Simpozij z mednarodno udeležbo Vodni dneVi 2017 Portorož, 5.–6. oktober 2017 57 56 PoMen RASTLin ZA KRoŽenJe V ode n A KoPneM prof. dr. ALenKA GABeRŠČiK 1 Povzetek Rastline imajo pomembno vlogo pri kroženju vode. Vodo sprejemajo skozi korenine in jo v procesu transpiracije sproščajo skozi listne reže. Oddana voda vpliva na klimatske razme- re v krajini. Če je vode dovolj, je prehajanje vode skozi rastlino neprekinjeno. Kadar vode primanjkuje, rastline delno ali popolnoma zaprejo listne reže in tako uravnavajo oddajanje. Količina vode, ki prehaja skozi rastlino, je odvisna od dostopnosti vode in prilagoditve ra- stlin. Rastline vplivajo na kroženje vode tudi posredno, s tem da ugodno vplivajo na kako- vost in količino tal, znižujejo lokalne temperature ter prestrezajo padavine in zmanjšujejo odtekanje vode in njen fizični vpliv na tla. Odstranjevanje rastlinstva povzroči zmanjšanje količine vode na območju. Pomemben dejavnik, ki vpliva na zadrževalno sposobnost vode v krajini, je tudi sestava tal. Danes so tla zaradi intenzivne obdelave večinoma spremenjena. Zmanjšani delež organskih snovi in spremenjena tekstura tal se odražata v povečanem od- tekanju vode iz krajine. Ključne besede: klima, rastline, tla, transpiracija, vodni krog Abstract Plants are an important element of water cycle. They take up water through roots and re- lease it through stomata in the process of transpiration. The water released affects climatic conditions in the landscape. Sufficient amount of water assures undisturbed water flow through the plant. During water shortage, plants partially or completely close stomata and thus reduce transpiration. The amount of water passing through the plant depends on water availability and plant‘s adaptations. Plants also affect water cycle indirectly by lowering local temperatures, by their contribution to soil quality and quantity, and by intercepting precipi- tation and thereby reducing runoff and physical effect on soil. Vegetation removal therefore reduces the amount of water in the region. Another important factor that also affects water retention capacity of the landscape is soil quality. Nowadays, due to intensive agriculture, the majority of soils are degraded. Reduced organic matter content and altered soil texture increases water drainage from the landscape. 1 Prof. dr. Alenka Gaberščik, Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za biologijo 17. Stoch, F., 1995. The ecological and historical determinants of crustacean diversity in groundwaters, or: why are there so many species. Mémoires de Biospéologie. Dostopno na: http://www.faunaitalia.it/fstoch/ pdf/Stoch, 1995b.pdf 18. Uredba (EU) št. 528/2012 Evropskega parlamenta in Sveta z dne 22. maja 2012 o dostopnosti na trgu in uporabi biocidnih proizvodov. Uradni list Evropske unije, 167, 1–123. 19. Van Beelen, P., 2007. Ecologische risicobeoordeling van grondwater. RIVM rapport 711701055/2007. 20. Voituron, Y., de Fraipont, M., Issartel, J., Guillaume, O., Clobert, J., 2011. Extreme lifespan of the human fish (Proteus anguinus): a challenge for ageing mechanisms. Biology Letters, 7(1), 105–107. Dostopno na: http://rsbl.royalsocietypublishing.org/content/7/1/105.abstract Simpozij z mednarodno udeležbo Vodni dneVi 2017 Portorož, 5.–6. oktober 2017 59 58 ko se na kmetijskih površinah, kjer vode primanjkuje, večina energije sprosti kot toplota (slika 1). To se odraža v nižji relativni vlažnosti zraka in višjih temperaturah, kar negativno vpliva na rast rastlin in ostalo biocenozo. V zimskem času je na hladnejših območjih pomembno kopi- čenje vode v obliki snega, ki pomeni zaščito za rastline in talne organizme ter omogoča bujno rast rastlinam v spomladanskem času, ko se sneg tali. Za premeščanje vode v tleh in po rastlinah so pomembne tudi adhezija, kohezija in kapilar- nost. Kapilarnost je odvisna od zgradbe in teksture tal in omogoča dvigovanje vode po pro- storčkih velikosti 10–60 µm (Larcher, 2001). Tla, podvržena intenzivnemu kmetijstvu, imajo navadno manjšo zmogljivost za zadrževanje vode. Izhlapevanje vode omogoča spremembo kakovosti vode, saj primesi in raztopljene snovi ne iz- hlapijo. Izhlapijo le molekule vode in s tem se voda očisti. Ker kemijsko čista voda ni ustrezna za organizme, je pomembno pretakanje vode po površju in njeno pronicanje v tla. Slika 1: Energijska bilanca dveh različnih tipov krajin Vir: Povzeto po Kravčík idr., 2008. Voda spet pride na površino v izvirih ali pa se zbira kot podtalnica v tleh. Na tej poti se obogati z minerali, ki so potrebni za življenje. Na območjih, kjer sta človekova dejavnost in vnos tujih snovi v okolje povečana, se kakovost vode lahko poslabša. Nemalokrat se kakovost spremeni že v ozračju, saj voda spira in raztaplja snovi, ki se tam pojavljajo. 1. UVod Zemlja se od drugih planetov našega osončja razlikuje po veliki količini vode. Voda je vir ži- vljenja, zato lahko rečemo, da naš odnos do vode odraža naš odnos do življenja. Zadostna količina in dobra kakovost vode pomenita obilje, pomanjkanje in obremenjenost vode pa ogrožata življenje. Zavedanje o pomenu kakovostne vode v človeku obstaja že od nekdaj. Hvalospeve vodi najdemo v svetih knjigah. Za antične filozofe je bila voda princip in osnovni element. Vodo opevajo pesniki in o njej pišejo pisatelji (Haslam, 1991). In čeprav ista drago- cena voda teče iz pip v naših stanovanjih, ji ne izkazujemo spoštovanja, ki si ga zasluži. Kroženje vode, ki ga poganja sončna energija, omogoča stalno dostopnost vode. Stalna dosto- pnost je nujno potrebna, saj voda predstavlja osnovni vir za organizme in zagotavlja hrano. Voda omogoča rast rastlin; ne samo zato, ker je gradnik vsega živega, ampak tudi zato, ker je nujni del v procesu fotosinteze, v katerem nastaja večina organskih snovi na našem plane- tu. Kroženje vode obenem skupaj s sončevim sevanjem ustvarja klimatske razmere, ugodne za življenje. Pomemben del kroženja vode na kopnem so tudi rastline, ki s svojo dejavnostjo blažijo skrajnosti toplotnih razmer in količine vode v krajini. 2. FiZiKALnA iZHodiŠČA KR oŽenJA V ode Za razumevanje vloge rastlin pri kroženju vode so pomembne nekatere fizikalne lastnosti vode. Voda ima visoko toplotno zmogljivost. Lahko veže in sprošča, prenese, odbije ali razprši energijo in na ta način hladi ali pa segreva naš planet. Ta lastnost ji daje pomembno vlogo pri uravnavanju dnevnih in sezonskih sprememb temperature ter blaženju vremenskih skrajnosti. Vodna para je najbolj zastopan toplogredni plin v ozračju, katerega koncentracije so med 1 in 4 %. Ob izhlapevanju vode v ozračje vodne molekule absorbirajo toploto in s tem hladijo Ze- mljino površje, ob utekočinjanju pa se toplotna energija sprosti in ozračje ogreje (Kravčík idr., 2008). V primeru pomanjkanja vode v ozračju in v tleh na določenem območju se zato lahko pojavijo visoke temperature in velika temperaturna nihanja. Količina vodne pare v ozračju je v ravnovesju s tekočo vodo na Zemlji. To ravnovesje je odvisno od temperature. Glede na Clasi- us-Claypertonovo enačbo se količina vodne pare v ozračju podvoji, če se temperatura poveča za 10 o C (Raval in Ramanathan, 1989). Višje temperature pomenijo nižjo relativno vlago v ozračju. Večanje razlike med vodnim potencialom tal in ozračja povzroči izsuševanje kopnine in njeno nadaljnje segrevanje (Gorshkov idr., 2004). Pomembno vlogo pri uravnavanju toplo- te imajo tudi oblaki, saj odbijajo del kratkovalovnega sevanja. Obenem zadržijo del odbitega dolgovalovnega sevanja, ki bi sicer šlo v vesolje, in ustvarjajo učinek tople grede. Voda se pojavlja v treh agregatnih stanjih, kar omogoča kroženje vode, ki je najobsežnejši masni pretok na našem planetu. Voda iz oceanov izhlapeva v ozračje, kjer se obori in vrne na Zemljo v obliki dežja ali snega. Od tam spet izhlapeva, pronica v tla, ali pa odteka po površini in se končno spet znajde v oceanih. Iz oceanov izhlapi 84 % vse padavinske vode, s kopnega pa 16 %. Od tega nad oceani pade 75 % padavin, nad kopnino pa 25 %. Razlika v padavinah odteka v morje z vodotoki. Za življenje na kopnem je zelo pomembno, koliko časa in koliko vode ostaja na celinah ter koliko jo s kopnine izhlapeva neposredno v ozračje. Na območju obsežnih gozdov in mokrišč se večina Sončeve energije porabi za evapotranspiracijo, medtem Simpozij z mednarodno udeležbo Vodni dneVi 2017 Portorož, 5.–6. oktober 2017 61 60 kanje vode ima tudi negativni učinek na lokalno vegetacijo. Na območju Sredozemlja opažajo spremembe v prevladujoči vegetaciji zaradi vse pogostejših suš (Anav in Marotti, 2011). Slika 2: Sezonske spremembe evapotranspiracije in odtekanja vode v zmernem listopadnem gozdu Vir: Povzeto po Larcher, 2001. Rastline vplivajo na kroženje vode tudi posredno, tako da prestrezajo padavine in na ta način zmanjšujejo njihov neposredni mehanski vpliv na tla (spiranje in odnašanje tal) ter zmanjšu- jejo tveganje za poplave. Če rastlinsko odejo odstranimo, se spiranje in odnašanje tal močno povečata predvsem v hribovitih območjih. Zaradi tega se prožijo zemeljski plazovi in nastajajo poplave, kar še dodatno negativno vpliva na naravo. Pomemben dejavnik, ki prav tako vpliva na zadrževalno sposobnost vode v krajini, je sesta- va tal. Zmogljivost tal za vodo (ali tako imenovana poljska kapaciteta) se spreminja glede na tip tal (Larcher, 2001). Drobnozrnata tla, tla z veliko vsebnostjo koloidov in tla, bogata z organskimi snovmi, zadržijo veliko vode, medtem ko iz grobih tal z malo organskimi snovmi voda hitro odteče. Za rastline so tla z veliko zadrževalno sposobnostjo ključnega pomena, saj jim olajšajo preživetje suše. Danes so tla zaradi intenzivne obdelave večinoma že zelo spre- menjena. Največje težave vseh obdelovalnih površin so zmanjšanje deleža organskih snovi in spremenjena zgradba in tekstura tal. Površinsko odtekanje vode povečuje tudi zbijanje in 3. KRoŽenJe V ode in RASTLine Voda se vrača v ozračje v procesu izhlapevanja (evaporacije). V primeru krajine za izhlape- vanje uporabljamo izraz evapotranspiracija, ki je skupen izraz za evaporacijo in transpira- cijo. Dejanska evapotranspiracija je količina vode, ki se pretvori v vodno paro in izhlapi iz ekosistema (iz različnih vlažnih in odprtih vodnih površin (evaporacija) in iz rastlin v procesu transpiracije). Ta količina vode je enaka količini vode, ki prihaja v ekosistem zaradi padavin, skupaj s tisto, ki zapusti sistem s pronicanjem v tla in odtekanjem po površini. Neposredno je odvisna od strukture in funkcije ekosistemov, predvsem od rastlinske biomase in lastnosti tal (Schlesinger idr., 1990). Transpiracija pa je tisti del vode, ki prehaja iz rastlin v ozračje skozi listne reže (stomatalna transpiracija), skozi kutikulo (kutikularna transpiracija) in skozi periderm (peridermalna transpiracija). Raziskave v različnih ekosistemih so pokazale pozi- tivno razmerje med biomaso rastlin in transpiracijo, čeprav se zaradi specifičnih prilagoditev raven transpiracije razlikuje med vrstami in ekološkimi skupinami rastlin (Larcher, 2001). Pri nekaterih vrstah so prilagoditve rastlin vgrajene (stalne), pri drugih pa so posledica visoke fenotipske plastičnosti, ki omogoča prilagajanje rastočih rastlin in razvijajočih se rastlinskih tkiv trenutnim okoljskim razmeram (Schulze idr., 2005). Rastline predstavljajo večino kopenske biomase in pomembno vplivajo na kroženje vode in podnebje. Po drugi strani pa temperature in razpoložljivost vode določajo njihovo razširjenost. Čeprav rastline vsebujejo od 80 do 95 % vode, je v rastlinah in ostalih organizmih shranjen neznaten delež svetovnih zalog vode (le približno 0,00004 %). Voda v rastlinah je pomembna za obstoj in delovanje rastlin ter za organizme, ki se hranijo z njimi. Za ustvarjanje ugodnih okoljskih razmer pa je ključen delež vode, ki prehaja skozi rastline. Rastline vodo sprejemajo skozi korenine in jo sproščajo v procesu transpiracije skozi listne reže. Gonilna sila tega pro- cesa je razlika med vodnim potencialom tal, rastlin in ozračja (Schulze idr., 2005). Sproščanje vode v tem procesu je lahko izjemno veliko. Na primer, drevo sprosti od nekaj litrov do nekaj sto litrov vode na dan, odvisno od vrste in velikosti rastline ter okoljskih razmer (Larcher, 2001). Rezultat transpiracije je hlajenje rastlin ter nižanje lokalnih temperatur in povečanje relativne vlažnosti zraka, kar ugodno vpliva na lokalno klimo. Količina vode, ki izhlapi skozi listne reže, je precej višja od tiste, ki izhlapi skozi druge strukture (npr. periderm, kutikulo), zato imajo listne reže ključno vlogo pri uravnavanju izhlapevanja vode iz kopenskih rastlin (Buckley, 2005). Rastline oddajanje vode dejavno nadzorujejo; ob zadostni količini vode je njeno prehajanje skozi rastlino neprekinjeno, ob primanjkljaju vode pa rastline z vodo varču- jejo na ta način, da delno ali popolnoma zaprejo listne reže. Pomen rastlin za sproščanje vode je odvisen od celovitosti rastlinstva in je na različnih območjih različen. Na primer, padavine v Kaliforniji so v glavnem odvisne od vode, ki izhlapi iz Pacifika, medtem ko je tudi do 50 % padavin v Amazoniji posledica prisotnosti tropskih gozdov (Gurevitch idr., 2002). Raziskave so pokazale, da odstranjevanje rastlin povzroči zmanjšanje količine padavin in pregrevanje ob- močja. Na polsušnih in sušnih območjih razvrednotenje ekosistemov in odstranitev vegetacije povzročata prerazporeditev padavin, izgubo finih delcev tal in zmanjšano produktivnost ter vodita v širjenje puščav (Schlesinger idr., 1990). Primerjava povodij z različno rabo tal razkriva blažilno vlogo vegetacije pri spremembah pretokov vodotokov v povodjih z večjim odstotkom gozdnih površin ter postopnejše zmanjševanje pretokov vodotokov v sušnem obdobju v po- vodjih z visokim deležem mokrišč (Roa-Garcia idr., 2011). Daljše in ponavljajoče se pomanj- Simpozij z mednarodno udeležbo Vodni dneVi 2017 Portorož, 5.–6. oktober 2017 63 62 V uravnoteženih razmerah naj bi bila količina po kopnem odtekle vode enaka količini padavin, ki so nastale zaradi izhlapevanja oceanske vode. Takšno kroženje bi bilo popolno in brez izgub. Neugoden vpliv človeka na zadrževalno sposobnost krajine za vodo povzroča odtekanje vode po najkrajši možni poti v reke in nato v morja, zaradi česar je odtekanje vode s kontinentov večje od količine padavin, nastalih z izhlapevanjem oceanske vode. Posledično se kopno iz- sušuje, raven podtalnice pa se niža. Mali vodni krog je lokalno kroženje vode, ki poteka tako na kopnem kot tudi na območju oceanov. V malem vodnem krogu se z določenega območja izhlapela voda v obliki padavin tja tudi vrne. Na kopnem je lokalno kroženje vode odvisno od celovitosti vegetacijske odeje ter prisotnosti vodnih površin v krajini (Kravčík idr., 2008). V krajini s celovito rastlinsko odejo in s številnimi vodnimi telesi se padavinska voda v veliki meri vrača na območje svojega izhlapevanja, kar zagotavlja zadostno količino zmernih padavin in ugodne temperature. Najvplivnejši ekosistemi so gozdovi, ki uravnavajo 1/3 vodotokov na- šega planeta (Millennium Ecosystem Assessment, 2005), ter mokrišča z neprekinjeno dosto- pnostjo vode za rastline. Tropski gozdovi so še posebej učinkoviti; pokrivajo le 6 % površine planeta, vendar prejmejo skoraj polovico svetovnih padavin. V razvrednoteni krajini z revno vegetacijo in redkimi vodnimi telesi se padavinska voda zadržuje manj časa in hitro odteče oziroma izhlapi, kar se odraža v pomanjkanju padavin in ekstremnih razmerah, kot so nevihte s poplavami ter pogosta suša in visoke temperature. Poleg privzemanja in sproščanja vode imajo rastline tudi druge neposredne in posredne vplive na vodni krog. Delujejo kot fizična past za padavine (dež, sneg), kar je še posebej pomembno ob lahkih in zmernih padavinah, ter omogočajo premeščanje vode po rizosferi. Posredno pa rastline vplivajo na kroženje vode s spreminjanjem energijskega ravnovesja (s spreminjanjem albeda in pretvorbo toplote v latentno toploto), s sproščanjem različnih snovi, ki služijo kot kondenzacijska jedra za padavine, kot so terpeni in metil halogenidi, ter z vplivom na kakovost tal (udeleženost pri nastajanju tal, vpliv na kakovost in utrjevanje tal). Vodni režim v krajini lahko spremenijo tudi invazivne vrste. Takahashi in sodelavci (2011) so primerjali domorodne gozdove z vrsto Metrosideros polymorpha in gozdove z invazivno vr- sto Psidium cattleianum v nacionalnem parku na Havajih ter ugotovili, da je bila zmogljivost zadrževanja vode naravnega dela gozda dvakrat večja v primerjavi z deli gozda, kjer se je pojavljala invazivna vrsta. 4. ZAKLJUČeK Zemlja je biogeni sistem, kjer pretok energije in kroženje snovi potekata skozi prehranjevalne mreže organizmov. S tem organizmi vplivajo na vse sfere našega planeta: ozračje, vodo, tla in biosfero. Spremembe v eni sferi vplivajo na druge, kar se je izkazalo tudi pri medsebojnem vplivu kroženja vode in lastnosti krajine ter posledično spreminjanju padavinskega režima. Ker vsaj delno poznamo medsebojne vplive, lahko današnje razmere nekoliko ublažimo. Ključ- ni ukrep je krepitev lokalnega kroženja vode in povečanje zmogljivosti krajine za zadrževanje vode. To nam omogočajo povečanje deleža gozda in mokrišč v krajini, izboljšanje zgradbe in delovanja vodotokov, gradnja mokrišč za čiščenje odpadnih voda, spreminjanje kmetijskih praks v smeri povečanja deleža organskih snovi v tleh ter zmanjšanje obsega tlakovanih povr- skorjavost tal, kar je posledica delovanja težke mehanizacije na kmetijskih površinah. Duran in Pleguezuelo (2008) sta povzela rezultate različnih raziskovalcev in pokazala, da je odteka- nje vode pri 60-% pokritosti tal z rastlinami od 1–65 %, pri 100-% pa od 0–37 %. Kroženje vode na našem planetu je odvisno od vodnih tokov v oceanih, od celinskih vodnih teles ter od zgradbe in delovanja kopenskih ekosistemov, vključno s prevladujočimi rastlinski- mi vrstami in značilnostmi tal. Globalno kroženje vode je sestavljeno iz malih in velikih vodnih krogov (slika 3). Veliki vodni krog predstavlja izmenjavo vode med oceani in kopnim (Kravčík idr., 2008). Slika 3: Kroženje vode v celoviti (A) in razvrednoteni krajini (B) Vir: Povzeto po Kravčík idr., 2008. mali (lokalni) vodni krogi veliki vodni krog krajina s celovito vegetacijo A ocean malih vodnih krogov na kopnini je manj veliki vodni krog razvrednotena kopnina – krajina s skromno vegetacijo B ocean Simpozij z mednarodno udeležbo Vodni dneVi 2017 Portorož, 5.–6. oktober 2017 65 64 PoJAVnoST, KR oŽenJe in UČinKi PRoTiRAKAViH ZdRAViL V VodneM oK oLJU dr. MARJeTA ČeSen 1 , doc. dr. TinA KoSJeK 2 , prof. dr. BoRiS K oMPARe 3 , doc. dr. TinA eLeRŠeK 4 , MATJAŽ no VAK 5 , doc. dr. BoJAnA ŽeGURA 6 , prof. dr. MeTKA FiLiPiČ 7 , doc. dr. FRAnCeSCo BUSeTTi 8 , prof. dr. eSTeR HeATH 9 Povzetek Preverjali smo pojavnost citostatikov ciklofosfamida (CP), ifosfamida (IF) in transformacij- skih produktov (TP) ketociklofosfamida (keto-CP), N-dekloroetilciklofosfamida (N-decl-CP) in karboksiciklofosfamida (karboksi-CP) v slovenskih odpadnih vodah (OV). CP smo zaznali v bolnišnični OV (14-22000 ng/L), v vtoku v čistilno napravo (ČN; 19-27 ng/L) in iztoku iz ČN (17 ng/L), medtem ko smo IF določili samo v bolnišnični OV (48-6800 ng/L). Koncentra- cije karboksi-CP, N-decl-CP in keto-CP so znašale 213-13202 ng/L, 60-2099 ng/L in