have confirmed this prediction by nutrient concentration patterns in Sphagnum tissues, relationship between nutrient ratios and N deposition load, and application of the ion exchange resins into the microhabitats formed by particular Sphagnum species. Using decomposition transplantation experiment, we found that among the N-polluted bogs of the Sudetes Mts, neither origin of the material (affecting the chemical composition of decaying material), nor locality of incubation (i.e. local environmental conditions and local composition of microbial communities) affect differences in decay of Sphagnum biomass. Notwithstanding the latter factors, the biomass of S. magellanicum decayed more slowly than that of the S. fallax and S. russowii/rubellum. By comparing the frequency of S. magellanicum on permanent plots in the Jeseníky Mts we also found a decreasing frequency of this species from 40% in year 1991 to just 7% in 2008, and a slight increase in the frequency of species from the Cuspidata section and frequency of S. russowii in hollows. The replacement of bog Sphagnum species by the minerotrophic ones, which are competitively stronger and have more degradable tissues, may result in higher decomposition of peat and increasing carbon release into the atmosphere in the future. Comparison of species composition of permanent plots between 1991 and 2005/2008 showed that the total species composition had not significantly changed despite high nitrogen deposition load in the Sudetes Mts. Significant results were however received, when the recent species composition were compared to historical data from the 1940s (Jeseníky Mts) and 1980s (Jizera Mts). At the same permanent plots, we have studied response of different bog assemblages (vascular plants, bryophytes, diatoms and testate amoebae) to water levels and water chemistry. All four taxonomic groups responded to a natural gradient of water level. Further, we found that species composition of short-lived, fast-growing and reproducing microorganisms (diatoms and testate amoebae), better reflect the newly created environmental gradients. In contrast, vascular plants and bryophytes are able to overcome the numerous fluctuations of the environment and for patterns in species composition, some water-chemistry variables have been revealed only using long-term averages.

Keywords

atmosférické znečištění, cévnaté rostliny, chemismus vody, dekompozice, dlouhodobý monitoring, dusík, faktory určující druhové složení, krytenky, mechorosty, pH, rašelina, rašeliník, rozsivky, vlhkostní gradient, změna životního prostředí, změny v druhovém složení, živinová stechiometrie, atmospheric pollution, bryophytes, changes in species composition, decomposition, determinants of species composition, diatoms, environmental change, long-term monitoring, moisture gradient, nitrogen, nutrient stoichiometry, peat, Sphagnum, testate amoebae, vascular plants, water chemistry

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 16. 10. 2012

Thesis defence

• Date of defence: 19. 12. 2012
• Supervisor: doc. Mgr. Michal Hájek, Ph.D.
• Reader: Mgr. Tomáš Hájek, Ph.D., Dr. Bjorn Robroek

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biology (4-years) / Botany