Ugrás a tartalomhoz

Erdészeti ökológia

Bartha Dénes, Soproni Egyetem, Bidló András, Soproni Egyetem, Csóka György, Erdészeti Tudományos Intézet, Czájlik Péter, Vásárhelyi István Természetvédelmi Kör, Kovács Gábor, Soproni Egyetem, Kőhalmy Tamás, Soproni Egyetem, Mátyás Csaba, Soproni Egyetem, Somogyi Zoltán, Erdészeti Tudományos Intézet, Standovár Tibor, Eötvös Loránd Tudományegyetem, Szodfridt István, Soproni Egyetem, Traser György, Soproni Egyetem, Varga Zoltán, Kossuth Lajos Tudományegyetem, Víg Péter, Soproni Egyetem

Mezőgazda Kiadó

6. fejezet - Az erdő kölcsönhatásai a környezettel

6. fejezet - Az erdő kölcsönhatásai a környezettel

Atmoszféra, sugárzás és az erdő

Vígh, Péter

Soproni Egyetem

Az erdő szerepe a légköri szén-dioxid-tartalom megkötésében

A Föld 4600 millió éves története során az őslégkör 17%-os szén-dioxid-tartalma a múlt század közepére 280 ppm-re csökkent, napjainkban pedig 360 ppm körüli szinten van. Az atmoszféra szénkészlete főleg a tengeri üledék felhalmozódása során, így a dolomit és mészkő képződése révén kötődött meg vagy egysejtű zöldmoszatok szerves anyagából a kőolaj- és földgáztelepekben, vagy pedig a nagyobb termetű növények biomasszájának konzerválódása során a litoszférában tárolódott (kőszéntelepek). A légkör szén-dioxid-tartalmának az utóbbi évtizedekben tapasztalt növekedése főleg a fosszilis szénkészletek elégetésének és csak kisebb részben az erdők irtásának, felégetésének a következménye.

Ma a szárazföldi növények évente mintegy 17,2 milliárd tonna, a vízi növények pedig 25 milliárd tonna szenet kötnek meg. A légzés során ebből a növényzet 17,1 milliárd tonna szenet juttat vissza a légkörbe. A fennmaradó évi 25,1 milliárd tonna szén a bioszféra anyagforgalmába kerül. A légköri szén hoszabb időre ma is főleg a tengerekben kötődik meg, a szárazföldi ökoszisztémákban, így az erdők faállományában megkötött szén természetes körülmények között az egyed elhalása után újra felszabadul. A szénkörforgás sebességét a klimatikus viszonyok szabályozzák: a trópusi esőerdőkben igen gyors, a boreális öv tajgáin lassúbb. Itt a vastag avartakaróban és tőzegben, az enyhébb éghajlatú területeken pedig a talajban humuszként tározódik a megkötött szén.

Az erdők élőfakészlete csak átmeneti tárolóhelye a szénnek. Az erdőterületek növelése, a növedék fokozása rövidebb távon többlet szénmegkötéssel is jár, ez a szén azonban csak akkor nem jut vissza légkörbe, ha a talaj humusztartalmát növeli, ha víz alá kerül (széntelepek képződése), vagy ha az ember vonja ki a természetes szénciklusból, és nem hagyja lebomlani. Führer (1995) szerint a magyarországi erdőkben az 1990. évi állapotra vetítve összesen 350 millió tonna szén akkumulálódott (34. táblázat). Ez 14-szerese a 22–24 millió tonnára tehető éves hazai szénkibocsátásnak. Ebből 68% a talajban, míg 32% a dendromasszában található. Nemcsak az erdőállományokban, hanem a talajban tárolt szénkészlet mennyisége is változó. Így a sötét színű barna erdőtalajok 361 t, míg a homokos váztalajok csak 62 t szenet tartalmaznak a felső 40 cm-es rétegükben hektáronként.

34. táblázat - A magyarországi erdőkben tárolt szénkészlet mennyisége (Führer, 1995)

Megnevezés

Millió tonna

Megoszlása (%)

Átlag (t/ha)

Dendromassza:

71,2

– lomb

2,4

0,7

– föld feletti fakészlet

62,5

17,8

– tuskó, gyökér

45,5

13,8

Összesen

110,4

31,5

Talaj:

154,6

– avar

3,5

1,0

– humuszos talajréteg 40 cm-ig

236,4

67,5

Összesen

239,9

68,5

Mindösszesen:

350,3

100,0

225,8


Az éves produktivitást tekintve, a magyarországi erdők évi 34 millió m3-nyi szervesanyag-gyarapodásában 6,5 millió tonna szén kötődik meg. Ebből 2,1 millió tonna tárolódik tartósan a faanyagban (Führer, 1995). Bár ez a tétel csak egytizede az évi antropogén szénkibocsátásnak, globális léptékben mégsem elhanyagolható, hiszen a tengerek planktonállománya után az erdők a Föld légkörének második leghatásosabb szén-dioxidnyelői. Az erdőterületek növelése, vagy legalábbis megőrzése, tehát a globális szénforgalom stabilizálásához járul hozzá. Ugyanakkor az erdők felégetése, biomasszájának eltüzelése során nemcsak szén, hanem kén- és nitrogéntartalmú légszennyező anyagok is kerülnek a légkörbe, és ez növeli a savas ülepedés és a klímaváltozás ütemét, de a légköri ózonprofil torzulását is.

Az erdők és a légköri ülepedés

A szén-dioxid–oxigén egyensúly javításán túl fontos szerepet kap az erdő a levegő erősen változó alkotórészeinek (nyomgázok) és az aeroszoloknak a kiszűrésében is. A több 10 m magasságot is elérő érdes, egyenetlen erdőfelszín segíti a planetáris határréteg legalsó, ún. súrlódási rétegében a légörvények kialakulását. A legerősebb turbulencia azonban a koronatérben alakul ki, az áramló levegő sebessége a koronafelszíntől lefelé rohamosan csökken. Az örvénylések hatására az aeroszolrészecskék a levelek felszínére vagy az aljzatra ülepednek. A turbulencia mértéke főleg a koranafelszín egyenetlenségétől függ, a különböző halmazállapotban adszorbeált anyagok mennyiségét pedig többek között a levélfelületi index (LAI), a levelek felszíni tulajdonságai, a koronák szerkezete befolyásolja. Így ez a környezet szempontjából igen hasznos hatás a szennyezett levegőjű térségekben az erdő számára végzetes következményekkel járhat. Az erdőállományok által kiszűrt száraz és nedves ülepedés mértéke a szabadföldi érték többszöröse lehet és az állományalkotó fafajoktól is függ. Kiemelkedően magas ülepedési értékeket mértek a nagy felületi érdességű lucfenyvesekben (52. ábra). A levelek felületén megtapadt port, mikrobákat és egyéb légszennyező anyagokat vagy az eső mossa le, vagy a lombhullás juttatja a talaj felszínére, ezért az állományi (a koronaszinten átjutó) csapadék szenynyezettségének mértéke többszöröse az erdőn kívül hullotténak (53. ábra).

52. ábra - A száraz és nedves szulfátülepedés (kg/ha) arányai különböző fafajú állományokban. (Az oszlopok feletti számok az állománytípus töbletterhelését mutatják a mezőéhez képest.) (Brechtel, 1990)

A száraz és nedves szulfátülepedés (kg/ha) arányai különböző fafajú állományokban. (Az oszlopok feletti számok az állománytípus töbletterhelését mutatják a mezőéhez képest.) (Brechtel, 1990)


53. ábra - A szabadföldi és állományi csapadék szennyező anyagainak koncentrációi egy német-országi lucfenyvesben (Balázs és Brechtel, 1992)

A szabadföldi és állományi csapadék szennyező anyagainak koncentrációi egy német-országi lucfenyvesben (Balázs és Brechtel, 1992)


Az erdő sugárzásháztartása

Az erdő sugárzásháztartásának összetevőit az 54. ábra mutatja be. A sugárzási egyenlegben a bevételi és a kiadási oldal is egy-egy rövidhullámú és egy-egy hoszszú hullámú tagból áll. A rövid hullámú sugárzási egyenleg nem más, mint a felszíni globálsugárzás-összeg (G) és a visszavert sugárzás (R) külünbsége. A hosszú hullámú sugárzási egyenleg az aktív felszín kisugárzásának (K) és a légkör infravörös hullámhossztartományban tapasztalható visszasugárzásának (V) a különbségéből adódik. A földrajzi szélesség, kitettség, lejtfok és átlagos borultság által befolyásolt globálsugárzás-összeg makro- vagy mezoklimatikus adottság, ez határozza meg az erdő sugárzásháztartásának nagyságrendi kereteit. A visszavert sugárzás és a kisugárzás mértéke az erdő állományalkotó fafajainak tulajdonságaitól függ (Justyák, 1981, 1987).

54. ábra - Az erdő sugárháztartása. A sugárzásháztartás összetevői: S = (G–R) – (K–V)

Az erdő sugárháztartása. A sugárzásháztartás összetevői: S = (G–R) – (K–V)


Az erdő jellegzetes sugárzásmeteorológiai viselkedése talán a legmarkánsabban a koronaszint sugárzáselnyelő képességében nyilvánul meg. Itt hasznosul tenyészidőszakban a globálsugárzás 80–95%-a. Ennek köszönhető, hogy az erdők albedója – a rövid hullámú sugárzási spektrumban visszavert (reflektált) sugárzás mennyisége a globálsugárzás arányában – számottevően kisebb a többi szárazföldi felszínfajtáénál. Ennek alátámasztására álljon itt néhány példa:

Faállománytípus

Albedó (%)

Szerző

Tűlevelű

10,0–16,0

Bauer, L.–Dutton, J.

Tűlevelű

9,0–10,0

Baumgartner, A.

Elegyes lomblevelű

15,0–20,0

Budyko, M. J.

Bükk–tölgy

15,4

Grulois, J.

Bükkös

13,0

Kiese, O.

Nyíres

16,0–17,0

Privovarova, Z. J.

Cseres-tölgyes

16,1–16,7

Nagy L.

Az összehasonlítás kedvéért érdemes megjegyezni, hogy a friss hó albedója 81–85%, a száraz legelőé 30–32%, a szántóföldé 15–30%, a rété 18–22%, míg a vízfelszín magas napállásnál 5, alacsony napállás esetén akár 70%-át is visszaverheti a ráeső sugárzott energiának. Az erdő alacsony albedójának következménye, hogy a légkör sugárzásforgalma is néhány százalékkal alacsonyabb szinten marad, így kevesebb sugárzott energia verődik vissza a felhőkről vagy nyelődik el a légkör homályosságát okozó aeroszolrészecskéken.

A kisugárzás előtt a beeső sugárzásnak el kell nyelődnie az aktív felszínen. Az így nyert energiának egy részét az aktív felszínt alkotó szubsztrátum (jelen esetben a lombozat) a felmelegedésének megfelelő mértékben, hősugarak formájában kisugározza a légkörbe. Mivel ebben a hullámhossztartományban az üvegházgázok (H2O, CO2, CH4, NOx, freonok stb.) a sugárzott energia nagy részét abszorbeálják, a légkör alsó rétegei ettől felmelegednek, s a tér minden irányában intenzívebb sugárzást bocsátanak ki. Ennek a sugárzásnak a felszínre jutó része a hosszú hullámú visszasugárzás, aminek mértéke nagyobb térségek átlagos kisugárzásától függ. Az erdő kisugárzásának intenzitását a biológiai folyamatok is befolyásolják. Ha intenzív a transzspiráció és a fotoszintetikus aktivitása is nagy az állománynak, kevesebb energia jut a felszín hőmérsékletének a növelésére, a kisugárzás mértéke pedig a felszín abszolút hőmérsékletének a negyedik hatványával arányos.

A faállományok sugárzási egyenlege tehát a globálsugárzás intenzitásától, az albedó mértékétől és a felszín hőmérsékletének alakulásától függ. A síkfőkúti tölgyes tenyészidőszaki sugárzásháztartásának legjellemzőbb adatai azt mutatják, hogy áprilisban 270 MJ/m2 havi globálsugárzás-összeg, 14,4%-os albedó és -114 MJ/m2 hosszú hullámú sugárzási egyenleg (effektív kisugárzás) esetén az erdő a felszínre érkező sugárzási energia 43%-át abszorbeálja, júniusban az 529 MJ/m2 globálsugárzásból 15,8%-ot visszaver és -295 MJ/m2 az effektív kisugárzása, így a napsugárzásnak 56%-át hasznosítja, míg októberben ez az arány csak 34%-os, mert a 241 MJ/m2 globálsugárzás-összegből 15,2% reflektálódik, és a hosszú hullámú sugárzási tartományban 129 MJ/m2 a vesztesége.

Lombtalan állapotban két aktív felszín alakul ki az állományban. Az egyik változatlanul a koronaszint, ahol a globálsugárzásnak csak mintegy 50–60%-a abszorbeálódik, a másik a talajfelszín, 40-50% részesedéssel (54. ábra). Az állomány ilyenkor nemcsak a besugárzást, hanem a kisugárzást is fékezi, ennek köszönhető, hogy az erdőbe behullott hó kevésbé kérgesedik, lassabban és folyamatosabban olvad, és ez az olvadás a törzsektől induló koncentrikus körök mentén terjed.

Az erdő hőháztartása

Az erdő hőháztartásának alapegyenlete a következő:

S = ET + P + B + L + T

Az erdő a sugárzási egyenlegének (S) 75–83%-át evapotranszspirációra (ET) és fotoszintézisre (P) fordítja, 16–17% jut a biomassza (B) és a levegő (L) hőforgalmának fedezésére, s a maradék néhány százalék (áprilisban 7–8%, júniusban 1–2%, októberben 5–6%) képezi a talaj (T) hőforgalmának bázisát. Ez kevés ahhoz, hogy önálló sugárzásháztartás alakulhasson itt ki, ezért függő mikroklíma jön létre, ahol a talajfelszínnek nincs számottevő, sugárzásból származó energiabevétele, s ezért a hőháztartásban advektív és konvektív hőszállítási folyamatok dominálnak.

Mivel az asszimilációs és transzspirációs folyamatokra az erdőben olyan sok energia használódik fel, s a növényi biomassza mennyisége is olyan jelentős, az erdőben kevés energia marad a szabad hő vertikális áramlására. Ennek az a következménye, hogy mind a faállomány, mind a talaj felszíne, mind pedig az erdő légterében lévő levegő alacsonyabb hőmérsékletű a tenyészidőszakban, mint a környezete. A hőmérsékleti maximum feltolódik a kororonatér felső részébe, a napi minimumértékeket azonban a talajfelszín mentén lehet tapasztalni, mert a koronafelszín kisugárzása során lehűlt levegő, nagyobb sűrűségénél fogva, lesülylyed a törzstérbe, és kiszorítja a nála melegebb légtesteket. A lombtalan időszakban a Nap fel tudja melegíteni az ágakat és törzseket, de a talajfelszínt is eléri, ezért két magasságban alakul ki hasonló hőmérsékleti maximum.

A faállományok alacsonyabb hőmérséklete csökkenti a radiáció intenzitását, ezzel kevesebb szenzíbilis hő kerül a légkörbe. Mérsékli ezt a hatást a fokozottabb evapotranszspirációval szállított latens hő is.