Oddělení toků látek a energie

Motto

„Držíme prst na tepu ekosystémů.“

Studujeme základní fyziologické procesy, tedy fotosyntézu, respiraci (dýchání) a transpiraci (výdej vody rostlinami) v různých typech ekosystémů. Naším hlavním cílem je odhalit vliv probíhající klimatické změny na vitalitu ekosystémů a jejich schopnost poutat vzdušný uhlík a také modelovat jejich budoucí vývoj. Tyto procesy sledujeme nepřetržitě „online“ na úrovni jednotlivých stromů až po úroveň ekosystémů.  Zjišťujeme takto okamžitý stav rostlin, potažmo ekosystému a jak strom nebo ekosystém reaguje na změny prostředí, ať už se jedná o běžné změny počasí nebo o vlivy změny klimatu, jako jsou např. extrémní teploty, sucho nebo naopak přívalové srážky, případně narušení ekosystému – např. napadení kůrovcem.

Hlavní metodou, kterou používáme, je tzv. eddy-kovariance, při které jsou nad ekosystémem 20x za sekundu měřeny pohyby vzduchu (vzduchové víry) a koncentrace studovaných látek – skleníkových plynů (zejména CO₂, vodní pára, na vybraných ekosystémech pak také CH₄ a N₂O). Z těchto dat jsou počítány toky uvedených látek mezi ekosystémem a atmosférou. Měření probíhá nepřetržitě 24 hod denně, 365 dní v roce. Můžeme tedy s nadsázkou říct, že již po mnoho let „držíme prst na tepu ekosystémů“. Podobně měříme řadu dalších důležitých parametrů (hodnoty meteorologických prvků, informace o přírůstu biomasy apod.). Pro doplňující měření jsme vyvinuli vlastní měřicí systémy – automatické komorové systémy pro sledování výdeje CO₂, případně CH₄ z půdy, kmenů, či mokřadního a lučního ekosystému.

Výzkum uskutečňujeme v unikátní síti ekosystémových stanic CzeCOS, která pokrývá základní typy ekosystémů vyskytujících se na území ČR (zemědělské, lesní, luční a mokřadní ekosystémy). Vybrané stanice sítě CzeCOS jsou také součástí prestižní výzkumné infrastruktury celoevropského významu ICOS (Integrated Carbon Observation System – Jednotný systém sledování uhlíku), jejíž jsme zakládajícím členem a významným spoluautorem jednotných metodických postupů. Tato evropská výzkumná infrastruktura dosáhla prestižního statutu ERIC (European Research Infrastructure Consortium – Evropské konsorcium pro výzkumnou infrastrukturu).

Vzhledem ke globálnímu vlivu klimatické změny na ekosystémy a z toho vyplývající nutnosti mezinárodní spolupráce, jsme naše zkušenosti využili, ve spolupráci s místními univerzitami, k vybudování ekosystémové stanice ve Vietnamu (agroekosystém – rýžové pole) a v Ghaně (tropický les). Data z našich stanic sdílíme s celou vědeckou komunitou v rámci open access principu přes volně dostupné databáze, např. FLUXNET, DEIMS-SDR.

 

Klíčová slova

Skleníkové plyny, CO₂, CH₄, N₂O, uhlíkový cyklus, primární produkce, fotosyntéza, respirace půdy, respirace biomasy, respirace ekosystému, sekvestrace uhlíku, eddy-kovariance (vírová kovariance); komorová měření, modelování toků uhlíku, dopady klimatické změny.

Hlavní činnost oddělení:

• snaha o hlubší poznání dynamiky cyklu uhlíku v jednotlivých ekosystémech a nalezení možností vedoucích ke zmírnění klimatické změny zvýšenou schopností terestrických ekosystémů poutat a ukládat uhlík z atmosféry  v biomase rostlin, především stromů, a to za současných i budoucích klimatických podmínek
• studium vodního provozu ekosystémů se zaměřením na lesní ekosystémy a jejich schopnosti odolávat stresu suchem
• dlouhodobý precizní monitoring skleníkových plynů a meteorologických prvků, který je základem pro analýzy dopadů klimatické změny na terestrické ekosystémy a jejich produkční aktivitu v různých prostorových měřítkách
• modelové odhady budoucího vývoje terestrických ekosystémů
• inovace metod pro sledování toků skleníkových plynů a energie mezi ekosystémy a atmosférou

 

 Vybrané publikace:

Kowalska, Natalia; Šigut, Ladislav; Stojanović, M.; Fischer, Milan; Kyselová, Ina; Pavelka, Marian: Analysis of floodplain forest sensitivity to drought (in printing). Philosophical Transactions of the Royal Society B 1(1): 1-1, Article number 1, 2020.

Dařenová, Eva; Čater, M.: Effect of spatial scale and harvest on heterogeneity of forest floor CO2 efflux in a sessile oak forest. Catena 188: Article number 104455, 2020

Acosta, Manuel; Dušek Jiří; Chamizo S.; Serrano-Ortiz P.; Pavelka Marian: Autumnal fluxes of CH₄ and CO₂ from Mediterranean reed wetland based on eddy covariance and chamber methods. Catena. 2019 (183) 104191.

Crabbe, Richard A.; Janouš, Dalibor; Dařenová, Eva; Pavelka, Marian: Exploring the potential of LANDSAT-8 for estimation of forest soil CO₂ efflux. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation. 2019, 77(May), 42-52. ISSN 0303-2434

Dařenová, Eva; Szatniewska, Justyna; Acosta, Manuel; Pavelka, Marian: Variability of stem CO₂ efflux response to temperature over the diel period. Tree Physiology. 2019, 39(5), 877-887. ISSN 0829-318X

McGloin, Ryan; Šigut, Ladislav; Fischer, Milan; Foltýnová, Lenka; Chawla, Shilpy; Trnka, M., Pavelka, Marian; Marek, M. V.: Available Energy Partitioning During Drought at Two Norway Spruce Forests and a European Beech Forest in Central Europe. Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 2019, 124(7), 3726-3742. ISSN 2169-897X

Acosta, Manuel; Dařenová, Eva; Foltýnová, Lenka; Pavelka, Marian: Seasonal and inter-annual variability of soil CO₂ efflux in a Norway spruce forest over an eight-year study. Agricultural and Forest Meteorology. 2018, 256(jun), 93-103. ISSN 0168-1923

Dařenová, Eva; Acosta, Manuel; Pokorný, R., Pavelka, Marian: Variability in temperature dependence of stem CO₂ efflux from Norway spruce trees. Tree Physiology. 2018, 38(9), 1333-1344. ISSN 0829-318X

Dušek, Jiří; Acosta, Manuel; Stellner, Stanislav; Šigut, Ladislav: Consumption of atmospheric methane by soil in a lowland broadleaf mixed forest. Plant, Soil and Environment. 2018, 64(8), 400-406. ISSN 1214-1178

Pavelka, Marian; Acosta, Manuel; Kiese, R., Altimir, N., Brümmer, C., Crill, P., Dařenová, Eva, Fuß, R., Gielen, B., Graf, A., Klemedtsson, L., Lohila, A., Longdoz, B., Lindroth, A., Nilsson, M., Maraňón Jiménez, S., Merbold, L., Montagnani, L., Peichl, M., Pihlatie, M., Pumpanen, J., Serrano Oritz, P., Silvennoinen, H., Skiba, U., Vestin, P., Weslien, P., Janouš, Dalibor, Kutsch, W. Standardisation of chamber technique for CO₂, N₂O and CH₄ fluxes measurements from terrestrial ecosystems. International Agrophysics. 2018, 32(4), 569-587. ISSN 0236-8722 

McGloin, Ryan; Šigut, Ladislav; Havránková, Kateřina; Dušek, Jiří; Pavelka, Marian; Sedlák, Pavel: Energy balance closure at a variety of ecosystems in Central Europe with contrasting topographies. Agricultural and Forest Meteorology. 2018, 248(jan), 418-431. ISSN 0168-1923

Acosta, Manuel; Juszczak, R., Chojnicki, B. H., Pavelka, Marian; Havránková, Kateřina; Leśny, J., Foltýnová, Lenka; Urbaniak, M., Macháčová, Kateřina, Olejnik, Janusz: CO₂ Fluxes from Different Vegetation Communities on a Peatland Ecosystem. Wetlands. 2017, 37(3), 423-435. ISSN 0277-5212

Acosta, Manuel; Dařenová, Eva; Dušek, Jiří; Pavelka, Marian: Soil carbon dioxide fluxes in a mixed floodplain forest in the Czech Republic. European Journal of Soil Biology. 2017, 82(SEP), 35-42. ISSN 1164-5563

Dařenová, Eva; Holub, Petr, Foltýnová, Lenka; Pavelka, Marian: Effect of repeated spring drought and summer heavy rain on managed grassland biomass production and CO₂ efflux. Journal of Plant Ecology. 2017, 10(3), 475-485. ISSN 1752-9921

Dušek, Jiří; Hudecová, S., Stellner, Stanislav: Extreme precipitation and long-term precipitation changes in a Central European sedge-grass marsh in the context of flood occurrence. Hydrological Sciences Journal. 2017, 62(11), 1796-1808. ISSN 0262-6667

Foltýnová, Lenka; Marková, I., Havránková, Kateřina; Pokorný, Radek, Urban, Otmar, Šigut, Ladislav; Pavelka, Marian; Cienciala, E., Marek, M. V.: Comparison of different approaches of radiation use efficiency of biomass formation estimation in Mountain Norway spruce. Trees: structure and function. 2017, 31(1), 325-337. ISSN 0931-1890

Fotogalerie