Les a hydrologický režim

1. Úvod ̶ krajina, les, voda a človek v historickom kontexte

Krajina je prepojeným systémom čiastkových zložiek, ktorú tvorí geosféra (geologický podklad), pedosféra (pôdy), hydrosféra, biosféra (všetky živé organizmy), noosféra (sféra človeka a jeho aktivít) a atmosféra. Prepojenia medzi týmito zložkami sú veľmi variabilné a dynamické, čo dáva v realite vzniknúť unikátnym štruktúram, ktoré nazývame krajina. Podobne ako každý kuchár má svoj vlastný recept na guláš, ktorého chuť prezrádza jeho autora, tak aj krajina je zmesou rôznej geológie, geomorfológie, hydrometeorologických podmienok, pôdy, biosféry a činnosti človeka v nej. Takto vznikajú unikátne kúty a chotáre našej domoviny, ktoré si v uponáhľanom živote často ani nevšimneme.
Azda najaktívnejším činiteľom premien krajiny je človek a jeho aktivity v nej. Človek dokáže krajinu aktívne zveľaďovať, rozumne obhospodarovať, ale aj bezbreho a nekultúrne ničiť. A tak sa aj dialo v celej histórií ľudstva. Prvým veľmi významným vplyvom tohto druhu bola bezo sporu neolitická revolúcia. Po ústupe poslednej ľadovej doby a zmenách klímy v období 15 000 až 10 000 rokov pred Kristom, sa začal postupne meniť spôsob obživy človeka. Z nomádskeho spôsobu života lovca prešiel k spôsobu roľníckemu. Tento fenomén sa oblasti úrodného polmesiaca postupne rozšíril aj medzi obyvateľstvo strednej Európy. Táto zmena viedla k organizácii spoločnosti, deľbe práce a rýchlemu populačnému rastu. Viac ľudí potrebovalo viac potravín, väčší počet väčších stavieb a novo domestikované zvieratá potrebovali pastvu. To znamenalo zvýšenú potrebu stavebného dreva, paliva, rozľahlých pastvín a taktiež priestoru pre poľnohospodársku produkciu. Dané nároky viedli k prvému výraznému tlaku na dovtedy relatívne nedotknutú krajinu zväčša pokrytú klimaxovými lesmi rôzneho typu odrážajúcimi miestne prírodné podmienky (Vido 2023).
Ďalším veľkým zásahom človeka do lesov na našom území bola takzvaná banská kolonizácia začínajúca v období stredoveku (od 12. storočia). Osídlenie krajiny nemeckými osadníkmi, špecialistami na ťažbu a spracovanie drahých kovov, viedlo k značnému odlesneniu území vtedajšieho horného Uhorska. Potreba banského dreva a dreveného uhlia na spracovanie vyťažených kovov a samozrejme aj súvisiaca stavebná činnosť, viedli k značnému zmenšeniu rozlohy lesov. Až do 15., resp. polovice 16. storočia sa drevo ťažilo ľubovoľne - bez vážnejšej regulácie. Uvedomujúc si pomerne katastrofálnu situáciu so stavom a zmenšenou rozlohou lesov najmä v oblasti stredného Slovenska, bol cisárom Maximiliánom II. po prvý raz zavedený Lesný poriadok (Constitutio Maximiliana) regulujúci ťažbu a pasenie dobytka v lesoch. Aj keď primárnym cieľom ochrany lesov v 16. storočí bola najmä udržateľná dodávka dreva pre potreby banského snaženia, môžeme tento míľnik považovať aj za prvopočiatky ochrany lesného, resp. prírodného prostredia (Jurík 2023).
Treťou veľkou ranou pre lesy bola tzv. Valašská kolonizácia z obdobia 14. až 17. storočia, ktorá na rozdiel od banskej, bola zameraná na osídľovanie podhorských oblastí, kde sa novousadlíci venovali najmä pastierstvu. To však značne znehodnotilo podhorské a horské lesy. Vznikali rozsiahle hole.
Ako podrobne uvádza Stockmann (2022) vyššie uvedené procesy zákonite vedúce k živelnému využívaniu lesnej krajiny a jej premenám, viedli neskôr k zavedeniu Lesného poriadku Márie Terézie z roku 1769. V tomto poriadku sa po prvýkrát objavili požiadavky na trvalo udržateľné obhospodarovanie lesov. V tomto období (1770) vydala imperátorka štatút, ktorý dal vzniknúť slávnej Baníckej akadémii v Banskej Štiavnici, ktorá popri banskom a technickom umení vzdelávala poslucháčov aj v lesníctve. Od roku 1808 vznikol aj samostatný lesnícky ústav, ktorý založil systematické lesnícke vzdelávanie, ktorého tradíciu ctíme na Slovensku do dnešných dní. Vznik banícko-lesníckeho vzdelávania a vedy, uvedomenie si chýb z minulosti, ako aj potreba zveľadenia lesnej krajiny viedlo v roku 1789 k schváleniu zákonného článku č. 31 - Uhorskému lesnému zákonu, ktorý legislatívne striktným spôsobom, po prvýkrát ustanovil princípy a spôsoby udržateľného obhospodarovania lesov. Ustanovil lesné plány a taktiež povinnosť obhospodarovať lesy prostredníctvom odborného lesného personálu. Je teda evidentné, že lesné hospodárenie od jeho odborného zakotvenia a ustanovenia riešilo nie len otázky hospodárske, resp. produkčné, no taktiež integrálne riešilo problematiku ochrany lesnej krajiny, a teda vôd, pôdy, fauny a flóry. Zároveň môžeme konštatovať, že lesné hospodárenie a ochrana lesného prostredia bola ustanovená v už značne premenenej krajine, ktorú dnes voláme kultúrnou. Žijeme teda v kultúrnej krajine, ktorú človek v minulosti cieľavedome (no nie vždy "kultúrne") obhospodaroval, premieňal, a tým značne pozmenil. A zároveň je z tohto krátkeho historického exkurzu jasné, že človek (samozrejme na úrovni vtedajšieho poznania) reagoval na negatívne tendencie vedúce k devastácií lesného prostredia, snažiac sa tento nepriaznivý vývoj zvrátiť. S postupným rozvojom vedy a ľudskej spoločnosti sa menia aj názory a požiadavky na les a lesné ekosystémy. V súčasnosti môžeme evidovať evidentný nárast spoločenskej objednávky na mimoprodukčné funkcie lesov (rekreácia, ľahký turizmus, pozorovanie divých zvierat, zabezpečenie vodohospodárskych funkcií lesa, hygienickej funkcie lesa, pôdoochrannej a pod.), ale taktiež samozrejme funkcií produkčných. Úlohou moderného lesníctva 21. storočia je teda zabezpečenie udržateľného, prírode blízkeho hospodárenia v lesoch. Táto úloha je veľmi náročná z dôvodu prebiehajúcej zmeny klímy, ktorá vnáša do tohto snaženia značnú dynamiku a na ktorú nebolo lesné hospodárenie a ochrana prírody v minulosti pripravená, pretože s ňou nebola a logicky ani nemohla byť konfrontovaná. O to náročnejšia je táto úloha v dnešných dňoch. Práve preto je potrebná konštruktívna spolupráca vedy-výskumu, praxe a obyvateľstva z regiónov. Les a jeho prežitie v tejto náročnej dobe je zodpovednosťou každého z nás. Žijeme v kultúrnej krajine, je teda potrebné aj kultúrne pristupovať k nášmu najväčšiemu bohatstvu, ktorým sú naše lesy.

2. Les v krajine

Les je srdcom krajiny. V lese, ktorý tvorí najstabilnejšiu časť krajinného prostredia, sa odohrávajú deje, ktoré dávajú život celej okolitej krajine (Vido et Šustek 2021). A teda aj kvalite života človeka. V lesoch pramení väčšina riek. V lese a lesnej pôde sa filtruje voda, stabilizuje sa a zmierňuje odtok z povodí. Je tu základ malého vodného cyklu. Les je filtrom vzduchu, má hygienické funkcie. Les zmierňuje aj dopady sucha a ochladzuje krajinu. Les je biokoridorom pre migráciu divých zvierat a génovou bankou pre celú krajinu. V lese regenerujeme svoje sily. Ruku na srdce, kde by ste si šli radšej zabehať? Do lesného parku alebo na tartanovú dráhu? Les dáva život krajine. No ak sa oň nestaráme, začne chradnúť. Chradnúci les však nemôže zabezpečiť kvalitný život okolitej krajine.
Les a okolitá krajina spolu komunikujú prostredníctvom ekosystémových spätných väzieb. Ak sa vykonajú nevhodné zásahy v okolitej krajine (urbánnom ekosystéme či agroekosystémoch), reaguje na ne aj okolitý les. Dobrým príkladom môže byť tlak na budovanie rozľahlých lyžiarskych stredísk, ktoré majú vplyv nie iba na biotu, ale aj na vodný režim krajiny a lesa. Obdobným príkladom negatívnych dopadov ľudskej činnosti na les je dnes už ukončená hlbinná ťažba hnedého uhlia na Hornej Nitre. Poddolovaním územia vznikli početné trhliny, ktoré drénujú pôdne a geologické prostredie a spôsobujú strácanie sa podzemnej vody. To viedlo k značnému oslabeniu lesov nad baňami v oblasti obce Cígeľ a Sebedražie. Takto oslabené lesy ľahšie podľahnú biotickým škodcom či abiotickým škodlivým činiteľom, nehovoriac o dôsledkoch vo vodnom režime miestnych potokov.
Naopak, racionálnym plánovaním krajiny môžeme vytvoriť pozitívny kooperačný celok medzi urbánnou krajinou a lesnou, či citlivým spôsobom sa môžeme pokúšať vytvoriť krajinu agro-lesnú (silvopastorálnu). Práve posledný spomenutý koncept sa zdá byť zaujímavým kandidátom na udržateľný typ produkčnej krajiny.
Je však potrebné dodať, že tieto moderné koncepty potenciálne prinášajúce aj úžitok a ochranu lesa zároveň, sa nezaobídu bez zásadných zmien spôsobu života človeka. Napríklad agro-lesný ekosystém nedokáže zabezpečiť rovnako vysokú produkciu potravín v porovnaní s intenzívnym veľkoplošným poľnohospodárstvom. Otáznym tak zostáva, či by tento moderný koncept dokázal efektívne uživiť veľké mestské aglomerácie.
Vidíme teda, že vplyvy lesa na okolitú krajinu nezávisia iba od starostlivosti o les samotný, ale taktiež od starostlivosti o krajinu celú. Nie je teda možné vytrhnúť les z kontextu celkového stavu krajiny. Môžeme konštatovať, že les je odrazom okolitej krajiny a zároveň, že okolitá krajina je odrazom stavu lesa. Krajinotvorné východiská v súvislosti s trvalo udržateľným životom krajiny a lesa na vedeckej a teoretickej úrovni existujú. Je však potrebné ich akceptovať a zozbierať odvahu na ich realizáciu. A to zaiste nie je ľahké.
Je teda našou povinnosťou starať sa o les a rovnako o okolitú krajinu. Zvýši to napokon kvalitu nášho vlastného života.

3. Voda v lesoch

V predchádzajúcej kapitole sme sa dotkli problematiky zabezpečenia zdravia a vitality lesov. Zjednodušene sme si vysvetlili, že zdravý les plní veľké množstvo produkčných a mimoprodukčných funkcií. Jednou z týchto nenahraditeľných funkcií lesa pre celú krajinu a život v nej je funkcia vodohospodárska. Súvisí s optimálnym vodným režimom lesnej krajiny, podporou malého vodného cyklu v krajine, zabezpečením kvality vody a vyvážených vodných stavov v pramenných a bystrinných oblastiach riek a potokov, ktoré sa zväčša nachádzajú práve v lesoch.
Cesta vody začína jej spadnutím v podobe kvapiek dažďa. Na to, aby kvapka mohla dopadnúť na povrch pôdy, musí prekonať koruny stromov, či nižšie položené etáže krovín a lesných bylín. Na týchto sa však zachytí veľké množstvo zrážok, ktoré sa nikdy nedostane do pôdy a nezúčastní sa tak fyziologického výparu (transpirácie), ani podpovrchového odtoku z povodia cez pôdne póry, či perkolácie do podzemnej vody. Tento jav sa nazýva intercepcia. Tým, že sa táto na listoch a ihličí stromov a krov zachytená voda vyparuje priamo do ovzdušia, nie je veľmi efektívne využitá, okrem samozrejme fyzikálne podmieneného ochladzovania okolia pri jej výpare. Intercepcia porastu tiež zabezpečí zvýšenú schopnosť infiltrácie vody do pôdy a pôsobí tiež protierózne. To z dôvodu spomalenia a zmiernenia sily a okamžitého množstva dopadajúceho dažďa na povrch pôdy. Tým dochádza v menšej miere k tvorbe povrchového odtoku v porovnaní s nelesnou krajinou. Aj takto nás les čiastočne chráni pred náhlymi povodňovými vlnami z prívalových dažďov. Čiastočne preto, pretože les má svoje limity, ktoré súvisia s pôdnym typom, geomorfológiou a geológiou územia, aktuálnym stavom pôdy a taktiež s intenzitou dopadajúcej zrážky. Na týchto príkladoch vidíme, aké rôznorodé efekty má len jeden z mnohých komponentov vodného cyklu v lesnej krajine - intercepcia zrážok. Obdobne je tomu pri iných komponentoch vodného režimu krajiny, čiže pri výpare a transpirácií, vertikálnych a horizontálnych zrážkach, odtoku povrchovom a podpovrchovom a podobne (Vido 2023).
Veľký vodný režim alebo aj veľký vodný cyklus je nepretržitý obeh vody medzi oceánmi a pevninou prostredníctvom výparu, kondenzácie a zrážkovej činnosti a následného odtoku vody riekami a podpovrchovým odtokom naspäť do morí a oceánov. Priebeh tohto cyklu je do veľkej miery závislý na priebehu a dynamike pohybu tlakových útvarov v atmosfére. V rozsiahlej tlakovej níži sa voda prenáša od oceánov nad pevninu v podobe oblačnosti a z nej vypadávajúcich zrážok. Za bežných okolností sa v atmosfére striedajú tlakové výše (jasné počasie bez zrážok) s tlakovými nížami (oblačnosť a zrážky). Avšak prebiehajúca klimatická zmena mení dynamiku atmosféry, a tým robí počasie divokejším a nepredvídateľnejším. To často vedie k situáciám, kedy sa vo vysokom tlaku vzduchu vyskytujú dlhotrvajúce horúce a suché vlny v letnom období, čo už poznáme z vlastnej skúsenosti. Vedie to ku katastrofálnym suchám, ktoré sú zapríčinené napríklad tým, že vysoký tlak vzduchu blokuje prísun vody od oceánu nad pevninu. V týchto situáciách nám opäť pomáhajú lesy, prostredníctvom malého vodného cyklu.

Obr. 1: Obeh vody v krajine

Malý vodný cyklus je režim obehu vody nad pevninou. Vyskytuje sa aj v rámci veľkého vodného cyklu ako jeho pod-súčasť. Pravdou zostáva, že nie je natoľko "vodonosný" ako veľký vodný cyklus. V porovnaní s ním pracuje totiž s malým podielom vody, no v kritických situáciách kontinentálneho sucha môže značne pomôcť.
Malý vodný cyklus má svoje komponenty, ktorými sú transpirácia (fyziologický výpar), evaporácia (fyzikálny výpar), odtok povrchový a podpovrchový a atmosférické zrážky (horizontálne - hmla a vertikálne - dážď, krúpy, sneh). Voda putujúca od oceánu spadne počas výdatných zrážok na pevninu, časť týchto zrážok sa intercepčne zachytí, časť sa dostane do pôdy a následne začína odtekať v podobe riek späť do svetového oceánu cez riečnu sieť. Časť vody sa však dostáva späť do atmosféry prostredníctvom výparu z krajiny, najmä z lesa. Táto voda sa dostáva do vyšších vrstiev atmosféry, kondenzuje, vytvára oblačnosť a z tejto prší. Deje sa to z makro-geografického hľadiska prakticky na rovnakom mieste. Čiže nad zalesnenou krajinou sa dokáže voda z lesa "otočiť" niekoľkokrát pred tým, než odtečie riekami späť do oceánu. Je to vlastne viacnásobná "recyklácia" vodných zdrojov. Možno sa pýtate, a kedy takú vec môžeme vidieť na vlastné oči? Odpoveď je jednoduchá. Napríklad, počas letných búrok z tepla. Pre predstavu: Je krásne slnečné ráno a nad vrcholkami hôr sa vytvárajú malé oblaky. S pribúdajúcim časom, a teda aj príkonom slnečného žiarenia, sa tieto zväčšujú, až nás približne od 14. do 18. hodiny vyženie zo záhrady, či kúpaliska náhla búrka, ktorá s rachotom vypustí na krajinu niekoľko milimetrov blahodarnej vlahy. A o hodinu po tomto divadle je opäť jasné slnečné popoludnie. Odkiaľ táto vlaha prišla? Prečo sa tá búrka vytvorila, keď bolo slnečno a oblaky sa tvorili len nad pohoriami? Výparom. Výparom z lesov. Ak by tento malý cyklus nefungoval, voda, ktorá sa v teplom dni dostala nazad do ekosystému prostredníctvom búrky či prehánky, by odtiekla riečnou sieťou priamo do oceánu. Takto sa zúčastnila malého vodného cyklu a vykonala ďalšiu lokálnu "obrátku". Áno, nie je to veľa, možno 5 mm zrážok, čo je v porovnaní s často 50-100 mm zrážok, ktoré spadnú pri prechode teplého či silného studeného frontu málo. Ale počas slnečného dňa, tento úhrn aspoň zmierňuje vlahový deficit a ochladzuje prostredie. Malý vodný cyklus teda v čase, keď k nám neputuje voda z veľkého vodného cyklu od oceánu, zabezpečuje efektívnu recykláciu vody nad pevninou. Možno si položiť otázku, či by tento malý vodný cyklus nepracoval aj bez lesov. Odpoveďou je, že len ťažko a s omnoho menšou efektivitou. Dôvodom je schopnosť lesného ekosystému efektívne hospodáriť s vodou v procese transpirácie. Korunový zákryt stromov zároveň spôsobuje, že povrchová teplota pôdy je omnoho nižšia v porovnaní s bezlesím, a tým znižuje aj fyzikálny výpar - evaporáciu. Čiže voda sa v porovnaní s bezlesím vyparuje postupne a efektívne, no najmä celkové množstvo vody uloženej v lesnej, na humus bohatej pôde, je omnoho vyššie, ako napr. v suchej agrárnej krajine. A tak les zabezpečuje existenciu malého vodného cyklu a opäť raz, podporuje život v celej krajine aj v čase niekoľko týždňov trvajúceho sucha a nedostatku vody z veľkého cyklu.
Preto potrebujeme les s humóznou pôdou so správnym vodným a vzdušným režimom, odolnými jedincami stromov a krov vo viacerých etážach. To dokáže zabezpečiť len zdravý a stabilný les, ktorý musí byť obhospodarovaný zodpovedným lesníkom chrániacim tieto zásadné a základné atribúty lesnej krajiny. Týmto sa v 21. storočí zvýrazňuje úloha lesníka ako vodohospodára krajiny. A to nie len lesnej. A nutné dodať, že k zvládnutiu danej výzvy aktívne prispievame na Lesníckej fakulte Technickej univerzity vo Zvolene vzdelávaním budúcich lesníkov-inžinierov tak, aby mali schopnosť uchopiť metódy moderného lesníckeho povolania v kontexte krajiny v podmienkach globálnych, nie však výhradne iba klimatických zmien.
Príklady uvedené v tejto krátkej eseji o lesoch v krajine a vode v lesoch sú iste zjednodušené a vybrané iba na ukážku zložitých interakcií v systéme pôda-voda-rastlina-atmosféra, ktorý je mimoriadne ohrozený z dôvodu prebiehajúcich zmien a pre ktorého správny manažment a využívanie sú potrební majstri lesníckeho umenia.

4. Bilancia vody v lese a krajine v číslach

Na základe viacročných pozorovaní môžeme z hľadiska pôdno-hydrologickej bilancie lesné ekosystémy rozdeliť na 3 oblasti (Minďáš a Škvarenina 2010):
1. Nížiny, kotliny a pahorkatiny s nadmorskou výškou do 500 m n. m. Na jar sú pôdy tejto oblasti dostatočne vlhké, avšak v priebehu letných mesiacov veľmi rýchle strácajú vodu v dôsledku intenzívneho výparu (vysoké teploty, nižšie úhrny zrážok) a stávajú sa fyziologicky suchými. Vlhkosť pôdy sa znižuje až pod bod vädnutia, prízemná bylinná vegetácia uschýna, často sa objavuje aj predčasný opad listov. Lesné dreviny prežívajú iba vďaka intenzívnemu a hlbokému prekoreneniu a čerpaniu vody z hlbších horizontov.
2. Stredohorské polohy (nadmorská výška 500 – 1000 m n. m.) Pôdy tejto oblasti nepresychajú tak intenzívne a aj v najkritickejšom období (august-september) majú aspoň malú zásobu fyziologicky využiteľnej vody. Iba v mimoriadne suchých rokoch klesne zásoba vody v pôde pod bod vädnutia.
3. Vyššie horské polohy (nad 1000 m n. m.) Pôdy tejto oblasti predstavujú rezervoáre vody. Príjem vody zrážkami je dostatočný, výpar je, vďaka nižším teplotám, malý, a tak značná časť pôdnej vody preniká do nižších vrstiev a vytvára zásoby podzemnej vody.
Vo výškovom rozpätí prevládajú v južnej časti Slovenska nížiny až pahorkatiny cca do 500 m a z celkovej rozlohy štátu zaberajú 64 %. Stredohorské výškové rozpätie (500 – 1000 m) zaberá 34 % rozlohy štátu. Oblasti, ktoré tak vznešene nazývame vodné rezervoáre (nad 1000 m) sa na ploche republiky podieľajú len 5 %.
Už z tejto krátkej analýzy vidíme relatívne vysokú zraniteľnosť nášho územia, ak si predstavíme, že dlhotrvajúce suchá môže spoločnosť kompenzovať z prírodných vodných rezervoárov tvoriacich len nepatrné percento krajiny.
Vegetačná (alebo tiež výšková) stupňovitosť je vertikálne rozvrstvenie ekosystémov v krajine. Je to prirodzená variabilita vegetácie spôsobená rozdielmi v klíme s rastúcou nadmorskou výškou a rôznou expozíciou. S pribúdajúcou nadmorskou výškou sa zvyšuje množstvo zrážok a znižuje teplota. Expozícia (orientácia ekosystému na svetové strany) sa prejavuje rozdielmi v rozložení slnečného žiarenia. Rozdiely v klimatickom prostredí sa prejavujú zmenami v zložení vegetácie na jednej strane, ale aj rozdielnou bilanciou vody na strane druhej. Klimatická vodná bilancia predstavuje jednoduchý rozdiel medzi príjmom a výdajom vody v krajine a kalkuluje sa ako rozdiel medzi zrážkami a celkovým výparom (odbore označovaným ako potenciálna evapotranspirácia). Klimatická vodná bilancia je vhodnejší ukazovateľ ako úhrn zrážok. Napríklad: zrážkový úhrn 60 mm v novembri, kedy sa potenciálne môže vypariť 20 mm vody predstavuje nadbytok vlahy. Avšak to isté množstvo zrážok v júli, kedy sa potenciálne vyparí 120 mm vody vedie k vzniku sucha (Škvarenina et al. 2004).
Prirodzenú vegetáciu v krajine prof. Zlatník (1976) na základe výškovej rozdielnosti ekologických faktorov podmienených klímou rozdelil do deviatich vegetačných stupňov: 1. dubový, 2. bukovo-dubový, 3. dubovo-bukový, 4. bukový, 5. jedľovo-bukový, 6. smrekovo-bukovo-jedľový, 7. smrekový, 8. kosodrevinový, 9. alpínsky (nelesný stupeň nad hornou hranicou lesa). Na základe tejto ekologickej klasifikácie sa organizuje zastúpenie lesných drevín v krajine, plánovanie lesného hospodárenia a iné, okrem iného aj vodohospodárske plánovanie.

Tab. 1: Klimatická vodná bilancia (KVB) vegetačných (výškových) stupňov v hlavnom vegetačnom období (IV-IX) (Škvarenina et al. 2004, 2018), záporná hodnota KVB predstavuje deficit vody pre vegetáciu, kladná hodnota KVB predstavuje prebytok vody do odtoku

Z predloženej tabuľky 1 vidíme, že naša krajina má dostatočné vodné zdroje len v horských a vyšších oblastiach (kladné hodnoty KVB). Tieto sa zvyknú označovať aj ako pramenné oblasti. Pramenné oblasti vodných tokov predstavujú zdrojové oblasti tvorby odtoku vody z krajiny, inak prakticky ich môžeme označiť aj ako územia, kde pramení väčšina našich potokov a riek. Ako však názorne vidíme z ukazovateľov v tabuľke, prebytočná voda odteká do riečnej siete len z území, kde zrážky prevyšujú výpar, teda z vegetačných stupňov, ktoré majú kladnú vodnú bilanciu. V podhorských až nížinných oblastiach sa prejavuje deficit zrážok pri vysokých požiadavkách na výpar, klimatická vodná bilancia nadobúda záporné hodnoty, pričom je predpoklad, že sa podľa uvedeného klimatického scenára bude vodná bilancia zhoršovať v neprospech zabezpečenosti vlahou.
Nastupujúce zmeny klímy nespôsobia iba všeobecne deklarované zvýšenie teploty vzduchu. V najbližších obdobiach môžeme očakávať aj zmeny v rozložení zrážok. Teplejšia atmosféra však spotrebuje viac vody z krajiny na výpar, čím sa zmení jej vodná bilancia. V nížinách sa budú predlžovať obdobia sucha a vzrastie deficit vody. Rozloha pramenných oblastí s kladnou bilanciou vody sa zmenší, čo povedie k prehlbovaniu problémov so zásobovaním vodou.

5. Budúca klíma a extrémy hydrometeorologického režimu

Ak predpokladáme, že sa v budúcnosti budú vyskytovať podobné epizódy extrémneho počasia ako v minulosti, ale pri teplote vyššej o 2 – 4 °C, tak existujú viaceré reálne možnosti meteorologických, resp. bioklimatologických dôsledkov. V prípade výskytu cyklonálnych situácií v letnom období s relatívnou vlhkosťou takmer 100 % a pri predpokladanej vyššej teplote vzduchu o 4 °C, môžeme očakávať vyšší výpar (merná vlhkosť vzduchu vzrastie o 25 % – 40 %), a s tým spojený väčší sýtostný doplnok, čo môže zapríčiniť nedostatok zrážok vo vegetačnom období a častejší výskyt suchých období (Lapin et al. 2023).
Nedostatok zrážok, resp. zmena v ich časovej a priestorovej distribúcií vplyvom zmien v klimatickom systéme Zeme, sa prejavuje už v súčasnosti v podobe extrémnych povodní alebo naopak extrémnym suchom (Sivakumar et al. 2014, Škvarenina 2019, Vido et al. 2016). Na území Slovenska sa tieto dôsledky prejavujú najmä v poklese úhrnu zrážok vo vegetačnom období (Škvarenina 2019, Vido et al. 2016), poklese prietokov povrchových tokov v teplom polroku, resp. extremalizáciou prietokov počas dlhodobých zrážkových úhrnov či náhlych búrkových situácií (Hlavčová et al. 2008, Pecho et al. 2010, Danáčová et al. 2020).
Deficit zrážkových úhrnov bude v spolupôsobení so vzrastom evapotranspirácie o 18 – 60 % vystavovať krajinu a jej čiastkové ekosystémy vplyvom sucha a suchých periód (Lapin 2022, Šiška 2022, Vido 2022). Sucho a riziko jeho výskytu je v súčasnosti vzhľadom na závislosť globálnej populácie od poľnohospodárskej a lesnej produkcie jeden z najdiskutovanejších problémov sveta (Muthuvel et al. 2023). Avšak dopady sucha na biodiverzitu, krajinu a krajinné zložky, ktoré sú prostredníctvom ekosystémových väzieb, spätných väzieb a systémom ekologickej stability funkčne a neoddeliteľne prepojené so socio-ekonomickými produkčnými alebo mimoprodukčnými aktivitami v prírodnom prostredí človeka, sú rovnako dôležitými aspektami vedeckého výskumu klimatickej zmeny (Fleischer et al. 2017).
V priebehu 20. storočia bol zaznamenaný trend postupného vysušovania krajiny predovšetkým na juhu Slovenska (rastie potenciálna evapotranspirácia a klesá vlhkosť pôdy), ktorý pokračuje dodnes (Škvarenina et al. 2008, 2009, Melo et al. 2013, Vido a Nalevanková 2021). Arídnejšia klíma a výskyt sucha následne vyúsťujú do vzniku podmienok spôsobujúcich nárast nebezpečenstva výskytu lesných a krajinných požiarov (Korísteková et al. 2020, Ostrihoň et al. 2021). Hodnotenie nebezpečenstva vzniku požiarov je komplexný proces zložený z hodnotenia mnohých vstupných faktorov. Všeobecne sa pre vznik požiaru v krajine pokladajú za dôležité predovšetkým zápalný zdroj, dostupnosť horľavého materiálu (paliva) a počasie, klíma. Na základe dlhodobých meteorologických analýz a podľa viacerých meteorologických požiarnych indexov bol potvrdený štatisticky významy trend rizika vzniku lesných a krajinných požiarov pre viaceré oblasti Slovenska (Škvarenina 2022, Hillayová et al. 2022, 2023).

Záver

Voda a lesy predstavujú dôležité zložky pre život na Zemi. Ich vzťahy sa v meniacich klimatických podmienkach čoraz častejšie dostávajú do pozornosti odbornej verejnosti. V poslednom období sa vyskytujú výrazné zmeny hlavne v teplotnom a zrážkovom režime krajiny počas roka. V jednom roku pozorujeme výskyt extrémnych javov, ktoré charakterizuje dlhotrvajúce obdobie sucha s vysokými teplotami (heat waves), alebo vlny prudkých a výdatných dažďov. Sucho pri dlhodobom pôsobení ohrozuje biodiverzitu, mení vlastnosti stanovíšť a v konečnom dôsledku aj areály drevín. Vplýva na viaceré fyziologické procesy, a tým ovplyvňuje produkciu drevnej hmoty, ale aj celý rad celospoločenských funkcií lesov. Tým sa môžu meniť a dokonca ohroziť aj ekosystémové služby lesov, teda benefity, ktoré obyvatelia získavajú z lesných a krajinných ekosystémov. Lesy zohrávajú dôležitú úlohu pri zadržiavaní vody a zachovaní či obnove vodných zdrojov v krajine a je len na nás, aby sme uchránili zdravé lesy pre vodu a tiež vodu pre stabilné lesy.

Literatúra

Danáčová, M., Földes, G., Labat, M. M., Kohnová, S., Hlavčová, K. (2020). Estimating the effect of deforestation on runoff in small mountainous basins in Slovakia. Water, 12(11), 3113.
Fleischer, P., Pichler, V., Fleischer, Jr.P., Holko, L., Máliš, F., Gömöryová, E., Cudlín, P., Holeksa, J., Michalová, Z., Homolová, Z. Škvarenina, J., Střelcová, K. et al., 2017. Forest ecosystem services affected by natural disturbances, climate and land−use changes in the Tatra Mountains. Climate Research 73, (1−2): 57−71.
Hillayová, M. K., Holécy, J., Korený, Ľ., & Škvarenina, J. (2022). Oceňovanie lesnej pôdy v podmienkach rizika výskytu požiarov na lesnej pôde a klimatických zmien. Zvolen : Technická univerzita vo Zvolene , 2022. - 101 s.
Hillayová, M. K., Holécy, J., Korísteková, K., Bakšová, M., Ostrihoň, M., & Škvarenina, J. (2023). Ongoing climatic change increases the risk of wildfires. Case study: Carpathian spruce forests. Journal of environmental management, 337, 117620.
Hlavčová, K., Szolgay, J., Halmová, D., Parajka, J., Kohnová, S. (2008). Zmeny hydrologického režimu slovenských tokov a základné adaptačné opatrenia na zmenu klímy vo vodnom hospodárstve. In Národný klimatický program SR, 12, 61-86.
Jurík, L. (2023). Zákon na ochranu vôd musí mať dosiahnuteľné, reálne ciele. In LES & Letokruhy, Časopis Letokruhy, 2023/2.
Koristekova, K., Vido, J., Vida, T., Vyskot, I., Mikloš, M., Minďáš, J., Škvarenina, J. (2020). Evaluating the amount of potential greenhouse gas emissions from forest fires in the area of the Slovak Paradise National Park. Biologia, 75, 885-898.
Lapin. M. (2022). Globálne zmeny klímy a extrémy počasia a ich vplyv na spoločnosť a ekosystémy. (Prednáška pre študentov Lesníckej fakulty a Fakulty ekológie a environmentalistiky). Technická univerzita vo Zvolene, 15. 11. 2022.
Lapin. M. (2023). Basis facts on climate change, possible impacts, adaptatinag and mitigation options. (publikovaná prednáška) Slovak University of Technology, Bratislava, February 20, 2023
Melo, M., Lapin, M., Kapolková, H., Pecho, J., Kružicová, A. (2013). Climate trends in the Slovak part of the Carpathians. The Carpathians: Integrating Nature and Society Towards Sustainability, 131-150.
Minďáš, J., Škvarenina, J.(eds.) (2010). Lesy Slovenska a voda. Vydavateľ: Technická univerzita, EFRA Zvolen, 129 s.
Muthuvel, D., Sivakumar, B., Mahesha, A. (2023). Future global concurrent droughts and their effects on maize yield. Science of The Total Environment, 855, 158860.
Ostrihoň, M., Škvarenina, J., Korísteková, K. (2021). Effect of Selected Meteorological Factors on Forest Litter Moisture Content and Fire Danger Degree. Delta, 15(1), 58-70.
Pecho, J., Faško, P, Lapin, M, Kajaba, P, Mikulová, K, Šťastný, P. (2010). Extrémne atmosférické zrážky na jar a na začiatku leta 2010 na Slovensku. Meteorologický časopis, 13(2-3), 69-80.
Sivakumar, M. V., Stefanski, R., Bazza, M., Zelaya, S., Wilhite, D., Magalhaes, A. R. (2014). High level meeting on national drought policy: summary and major outcomes. Weather and climate Extremes, 3, 126-132.
Stockmann V. (2022). Dejiny lesníckeho vysokého školstva na Slovensku. Zvolen : Technická univerzita vo Zvolene , 2022. - 408 s.
Šiška, B. (2022). Sucho v poľnohospodárskej krajine z pohľadu aspektov rôznych metodologických prístupov. In Klimatická zmena v našich regiónoch, 1.0 Bioklimatologické a metodologické aspekty. Odborno-vzdelávací seminár konaný dňa 20. októbra 2022, Lesnícka fakulta TU Zvolen.
Škvarenina J, Križová E, Tomlain, J (2004): Impact of the climate change on the water balance of altitudinal vegetation stages in Slovakia. Ekológia 23 (Suppl. 2/2004): 13-19.
Škvarenina, J., Tomlain, J., Hrvoľ, J., Škvareninová, J., Hlavatá, H. (2008). Výskyt suchých a vlhkých období vo vegetačných stupňoch západných Karpát na Slovensku: Analýza časového radu 1951–2005 a prognóza očakávaných zmien. Národný klimatický program Slovenskej republiky, 123-142.
Škvarenina, J., Tomlain, J., Hrvol, J., Škvareninová, J., Nejedlík, P. (2009). Progress in dryness and wetness parameters in altitudinal vegetation stages of West Carpathians: Time-series analysis 1951–2007. Idojárás, 113(1-2), 47-54.
Škvarenina, J. (2022). Vlhkostný režim a požiarne nebezpečenstvo v lesoch. In Klimatická zmena v našich regiónoch, 1.0 Bioklimatologické a metodologické aspekty. Odborno-vzdelávací seminár konaný dňa 20. októbra 2022, Lesnícka fakulta TU Zvolen.
Vido, J. (2022). Sucho 2022. In Klimatická zmena v našich regiónoch, 1.0 Bioklimatologické a metodologické aspekty. Odborno-vzdelávací seminár konaný dňa 20. októbra 2022, Lesnícka fakulta TU Zvolen.
Vido, J. (2023). Les v krajine a voda v lese. In LES & Letokruhy, Časopis Letokruhy, 2023/3.
Vido, J., Šustek, Z. (2021). Sucho a biodiverzita (vedecká monografia). Prievidza : Oikos , 2021. - 110 s.
Vido, J., Střelcová, K., Nalevanková, P., Leštianska, A., Kandrík, R., Pástorová, A., Škvarenina, J., Tadesse, T. (2016). Identifying the relationships of climate and physiological responses of a beech forest using the Standardised Precipitation Index: a case study for Slovakia. Journal of Hydrology and Hydromechanics, 64(3), 246-251.
Vido, J., & Nalevanková, P. (2021). Impact of natural hazards on forest ecosystems and their surrounding landscape under climate change. Water, 13(7), 979.
Zlatník, A (1976): Lesnícka fytocenológia. SZN, Praha.

Autori:

prof. Ing. Jaroslav Škvarenina, CSc.(skvarenina@tuzvo.sk)
doc. Ing. Jaroslav Vido, PhD. (vido@tuzvo.sk)
Ing. Paulína Nalevanková, PhD. (xnalevankova@tuzvo.sk)

Katedra prírodného prostredia Lesnícka fakulta Technická univerzita vo Zvolene Ul. T. G. Masaryka 24 960 01 Zvolen Slovenská republika

Obr. 2:Hydrologický cyklus v lese

Pohľad zo Slovinska: The Ecological Impact of Climate Change on Slovenian Forest Ecosystems

Introduction

European forests will need to adapt to changes in the environment in the future due to extreme weather events, prolonged summer droughts, windstorms, and floods (Lindner idr., 2010). Warmer and drier conditions in the future are expected to promote fires, drought, and insect disturbances. On the other hand, warmer and wetter conditions could escalate wind and pathogen disturbances (Kutnar idr., 2022). In European forests, the damage inflicted by wind, insect outbreaks, and forest fires has risen throughout the twentieth century. Furthermore, there has been an augmentation in the synergistic interaction of various disturbance factors. For instance, drought intensifies fires, and insect damage heightens vulnerability to storms. These robust connections are typically depicted as a cascade, where abiotic disturbances are succeeded by insect outbreaks (Kutnar idr., 2022). Extreme weather events, particularly prolonged summer droughts, exert a significantly greater impact on tree growth and survival compared to gradual changes in average climate conditions (Lindner et al. 2010). The anticipation is that warmer and drier conditions will result in more frequent and prolonged droughts across Europe. The region’s most susceptible to escalating drought risk include the Mediterranean and certain continental parts of Central and Eastern Europe. These areas could face an upsurge in both droughts and fire hazards by the end of the century (Good idr., 2006). The impacts of future climate change and the alterations in the disturbance regime are expected to be most significant in coniferous forests, particularly in areas where conifers have been artificially introduced. The decline of conifers is anticipated, mainly attributed to water limitations (Lexer idr., 2002). These indigenous conifers are likely to be substituted by broadleaved tree species in Western and Central Europe (Kutnar idr., 2022). Other abiotic threats to forests are expected to rise, with the impacts varying regionally and contingent on the implemented forest management system (Dobor idr., 2020).
Slovenia is located in the area between three major geographic regions: the Alps and Dinaric Mountains, the Mediterranean Region, and the Pannonian Basin. Under various climate warming scenarios, the proportion of dominant beech forests is likely to decrease, while the area covered by warmth-tolerant thermophilic forests and tree species is expected to increase significantly. The total land covered by forests in Slovenia is 58%, which results in 1.2 million hectares. Due to its diverse topography, climate, and the historical influence of past forest management, Slovenian forests exhibit a varied mosaic of forest types. These range from lowland floodplain forests to extensive mesic mixed forests, predominantly featuring beech at medium altitudes, and extending to mountainous coniferous forests at higher elevations. In past centuries, spruce was among the most favoured tree species through anthropogenic influence in Slovenia. It was extensively introduced and planted in many regions due to its timber qualities. In areas beyond its natural distribution, spruce proves to be more sensitive to extreme weather events, and there is a higher occurrence of widespread bark beetle infestation, particularly at lower altitudes. The management of Slovenian forests is grounded in sustainable, close-to-nature, and multi-purpose principles. The silviculture practices, characterized by relatively low intensity and uneven-aged approaches, are primarily focused on achieving a near-natural tree species composition (Kutnar idr., 2022).

Temperature Changes and Precipitation Patterns:

In Slovenia, several climate variables have undergone significant changes over the last six decades. On average, the annual temperature calculated for five meteorological stations has shown an increase over the last 60 years (1959-2018). The temperature increase varied from 0.31°C per decade (Kredarica station at 2513 m) to 0.46°C per decade (Ljubljana station at 299 m), with the average rate of temperature increase being 0.38 °C per decade (p < 0.001, R2 = 58.1%) (Figure 1) (Kutnar idr., 2022). The average annual precipitation (mm) over the last 60 years (1959-2018) exhibited a non- significant decrease (p > 0.05) of 0.4% per decade. However, when specifically considering the period from 1989-2018, there was an actual increase at an average rate of 2.2% per decade (Kutnar idr., 2022).
Continuation of the 60-year trends analysed for Slovenia suggests an increase in mean temperature of 3 °C and a decrease in precipitation of about 3% by the end of this century. However, the current 20-year trend indicates an even more substantial increase in mean annual temperature in this region, with maximum summer temperatures potentially being 4,3°C higher by the end of the century. In contrast to a consistent temperature rise, changes in precipitation proved to be more variable and, therefore, less predictable. With greater certainty, we can assert that rising temperatures could negatively impact tree growth and survival. Extreme events, such as severe droughts and heatwaves, play a crucial role in tree mortality and are anticipated to become more frequent and intense with climate change (Thom idr., 2013).

Large scale disturbances in Slovenian forests:

Various disturbance factors, including windstorms, ice storms, and insect outbreaks, have inflicted damage upon the forests in Slovenia. On average, these disturbances resulted in damage totalling 1.9 million m3 per year, corresponding to 0.56% of the total growing stock (Kutnar idr., 2022). Between January 30th and February 10th, 2014, an extreme ice storm resulted in extensive damage to Slovenian forests. This event, in terms of its spatial extent and the total amount of damaged wood, stands as the most catastrophic natural disturbance ever recorded in Slovenia. The ice storm event caused damage to more than half of Slovenia's forests (609,413 ha) (Kutnar idr., 2022). The proportion of damaged trees by other disturbance factors did not differ significantly among the three 5-year periods. However, the percentage of damaged conifers, deciduous trees, and all tree species combined was significantly higher in the last 5-year period (2014- 2018) compared to the periods 2009-2013 and 2004-2008 (Figure 2) (Kutnar idr., 2022).

Changes in tree species composition:

At the European level and in Slovenia, European beech and Norway spruce stand out as the two most crucial tree species in temperate and boreal forests. The percentage of Norway spruce in the growing stock significantly declined over the period 1999-2018 (p < 0.001, R2 = 94.6%) (Fig. 3). Twenty years later, its share decreased to 30.5%. This decline was especially notable in the last decade (2009-2018). In contrast to spruce, the proportion of European beech significantly increased (p < 0.001, R2 = 82.4%), with the rate of increase accelerating in the last decade. In recent years we have witnessed profound changes in the structure and composition of Slovenian forests. Both natural disturbances and salvage logging have inflicted significant damage on overstory trees, as well as impacting forest soils. These disturbances have led to a substantial proportion of degraded forests characterized by numerous larger canopy gaps and openings, indicative of younger developmental phases. Various disturbance factors have shifted the tree species composition towards an increased proportion of broadleaved species. Overall, the proportion of the three dominant tree species (beech, spruce, silver fir) has declined in Slovenian forests over the past two decades (Kutnar idr., 2022).
The substantial decrease in spruce is primarily attributed to the extensive damage caused by the ice storm in 2014 and the subsequent widespread bark beetle outbreaks in the following years (Nagel idr., 2016).

Conclusions:

The endurance of local and regional tree populations, where the role of phenotypic variation may prove to be significant, will face challenges amid warmer and drier climate conditions. Persistence of tree species is a pivotal factor in driving forest changes. Given that sustainable, close-to-nature forest management revolves around mimicking less intense disturbances, there has been minimal focus on restoring areas within forest landscapes that have experienced more severe disturbances (Diaci idr., 2017).
Disturbances play a role in reorganizing ecosystems, as the rising frequency and severity of these disturbances are likely to expedite the adaptation of forest ecosystems to climate change. However, it's important to note that the increasing size of disturbances may have the opposite effect on forests. Foresters from many countries are searching for tree species or provenances capable of adapting to expected climate change. Forest managers require information on the extent and suitability of the predominant tree species in our study area, such as European beech, Norway spruce, and Silver fir, to sustain viable populations in the upcoming decades. This knowledge is crucial to determine when to consider or promote alternative species in specific cases (Kutnar idr., 2022)

Sources and literature:

Diaci, J., Rozenbergar, D., Fidej, G. in Nagel, T. A. (2017). Challenges for Uneven-Aged Silviculture in Restoration of Post-Disturbance Forests in Central Europe: A Synthesis. Forests, 8(10), 378. https://doi.org/10.3390/f8100378
Dobor, L., Hlásny, T. in Zimová, S. (2020). Contrasting vulnerability of monospecific and species-diverse forests to wind and bark beetle disturbance: The role of management. Ecology and Evolution, 10(21), 12233–12245. https://doi.org/10.1002/ece3.6854
Good, P., Bärring, L., Giannakopoulos, C., Holt, T. in Palutikof, J. (2006). Non-linear regional relationships between climate extremes and annual mean temperatures in model projections for 19612099 over Europe. Climate Research, 31, 19–34. https://doi.org/10.3354/cr031019
Kutnar, L., Kermavnar, J. in Pintar, A. M. (2022). Climate change and disturbances will shape future temperate forests in the transition zone between Central and SE Europe. Annals of Forest Research, 64(2). https://doi.org/10.15287/afr.2021.2111
Lexer, M. J., Hönninger, K., Scheifinger, H., Matulla, Ch., Groll, N., Kromp-Kolb, H., Schadauer, K., Starlinger, F. in Englisch, M. (2002). The sensitivity of Austrian forests to scenarios of climatic change: a large-scale risk assessment based on a modified gap model and forest inventory data. Forest Ecology and Management, 162(1), 53–72. https://doi.org/10.1016/S0378-1127(02)00050-6
Lindner, M., Maroschek, M., Netherer, S., Kremer, A., Barbati, A., Garcia-Gonzalo, J., Seidl, R., Delzon, S., Corona, P., Kolström, M., Lexer, M. J. in Marchetti, M. (2010). Climate change impacts, adaptive capacity, and vulnerability of European forest ecosystems. Forest Ecology and Management, 259(4), 698–709. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2009.09.023
Nagel, T. A., Firm, D., Rozenbergar, D. in Kobal, M. (2016). Patterns and drivers of ice storm damage in temperate forests of Central Europe. European Journal of Forest Research, 135(3), 519–530. https://doi.org/10.1007/s10342-016-0950-2
Thom, D., Seidl, R., Steyrer, G., Krehan, H. in Formayer, H. (2013). Slow and fast drivers of the natural disturbance regime in Central European forest ecosystems. Forest Ecology and Management, 307, 293–302. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2013.07.017

Autor: Rober Logar - študent ERASMUS+ Univerzita Lubľana