II. Sekce ekosystémových analýz

Sekce ekosystémových analýz získává a shromažďuje informace o tocích, poutání a ukládání uhlíku na různých hierarchických úrovních (od molekul po krajinu na kontinentální úrovni). Jejím cílem je přispět k poznání zdrojů a zároveň procesů sekvestrace a ukládání uhlíku v terestrických ekosystémech. Dále studuje vliv globální změny klimatu na konkrétní ekosystémy, např. lesní porosty, malá povodí a také na vybraná živočišná společenství. Své výsledky poskytuje podle potřeby ostatním sekcím Ústavu.

Hlavní cíle sekce:

a) dlouhodobý monitoring toků skleníkových plynů a meteorologických prvků, převedení kvantitativních a dynamických údajů do měřítka celé ČR a modelový odhad jejich budoucího vývoje. Metodiky opatření pro zvýšení schopnosti ekosystémů poutat CO2 z atmosféry a dlouhodobě deponovat uhlík;

b) dlouhodobý monitoring dálkového atmosférického přenosu skleníkových plynů, vybraných znečišťujících látek a  základních meteorologických charakteristik, popis zjištěných časových a prostorových trendů a studium dynamiky toků od lokální po kontinentální úroveň;

c) vyhodnocení a modelování změn hydrologického cyklu lesních povodí, biogeochemie dusíku v lesním ekosystému, forem a exportu rozpuštěného organického a anorganického uhlíku a množství bazických kationtů v lesních půdách a vodách pod vlivem očekávané globální změny klimatu a lesního hospodaření. Metodiky opatření pro omezení negativních dopadů globální změny klimatu na hydrologické a biogeochemické cykly lesních povodí;

d) metody synchronizace leteckého snímání obrazových dat pomocí pasivní obrazové spektroskopie a aktivního LiDAR skeneru a jejich vyhodnocení pro získání spektrálně-prostorových charakteristik vegetace a ekosystémů za účelem tvorby map biochemických a biofyzikálních parametrů vegetace a detekci stresu rostlin vyvolaným různými přírodními a antropogenními faktory;

e) vyhodnocení vlivu globální změny klimatu na populační dynamiku hmyzích škůdců, jejich přirozených nepřátel i některých vzácných druhů, analýza významu biokoridorů pro usnadnění migrace druhů a jejich přežití při globální změně klimatu, metodiky opatření pro zachování biodiverzity.

Vedoucí
Mgr. Marian Pavelka, Ph.D
Tel.: +420 511 192 255
pavelka.m@czechglobe.cz

Adresa
Bělidla 986/4a 60300 Brno

Zahrnuje:
Oddělení toků látek a energie
Oddělení dálkového průzkumu Země
Oddělení výzkumu biodiverzity
Oddělení biogeochemických a hydrologických cyklů
 

Oddělení toků látek a energie


Pavelka Marian, Mgr., Ph.D. - vedoucí

Vědečtí pracovníci :
Acosta Manuel, Ing., Ph.D.
Dařenová Eva, Mgr., Ph.D.
Dušek Jiří, Mgr., Ph.D.
Jocher Georg, Dr.
Kowalska Natalia, MSc., Ph.D.
Květ Jan, RNDr., CSc.
Olejnik Janusz, prof.
Sedlák Pavel, RNDr., CSc.
Šigut Ladislav, Mgr., Ph.D.

Doktorandi :
Guerra Torres Carlos, MSc.
Krupková Lenka, Mgr.
Mejdová Markéta, Ing.
Nguyen Vinh , MSc.
Taufarová Klára, Mgr.
Yadav Shilpi, Ing.

Ostatní :
Czerný Radek, Mgr.
Stellner Stanislav, Ing.
Trusina Jan, Mgr.

 

Ekosystémy planety Země jsou v současné době silně ovlivněny probíhající globální změnou klimatu. Tato změna souvisí s narůstající koncentrací skleníkových plynů (zejména CO2, N2O, CH4) v atmosféře. Základem našeho výzkumu je snaha o hlubší poznání cyklu uhlíku v životním prostředí, jeho osudu ve zdrojích a propadech a nalezení možností vedoucích ke zmírnění globální změny klimatu zvýšenou schopností terestrických ekosystémů poutat vzdušný uhlík (zejména ve formě CO2).

Základními metodami jsou dlouhodobý precizní monitoring toků skleníkových plynů a meteorologických prvků na úrovni konkrétních ekosystémů. Je analyzován vliv skleníkových plynů na produkční aktivitu vybraných typů ekosystémů, převedení kvantitativních a dynamických údajů do měřítka celé ČR a modelový odhad jejich budoucího vývoje.

Hlavní cíle oddělení:

a) popsat a kvantifikovat toky látek a energií v různých typech ekosystémů

b) ocenit schopnost ekosystémů poutat a ukládat vzdušný uhlík, a to za podmínek současných i za podmínek globální změny klimatu

c) ocenit zátěž prostředí na úrovni mechanismů toků energie a látek mezi ekosystémy a atmosférou

d) modelový odhad budoucího vývoje ekosystémů České republiky

e) vývoj nových metodik opatření pro zvýšení schopnosti ekosystémů poutat CO2 z atmosféry a dlouhodobě deponovat uhlík

Pro splnění těchto cílů je využívána síť ekosystémových stanic pokrývající vybrané typy ekosystémů (smrkový horský les, horská louka, bukový les, smrkový les středních poloh, agroekosystém, mokřad, lužní les). Ekosystémové stanice jsou vybaveny systémy pro měření toků látek a energie (metodou eddy kovariance), vodní bilance, měření respiračních ztrát CO2, mikrometeorologická měření, fenologická sledování. Periodicky probíhá podrobná inventarizace biomasy.

Vybrané ekosystémové stanice jsou součástí mezinárodního projektu ICOS (www.icos-infrastructure.eu).

Oddělení dálkového průzkumu země


Zemek František, doc., Mgr., Ing., Ph.D. - vedoucí

Vědečtí pracovníci :
Brovkina Olga, Ing., CSc.
Homolová Lucie, Ing., M.Sc., Ph.D.
Lukeš Petr, Ing., Ph.D.
Malenovský Zbyněk, Dr.,
Novotný Jan, Ing., Ph.D.
Pikl Miroslav, Ing.
Rodriguez-Moreno Fernando, MSc., Ph.D.

Ostatní :

Doktorandi :
Janoutová Růžena, Ing.
Loayza Fernandez Rolling Richard, Ing.

 

Oddělení dálkového průzkumu Země je součástí Sekce ekosystémových analýz a své současné zaměření činnosti rozvíjí od roku 2006. Oddělení je zaměřeno na hodnocení vybraných typů ekosystémů v různém prostorovém a časovém měřítku. K řešení výzkumných úloh proto využívá dostupné časové řady satelitních dat a aktuální letecká data nasnímaná pro daný účel vlastním hyperspektrálním a termálním senzorem. Zvláštní důraz je kladen na tvorbu metodických postupů kvantitativního hodnocení biochemických parametrů vegetace (např. lesních porostů, zemědělských kultur, ad.) na základě dat obrazové spektroskopie.

Novou výzvou, související s budováním infrastruktury CzechGlobe, je fůze leteckých hyperspektrálních, LiDARových a termálních dat ve fyzikálně založených modelech přenosu záření porosty. Tato datová synergie otevírá prostor pro nová, komplexní řešení úloh.

K hlavním cílům oddělení patří:

  • Zpřesnění strukturálních parametrů vegetace do modelů přenosu záření porosty, např. tvar koruny a výšku stromu, na základě výstupů z LiDARových dat
  • Objasňování vztahů mezi strukturálními parametry porostu, jeho teplotním a vodním režimem, a biochemickými vlastnostmi rostlin
  • Propojení detailní prostorové a spektrální informace o porostu s informací rostlinných fyziologů o fungování jednotlivých rostlin – prostorový a funkční upscalling
  • Hodnocení teplotního režimu urbánní krajiny jako jednoho z faktorů životního prostředí člověka

Oddělení výzkumu biodiverzity


Kindlmann Pavel, prof., RNDr., DrSc. - vedoucí

Vědečtí pracovníci :
Bílá Karolína, Mgr., Ph.D.
Dixon Anthony, prof., Ph.D., dr.h.c.
Kolanowska Marta, MSc., Ph.D.
Křenová Zdenka, RNDr., Ph.D.
Rokaya Maan, Mgr., Ph.D.
Romportl Dušan, RNDr., Ph.D.
Šustr Pavel, Mgr., Ph.D.
Traxmandlová Iva, RNDr., Ph.D.

Doktorandi :
Rokaya Binu, Mgr.
Shrestha Bikram, MSc.

Ostatní :
Atexingerová Lenka
Štípková Zuzana, Mgr.

 

Úkolem Oddělení výzkumu biodiverzity je provádět základní výzkum v oborech zahrnujících evoluční ekologii (především evoluci životních strategií), populační dynamiku (obzvláště systémy dravec-kořist a rostlina-opylovač) a stabilitu ekologických společenstev pomocí teoretického, experimentálního a terénního přístupu, především v kontextu současných klimatických změn, a předávat tyto znalosti dále prostřednictvím výuky a publikací. Výsledky tohoto výzkumu nacházejí své aplikace v ochraně biodiverzity, ochraně přírody a v biologické kontrole škůdců. V současnosti jsou hlavními modelovými skupinami terestrické orchideje, mšice, afidofágní hmyz a velcí savci. Kromě České republiky provádí oddělení terénní výzkum i ve Francii, Nepálu, Bolivii a na Papui-Nové Guineji.

Hlavní cíle oddělení:

a) studium vlivu GZK na populační dynamiku hmyzích škůdců zemědělských plodin (hlavně mšice) a jejich predátorů (modelové skupiny jako např. slunéčko sedmitečné a střevlíci) při aplikaci různých scénářů užívání krajiny, GZK a intenzifikace zemědělských aktivit v krajině,

b) vyhodnocení vlivu GZK na ekosystémové funkce, především na úrovni vztahů mezi hmyzím škůdcem a jeho přirozeným nepřítelem při různých režimech obhospodařování agroekosystémů,

c) analýza vlivu změn v teplotě (možný důsledek GZK) na populační dynamiku některých vzácných druhů,

d) vyhodnocení významu biokoridorů pro usnadnění migrace druhů potřebné pro jejich přežití při GZK, jejich významu jako útočišť a míst přezimování pro sledované organismy.

e) vyhodnocení závislosti změny biodiverzity (hlavně ztráta druhů) a ekosystémových služeb způsobených účinky GZK na konektivitě krajiny,

f) analýza změn základních zákonů řídících dynamiku ekosystémů a interakcí mezi druhy s měnící se teplotou

Oddělení biogeochemických a hydrologických cyklů


Hruška Jakub, prof., RNDr., CSc. - vedoucí

Vědečtí pracovníci :
Bohdálková Leona, Mgr., Ph.D.
Chuman Tomáš, RNDr., Ph.D.
Hofmeister Jeňýk, RNDr., Ph.D.
Krám Pavel, RNDr., Ph.D.
Moldan Filip, RNDr., Ph.D.
Oulehle Filip, Ph.D.

Doktorandi :
Zamazalová Kateřina, Mgr.

Ostatní :
Čuřík Jan, Mgr.
Myška Oldřich, Ing.
Novotná Zlata
Žídková Milena, Ing.

 

Střední Evropa je místem, kde se střetávají nejrůznější přímé i nepřímé vlivy působící na ovzduší, půdy, vody a lesy, a které se projevují ve změnách biogeochemických cyklů ekologicky významných prvků. Tyto změny pak zpětnou vazbou působí na jednotlivé složky ekosystémů a ovlivňují je často velmi složitými mechanismy a cestami. Poznání jednotlivých cyklů, jejich propojení a vzájemného vlivu je předpokladem ke správnému pochopení fungování ekosystémů a jejich odpovědi na klimatickou změnu kombinovanou s dalšími vlivy jako je lesnické hospodaření či acidifikace. Teprve pak můžeme usuzovat na jejich budoucí vývoj a správně se rozhodovat při tak významných činnostech jako je nakládání s lesy, půdami či vodami.

Hlavní cíle oddělení:

a) vyhodnocení změn hydrologického cyklu lesních povodí za různých scénářů GZK,

b) studium dopadů GZK na cyklus dusíku (jeho vyplavování, fixace v půdách, dostupnost a přímé ztráty zpět do atmosféry),

c) analýza vlivu GZK a dalších antropogenních vlivů (změny atmosférické depozice) na koncentraci, formy a export rozpuštěného organického a anorganického uhlíku z ekosystémů,

d) studium dopadů GZK a dalších antropogenních vlivů na dostatek/nedostatek bazických kationtů v lesních půdách,

e) vyhodnocení projevů uvažované eliminace vlivu GZK využíváním potěžebních zbytků z lesní těžby k energetickým účelům na chemismus lesních půd,

f) provedení modelové prognózy vývoje hydrologie chemismu půd a vod do roku 2100 v závislosti na různých scénářích vývoje GZK.

Pro splnění těchto cílů bude využíváno následujícího klíčového přístrojového vybavení:

a) iontově-výměnný kapalinový chromatograf ke stanovení aniontů a kationtů ve vodách a výluzích

b) automatický titrátor ke stanovení pH, alkality a acidobazických charakteristik rozpuštěného organického uhlíku ve vodách

c) UV/VIS spektrofotometr k měření spekter rozpuštěného organického uhlíku a ke stanovení koncentrací amoniaku, rozpuštěného fosforu a frakcí hliníku

d) rtuťový analyzátor pro měření koncentrací Hg ve vodách a půdách

e) limnigrafy se zařízením na dálkový přenos dat pro zlepšení hydrologických měření průtoků na povodích

f) srážkoměry a lyzimetry na dovybavení povodí k odběrům depozice a půdních vod

g) elementární analyzáror C, N, H na stanovení celkových obsahů v biomase a půdách

h) analyzátor rozpuštěného organického uhlíku a dusíku ve vodách

i) automatický přenosný systém terénního měření emisí CO2 pro kvantifikaci toku plynného CO2 z půd na měření emisí uhlíku na povápněné a referenční ploše

j) počítače, statistický software, biogeochemický model MAGIC, GISový software ArcView