246 Vesmír 86, duben 2007 | http://www.vesmir.cz http://www.vesmir.cz | Vesmír 86, duben 2007 247

lor do lesního ekosystému vstupu-je jednak ze zdrojů přírodního původu, tj. srážkami z oceánů

(viz Vesmír 72, 368, 1993/7), jednak ze zdrojů vytvořených člověkem, které jsou však s oceány nesouměřitelné. Kromě srážek zachycují koru-ny stromů i rozptýlené částice sloučenin chlo-ru. Z průmyslových emisí byly v lesním eko-systému zjištěny těkavé chlorované uhlovodíky s krátkým řetězcem, používané vesměs jako rozpouštědla, a někdy plynný chlor, chlornan a chlorovodík. Málo známé je, že látky jako me-thylchlorid, chloroform nebo tetrachlorethen vznikají také v přírodě, stejně jako chloroctové kyseliny a blíže nedefinované látky označované AOX (adsorbovatelné organohalogeny).

Lesní vegetace vstřebává chlor nebo jeho sloučeniny kutikulou. Část jich přechází do

Sůl nad zlato,HANA UHLÍŘOVÁMIROSLAV MATUCHARADEK NOVOTNÝ

Chlor v lesním ekosystému

půdy, odkud se prostřednictvím kořenů do-stanou do rostliny a ukládají se hlavně v lis-tech jako chlorid či rozpustná organická sloučenina. V půdě se za přispění mikroor-ganizmů odehrává řada biochemických re-akcí, při kterých vzniká například chloro-form ad.

Samostatnou kapitolou průniku chloru do lesního ekosystému jsou dnes posypové soli, které se používají k údržbě vozovek ve statisí-cích tun za rok. Krom toho, že chlorid ohro-žuje vegetaci u silnic, reaguje s půdou a ovliv-ňuje například kvalitu spodních vod.

Chlor patří mezi nejrozšířenější prvky na zemském povrchu a jeho úloha v živé přírodě bývá srovnávána s úlohou fosforu. Začátkem osmdesátých let 20. století, kdy pomalu ustá-valy emise oxidu siřičitého, se začaly zkoumat další příčiny úhynu evropských jehličnatých lesů. V jehličí poškozených smrků v Černém lese v Bádensku-Würtenbersku se našel zvý-šený obsah chloru a kyselina trichloroctová,

Nahoře: Plynný chlor se pohybuje nejčastěji při zemi, kde zanechává na bylinném a keřovém patře stopy v podobě vybělených listů. Světlé chlorózy postupují od okrajů ke středu listů a postupně přecházejí v hně-davé nekrózy.Uprostřed: Obvyklý obrázek poškozeného lesního porostu u solené silnice (Jarošov nad Nežárkou, pod-zim 2004). Při jarním tání se do lesních porostů dosta-ne nejvíce soli, která způsobí zreznutí jehličí. Během léta většina rezavého jehličí opadá a na podzim vidí-me soušky prostřídané s poměrně zdravými smrky, ke kterým se tolik soli nedostalo.Dole: Viditelné příznaky poškození zasolením na zbylém nejmladším jehličí smrku ztepilého. Část jeh-ličí už opadala. Zbylé jehličí, v němž se nahromadilo množství chloru i sodíku, usychá a opadává.

Ch

ale ne v lesních porostech podél silnic

246 Vesmír 86, duben 2007 | http://www.vesmir.cz http://www.vesmir.cz | Vesmír 86, duben 2007 247

která rostlinám škodí (dlouho se používala k hubení plevelů). Později se ukázalo, že ji lze najít téměř všude – v rostlinách, atmosfé-ře, vodách, půdě. Zjistilo se, že vzniká foto-oxidací chlorovaných uhlovodíků, jako jsou v atmosféře perchlorethylen a methylchloro-form. Po rozvoji citlivých analytických metod se tyto látky začaly v ovzduší sledovat ve vět-ším měřítku, průzkum financovalo kupříkla-du Sdružení výrobců chlorovaných rozpouš-tědel, a to pro vytvářenou legislativu EU. Koncem devadesátých let však byla kyselina trichloroctová zjištěna i v místech, na která se těžko mohla dostat působením člověka, na-příklad ve vrstvě antarktického ledu ze sedm-náctého století. Další organické látky obsahu-jící chlor byly nalezeny v lesní půdě. Proto se začal studovat cyklus chloru v lesním ekosys-tému, zjišťovaly se škody na vegetaci spojené se zimním solením silnic.

Přirozená koncentrace chloru v ovzduší je nízká, kolísá mezi 0,1–55 µg.m–3. Výraz-ně vyšší koncentrace než ve vnitrozemí jsou při mořském pobřeží. Na horské svahy v zá-padním Norsku spadne ročně až několik set kilogramů chloridu sodného na hektar za rok, zatímco u nás je to asi o dva řády mé-ně. Chlor a jeho sloučeniny pocházejí také ze sopečných výbuchů nebo z přírodních požá-rů. K nejdůležitějším zdrojům, za něž je od-povědný člověk, patří spalování uhlí, výroba polyvinylchloridu, průmyslové bělení papíru a tkanin, dezinfekce vody, některé skládkova-né odpady a spalování komunálních odpadů. Občas je možné zaznamenat místní zvýšení obsahu chloru nad přirozenou hladinu v oko-lí plaveckých bazénů a úpraven pitné vody, častěji u celulózek a papíren. Nejvíce chloru přichází do lesních ekosystémů se srážko-vou vodou nebo s pevnými částicemi ve for-mě chloridu, které ulpívají na povrchu listů či jehlic a srážkovou vodou jsou smývány do půdy. Vliv korun stromů na obsah chloridů v podkorunových srážkách je poměrně ma-lý. Ve srážkách jsou také přítomny dobře roz-pustné organické chlorované látky, nejčastěji organické kyseliny.

Studium chlorovaných organických slou-čenin v životním prostředí bylo odstartová-no úhynem smrku ztepilého v Černém lese, borových lesů okolo Berlína a následně le-sů v Rakousku, Finsku a Skotsku. Výzkum se zprvu soustředil na kyselinu trichloro-ctovou, její výskyt, původ, příjem, a hlav-ně na její účinky. Nejdříve byla prokázána atmosférická fotooxidace perchloretylenu a trichloretylenu a ještě před účinností Mon-trealského protokolu i methylchloroformu, ale poněvadž nebylo možné nalézt nějaký vztah mezi obsahem kyseliny trichloroctové v jehličí a v atmosféře, začaly se hledat i jiné zdroje.

Fyzikálně-chemické vlastnosti kyseliny trichloroctové, zejména její vysoká rozpust-nost ve vodě, ji výrazně odlišují od chlorderi-vátů uhlovodíků, tj. původních znečišťujících látek, a podstatně rozšiřují možnosti jejích účinků na jednotlivé složky lesních ekosysté-mů. Na rozdíl od vysoce lipofilních těkavých

chlorovaných uhlovodíků se nehromadí v lis-tové kutikule, ale je přijímána kořeny přímo z půdy a putuje do listů či jehlic, kde se uklá-dá. Zjištěn byl i příjem kůrou. Tato kyselina brání růstu, vyvolává chlorózu listů, morfo-logické změny i změny povrchové ochranné voskové vrstvy.

V jehličí smrků byla kyselina trichlorocto-vá nalezena v koncentracích od několika jed-notek až po 200 ppb (parts per billion), a to i v České republice. Nejrychleji je přijímána kořeny z půdy do nejmladšího jehličí. S le-ty se v jehličí hromadí. Vzájemný vztah mezi údaji o koncentracích kyseliny trichloroctové v listech a údaji o zdravotním stavu stromů prozradil, že obsahy kyseliny trichlorocto-vé nad 100 ng.g–1 představují již významnou zátěž.

Kyselinu trichloroctovou značenou radio-aktivním uhlíkem 14 jsme použili k zalévá-ní sazenic smrku v koncentraci jen o málo vyšší, než jaká byla stanovena v půdní vodě z poškozeného lesa. Po několika hodinách se začala kyselina trichloroctová hromadit v jehlicích, kdežto v půdě byla působením mikrobů postupně odbourávána (nejrychleji při průměrné vlhkosti – nízká i vysoká vlh-kost proces zpomalovaly). Některé mikroor-ganizmy působí i na povrchu jehlic. Mikrobi-ální rozklad tedy ovlivňuje celý systém smrku ztepilého a půdy. V některých případech bylo v půdě, zejména zamokřené, nalezeno až 300 ppb kyseliny trichloroctové. Po delším pátrá-ní se podařilo prokázat, že kyseliny dichloro-ctová a trichloroctová vznikají enzymatickou chlorací půdní organické hmoty, pravděpo-dobně především huminových látek a fulvo-kyselin.

Kromě kyselin dichloroctové a trichloroc-tové vzniká při vyšším pH půdy také chloro-form. V lesní půdě jsou ovšem přítomny i dal-ší „adsorbovatelné organohalogeny“, jejichž povaha není zatím známa. Předpokládá se, že převažují chlorované huminové látky. Je pravděpodobné, že v půdě dochází i k deha-logenaci, takže na chloraci se můžeme dívat jako na důležitý ekologický proces rozkladu organické hmoty a zároveň jako na součást koloběhu chloru v lesním ekosystému. Uve-dené pochody se dále studují zejména pomo-cí radioaktivního chloru 36.

Nedávno bylo pomocí radioaktivního uhlí-ku 14 prokázáno, že kyselina trichloroctová vzniká i biooxidací perchloretylenu, tj. zne-čišťující látky, která pronikne kutikulou a do-stane se až do chloroplastů, kde poškodí fo-tosyntetický aparát. Kyselina trichloroctová spolu s dalšími faktory tedy ovlivňuje zdra-votní stav evropských lesů.

Nejagresivněji působí na vegetaci chlor ja-ko plyn. Při haváriích v průmyslu sice unikne zřídka, přesto i v posledních letech bylo mož-no pozorovat jeho účinky na vegetaci přímo v terénu. Viditelné příznaky poškození lesní vegetace bývají pozorovány již při koncent-racích 0,5–3 mg Cl2.m–3. Poškození závisí na druhu dřeviny, na délce expozice, na momen-tální úrovni vodivosti průduchů aj. Plynný chlor reaguje s vodou a tvoří kyselinu chlo-

Ing. Hana Uhlířová, CSc., (*1946) vystudovala Vysokou školu chemicko-technologickou v Praze. Ve Výzkumném ústavu lesního hospodářství a myslivosti se na pracovišti v Jílovišti-Strnadech zabývá vlivem cizorodých látek z prostředí na stav lesních ekosystémů, zejména sleduje poškození lesních dřevin imisemi.

Ing. Miroslav Matucha, CSc., (*1937) vystudoval Vysokou školu chemicko-technologickou v Praze. V izotopové laboratoři Ústavu experimentální botaniky AV ČR se zabývá zejména dekarboxylací trichloroctové kyseliny v environmentálních studiích s využitím izotopů uhlíku 14 a chloru 36.

Ing. Radek Novotný (*1976) vystudoval lesnictví na České zemědělské univerzitě v Praze. Ve Výzkumném ústavu lesního hospodářství a myslivosti se na pracovišti v Jílovišti-Strnadech zabývá příčinami poškození lesních porostů působením imisí a nápravnými opatřeními.

ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ

248 Vesmír 86, duben 2007 | http://www.vesmir.cz

rovodíkovou a chlornou, která se v průmyslu využívá jako bělidlo. Také příznaky poškoze-ní na jehličí a listech můžeme charakterizovat jako vybělení, které postupně přechází v hně-davé až oranžovohnědé skvrny, charakteris-tické pro odumřelou tkáň.

Naše poznatky se shodují s poznatky ze za-hraničních výzkumů, podle nichž chlor a ky-selina chlorná škodí rostlinám mnohem více než chlorovodík. Nedávné výsledky terénních šetření po úniku chloru a výsledky pokusů s vybraným sortimentem sazenic lesních dře-vin ukázaly, že na nízké koncentrace chloru je velmi citlivý topol osika. Již po dvouhodino-vém vystavení sazenic směsi chloru se vzdu-chem (o koncentraci 0,5 mg Cl2.m–3) se vytvo-řily tmavé skvrny na listech ve spodní části korunek a nekróza se rychle šířila dále. Jehli-ce borovice lesní a smrku ztepilého se zpočát-ku jen mírně odbarvily v důsledku odbourá-vání chlorofylu, ale při koncentraci zvýšené na maximum (při krátkodobém zahalení do mlhy chloru) se během několika minut vyvi-nula nekróza oranžovohnědé barvy. V listech a jehličí se hromadily jednotky až desítky mg Cl.g–1, přičemž se běžně vyskytují desetiny mg.g–1. Pletivo rychle odumřelo, pupeny ztra-tily vitalitu, u borovice jich přežilo pouze 5 % a u smrku 11 %.

Mikroskopické vyšetření odumřelých částí ukazuje rozsáhlou dezintegraci buněk s de-formací buněčných organel. Obsah chloru v listech se zvyšuje. Při akutním typu po-škození vykazují listy nebo jehlice rozsáhlej-ší viditelné příznaky, ale nepřijmou mnoho chloru. Naopak při dlouhodobém vystavení nižším koncentracím se chlor v jehličí může hromadit do vysokých koncentrací. Potom se z listových orgánů vymývá nesnadno, na rozdíl například od důležitých živin (draslí-ku a hořčíku).

Značné množství chloru se do lesního pro-středí dostává při zimním solení vozovek. Po-sypové soli (nejčastěji chlorid sodný, někdy ve směsi s chloridem vápenatým nebo drasel-ným) se používají v České republice a v celé severní polovině Evropy ve statisících tun za rok. Údaje z USA nebo Kanady uvádějí roč-ní hodnoty přes deset milionů tun. Na našich dálnicích se jako posyp použije za každou zimní sezonu zhruba kilogram soli na metr plochy.

Solná břečka odstřikuje na okolní stromy a větrem je solný aerosol rozptylován hlou-běji do porostů. Zasolení obvykle postihuje okraje porostů a podle tvaru terénu je růz-ně prostorově omezeno. Nejzávažnější po-škození způsobí solný roztok, který odtéká z odvodňovacích příkopů hluboko do lesa. Nahromadění chloridu v listech způsobené solením bývá vysoké. Přirozený obsah chlori-dových iontů v půdě obvykle nepřesahuje 30–50 mg Cl.kg–1 vysušené půdy. Při zvýšeném obsahu se chloridové ionty ve větší míře uvol-ňují do půdního roztoku, rostliny je přijímají kořeny a ukládají je v listech. Zvýšená slanost půdních roztoků potlačuje růst kořenů a zvy-šuje kořenovou respiraci.

Nadměrné solení může v půdě způsobit velké problémy. Z lehkých písčitých a hli-nitopísčitých půd se soli dešťovými srážka-mi vymývají do spodních vod, ale mnohem horší situace nastává po opakovaném solení na málo propustných jílovitých půdách ne-bo půdách ovlivněných vysokou hladinou spodní vody. V takových případech může slanost ovlivnit půdní strukturu a mikro-flóru (viz Vesmír 83, 620, 2004/11). Po mno-ha experimentech se zvýšenou slaností pů-dy a zvýšeným obsahem chloridových iontů v listech se ukázalo, že například borovice černá, akát a dub jsou velmi odolné, kdežto smrk ztepilý, borovice lesní a modřín patří k nejcitlivějším. Odolné dřeviny se také vy-sazují podél silnic, kde se v zimních měsí-cích používají k rozmrazování posypové soli na bázi chloridů. Často však silnice prochá-zí lesním celkem, který může být zasolením vážně poškozen.

Chlor má sice důležitou roli v živých buň-kách, ale ve vyšších koncentracích je pro vět-šinu rostlin toxický. Především působením půdních mikroorganizmů se původní formy chloru změní v jiné (chloroform, chloridy aj.), které se podílejí na rozkladu půdní organic-ké hmoty a při vyšší koncentraci mohou sni-žovat kvalitu lesního prostředí i kvalitu vody odtékající z lesa do zdrojů pitné vody. Ö

Přehled účinků a role chloru v lesním ekosystému je výsledkem mnohaletých výzkumných a expertních projektů, které v České republice řeší VÚLHM za podpory Ministerstva zemědělství. Studium role chloroctových kyselin a chloru v lesních ekosystémech bylo podporováno granty GA ČR 522/99/1465, 522/02/0874 a 526/05/0636. Pokusy s plynným chlorem provedené ve spolupráci s Fakultou technologie ochrany prostředí VŠCHT v Praze byly uskutečněny díky podpoře ČIŽP OI Praha.

Jiří Förchtgott: Dálkový přenos emisí na Ostravsku, Vesmír 66, 153, 1987/3Václav Cílek: Přírodní produkce organohalogenů, Vesmír 74, 668, 1995/12Stanislav Záliš: Chemie atmosféry, Vesmír 75, 12, 1996/1Václav Cílek: Nechte je žrát kyanidy!, Vesmír 75, 204, 1996/4Petr Horáček: Čistší ovzduší i doma, Vesmír 78, 272, 1999/5Jakub Hruška: Kyselé deště a horská rašeliniště, Vesmír 78, 438, 1999/8Radovan Krejčí: Poškození smrkového lesa v Krušných horách, Vesmír 80, 576,

2001/10Pavel Jungwirth: Aerosoly a chemie atmosféry, Vesmír 82, 196, 2003/4

K dalšímu čtení

INZ

ER

CE

83

6