Dr. rer. nat. Mgr. Kateřina Macháčová – vedoucí
Vědečtí pracovníci:
prof. Dr. Ülo Mander
M.Sc. Thomas Schindler, Ph.D.
Dr. rer. nat. Hannes Warlo
Oddělení ekosystémové výměny stopových plynů zkoumá výměnu významných skleníkových plynů – metanu (CH4) a oxidu dusného (N2O) – v různých druzích stromů a lesních ekosystémech různých klimatických zón. Studium výměny CH4 a N2O lesními ekosystémy se obecně zaměřuje převážně na toky z půdy. Nicméně oba plyny mohou být vyměňovány taktéž povrchy stromů. V současných odhadech lesní bilance CH4 a N2O však není zohledňován přínos stromů, a to i přes vědecké poznatky poukazující na významnou úlohu stromů v této výměně.
Oblasti výzkumu tvoří:
V našem výzkumu se zaměřujeme na kvantifikaci toků CH4, N2O a v menší míře taktéž oxidu uhličitého – CO2 (indikátor fyziologické aktivity) v půdách, dospělých stromech různých druhů (kořeny, kmeny, listy), kryptogamních organismech (tj. fotoautotrofní organismy žijící na borce stromů) a v lesních ekosystémech. Interdisciplinární přístup propojující rostlinnou ekofyziologii s půdní biologií a vědami o atmosféře nám umožňuje podrobné studium koloběhu a toků CH4 a N2O a jejich mechanismů a dynamik v rámci celého systému půda/voda-strom-les-atmosféra. Objasnění úlohy stromů ve výměně skleníkových plynů u různých lesních ekosystémů je klíčové pro správné odhady lesní ekosystémové bilance a tím i pro inventarizace toků CH4 a N2O. Studium vlivu parametrů prostředí na toky těchto plynů přispěje k predikci globální změny.
Hlavní cíle oddělení:
a) vymezení a kvantifikace toků CH4, N2O a CO2 z dospělých dřevin různých druhů a z půdy v lesních ekosystémech v rámci geografického a klimatického gradientu
b) výzkum mechanismu výměny CH4 a N2O stromy zahrnující i nově odhalenou schopnost stromů přijímat CH4 a N2O a objasnění spojitostí mezi toky skleníkových plynů ze stromů a jejich fyziologickou aktivitou a parametry prostředí
c) výzkum prostorové variability a sezónní a denní dynamiky těchto toků, odhady sezónní a roční bilance toků skleníkových plynů z lesních ekosystémů
d) objasnění role dřevin v rámci celkové výměny CH4 a N2O lesními ekosystémy
e) vývoj nových měřících systémů a metod
Dlouhodobé cíle oddělení:
a) poskytnutí prvního komplexního pohledu na koloběh a toky CH4 a N2O v rámci systému půda/voda-strom-les-atmosféra
b) identifikace chybějících zdrojů a příjemců CH4 a N2O v bilanci skleníkových plynů v lesních ekosystémech
c) nalezení společné charakteristiky toků CH4 a N2O pro jednotlivé skupiny dřevin (např. druhy sušších stanovišť vs. mokřadní druhy, listnaté stromy vs. jehličnany)
d) uplatnění našich znalostí a vědeckých výstupů ve vodním/lesním/zemědělském managementu a ekonomickém posouzení ekosystémových služeb
Využívaná infrastruktura:
1) dva přenosné FTIR analyzátory (princip Fourierovy infračervené transformace) pro stanovení koncentrací CO2, CH4, N2O, CO, NH3, NO a NO2
2) plynový chromatograf pro detekci CO2, CH4 a N2O
3) statické komorové systémy (kmenové, kořenové, listové a půdní komory; vlastní vývoj) pro měření toků stopových plynů z jednotlivých částí stromů a půdy v ekosystémech různých klimatických zón (rozličné požadavky a podmínky)
4) metody a protokoly měření výměny stopových plynů
5) rozličné měřící systémy a přístroje pro podpůrná měření v terénu
6) díky naší rozsáhlé mezinárodní spolupráci máme přístup na excelentní a pro náš výzkum jedinečné experimentální lesní stanice v různých klimatických zónách
Nejdůležitější vědecké výstupy:
Podařilo se nám poprvé definovat: i) sezónní dynamiku toků CH4 a N2O ze stromů v lesích boreální a hemi-boreální zóny, ii) různé druhy stromů lesů boreální, střední a tropické zóny jako možné příjemce CH4 a N2O z atmosféry, iii) kryptogamní organismy jako příjemce N2O, iv) tropický deštný les rostoucí na lávovém poli jako významný příjemce CH4 a v) důležitost listoví ve výměně obou plynů stromy.
Fotogalerie
Nejdůležitější publikace:
Schindler T, Mander U, Machacova K, Espenberg M, Krasnov D, Escuer-Gatius J, Veber G, Pärn J, Soosaar K (2020) Short-term flooding increases CH4 and N2O emissions from trees in a riparian forest soil-stem continuum.
Scientific Reports 10, 3204. https://doi.org/10.1038/s41598-020-60058-7
Machacova K, Vainio E, Urban O, Pihlatie M (2019) Seasonal dynamics of stem N2O exchange follow the physiological activity of boreal trees. Nature Communications 10: 4989, DOI: 10.1038/s41467-019-12976-y
Maier M, Machacova K, Svobodova K, Urban O, Lang F (2018) Combining soil and tree-stem flux measurements and soil gas profiles to understand CH4 pathways in Fagus sylvatica forests. Journal of Plant Nutrition and Soil Science 181: 31–35, DOI: 10.1002/jpln.201600405.
Machacova K, Maier M, Svobodova K, Lang F, Urban O (2017) Cryptogamic stem covers may contribute to nitrous oxide consumption by mature beech trees. Scientific Reports 7: 13243, DOI: 10.1038/s41598-017-13781-7.
Machacova K, Bäck J, Vanhatalo A, Halmeenmäki E, Kolari P, Mammarella I, Pumpanen J, Acosta M, Urban O, Pihlatie M (2016) Pinus sylvestris as a missing source of nitrous oxide and methane in boreal forest. Scientific Reports 6, 23410, DOI: 10.1038/srep23410.
Motivated PhD students wanted!!!
