Atmosfera kot vir energije, ogljikovega dioksida in hranil Atmosfera kot stres (sevanje, toplota, mehanski dejavniki, onesnažila

Transcription

1 PROPADANJE GOZDOV- POMEMBEN DEJAVNIK PRI SANACIJI VIROV ONESNAŽENOSTI ZRAKA V SLOVENIJI IN EVROPI Franc BATIČ Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za agronomijo, Jamnikarjeva 101, 1000 Ljubljana Atmosfera kot vir energije, ogljikovega dioksida in hranil Atmosfera kot stres (sevanje, toplota, mehanski dejavniki, onesnažila

2 Zračna onesnažila Klasična : prah (saje), žveplov dioksid, dušikovi oksidi, HF Moderna : fotokemični smog (O 3, PAN), VOC, POP s

3 VPLIV ZRAČNIH ONESNAŽIL NA RASTLINE Splošno: SIMPTOMI: - zgodnji: akumulacija onesnažila, njegova presnova; vplivi na membrane, encime, dihanje, fotosintezo, sprememba v hormonskem stanju, delovanje rež, vedno več odzivov hkrati; akutne, kronične poškodbe - poznejši: vidne poškodbe, zmanjšano razmnoževanje, razširjenost,.. ŽVEPLOV DIOKSID - najstarejše onesnažilo zraka; vulkani, požari; dejavnosti človeka taljenje rud; izgorevanje fosilnih goriv; vstop v rastlino: r s SO2 = 0.84 r s CO2 torej ista pot; vpliv na reže: stimulacija odpiranja pri majhnih koncentracijah (cca 45 μg SO 2 m 3 ), zapiranje pri velikih (nad 1300 μg SO 2 m 3 ); vstop tudi preko kutikule; - apoplastna in simplastna pretvorba; apoplast: tvorba sulfita, oksidacija v sulfat (peroksidaze); v simplastu tvorba hidrogen sulfita -

4 v razmerju 96:3:1 med kloroplast, citosol in vakuolo (ph kloroplasta =cca 8!) kloroplastu: redukcija in tvorba S- aminokislin (cistein, metionin, glutationa, tiolov), če zmanjka C skeletov tvorba H 2 S in izločanje le tega (omejen obseg); druga možnost je oksidacija HSO 3- v sulfat ob tvorbi radikalov, ki poškodujejo klorofil, če ni zaščite (npr.sod); - drugi škodljivi učinek je kompeticija med SO 2 in CO 2 za vezavo pri RUBISCO; večja občutljivost C 3 kot C 4 rastlin (Miscanthus sinensis, Andropogon virginicus C 4 trave ob vulkanskih žrelih) -različna občutljivost različnih skupin rastlin; zelišča manj kot drevesa, iglavci bolj kot listavci, velika občutljivost lišajev in mahov odvisnost od oblike steljke in protoplazmatske odpornosti

5 FOTOOKSIDANTI Ozon (O 3 ), PAN (peroksi acetil-, -butil-, -benzil- nitrati); nastanek: fotokemične reakcije; mesta: dušikovi oksidi (NO 2, NO), VOC (alkani, aromatski ogljikovodiki); v naravi: iz VOC, ki jih izloča vegetacija (terpeni, izopreni (npr. pinen)), manj N 2 O, NO iz tal ); Vstop v rastlino: skozi reže, delno tudi skozi kutikulo (še bolj NOx) Načini delovanja: tvorba radikalov; poškodba membran, encimov, motnja transporta, splošna poškodovanost celice in motnja presnove, smrt Zaščita in simptomi: preprečitev vstopa (reže); razstrupljanje radikalov (SOD, katalaza peroksidaze), askorbinska kislina, glutation, tokoferol, flavonoidi, polifenoli, salicilna kilsina; stresni antioksidativni sindrom Specifična občutljivost: metuljnice (detelja, fižol, soja); tobak,

6 Občutljivost in poškodovanost rastlin sta odvisni: doze sprejetega onesnažila (koncentracija, trajanje, meteorološki dejavniki, oblika pokrajine) Rastline (zgradbe,življenjske oblike fenofaze, starosti, stanja, vrste onesnažila, okoljskih dejavnikov)

7 Nasplošno velja: Večja kot je starost in s tem možnost kopičenja onesnažila v listih, organih večja je občutljivost (enoletne kmetijske rastline so manj občutljive kot drevesa, najbolj občutljivi so na SO 2 lišaji, iglavci) Sposobnost omejevanja privzema onesnažila ali celo izogib stresu povečujejo odpornost; npr. zapiranje rež, debela kutikula, listopadnost, Sposobnost presnove onesnažila povečuje odpornost; npr. križnice in metuljnice so bolj odporne na SO 2, ker v normalni presnovi potrebujejo vež žvepla Učinki onesnažil so v določeni meri podobni, v določeni specifični, neposredni ali posredni, odvisni od vrste rastlin in medsebojnih interakcij- posploševanje je zato neprimerno

8 NAČINI DELOVANJA: A) Neposredno: primarna onesnažila v zračni fazi B) Neposredno: sekundarni polutanti, kisel dež, vpliv preko tal, klimatskih sprememb

9

10 Znanstveno preverjeni učinki depozicije kislih padavin in zračnih onesnažil na rastline: Neposredna strupenost za korenine, mikorize in mikrobne populacije v tleh zaradi mobilizacije kovin (kisel dež) Škodljivi vpliv dušika na mikorize (kisel dež, ozon) Povečano izpiranje hranil iz listov (kisel dež) Škodljivi vplivi na fotosintezo, dihanje, premeščanje asimilatov ter škodljiv vpliv na morfologijo (kisel dež, ozon, žveplov dioksid) Zapoznela prilagoditev na mraz v jeseni in prekinitev dormance pozimi, kar vodi v zimske poškodbe in izčrpavanje (kisel dež, ozon) Zmanjšana ali uničena sposobnost razmnoževanja in regeneracije (kisel dež, ozon) Povečana občutljivost na škodljivce (insekte in bolezni)(kisel dež, ozon)

11 UKREPI ZA ZMANJŠANJE ONESNAŽENOSTI ZRAKA: Sprejetje mednarodne konvencije (UN ECE in CEC) CLRTAP (Convention on Long-Range Transboundary Air Pollution), sprejeta 1979, začela veljati 1983) sprejetih 8 protokolov, ki zavezujejo vlade za kontrolo onesnaženja zraka: 1: EMEP (že ob podpisu in veljavnosti konvencije (The Cooperative Programme for Monitoring and Evaluation of the Long-range Transmission of Air Pollutants in Europe) 2: WGE (1981, Working Group on Effects): preučevanje učinkov onesnažil na zdravje ljudi in okolje ; 6 ICP + Task Force on Health Aspects of Air Pollution (WHO)

12 UKREPI,.. 4. Protocol on Nitrogen Oxides 1988 (zmanjšanje emisij N-onesnažil + uporaba najboljših tehnologij, ki delno že upošteva učinke, s tem, da uvede kritične obremenitve (critical loads concept), pod katerimi naj ne bi bilo škodljivih učinkov na ekosisteme, glede na znanje,..); sprejetje navodil (Manuals, ); harmonizacija 5: Protocol on Further Reduction of Sulphur Emissions 1994; prvi effects based protocol za kontrolo emisij zračnih onesnažil, upoštevaje za države specifične razmere in cilje; postavi nacionalne emisijske plafone, ki jih podpisnice morajo upoštevati (desulforizacija TEŠ!, problem TET in toplarne Ljubljana) 6: Gothenburg Protocol 1999, multi pollutant and multi effect protocol; protokol hkrati regulira acidifikacijo in evtrofikacijo ekositemov in troposferki ozon, s tem, da določa emisijske plafone za 4 najvažnejše skupine onesnažil: žveplove spojine, dušikove spojine(nox, NH4) in hlapne organske polutante (VOCs)

13 Ukrepi.. 7: Protocol on Heavy Metals 1998; prioritetno Cd, Pb in Hg, a tudi drugi, lokalno po potrebi; predvsem regulacija težkih kovin iz industrije, prometa, termolektrarn in sežigalnic 8: Protocol on Persistent Organic Pollutants (POPs) 1998 ;regulira emisije pesticidov, industrijskih kemikalij (npr PCBs) in snovi, ki se sproščajo ob sežigih in izgorevanjih goriv (npr. dioksini); posebej je obravnavanih 16 spojin; oba novejša protokola še ne bazirata na učinkih, a ta pristop je v razvoju effect based

14 Zakonsko določene imisijske koncentracije v Sloveniji: SO 2 NO 2 Dim O 3 MIV leto 50μg/m 3-50 μg/m 3 - MIV 24 ur 125 μg/m μg/m 3 65 μg/m 3 KIV 24ur 250 μg/m μg/m 3 MIV 1ura 350 μg/m μg/m μg/m 3 KIV 1ura 700 μg/m

15 KRITIČNE VREDNOSTI ZA OZON(Mapping Manual, UNECE, 2004) 1. izhajajoče iz koncentraciji O 3 (AOT40): - kmetijske rastline: CL= (AOT40) 3 ppm h v treh mesecih, učinek: zmanjšan pridelek - hortikulturne rastline: CL = (AOT40) 6 ppm h; 3,5 meseca, učinek: zmanjšan pridelek - polnaravna vegetacija (trajna travišča): CL =(AOT 40) 3 ppm h; 3 meseci ali rastna sezona; zmanjšana rast trajnic in zmanjšana rast in produkcija semen enoletnic - gozdna drevesa: CL= (AOT 40) 5 ppm h; rastna sezona, zmanjšana rast - VPD modificirana vrednost za kmetijske rastline: CL= AOT30 VPD 0.16 ppm h (predhodnih 8 dni; učinek:vidne poškodbe listov) 2. izhajajoč iz pretoka O 3 (AFy): - pšenica: CL= (AF st 6) 1 mmol m -2 PLA; obdobje:970 o C-dni ali 270 o C-dni pred sredino cvetenja ali 55 dni začenši 15 dni pred sredino cvetenja - krompir: CL= (AF st 6) 5 mmol m -2 PLA; obdobje: 1130 o C-dni začenši po vzniku ali 70 dni po vzniku; učinek: za obe poljščini je zmanjšanje pridelka

16

17

18

19 Sodelovanje Slovenije v WGE: UNECE ICP- Forest (Forest Focus) in ICP Vegetation; 2004 ICP-Waters UNECE ICP-Forest (The United Nations Economic Commission for Europe International Cooperative Programme on Effects of Air Pollution on Forests); ustanovljen v okviru WGE 1985 (Manuali 1986, 1989) in v okviru EU (CEC) 1987; prvo skupno poročilo 1992; sedaj Forest Focus; delno implementiran v evropski okoljski (in slovenski) zakonodaji UNECE ICP-Vegetation (The United Nations Economic Commission for Europe International Cooperative programme on Effects of Air Pollution on Natural Vegetation and Crops) je program, ki je bil ustanovljen leta 1987 znotraj WGE konvencije CLRTAP.

20 Propadanje gozdov in pomen aktivnosti v okviru ICP-Forest za zamanjšanje onesnaženja zraka Simptomi propadanja gozdov zaradi onesnaženega zraka se razlikujejo od klasičnih gozdarskih škod (klimatskih, zaradi škodljivcev in bolezni, zaradi spravila) Podobnost simptomov propadanja na velikih površinah z znanimi poškodbami vegetacije v bližini točkovnih virov zračnih onesnažil (ob topilnicah, termoelktrarnah,..) Pojav propadanja gozdov na velikih površinah, oddaljeno od znanih virov zračnega onesnaženja s hkratnim naraščanjem onesnaženosti zraka ekosistemski pomen gozdov - osnovni kopenski ekosistemi na velikem delu Zemlje in njihove funkcije Razvoj paradigme o trajnostnem razvoju človeške družbe gozdni ekosistem kot model in nenamenski vpliv onesnaženja zraka na gozdove kot posledica konfliktov v dejavnosti človeka

21

22 HIPOTEZE O VZROKIH PROPADANJA GOZDOV Hipoteza epidemije (Kandler; ovržena?) Hipoteza naravnega stresa (klima, talne razmere; Hipoteza neposrednega vpliva onesnaženega zraka (amonijeva, ozonova, žveplova hipoteza); Hipoteza zakisanja gozdnih tal Ekosistemska hipoteza (Ulrich, 1983) Multistres hipoteza (NAPAP, 1990; Fuehrer & Nopp, 2001)

23 POMEN ZRAČNIH ONESNAŽIL PRI PROPADANJU GOZDOV: Onesnažila kot predispozicijski dejavnik Onesnažila kot sprožilni dejavnik Onesnažila kot sodelujoči dejavnik (Manning & Skelly); enako kot pri hipotezah v odvisnosti od naravnih razmer in vrste in trajanja onesnaženja vse drži

24 Stanje propadanja gozdov v Sloveniji: Klasični emisijski centri (Žerjav, Zasavje, Celje, delno okolica Šoštanja- Zavodnje velja hipoteza direktnega vpliva onesnažil, hipoteza multiplega stresa) so delno sanirani Daljinski vnos onesnažil v kombinaciji z rastiščnimi razmerani in gojenjem gozdov ( Pohorje izpostavljene lege, manjše površine na občutljivih tleh drugod) je še vedno prisoten Naravni stresi,bolezni, onesnaženje kot predispozicija ali sodelujoči dejavnik (propadanje jelke še vedno ne povsem raziskano; propadanje hrastov) Več v predstavitvah predavateljev GIS, ERICo (ICP- Forest)

25 Ravni spremljanja in ugotavljanja škodljivih učinkov onesnaženega zraka na gozdove: Vidne poškodbe (sanitarne sečnje, spremljanje osutosti, razbarvanosti, motenj v razrasti,.. (ICP- Forest I) Biokemijske anatomske in fiziološke analize tkiv, organov; analize tal Meritve vnosa in iznosa snovi (onesnažil)- ekositemske raziskave (ICP-Forest II) Razvoj različnih metod bioindikacije (lišaji, glive, mahovi, divjad, različne skupine favne)

26 Preglednica 1: Prilagojene mejne vrednosti za razvrščanje vsebnosti žvepla v smrekovih iglicah tekočega letnika v razrede (KALAN s sod., 1995). Vsebnost žvepla v mg/g Razred tekoči letnik iglic enoletne iglice 1 do 0.97 do nad 1.58 nad 1.92 Preglednica 2: Mejne vrednosti za skupni razred vsebnosti žvepla v iglicah tekočega leta in v enoletnih iglicah (KALAN s sod., 1995) skupni razred vsebnosti žvepla vsota razredov vsebnosti žvepla enoletnih in dvoletnih iglic in in in 8

27

28 ŠALEŠKA DOLINA Relativno mlado industrijsko središče Lokalno onesnaženje Gradnja TEŠ-onesnaženje v večjem obsegu in večji vplivi na okolico Vrste onesnaženja: plini (SO 2, NOx, HF, CO, hlapni organski polutanti), kisel dež (ph<5,6), prašni delci

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42 vsebnost žvepla (%) 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 Javor Kljuc Kovk Marno Raven

43

44

45

46

47

48

49

50

51 Number of species/plot Area Median 25%-75% Non-Outlier Range Outliers Extremes Število epifitskih lišajskih vrst na enoto površine v 4 območjih Slovenije: 1-TNP; 2- Snežnik;3-Pohorje;4-Zasavje

52 no. of species no. of localities altitude (m) median for no. of species average for no. of species no. of localities Razporeditev lišajev glede na nadmorsko višino v Zasavju

53 60 Fagsyl Number of species/tree species/plot Area Median 25%-75% Non-Outlier Range Outliers Extremes Število epifitskih lišajskih vrst na bukvi (Fagus sylvatica)

54 60 Picabi Number of species/tree species/plot Area Median 25%-75% Non-Outlier Range Outliers Extremes Število epifitskih lišajskih vrst na smreki (Picea abies)

55 Število po IUCN kriterijih rangiranih epifitskih lišajskih vrst, ki jih najdemo na različnih območjih Slovenije, na najpogostejših drevesnih vrstah RE CR EN VU Julijske Alpe Snežnik Pohorje Zasavje

56

57

58

59

60

61

62

63

64

65

66

67

68 Stanje in trendi glede na aktivnosti CLRTAP A. Zdravje ljudi: po poročilu WHO (2002) je letno smrtnih primerov v Evropi povezanih z dolgotrajnim izpostavljenjem onesnaženemu zraku; problem so: 1. trdni delci (PM; Ø<2,5 μm); kardiovaskularni in respiratorni efekti; pomembna je tudi vsebnost težkih kovin v PM in PAHs; 2. ozone; ni trenda manjševanja;respiratorne bolezni; 3. težke kovine: Cd, Pb, Hg; trend zmanjševanja, ogrožene določene skupine in območja in depozicija v tleh iz prejšnjih obdobij; 4. POPs; identifikacija najpomembnejših, ki se razširjajo preko meja; stanje in trendi v okolju še niso dobro ugotovljeni

69 Stanje in trendi glede na aktivnosti CLRTAP A. Učinki onesnaženega zraka na ekosisteme: 1. Površinske vode: splošno izboljševanje stanja v EU in Sev. Ameriki, a le zmanjšanje na račun žveplovih spojin, evtrofikacija zaradi dušikovih spojin še ostaja problem; biološko okrevanje še ni popolno; problem so N-spojine 2.Gozdovi: onesnaženje zraka ima še vedno predispozicijsko, spremljajočo in ponekod še sprožilno vlogo pri propadanju (Multistres hipoteza); defoliacija in discoloracija (rezultati ICP-Forest I) kažeta spremenljive trende- vpliv naravnega stresa in onesnaženja, geografsko zelo variabilno, a pozitivni premiki tam, kjer so zmanjšali emisije S-spojin, ne takoj in ne v vseh segmentih ekosistema; problem ostajajo N-spojine in fotooksidanti, kjer ni trenda upadanja (rezultati ICP-Forest II)

70 STANJE IN TRENDI.. 3. Polnaravna vegetacija in kmetijske rastline (ICP-Vegetation); ozon in drugi fotooksidanti ostajajo problematični- ni trenda upadanja (izgube pridelkov, kvalitete, vpliv na biodiverziteto); enako ostajajo še naprej problem N-spojine evtrofikacija in negativni vplivi na biodiverziteto; vplivi okoljskih dejavnikov na učinke ozona (vodni režim); depozicija težkih kovin (Pb, Cd, Hg) upada (analiza depozicije v mahovih). a ne povsod enako.

71 STANJE IN TRENDI 4.Integriran monitoring ekosistemov (ICP- Integrated monitoring ), 21 mest v EU (nobeno v Sloveniji); študija dinamičnih procesov vnosa in iznosa zračnih onesnažil in analiza ekosistema z uporabo dinamičnega modeliranja; razumevanje zakisovanja evtrofikacije, kroženje hranil in njihovih učinkov na ekosisteme (akumulacija, sproščanje N, S-spojin, bazičnih kationov, protonov, razmerja); tla okrevajo od velikih depozicij S-spojin, a sproščanje sulfatov je še vedno večje kot je vnos (Zaloga iz preteklosti); problem ostaja evtrofikacija in zakisovanje na račun N-spojin; opazno je zakasnenje reakcije ekosistema zmanjšanju emisij; velikost zmanjšanja emisij je pomembenješa kot ciljno leto stanj

72 Stanje in trendi glede na aktivnosti CLRTAP C) Učinki zračnega onesnaženja na materiale :(Slovenija ne sodeluje) tehnični materiali (kovine, steklo, kamen,barve, električne napeljave,plastika) in kulturna dediščina: na 39 mestih je v obdobju % zmanjšanje korozije, na račun zmanjšanja S-emisij; problem ostaja multipolutantni učinek (N-spojine, fotooksidanti) in prašni delci; razlike med urbanimi in ruralnimi območji; učinek korozije zaradi zračnih onesnažil je tudi onesnaženje s kovinami (Zn, Cu)

73 Stanje in trendi glede na aktivnosti CLRTAP D. Modeliranje in kartiranje učinkov in rizikov zračnega onesnaženja Podatki EMEP-a in ICP jev tvorijo podatkovno bazo za modeliranje in kartiranje kritičnih obremenitev in prekoračitev onesnaženja, računanje trendov in rizikov na učinkih slonečih novih protokolov npr. Analiza prekoračitev onesnaženja je bila uporabljena za 1999 Gotheburg protokol. Uporaba protokola (nacionalnih emisijskih plafonov) kaže, da bo prekoračenje onesnaženja, velikost in geografski obseg, veliko manjše kot je bilo l. 1990, vendar velja to le za S-spojine, ne pa za N, kjer bodo prekoračenja še v večjem delu Evrope. Dinamična modeliranja prekoračitev na osnovi podatkov iz l. 2003/04 kažejo, da bodo prekoračitve ob implementaciji Gotenburškega protokola v prvem ciljnem letu, 2010, še vedno večja kot je bilo sprva predvideno ob postavitvi protokola l Vzrok je boljši EMEP depozicijski model in upoštevanje različne občutljivosti različnih ekosistemov. Pri modeliranju prekoračitev za ozon bo upoštevana interferenca vodnega režima, kar bo spremenilo začetne izračune prekoračitve v velikosti in geografskem obsegu. Modeliranje stanja in prekoračitev za težke kovine je še v povojih.

74 STANJE V SLOVENIJI PO SANACIJI EMISIJ Slovenija je ratificirala Gotenburški protokol (maj, 2005) Obveznosti ne izpolnjuje celoti (TET;.. Stanje okolja se izboljšuje, a primerjave s stanjem prej niso možne, ker ni podatkov za vse segmente, največ podatkov je o meritvah polutantov in iz programa ICP-Forest Manjka efekt-orientiranih aktivnosti raziskav, razen ICP-Forest ( svetla izjema je TEŠ in še nekatere druge, v zadnejm času vse redkejše okoljske raziskave) Še bolj kritičen je monitoring učinkov (predlogi za SNOP, a so bili sprejeti le kot deklaracije) Kljub ratifikaciji Gothenburškega protokola ne izvajamo za lastne potrebe programa ICP-M&M, da bi na osnovi lastnih vhodnih podatkov v bolj natančni mreži izračunali prekoračitve onesnaženja glede na tarčna leta. Znakov, dokazov izboljšanja stanja zaradi zmanjšanja emisij v TEŠ, TET, je veliko (meritve ARSO, slednje učinkov, podatki ICP-Forest, predstavitve na tej konferenci) Rešitev problemov, ki jih povzroča onesnaženje zraka je na daljši rok samo zmanjšanje emisije (boljša tehnologija, čistilne naprave, ukinitev umazane proizvodnje Onesnaženje okolja je lokalni in planetarni problem- za reševanje problema še vedno velja MISLI GLOBALNO, UKREPAJ LOKALNO, velja še posebej za področje onesnaženja zraka