Odběr vzorků půd v Norsku se pro nás stal náročnou výzvou. Déšť a mnoho kilometrů chůze s těžkým náčiním potřebným pro odběr vzorků. Ale to vše v nádherné norské přírodě.

A proč jsme to vlastně dělali? Pro porovnání se vzorky ze střední Evropy a pro modelování zásobníků uhlíku v budoucnosti v kontextu různých klimatických scénářů. Budeme mít méně či více půdního uhlíku? A jsme schopni nalézt odopvěď na tak složitou otázku? Uděláme pro to vše :-).

I přes komplikace způsobené omezením kvůli Covidu19, proběhla většina prací podle plánu.
Data ze 14 povodí GEOMON (ČGS, CZ), norských povodí (NIVA), šumavských jezer (BC-HI, CZ) a experimentálního povodí Gardsjon NITREX (IVL, Švédsko) byly shromážděny v databázích měřeného chemismu srážek, chemismu potoků a jezer a odtoku (hydrologie). Dále probíhal vývoj modelovací platformy MOBIUS (hydrologický model a model růstu lesa byly přidány k centrálnímu biogeochemickému modelu MAGIC) a nově byly zahrnuty procesy cyklu dusíku a fosforu. MOBIUS byl částečně testován a validován na dlouhodobých datech z Plešného jezera.

Lesy v Česku se mění. Jehličnaté lesy, které byly oslabeny dlouhými suchy, možná důsledkem změny klimatu, trpí útokem kůrovců. Zároveň se lesy stále zotavují z účinků znečištění ovzduší v 70. a 80. letech. Změna klimatu může zvýšit frekvenci a závažnost sucha, povodní, požárů a větrů. Tyto změny ovlivňují schopnost lesů zachycovat a ukládat atmosférický uhlík (C) a cíl uhlíkové neutrality do roku 2050. Mohou být ovlivněny toky, nádrže i zásoby pitné vody, ochrana národních parků a jiných přírodních stanovišť se může stát velmi obtížnou.

Přesné předpovědi budoucnosti uhlíku v lesích České republiky vyžadují soustředěné úsilí na shromáždění nejnovějších poznatků a údajů o procesech lesních ekosystémů a jejich uvedení do soudržného rámce. Navrhujeme využít modelovací platformu MOBIUS, upravit biogeochemické modely a kalibrovat a otestovat je pomocí vysoce intenzivních datových souborů z lesních lokalit v ČR, Norsku a Švédsku. Modely budou použity k simulaci budoucích změn v lesích, půdách a vodách pro různé alternativní scénáře změny klimatu, lesního porostu a znečištění ovzduší. Výsledky modelování budou aplikovány a zvětšeny na území České republiky. Výstupy budou zahrnovat mapy a dokumentace týkající se citlivosti lesů, rezervoárů C a jejich změn, a správy národních parků a jiných stanovišť.

1. Vyvinout modelovací software pro predikci množství uhlíku a živin v lesních ekosystémech

2. Aplikovat model na dlouhodobě monitorovaná lesní povodí v České republice, Norsku a Švédsku

3. Pomocí modelu a jeho výsledků v povodích predikovat vývoj množství uhlíku v dalších lesních povodích pro půdy a vody

4. Vytvořit mapy citlivosti lesních půd v České republice podle dvou scénářů očekávané změny klimatu (realistická a vysoká) a změn druhového složení lesů k roku 2050

Česká geologická služba

Jejím hlavním úkolem v projektu je aplikace modelu MOBIUS na povodí sítě GEOMON (les, půdu a vodu) a doplnění nových měření a dat pro potřeby modelu. V druhé fázi projektu vytvoří mapy uhlíkvých rezervoárů ČR v roce 2050 v závislosti na různých scénářích vývoje klimatu a lesního pokryvu.

Norwegian Institute for Water Research

Vyvíjí software v rámci platformy MOBIUS pro modelování C v lesních povodích. Tento model testuje a aplikuje na dvou norských lesních povodích (Langtjern and Birkenes). Získává potřebná doplňková data pro správnou funkčnost modelu.
Poskytne model jako open access včetně úplné dokumentace a interaktivních případů.

Biologické centrum AV ČR, v. v. i.

Společně s ČGS aplikuje model MOBIUS na sledovaná území Šumavy (les, půda, voda). Poskytuje měření pro potřeby modelu.

IVL Swedish Environmental Research Institute Ltd

Aplikuje model MOBIUS na lesním povodé Gårdsjön NITREX ve Švédsku. Poskytuje měření pro potřeby modelu.

Česká republika patří k regionům značně znečištěných v důsledku kyselé atmosférické depozice. Regionální pokles emisí SO₂ patří k nejvýraznějším příkladům snižování znečištění v Evropě. Pro zjištění vlivu snížení znečištění na lesní a vodní ekosystémy, je napčíč celou ČR pravidelně sledováné každý měsís 14 malých lesních povodí již od roku 1994. Tato místa (souhrnně označována jako síť GEOMON) reprezentují litologii, klima i gradient kyselé depozice typické pro střední Evropu. Údaje shromážděné ze sítě GEOMON poskytly důkazy pro:

(i) orbat v okyselování půd a toků,
(ii) pokles množství živin v tocích (N a bazické kationty),
(iii) nárůst rozpuštěného organického uhlíku v tocích (DOC),
(iv) důležitost lesného plánování pro acidifikaci půd,
(v) dopady změny klimatu na schéma odtoku ,
(vi) vliv historického využívání půdy na její chemismus a
(vii) klesající rozklad půdní organické hmoty v okyselených oblastech.

Při současném rozšíření kůrovce (Ips typhographus a příbuzné druhy) jsou po rozsáhlém suchu napadené dospělé norské smrky na několika povodích GEOMONu. Existující dlouhodobé znalosti lesa, půdy a vody na těchto povodích (před, během a po vymírání stromů) představují robustní základ pro vývo j a testování modelů v platformě MOBIUS k posouzení budoucích rezervoárů uhlíku a jejich toky v závislosti na různých scénářích vývoje klimatu a znečištění ovzduší, stejně jako předpokládaný posun od jehličnanů k listnatým stromům.

Zdroj: Oulehle, F., T. Chuman, J. Hruska, P. Kram, W. H. McDowell, O. Myska, T. Navratil, and M. Tesar. 2017. Recovery from acidification alters concentrations and fluxes of solutes from Czech catchments. Biogeochemistry 132:251-272.

MOBIUS je nový open-source systém pro vytváření modelů, který umožňuje sestavit model rychle (dny/týdny místo měsíců) a v krátkém čase otestovat modelované hypotézy (circular model development process).

MOBIUS umožňuje flexibilní a rychlé sestavení moelů i vědeckým pracovníkům s relativně základními znalostmi programování. MOBIUS splňuje moderní požadavky na výpočetní rychlost a nabízí provádění změn v závislosti na postupujících znalostech systému, vědeckých otázkách, či měříktu. MOBIUS nabízí předdefinované komponenty, které mohou být propojeny se specifickými požadavky uživatele, a povedou k vytvoření přesnějšího modelu. Uživatelům MOBIUS umožňuje definovat jakoukoliv komponentu/proces. Je to jeden z prvních rámců, který může být plně zobecnitelný - i když byl primárně vyvinut na podporu modelování hydrologie a kvality vody v měřítku malých povodí; může být použit k reprezentování jakéhokoliv systému se strukturou běžných diferenciálních rovnic (ODEs), například jako dynamika poppulace, nebo toxikologické modely. Řada známých hydrologikých modelů a modelů kvality vody byla implementována v platformě MOBIUS a jsou k dispozici k použití buď jako samostatné modely, nebo jako výchozí body pro další vývoj a přizpůsobení konkrétním podmínkám.

MOBIUS je zaměřen an uživatele i vývojáře modelů. Kódu modelů je snadné porozumět. Má uživatelsky přívětivé grafické rozhraní i formát souborů. Jednotlivé moduly mohou být vzájemně propojené k vytvoření různých modelů. Struktura je velmi flexibilní. Například, je velmi snadné znovu použít stejný hydrologický model pro několik různých modelů kvality vody, nebo kombinovat různé modely kvality vody do jednoho velkého modelu. Podpora skriptů může být využita k rozběhnutí klimatických scénářů s autokalibrací a analýzou nejistoty parametrů (prostřednictvím python bindings).