prof. dr. A. GABERŠČiK mag . O. URBANC-BERČiČ

prof. dr. Alenka GABERŠČIK*

mag. Olga URBANC-BERČIČ*

- 79 -

SUŠE IN POPLAVE-KA T ASTROFE ALI NARAVNE MOTNJE?

Izvleček

SUŠA V LETU 2003

Katastrofičnost suš in poplav v veliki meri povzročamo ljudje sami. Glavni razlog je poseganje v zgradbo uravnoteženih in optimiziranih naravnih sistemov in spreminjanje njihove funkcije. Spremenjeni sistemi , ki so se prej vzdrževali sami , postajajo sistemi , ki jih moramo vzdrževati -nadzorovati moramo pretok energije in dostopnost in kroženje snovi - vključno z vodo. Vedno pogostejše suše in poplave pa razkrivajo, da je nadzor največkrat neuspešen ali celo nemogoč . Najbolj usodne so spremembe v naravni vegetaciji , tleh in vodnih telesih , kar zmanjšuje zadrževaino sposobnost pokrajine za vodo. Ker so ekstremne poplave in suše odraz neuravnovešenosti elementov vodnega kroga, lahko rečemo , da so glavni vzroki za oba dogodka enaki.

Uvod

}) Suša je pomanjkanje vode, ki pa ni vedno usodno. Ali je suša katastrofalna ali ne, je odvisno od tega, kako smo z naravo gospodarili v preteklosti ... Zaradi intenzivnga kmetijstva in slabega gospodarjenja, lahko pričakujemo, da bo suša ena od glavnih katastrof širom po svetu ... « To so besede, ki jih je Lloyd Timberlake v svojem delu Afrika v krizi zapisal že leta 1985. Ta črnogleda napoved vse bolj postaja naša stvarnost. Pa ne samo suše, tudi poplave postajajo bolj in bolj usodne.

Kaj so suše in poplave?

Življenje na Zemji se je razvilo v skladu z okoljskimi danostmi. Klima kot vzorec vremena na določenem območju je tista , ki pogojuje razvoj rastlinske odeje in tal. Rastline pa so materialna osnova za razvoj vseh ostalih trofičnih nivojev organizmov. Klimatski dejavniki (količina sevanja, temperature, padavine, ... ) so tisti , ki postavljajo meje rastlinam, rastline pa z vkjučenostjo v kroženje snovi in pretok energije oblikujejo lokalno klimo. Kroženje vode, pri katerem igrajo rastline aktivno vlogo, je navečji masni pretok na tem planetu, obenem pa tudi pomembno vpliva na pretok energije , saj se večina sončne energije , ki doseže na Zemljo, porabi za izhlapevanje vode

Suša je podaljšano obdobje brez padavin na območju , kjer bi padavine pričakovali. Je naravna značilnost klime, ki se ne pojavlja redko in je navadno predvidljiva. Lahko se pojavlja povsod , vendar je usodnost njenega delovanja različna . Najbolj občutljivi so predeli v območjih od 15 do 20° zemljepisne širine, v bližini stalno suhih celinskih območij . Kar tretjina celinskih predelov sveta je izpostavjena pomanjkanju padavin (polovica od tega so ekstremno suhi predeli z manj kot 250 mm padavin letno). Tudi poplave so naravna značilnost rečne dinamike. Čeprav so posledice poplav lahko uničujoče, se v naravnih sistemih nemoten pretok energije in kroženje snovi hitro spet vzpostavita . Lahko bi rekli , da so poplave in suše motnje, na katere so organizmi , ki so nosilci procesov v naravnih sistemih zelo dobro prilagojeni. Prilagojenost na te motnje pomeni celo prednost pred ostalimi organizmi. Na določenem· območju so lahko zato, ker jim motnje ne morejo do živega, navadno pa celo podpirajo njihove življenjske kroge. Za vse druge neprilagojene organizme, ki se s tega ali onega razloga pojavijo na poplavnem območju ali območju s pogostimi sušami , so motnje navadno usodne. Praviloma večina rastlin prej podleže motnjam zaradi poplav, kot pa motnjam zaradi pomanjkanja vode.

" Prof. dr. Alenka GABERŠČiK , univ. dipl. biol. , " mag Olga URBANC-BERČiČ , univ. dipl. biol. , "Nacionaln i inštitut za biologijo

in Oddelek za biologijo , Biotehniška fakulteta , Univerza v Ljubljani , Večna pot 111 , Ljubljana

MiŠiČEV VODARSKI DAN 2003

prof dr. A . GABERŠČiK mag. O. URBANC-BERČiČ

- 80 -SUŠA V LETU 2003

Usodnost suš in poplav v veliki meri povzročamo ljudje sami . Glavni razlog je poseganje v zgradbo uravnoteženih in optimiziranih naravnih sistemov in spreminjanje nj ihove funkcije. Spremenjeni sistemi , ki so se prej vzdrževali sami, postajajo sistemi, ki jih moramo vzdrževati -nadzorovati moramo pretok energije ter dostopnost in kroženje snovi - vključno z vodo. Vedno pogostejše suše in poplave pa razkrivajo , da je nadzor največkrat neuspešen ali celo nemogoč .

Prožnost in odpornost naravnih sistemov

Naravni sistemi imajo meje svojega delovanja. Glede na naravne danosti , imajo določeno prožnost (sposobnost, da se po prenehanju delovanja motenj vrnejo v prejšnje stanje) in odpornost (sposobnost, da kljub motnjam vztrajajo v določenem stanju) . Meje delovanja niso ostro začrtane . Odvisne so od tega , v kakšnih razmerah je razvoj naravnega sistema potekal. Čim večja je bila spremenljivost okoljskih dejavnikov in čim bolj povdarjene so bile motnje, tem večja je robustnost sistema. Če pa so bile razmere bolj ali manj stabilne in je bilo motenj malo, je sistem bolj ranljiv. Zelo robusten naravni sistem je Cerkniško jezero, kjer so motnje - suše in poplave »vključene v program« in so gonilna sila procesov. Ob spremembah vodostaja se spremeni tudi del življenske združbe, del pa vztraja ne glede na razmere. Pojavijo se organizmi , ki so ob suši oziroma ob poplavah uspešnejši in tako optimizirajo pretok enegije in kroženje snovi v tem ekosistemu. Pridobivanje odpornosti ekosistema v času razvoja je torej prilagojenost za premagovanje naravnih motenj , ne pa tudi antropogenih vplivov.

Prilagojenost rastlin na sušo in poplavljenost

Odpornost proti suši je kompleksna sposobnost rastline, da preživi obdobje suše. Nekatere rastline se suši enostavno izognejo tako, da svoj življenjski krog zaključijo takrat, ko je vode še dovolj (neugoden čas preživijo kot semena, ali pa imajo dobro zaščitene brstel . Druge pa z različnimi prilagoditvami poskušajo preprečiti , da bi se izsušile. Prilagoditve so morfološke in funkcionalne. Najpomembnejša je regulacija izgube vode z listnimi režami. Rastline , ki rastejo tam, kjer so suše pričakovane , lahko razvijejo dolge korenine (10 krat daljše kot je nazemni del), imajo različne organe, ki shranjujejo vodo (drevesa »steklenice« , ki shranjujejo vodo v deblih , sukulenti , ki shranjujejo vodo v steblu ali listih, geofiti , ki shranjujejo vodo v podzemnih organih) , imajo boljše razvit prevajaini sistem, prilagoditve listnih rež (namestitve, oblike, velikosti , števila, ... ), sposobnost prehoda v stanje anabioze (vse poikilohidre rastline) ter različne tipe metabolizma (CAM, C3 in C4) . Najpomembnejše pa so razlike v sposobnosti različnih ekoloških skupin rastlin za privzem vode iz tal. Na rastiščih , kjer je vode malo (vodni potencial je močno negativen) morajo rastline močno znižati svoj vodni potencial , da je voda zanje dostopna (Larcher, 1995). Na sliki je prikazano, pri kakšnem vodnem potencialu tkiva lahko rastline različnih ekoloških skupin asimilirajo ogljikov dioksid in obenem sproščajo vodo v ozračje.

%

100

SO

o O

I I I I I I I I

~ I I I I I

M X ", .:

'-

-1 -? 3 -4 -5 -6 -7 Vodni potencial lista (MPa )

Slika 1. Delež asimilacije ogljikovega dioksida (%) v odvisnosti od vodnega potenciala pri različnih ekoloških skupinah rastlin (S - sukulenti , M - mezofiti , rastline, ki uspevajo v območjih humidne klime, Sc - sklerofiti , drevesa in grmovje semihumidnih in semiaridnih območij, X - kserofiti , rastline aridnih predelov) ( razl ičn i avtorji ; povzeto po Larcherju , 1995)

MiŠiČEV VODARSKI DAN 2003

prof. dr. A. GABERŠČiK mag. O. URBANC-BERČiČ

- 81 -SUŠA V LETU 2003

Čeprav poplave navadno predstavljajo katastrofe predvsem zaradi neposredne škode povzročene človeku , vplivajo tud i na ostale organizme, predvsem zaradi pomanjkanja kisika v tleh. Rastline, ki so v naravi ukoreninjene v z vodo nasičenih tleh , imajo številne funkcionalne (pojavljanje izoencimov) in morfološke prilagoditve (ventilacijsko tkivo - aerenhim, respiratorne korenine z lenticelami, kolenčaste korenine, ... ), ki jim omogočajo življenje v takih razmerah (Armstrong in sod ., 1990; Brix, 1993).

Vzroki za katastrofičnost suš in poplav?

Meje delovanja ekosistema so vezane na ekstremnost dogodkov v času razvoja . Kakršnikoli človekovi posegi pomenijo dodatne motnje, ki jih ekosistemi v času svojega razvoja niso »predvideli« . Kadar so motneje prevelike in prehitre, da bi jih sistem v kratkem času lahko ublažil, so usodne. Antropogeni sistemi (npr.: kmetijske površine) so zelo ranljivi (brez vsakršne prožnosti in odpornosti) saj so navadno popolnoma spremenjeni , zato tudi pojavljanje suš in poplav zanje pomeni katastrofo. Kaj pa so neposredni razlogi za zmanjšano prožnost in odpornost ekosistemov in spremembo kompleksnega sistema vodnega kroga?

Najbolj usodne so gotovo spremembe v naravni vegetaciji (vrstni sestavi in pokrovnosti) , ki s svojo aktivnostjo vpliva na fizično in biološko strukturo ekosistema. V rastlinah je shranjeno relativno malo vode, medtem ko je delež, ki prehaja skozi rastline v procesu transpiracije velik in je tako regionalnega kot tudi globalnega pomena. Raziskave so pokazale, da rastline lahko v veliki meri prispevajo k deležu vode v ozračju , kljub temu pa je vpliv rastlin na lokalni padavinski režim različen. Na primer padavine v Kaliforniji so v glavnem odvisne od vode, ki izhlapi iz Pacifika, medtem, ko je ena četrtina do polovica padavin v Amazoniji posledica regionalne evapotranspiracije (Salanti in Vose, 1984; Eltahir in Bras, 1994). Sekanje gozdov ima zato za posledico manjšo evapotranspiracijo in višje temperature (Lean in Warrilow, 1989; Shukla in sod ., 1990).

Tabela 1: Transpiracija dreves različnih velikosti v zmernem pasu (različni avtorji; povzeto po Larcherju, 1995).

Drevesa

Drevesa z redkimi krošnjami Drevesa gostih sestojev Mlada drevesa

• Krhka vrba (Salix fragilis)

Iglavci

Višina (m)

12 12 3 10

15

Dnevna količina oddane vode (kg)

130 - 140 30 - 70

3 - 4 (9) 463

30

Količina oddane vode v rastni sezoni (kg) več kot 5000 manj kot 4000

130-350

2500 - 3000

Rastline vplivajo na kroženje vode tudi posredno, s tem da prestrezajo padavine in s tem zmanjšujejo njihov neposreden mehanski vpliv na tla (spiranje in odnašanje tal) . Če rastlinsko odejo odstranimo se spiranje in odnašanje tal močno poveča , predvsem v hribovitih območjih . Občasno zaradi tega pride tudi do zemeljskih plazov in poplav ter še dodatnega uničevanja rastlinske odeje. Raziskave so pokazale, da ima tudi v semiaridnih predelih lahko odstranjevanje rastlin za posledico zmanjšanje količine padavin ter pregrevanje tal , kar povzroči širjenje puščav (Schlesinger in sod., 1990; Dirmeyer in Shukla, 1996). Dejanska evapotranspiracija je enaka količini vode, ki pride v ekosistem s padavinami brez deleža vode, ki odteče po površini in pronica v tla (količina , ki pa je vezana v biomaso je zanemarljiva) . Dejanska evapotranspiracija je torej v veliki meri odvisna od glavnih procesov v ekosistemih, predvsem od produktivnosti rastlin in procesov v tleh (Schlesinger, 1997). Raziskave so pokazale linearno korelacijo med zeleno biomaso v sestoju in transpiracijo (Larcher, 1995), čeprav so razlike glede na prilagojenost rastlin na izgube vode lahko zelo velike.

MiŠiČEV VODARSKI DAN 2003

prof dr. A. GABERŠČiK - 82 -mag. O. URBANC-BERČiČ SUŠA V LETU 2003

Tabela 2: Gospodarjenje z vodo v različnih sestojih v srednji Evropi (različni avtorji ; povzeto po Larcherju , 1995).

Tip vegetacije

Nižinski listopadni gozd Nižinski iglasti gozd Alpski gozd Trstičje Pašniki Alpski pašniki

Padavine (mm/leto)

600 730 1640 800 700

1000 - 1700

Evapotranspiracija v % od padavin

67 65 52

več kot 150 62

10 - 20

Odtekanje (površinska in taina voda) v % od padavin

33 35 48

38 80 - 90

Zelo pomemben dejavnik, ki prav tako vpliva na zadrževaino sposobnost vode v pokrajini je sestava tal. Kapaciteta tal za vodo se spreminja glede na tip tal. Drobnozrnata tla , tla z veliko vsebnostjo koloidov in tla bogata z organskimi snovmi , zadržijo veliko vode. Za rastline so tla z veliko zadrževaino sposobnostjo ključnega pomena, saj jim olajšajo preživetje suše. Vendar pa so tla marsikje že zelo spremenjena. Največji problem vseh obdelovalnih površin je izugba organske komponente in spremenjena tekstura tal (Park, 2002) . Tako se spreminja njihova sposobnost za zadrževanje vode in hranil. Dodaten vpliv pa ima tudi zbijanje oziroma kompaktiranje tal , ki je posledica delovanja težke mehanizacije na kmetijskih površinah .

Stres zaradi suše, se v primerjavi z drugimi stresnimi dogodki pojavi postopoma. Postopnost v času igra pomembno vlogo pri preživetju suše, saj imajo rastline dovolj časa , da se na spremenjene razmere postopno prilagodijo. Večina poljščin , ki jih gojimo, je neprilagojena na lokalne razmere . Naše preživetje odvisno le še od okoli 20 vrst, ki so bile izpostavljene dolgotrajnemu procesu žlahtnjenja z enim samim ciljem, da bi se njihov pridelek povečal. Zaradi žlahtnjenja so izgubile že mnogo prvobitnih lastnosti , med drugim tudi odpornost proti stresu. Z vsako spremembo so bolj odmaknjene od svojih prednikov. Mnogim od njih njihov genom ne omogoča več normalnega preživetja v naravi in so popolnoma odvisne od človeka . Nemalokrat pa je novo okolje drugačno od naravnega kar še povečuje njihovo ranljivost.

Nazadnje pa naj omenimo še pogosto težnjo ljudi, da bi vodo čimprej odvedli iz pokrajine. Zato smo spreminjali naravne tokove rek, z različnimi posegi ločevali strugo od zaledja in meliorirali zamočvirjene površine. K povečanemu odtoku so dodatno prispevale še obsežne nepropustne površine (asfaltirane in betonirane) . Vse te motnje pa ne vplivajo samo na ekstremnost in katastrofalnost suš ampak tudi poplav.

Zaključek

Danes različne stroke vedno bolj poznajo vzroke poplav in suš, vendar so ob posegih v prostor ta spoznanja mnogokrat prezrta . V poročilu Evropske agencije za okolje (EEA) , ki obravnava ekstremne hidrološke dogodke, poplave in suše v zadnjih desetih letih , je v zaključkih zapisano: »Padavine in značilnosti povodja sta glavna vzroka za poplave. Največji vpliv imajo vegetacije ter zadrževaina kapaciteta tal in celotne pokrajine za vodo.« Ker so ekstremne poplave in suše odraz neuravnoteženosti elementov vodnega kroga lahko rečemo , da so glavni vzroki za oba dogodka enaki.

Viri

Armstrong W ., Armstrong J ., Beckett P M., 1990. Measurement and Modelling of oxygen release from roots of Phragmites australis. In: Constructed Wetlands in Water Pol/ution Control, P.F. Cooper and B. C. Findlater (eds.) , Pergamon Press , 41-52.

Brix H., 1993. Macrophyte-Mediated Oxygen Transfer in Wetlands : Transport Mechanisms and Rates. ln : Constructed Wetlands for Water Quality Improvement, G. A Moshiri (ed.), 391-398.

Dirmeyer, P. A , Shukla , J., 1996. The effects of regional and global climate on expansion of the world's deserts. Quart.- J. Roy. Meteor. Soc. B. 122: 451-482 .

EEA, 2001 . Sustainable Water Use in Europe. Part 3: Extreme hydrological events: floods and droughts, European Environment Agency, Copenhagen.

MiŠiČEV VODARSKI DAN 2003

prof. dr. A. GABERŠČiK - 83 -mag. O. URBANC-BERČiČ SUŠA V LETU 2003

Eltahir, E. A. B., Bras, R. L. , 1994. Sensitivity of regional climate to deforestation in the Amazon Basin . Adv. Water Res . 17: 101-115.

Larcher, W ., 1995. Physiological Plant Ecology, 3rd edition , Springer Verlag .

Lean, J. , Warrilow, DA , 1989. Simulation of the regional climatic impact of Amazon deforestation. Nature, 342: 411-413.

Park, C., 2002. Environment. Principles and applications. 2nd edition . Routledge, Lonon, New York.

Salanti, E., Vose, P. B., 1984. Amazon Basin: a system in equ illibrium. Science 225: 129-138.

Schlesinger, W . H., Reynolds , J. G., Cuningham , G. L. , Huennecke, W . M., Jarreli, W . M., Virginia, R. A. , Withford , W . G., 1990. Biological feedbacks in global desertification. Science 247:1043-1048.

Schlesinger, 1997. Biogeochemistry. An Analisys of Global Change, 2nd edition , Academic Press, New York.

Shukla, J., Nobre, C., Sellers, P., 1990. Amazon deforestation and climate change. Science 247: 1322-1325.

MiŠiČEV VODARSKI DAN 2003