Vliv půdních mikroorganismů na kvalitu a zdraví půd

MENDELOVA ZEMĚDĚLSKÁ A LESNICKÁ UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA ÚSTAV AGROCHEMIE, PŮDOZNALSTVÍ, MIKROBIOLOGIE A VÝŽIVY ROSTLIN

Vliv půdních mikroorganismů na kvalitu a zdraví půd BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BRNO 2008

Vedoucí bakalářské práce: Mgr. Monika Szostková, Ph.D.

Vypracoval: Pavel Hudeček

1

Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Vliv půdních mikroorganismů na kvalitu a zdraví půd vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém soupisu literatury. Souhlasím, aby práce byla uložena v knihovně Mendlovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně a zpřístupněna ke studijním účelům.

Datum................................... Podpis...................................

2

Na tomto místě bych chtěl poděkovat Mgr. Monice Szostkové, Ph.D. za odborné vedení, cenné rady a připomínky při zpracování bakalářské práce.

3

ABSTRAKT Hudeček P.: Vliv půdních mikroorganismů na kvalitu a zdraví půd

Bakalářská práce se zabývá vlivem půdních mikroorganismů na kvalitu a zdraví půd. Vysoká kvalita a dobré zdraví půd jsou nezbytným předpokladem trvale využitelného rozvoje lidstva (Země). Pro potřeby lidstva je důležitá ochrana půdy. Půdní mikroorganismy hrají důležitou roli při zachování kvality a zdraví půdy. Literární rešerše je zaměřena na významné skupiny mikroorganismů v půdě, jejich vlastnosti a vliv na kvalitu a zdraví půd, charakterizuje pojmy „kvalita“ a „zdraví půd“ a jejich význam při pěstování rostlin. V neposlední řadě uvádí možnosti hodnocení kvality a zdraví půd na základě vybraných parametrů. Zabývá se také ekologií půdy, kam patří i různé typy symbióz, např. mykorhiza a děje s ní související. Kvalita a zdraví půd je velice důležitá pro existenci lidstva a proto je toto téma stále více diskutované. S rostoucím počtem obyvatel na Zemi bychom se měli stále více snažit o zachování půdního fondu (zdroj potravy a důležitá součást ekosystému) a zachování jeho kvality a také jeho úrodnosti.

Klíčová slova: Půda, kvalita půdy, degradace půdy, půdní mikroorganismy, mykorhiza.

4

ABSTRACT Hudeček P.: The influence of soil microorganismes on the quality and bonity of soils

The baccalaureate study is concerned with the influence of soil microorganismes on the quality and bonity of soils. High quality and good soil bonity are necessary expected for a permanent available expansion of mankind (of the Earth). The saving of soils is significant for humanity requirements. The soil microorganismes play an important role in saving the soil quality and bonity. Significant groups of soil microorganismes, their features and influence on the soil quality and bonity are targetted, and terms soil quality and soil bonity and their relevance in farming are characterised in this research. Last but not least, the options of soil quality and bonity classification (based on selected parametres) are denoted in the work. The soil ecology, inclusive various arts of symbiosis – for example mycorhysis and related processes, are also concerned in the research. The soil quality and bonity are very significant for mankind existence and therefore the theme is even more discussed. By rising number of people on the Earth we should seriously attempt to save the land resources (food resource and significant part of ecosystem) and their quality and productivity.

Keywords: Soil, soil quality, soil degradation, soil microorganismes, mycorhysis

5

OBSAH:

1. ÚVOD........................................................................................................................... 8 2. CÍLE BAKALÁŘSKÉ PRÁCE ............................................................................... 10 3. LITERÁRNÍ PŘEHLED ......................................................................................... 11 3.1. Kvalita a zdraví půd ................................................................................................. 11 3.1.1. Půda ...................................................................................................................... 11 3.1.2. Degradace půdy .................................................................................................... 13 3.1.2.1. Procesy degradace půdy .................................................................................... 14 3.1.2.2. Degradace půd v České republice ..................................................................... 16 3.2. Způsoby hospodaření na zemědělsky využívaných půdách .................................... 16 3.2.1. Konvenční způsob hospodaření ............................................................................ 17 3.2.2. Ekologický způsob hospodaření ........................................................................... 17 3.2.2.1. Cíle ekologického zemědělství .......................................................................... 18 3.2.3. Rozdíly mezi ekologickým a konvenčním způsobem hospodaření...................... 19 3.3. Ekologie půdy .......................................................................................................... 20 3.3.1. Půda jako ekosystém............................................................................................. 20 3.3.1.1. Agroekosystémy ................................................................................................. 21 3.3.2. Biologické procesy a cykly prvků v půdě............................................................. 23 3.3.2.1. Cyklus uhlíku...................................................................................................... 23 3.3.2.2. Cyklus dusíku ..................................................................................................... 24 3.3.3. Půdní organická hmota ......................................................................................... 25 3.3.3.1. Zdroje organických látek ................................................................................... 26 3.3.3.2. Význam organické hmoty v půdě ....................................................................... 27 3.3.3.3. Organická hnojiva ............................................................................................. 27 3.4. Půdní mikroorganismy............................................................................................. 28 3.4.1. Prostorové rozdělení mikroorganismů v půdě ...................................................... 28 3.4.2. Společenstva půdních mikroorganismů ................................................................ 30 3.5. Vztahy v ekosystému půda – mikroorganismy – rostlina........................................ 32 3.5.1. Vztahy mezi mikroorganismy............................................................................... 32 3.5.2. Vztahy mezi mikroorganismy a rostlinami.......................................................... 33 3.5.2.1. Symbióza mezi mikroorganismy a kořeny rostlin .............................................. 33 3.5.2.2. Mykorhiza ......................................................................................................... 34

6

4. ZÁVĚR ...................................................................................................................... 37 5. SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY..................................................................... 38 6. SEZNAM TABULEK............................................................................................... 41 7. SEZNAM OBRÁZKŮ .............................................................................................. 41

7

1. ÚVOD Bakalářská práce se zabývá vlivem půdních mikroorganismů na kvalitu a zdraví půd. Nabízí se tedy otázka, proč se zabývat právě tímto problémem. Rostoucí a rozvíjející se lidstvo neustále zvyšuje své nároky, proto se potřeby zdrojů potravin, vody, energie nebo prostoru neustále zvyšují. V produkci potravin je lidstvo převážně odkázáno na půdu. V současnosti se každým rokem velikost lidské populace zvyšuje o 90 – 100 miliónů lidí, avšak rozloha půdy využitelné pro produkci potravin se nezvyšuje, naopak, značná část půdy je narušena a dále poškozována, degradována. Téměř veškerá půda využitelná pro produkci potravin je již v globálním měřítku využívána (Pankhurst et al., 1997). Zvýšení produkce potravin je nutné pro zajištění výživy rostoucí populace, jakož i pro zlepšení výživy stávající populace. Odhaduje se, že na počátku 90. let 20. století trpělo podvýživou dle FAO (Organizace pro výživu a zemědělství) nejméně 800 miliónů lidí. Jedinou možnou cestou je zvýšení výnosů (produkce, produktivity půdy, úrodnosti půdy), docíleným zvýšením kvality půd. Zvýšená produkce by však zároveň neměla ohrožovat životní prostředí, jeho biodiverzitu a kvalitu ostatních zdrojů. Vysoká kvalita a dobré zdraví půd jsou nezbytným předpokladem trvale využitelného rozvoje lidstva (Země) (Šimek, 2004). Rozsah a stupeň degradace půd v celosvětovém i národním měřítku není přesně znám. Z iniciativy programu OSN UNEP (United Nations Environment Programme) byl v 80. letech zahájen projekt GLASOD (Global Assessment of Soil Degradation). Z výsledku projektu vyplývá (Oldeman, 1994), že rozsah degradace půd je značný, neboť se odhaduje, že některou z forem degradace je postiženo kolem 2 miliard hektarů půdy, což představuje 15 % celkového povrchu souší nebo 20 % výměry obydlených oblastí. Z toho více než 300 miliónů hektarů půdy (tato výměra přibližně odpovídá rozloze Indie) je degradováno silně. To znamená, že případná obnova úrodnosti (produktivity, kvality...) těchto půd by vyžadovala velké investice, pokud je vůbec možná. Většina silně degradovaných půd se nachází v Africe (40 %) a v Asii (36 %). Asi 900 miliónů hektarů půdy je postiženo středním stupněm degradace. Taková půda je sice ještě vhodná pro zemědělské využití, ale její produktivita již byla podstatně snížena. Resilience těchto půd je však dostatečně vysoká, aby jejich produktivita mohla být vhodnými opatřeními obnovena. Kolem 750 milionů hektarů půdy je postiženo slabým

stupněm

degradace.

Tato

degradace může být

8

napravena běžnými

agrotechnickými opatřeními, důsledným dodržováním technologických postupů apod. (Šimek, 2004). Z výše uvedeného plyne, že pro potřeby lidstva je důležitá ochrana půdy - její kvality a zdraví – a to například pozitivním působením půdních mikroorganismů.

9

2. CÍLE BAKALÁŘSKÉ PRÁCE

Cílem bakalářské práce je:
Zpracovat literární rešerši na dané téma.
Zaměřit se na významné skupiny mikroorganismů v půdě, jejich vlastnosti a vliv na kvalitu a zdraví půd.
Charakterizovat kvalitu a zdraví půd a její význam při pěstování rostlin.
Uvést možnosti hodnocení kvality a zdraví půd.

10

3. LITERÁRNÍ PŘEHLED 3.1. Kvalita a zdraví půd Dle definice OSN je půda: "omezený a nenahraditelný přírodní zdroj; v případě postupující degradace a její ztráty se stává tento zdroj v mnoha částech světa hranicí dalšího rozvoje lidské společnosti. Jestliže by půda přestala existovat, přestane existovat biosféra s ničivými následky pro lidstvo".

3.1.1. Půda
Půdu lze definovat jako samostatný přírodní útvar vzniklý z povrchových zvětralin zemské kůry a z organických zbytků za působení půdotvorných faktorů. Je životním prostředím půdních organismů, stanovištěm planě rostoucí vegetace, slouží k pěstování kulturních rostlin. Je regulátorem koloběhu látek, může fungovat jako úložiště, ale i zdroj potenciálně rizikových látek.
Půda je dynamický, stále se vyvíjející živý systém. Přežití a prosperita všech suchozemských biologických společenstev, přirozených i umělých, závisí na tenké vrchní vrstvě Země.
Půda je proto bezesporu nejcennější přírodní bohatství. Je přirozenou

součástí

národního bohatství každého státu. Půdu je proto nutné chránit nejen pro současnou dobu, ale se značným výhledem do budoucna (http://www.env.cz/AIS/webpub.nsf/$pid/MZPKHFDQGJEB).

V důsledku složitých vazeb jichž se půda v ekosystémech účastní, není možné jednoznačně specifikovat jednu nejdůležitější funkci půdy. Půda je nezastupitelná v plnění těchto funkcí:
Půda je základním článkem potravního řetězce a současně substrátem pro růst rostlin.
Půda je životně důležitou zásobárnou vody pro suchozemské rostliny a mikroorganismy a je filtračním čistícím prostředím, přes které voda prochází.
Mikroorganismy žijící v půdě jsou obrovskou a nedoceněnou zásobárnou genetické informace a umožňují průběh důležitých procesů v ekosystémech. Cyklus vody,

11

uhlíku, dusíku, fosforu, a síry probíhá v půdě prostřednictvím interakcí mikrobiální složky s fyzikálními a chemickými vlastnostmi. Půdní organická hmota je hlavní suchozemskou zásobárnou uhlíku, dusíku, fosforu a síry. Bilance a přístupnost těchto prvků je neustále ovlivňována mikrobiální mineralizací a imobilizací.
Půda hraje zcela zásadní a nezastupitelnou roli ve stabilitě ekosystémů a v ovlivňování bilancí látek a energií. Působí jako environmentální pufrační medium, jež mimo jiné zadržuje, degraduje, ale za určitých podmínek i uvolňuje potenciálně rizikové látky.
Z půdy pochází mnoho základních složek stavebních materiálů a surovin, současně půda poskytuje prostor pro umisťování staveb, pro rekreační činnost a další aktivity člověka.
Půda je prostředím, v němž probíhá archeologický a paleontologický výzkum (http://www.zemspol.cz/Produkty/rv.htm#puda).

růst rostlin, produkce potravin

zásobárna vody, filtrační funkce

stavební činnost, rekreace

stavební materiály, suroviny

koloběh látek, pufrační funkce

archeologická naleziště

genetická banka mikroorganismů

Obr. 1 Schematické znázornění funkcí půdy a rámcové oblasti pro hodnocení funkcí půdy (http://www.env.cz/AIS/web-pub.nsf).

Jak určité využívání krajiny, tak určité metody (technologie) mají různý vliv na půdu a její vlastnosti. Změny půdních vlastností mohou změnit funkce půdy. Některá z funkcí půdy může být ohrožena, narušena, zhoršena či naopak zlepšena, a tím může být pozměněna kvalita půdy, úrodnost půdy, zdraví půdy a jiné podstatné (komplexní) půdní vlastnosti (atributy) (Šimek a Šantrůčková, 2002 ).

12

Kvalita a zdraví půdy jsou mírou schopnosti půdy zachovávat kvalitu vody a ovzduší, podporovat produkci a kvalitu rostlin i živočichů a podporovat zdraví člověka. To vše při daném způsobu využívání půdy a uvnitř daných krajinných a klimatických podmínek (Šimek a Šantrůčková, 2002 ).

3.1.2. Degradace půdy Degradace půdy je významovým opakem atributu „kvalita půdy“ nebo „zdraví půdy“ a to v tom smyslu, že půda degradovaná nemůže být kvalitní či zdravá. Lze tedy říci, že vše, co snižuje kvalitu půdy, je degradací půdy. Neplní-li půda některou ze svých základních funkcí, došlo k její degradaci. Degradace půdy nabývá různého stupně. Existují půdy silně degradované i půdy málo degradované, existence nedegradovatelných půd také není vyloučena. Kvalita půdy, stejně jako kvalita vody a vzduchu, ovlivňuje přímo i nepřímo kvalitu potravin a obecně kvalitu životního prostředí. Na rozdíl od kvality vody a vzduchu, pro jejíž hodnocení jsou k dispozici mnohé indikátory a též metody k jejich stanovení, pro kvalitu půdy dosud takové indikátory nejsou. Přinejmenším v tom smyslu, že neexistují indikátory nebo soubor indikátorů, které by byly obecně akceptovány. Aby indikátory kvality půdy mohly sloužit svému účelu, musí vyhovovat řadě kritérií (Doran and Parkin,1996):
Musí dobře korelovat s procesy v ekosystémech.
Musí zahrnovat fyzikální, chemické a biologické vlastnosti půd a půdních procesů a tak být použitelné pro odhad vlastností atributů půd, které se nedají snadno měřit.
Musí být relativně snadno použitelné a měřitelné i v terénních podmínkách, a tak být přístupné jak pro specialisty, tak pro producenty (farmáře…).
Musí být citlivé na změny v technologiích i změny přírodních poměrů (klimatu…), avšak necitlivé na menší krátkodobé změny.
Soubor indikátorů musí zahrnovat již sledované charakteristiky a umožnit tak jejich implementaci. Z tohoto výčtu, který zřejmě představuje optimální stav, vyplývá, že neexistuje žádný jednotlivý indikátor, který by byl dostatečným pro kvantifikaci kvality nebo zdraví půd. Soubor indikátorů musí podchytit důležité fyzikální, chemické i biologické

13

vlastnosti a tedy i charakteristiky mikrobiálního společenstva půd. (Šimek a Šantrůčková, 2002). 3.1.2.1. Procesy degradace půdy Várallyay (1994) rozlišuje 8 typů degradace půd: 1. eroze půdy (vodní, větrná) 2. acidifikace půdy 3. salinizace a alkalizace půdy 4. degradace fyzikálních vlastností půdy (poškození struktury, utužení, slévavost povrchu) 5. extrémní vodní režim (přemokření, zaplavení, sucho) 6. biologická degradace (snížení obsahu a kvality organické hmoty, poškození populací půdních organismů) 7. nežádoucí změny obsahu živin v půdě (vyplavování, biologická i abiotická imobilizace) 8. snížení pufrovací schopnosti (poškození sorpčního komplexu) a znečištění půdy polutanty.

V následující tabulce je uveden rozsah a stupeň degradace půd podle některých mechanismů degradace (Tab. 1).

Tab. 1 Rozsah a stupeň degradace půd v celosvětovém měřítku podle hlavních mechanismů degradace (v milionech hektarů půdy) (upraveno podle Oldeman, 1994).

Pozn.: Některé součty v tabulce nesouhlasí – liší se o jednotky; tyto rozdíly vznikly patrně zaokrouhlováním a nebyly při převzetí údajů z původních pramenů upraveny.

14

Definování 5 hlavních mechanismů (příčin) souvisejících s lidskou činností, které způsobují degradaci půd: 1. odlesnění a odstranění původní vegetace (odlesnění pro zemědělské účely, velkoplošné komerční lesnictví, výstavba dopravních cest a sídel); 2. nadměrné využívání půdy pro pastvu (neřízená a nadměrná pastva vede nejen k poškození vegetace, ale i k utužení půdy a vystavení půdy erozi); 3. zemědělské technologie (nedostatečné nebo nadměrné používání hnojiv, používání znečištěné závlahové vody, používání těžké mechanizace, chybná aplikace agrotechnických zásahů aj.); 4. nadměrné využívání přirozené vegetace (např. jako palivo; zbylá vegetace nedostatečně chrání půdu před erozí a jinými degradačními mechanismy); 5. průmyslové technologie (zejména výroba, těžba surovin, skladování odpadů aj.) (Šimek, 2004).

Obrázek 2 uvádí vztah mezi resiliencí, kvalitou a degradací půdy.

Obr. 2 Vztah mezi resiliencí půdy, kvalitou půdy a degradací půdy: kvalita půdy je „netto“ výsledkem vztahu resilience a degradace (upraveno podle Lal, 1998).

15

3.1.2.2. Degradace půd v České republice Na půdy v České republice působí stejné negativní vlivy jako na půdy jinde ve světě. Mnoho těchto procesů je nepřirozených a souvisejí s vývojem půd. Působením lidských aktivit se však mnohdy zvyšuje jejich intenzita. Člověk tak má na degradaci půd zásadní podíl. Z celkové výměry státu 7 886 000 ha tvoří zemědělská půdy 4 282 000 ha a lesní půda 2 634 000 ha. Asi 72,3 % zemědělské půdy je tzv. orná půda (tj. 3 096 000 ha). Na jednoho obyvatele tak připadá 0,42 ha zemědělské půdy. Podle výsledků komplexního průzkumu půd má pouze asi 21 % půd v České republice relativně kvalitní strukturu orniční vrstvy. Tyto půdy byly však navíc v posledních desetiletích vystaveny degradaci, především vlivem zhutnění (Hlušičková a Lhotský, 1994).

3.2. Způsoby hospodaření na zemědělsky využívaných půdách Způsoby hospodaření na zemědělsky využívaných půdách se dají rozdělit na konvenční způsob hospodaření a ekologický způsob hospodaření. Všechny způsoby hospodaření na zemědělských půdách do značné míry ovlivňují vlastnosti a zdraví půd. Cílem konvenčního zemědělství, nazývaného též tržně orientovaným zemědělstvím, je snaha o dosažení maximálního zisku z produkce. Jedná se o způsob hospodaření s vysokými vstupy a vysokými tržbami. Využívá intenzivní pěstební technologie s vysokými dávkami minerálních hnojiv a pesticidů a je málo šetrné k půdnímu a životnímu prostředí. Jakýmsi přechodem, nebo–li středem mezi konvenčním a ekologickým způsobem hospodaření je tzv. integrované zemědělství, které k produkci hodnotných potravin a surovin používá přirozené zdroje jako určitou náhradu za vstupy zatěžující životní prostředí. Ekologické zemědělství je oproti konvenčnímu zemědělství způsob hospodaření, který dbá na životní prostředí a jeho jednotlivé složky stanovením omezení nebo zákazu používaných látek a postupů, které zatěžují půdu a životní prostředí. Podrobněji jsou jednotlivé způsoby hospodaření rozvedeny v následujících podkapitolách (Petr a Dlouhý, 1992).

16

3.2.1. Konvenční způsob hospodaření

Ke konvenčnímu způsobu hospodaření patří intenzivní zemědělství – intenzifikace zemědělství byla založena na zvětšování všech vkladů do výrobního procesu, např. dávek průmyslových hnojiv, rozsahu chemické ochrany proti škodlivým činitelům, zvýšení energetické a technické vybavenosti. Zdůrazňovala se industrializace, při které docházelo k hrubému zanedbávání biologické podstaty zemědělství a odcizování člověka půdě, zvířatům a přírodě. Další hlediska intenzifikace zemědělství byla uplatňována nevyváženě, např. zvyšováním úrodnosti půdy, chápané jen jako pouhé zvyšování obsahu základních živin soustavným hnojením průmyslovými hnojivy nikoliv podle obsahu a jakosti půdní organické hmoty, fyzikálních vlastností a celkové biologické aktivity půdy (Petr a Dlouhý, 1992). Mezi nejzávažnější negativní důsledky tohoto přístupu patří ovlivnění chemických, biologických a fyzikálních vlastností půdy. Soustavné hnojení vysokými dávkami průmyslových hnojiv vedlo ke zvyšování koncentrace solí v půdním roztoku. Důležitou okolností je, že při hnojení minerálními hnojivy jsou do půdního roztoku uvolňovány zejména jednomocné kationty, které mají nepříznivý vliv na půdní strukturu a způsobují okyselování půd. Aplikace dusíkatých hnojiv, zejména těch, která obsahují nitrátový aniont, vede k jeho transportu do podzemních vod a k znečišťování zdrojů pitné vody. Při používání pesticidních látek, které mají dlouhou dobu perzistence, se zvyšuje jejich koncentrace v půdním roztoku a při větším dávkování nebo havárii je narušována mikrobiální činnost v půdě. Je prokázáno, že intenzivní zemědělská výroba má negativní vliv na kvalitu humusových látek v půdě (Petr a Dlouhý, 1992).

3.2.2. Ekologický způsob hospodaření

Ekologické zemědělství je přesně definovaný způsob hospodaření, založený na pěstování a produkci potravin optimálního množství a odpovídající kvality za využití praktik trvale udržitelného rozvoje. Cílem je zamezení používání agrochemických vstupů a tím soustavné zabraňování škodám na životním prostředí. V České republice je ekologické zemědělství definováno Nařízením Rady EU 2092/1991 a zákonem 242/2000 Sb. o ekologickém zemědělství. Dodržování zásad ekologického zemědělství je přísně kontrolováno, na jeho základě se provádí certifikace bioproduktů a biopotravin 17

vystavením tzv. Osvědčení o původu biopotraviny a jejich označení ochrannou známkou BIO - Produkt ekologického zemědělství (Obr. 3).

Obr. 3 Značka bioproduktů (http://www.gate2biotech.cz/ekologicke-zemedelstvi-abiopotraviny/)

Ekologický způsob hospodaření je v ČR uplatňován na 6% zemědělské půdy, převážně však na trvalých travních porostech, které tvoří 90% této výměry (http://www.agronavigator.cz/ekozem/default.asp?ch=173&typ=1&val=57072&ids=16 58).

3.2.2.1. Cíle ekologického zemědělství Cílem ekologického zemědělství je:
udržet a zlepšit dlouhodobou úrodnost půdy a její ekologickou funkci (zvyšovat obsah organické hmoty a humusu v půdě, zlepšovat její fyzikální vlastnosti a umožnit bohatý rozvoj společenstva půdních organismů);
vyvarovat se všech forem znečištění pocházejících ze zemědělského podnikání (využívání všech odpadů pro výrobu organických hnojiv);
pracovat v co nejvíce uzavřeném systému, využívat místní zdroje, minimalizovat ztráty;
produkovat potraviny a hnojiva o vysoké nutriční hodnotě a v dostatečném množství;
minimalizovat používání neobnovitelných zdrojů energie (odmítnutí syntetických minerálních hnojiv a přípravků na ochranu rostlin);
hospodářským zvířatům vytvořit podmínky, které odpovídají jejich fyziologickým a etologickým potřebám a humánním a etickým zásadám (způsob chovu musí zvířatům umožnit přirozené chování včetně pohybu venku, jejich zdravý růst, vývoj a reprodukci);

18


umožnit zemědělcům a jejich rodinám ekonomický a sociální rozvoj a uspokojení z práce (ekologický způsob hospodaření vyžaduje hluboký zájem a zodpovědnost);
udržet osídlení venkova a tradiční ráz kulturní zemědělské (http://www.priroda.cz, Ekofarma - ekologický způsob hospodaření ).

krajiny

3.2.3. Rozdíly mezi ekologickým a konvenčním způsobem hospodaření

V Tabulce 2 je stručně charakterizován rozdíl mezi ekologickým a konvenčním zemědělstvím.

Tab. 2 Rozdíly mezi ekologickým a konvenčním způsobem hospodaření Ekologické zemědělství

Konvenční zemědělství
Upřednostňuje kvantity.


Upřednostňování kvality.


Ekonomická rentabilita se klade před


Ekologická a biologická rovnováha se

požadavek biologické a ekologické rovnováhy.

klade před ekonomické požadavky.
Mnohostranný provoz.


Silně specializovaný provoz.


Pestrý osevní postup.


Jednostranný osevní postup (malý


Používání převážně organických

počet druhů pěstovaných plodin).
Používání anorganických, lehce

statkových hnojiv.
Pěstitelský systém jako takový působí

rozpustných hnojiv.

preventivně proti výskytu chorob,


Používání pesticidů.

škůdců a plevelů

19

Obrázek 4 srovnává konvenční a ekologický způsob hospodaření.

Obr. 4 Srovnání konvenčního a alternativního zemědělského systému (Kallander et al., 1989) Vysvětlivky: Obrázek A znázorňuje konvenční farmu s velkými vstupy, ta představuje otevřený systém s malou recirkulací a velkými ztrátami. Obrázek B znázorňuje ekologickou farmu s malými vstupy, která vytváří uzavřený systém s velkou cirkulací a menšími ztrátami. Množství vyprodukovaných potravin je přitom u obou systémů zhruba stejné.

3.3. Ekologie půdy 3.3.1. Půda jako ekosystém

Důležitým znakem ekosystému je jeho schopnost odolávat změnám a je–li narušen, navrátit se do rovnovážného stavu. Ve většině ekosystémů je energie potřebná pro jejich funkci získávána fotosyntézou. Půdy obsahují relativně málo fotosyntetizujících organismů, proto jsou závislé na energii dodané v organické hmotě, zejména ve formě rostlinných a živočišných zbytků. Půdní mikroorganismy a půdní fauna mineralizují organickou hmotu v půdě. V přirozených půdních ekosystémech závisí produkce rostlin výhradně na rozsahu přeměn půdní organické hmoty. Škody mohou vzniknout jednak potlačením

20

nebo otravou půdních mikroorganismů, jednak změnou kvality či kvantity organické hmoty, která je substrátem pro biologickou složku půdy. Biologická činnost půdy je ve skutečnosti překvapivě přizpůsobivá k většině antropogenních vlivů. Proto se její nepříznivé změny projevují pomalu a jsou většinou po začátcích špatně zjistitelné. Nebezpečí poškození půdy ke změnám je i přes její rezistenci ke změnám reálné. Závisí to na citlivosti půdy a způsobu jejího poškození či na její kontaminaci. Schopnost půdy odolávat nepříznivým změnám je dána především obsahem a typem jílových minerálů a obsahem a kvalitou půdní organické hmoty (Obr. 5).

Obr. 5 Schéma funkce půdního ekosystému (upraveno dle Petr a Dlouhý, 1992)

3.3.1.1. Agroekosystémy V přírodě neexistuje životaschopný systém, který by fungoval bez negativních zpětných vazeb, protože vzájemné vztahy každého zásahu do systému nevyvolávají pouze

jednosměrné

působení,

ale

nutně

nepředvídatelných reakcí (Obr. 6 a 7).

21

navozují

mnoho

dalších,

často

Obr. 6 Schéma přirozeného ekosystému (upraveno dle Petr a Dlouhý, 1992)

Obr. 7 Schéma agroekosystému (upraveno dle Petr a Dlouhý, 1992)

Agroekosystém je antropogenní ekosystém vytvořený člověkem již při domestikaci rostlin a zvířat. Je to tedy soubor agrobiocenóz ekologicky propojených faktory klimatickými, eratickými, topografickými, biologickými, avšak závislý také na místní ekonomice, jež zahrnuje zemědělské tradice, zemědělskou techniku a způsob stravování obyvatelstva (Duvigneaud, 1988).

22

Agroekosystém je součástí zemědělského systému, jenž je opět založen na potravinovém systému určité oblasti. Produkci z agroekosystému odčerpává pouze člověk a stává se rozhodujícím distruentem stability. Typy agroekosystémů jsou charakterizovány dominatními kulturami a kulturami doplňkovými, a to podle kombinace klimatických a půdních faktorů s podmínkami ekonomickými a kulturními (Loomis, 1978). V České republice lze agroekosystémy charakterizovat podle tzv. výrobních oblastí.

3.3.2. Biologické procesy a cykly prvků v půdě Mezi nejvýznamnější cykly prvků, které mají vliv na kvalitu a zdraví půd patří cykly uhlíku a dusíku.

3.3.2.1. Cyklus uhlíku Uhlík je podstatnou složkou veškeré organické hmoty včetně biomasy organismů. Na vzájemně provázaný souhrn přeměn uhlíku, označovaný jako cyklus uhlíku, lze proto pohlížet jako na cyklus života, jenž v globálním měřítku zabezpečuje kontinuitu života na Zemi (Šimek, 2003).

Cyklus uhlíku má tři části: 1. Biochemický – výměna látek v živých organismech – 20 let. 2. Biogeochemický – část biomasy z biochemického cyklu přechází do sedimentů, ze kterých se postupně uvolňuje – 20 000 let. 3. Geochemický – vznik uhličitanů a jejich ukládání v mořích a oceánech – 200 000 000 let (http://recetox.muni.cz/sources/prednasky/chzp_ii/chzp_ii_05_ekosystemy.pdf).

Centrální sloučeninou koloběhu uhlíku je oxid uhličitý (Obr. 8). Jeho prostřednictvím (a částečně prostřednictvím methanu a dalších plynů) se uskutečňuje výměna uhlíku mezi atmosférou a biosférou i mezi organickými a anorganickými látkami. Oxid uhličitý je oxickou fotosyntézou rostlin i anoxickou fotosyntézou mikroorganismů fixován do organických látek, odkud je posléze oxickou i anoxickou

23

respirací a fermentací uvolňován. Menší část uhlíku je metabolizována na methan (methanogeneze), který je buď uvolněn do atmosféry nebo využit methanotrofními mikroorganismy a posléze je opět uvolněn ve formě oxidu uhličitého (Šimek, 2003).

Obr. 8 Schéma koloběhu uhlíku – procesy přeměn uhlíku (Doyne, 1999)

3.3.2.2. Cyklus dusíku Přeměny dusíku v prostředí, tj. transformace z jeho forem, souvisejí zejména s metabolismem organismů. Jen z velmi malé části jde o fyzikální a chemické procesy. Cyklus dusíku v suchozemském ekosystému sestává většinou z několika základních procesů (Obr.9). Plynný dusík je procesem fixace molekulárního dusíku redukován na amoniak. Naprostá většina fixovaného dusíku připadá na mikrobiální proces, jenž je katalyzován enzymem nitrogenázou. Amonná forma dusíku je v různých sloučeninách zabudována do biomasy. Po jejím odumření je amoniak z organických vazeb uvolněn. Může být znovu využit jako živina, vázán v půdě, volatilizován do atmosféry nebo nitrifikací převeden na nitrátovou formu. Nitrátový dusík může být také využit jako živina, může být redukován na amoniak, vyplaven z půdy nebo denitrifikací převeden na plynný oxid dusný a molekulární dusík. V těchto formách se dusík vrací do atmosféry a cyklus dusíku se uzavírá. I když jednotlivé procesy přeměn dusíku mají často velmi odlišné nároky na podmínky prostředí, mohou v půdě probíhat současně a 24

to vzhledem k existenci gradientů jednotlivých faktorů prostředí. Tyto faktory jsou navíc v mnoha vzájemných vazbách a vytvářejí v půdě nepřeberné množství mikroprostředí, mnohdy s velice specifickými podmínkami (Šimek, 2003).

Obr. 9 Cyklus dusíku (http://recetox.muni.cz/sources/prednasky/chzp_ii/chzp_ii_05_ekosystemy.pdf)

3.3.3. Půdní organická hmota

Půdní organickou hmotu tvoří půdní organismy a různé organické látky a její obsah a kvalita zásadně ovlivňují stabilitu půdních agregátů. Pro většinu půdních organismů organická hmota hlavním zdrojem živin a energie (Obr. 10). Určitý obsah organické hmoty je pro dobrou funkci půdy nezbytný. Nelze však říci, že vyšší obsah organické hmoty je výhodnější nebo naopak. Záleží také na složení organické hmoty, tj. na její kvalitě a vzájemné souhře všech ostatních fyzikálních, chemických a biologických vlastností půdy. Správná agrotechnika nicméně obvykle směřuje k zachování, či dokonce k určitému zvýšení obsahu organické hmoty v půdě. Jedním z důležitých opatření v tomto smyslu je pravidelné dodávání organických látek do půdy ve formě organických hnojiv (zejména chlévského hnoje), kompostů, organických zbytků nebo ve formě zeleného hnojení (Šimek, 2003).

25

Obr. 10 Definice organických látek v půdě (Weber, 2001)

3.3.3.1. Zdroje organických látek Primárním zdrojem půdní organické hmoty jsou rostlinné zbytky i různé části rostlin včetně kořenů a metabolity. Tato skutečnost je zřejmá v přirozených ekosystémech, ale i při pěstování rostlin. Po sklizni rostlinných produktů přibližně 1/10 až 1/3 nadzemních částí a často celá biomasa kořenů zůstává v půdě. Tento materiál se stává substrátem pro rozklad a využití mikroorganismy. Menší množství organických látek se do půdy dostává i ve formě spadů a splachů. Dalším primárním zdrojem organických látek jsou autotrofní mikroorganismy. Hlavním sekundárním zdrojem organické hmoty jsou živočichové. Mnozí se živí rostlinnou biomasou, produkují exkrementy a posléze odumírají. Někteří živočichové, např. žížaly, mravenci a termiti, hrají také důležitou úlohu v přemisťování rostlinných zbytků a dalších půdních částic v půdě. Množství organických látek každoročně vstupujících do půdy je velmi různé a závisí také na klimatických podmínkách a na vegetaci. Zatímco jejich přísun do nadzemních částí rostlin je relativně dobře prozkoumán, přísun organických látek ve formě kořenových exudátů a odumřelých kořenů nebývá definován. Odhaduje se, že se takto do půdy dostává asi 20 – 40 % uhlíku fixovaného ve fotosyntéze (Šimek, 2003).

26

3.3.3.2. Význam organické hmoty v půdě
zabezpečuje přísun organických látek,
je zdrojem energie a uhlíku pro půdní mikroorganismy, a tím pozitivně ovlivňuje biologickou činnost půdy,
chrání trvalý humus před rozkladem (degradací) dodáním primární organické hmoty,
zvyšuje stabilitu půdních agregátů,
příznivě působí na řadu fyzikálně-chemických vlastností půdy (tvorbu drobtovité struktury, poměr vody a vzduchu, poutání živin, zlepšení ústojčivé schopnosti půdy),
zlepšuje v půdě hospodaření s vodou (zvyšují vsak dešťové vody, vododržnost půdy, umožňují gravitační a kapilární pohyb vody aj.),
omezuje působení vodní a větrné eroze v půdě,
příznivě ovlivňuje obsah přístupného fosforu v půdě a může působit na vyvázání (imobilizaci) cizorodých prvků (Slejška, 2002). 3.3.3.3. Organická hnojiva Vliv dodaných organických hnojiv je zvlášť významný u půd s nižší úrodností (Škarda, 1992). To potvrzují i Petříková a Čermák (1991), kteří považují organické hnojení za základ každého hnojení v imisní oblasti, a to zejména na méně úrodných půdách. Nízký obsah humusu v půdě, charakteristický pro půdně ekologické podmínky střední Evropy, nemusí být v daném půdním typu sám o sobě hlavní příčinou snížení půdní úrodnosti. Při nízkém obsahu humusu může být půda naopak velmi úrodná, např. řepařská hnědozem. A naproti tomu v jiných půdně klimatických podmínkách, např. v horských oblastech, má hnědá půda i při vyšším obsahu humusu nízkou úrodnost. Zlepšit stav organických látek v orné půdě není pouze jednostrannou kvantitativní záležitostí, která je v našich přírodních a výrobních podmínkách prakticky neřešitelná, ale především záležitostí kvalitativní (Škarda, 1992). Z uvedeného vyplývá, že pro zlepšení úrodnosti, stability a dalších kvalitativních vlastností půdy je potřebné:
snížit deficit organického hnojení,

27


preferovat kvalitu organických hnojiv před kvantitou,
zaměřit se zejména na o

méně úrodné půdy,

o

půdy náchylné k desertifikaci,

o

půdy znečištěné a jinak poškozené (Slejška, 2002).

3.4. Půdní mikroorganismy Mikroorganismy,

tak

jako

rostliny

a

živočichové

potřebují

ve

svém

ontogenetickém vývoji okolo sebe prostor pro svůj metabolizmus a růst. Tento prostor označujeme jako životní prostředí nebo biotop. Mikroorganismy a prostředí vytvářejí funkčně vzájemně propojený dialektický dynamický celek. Prostředí poskytuje mikroorganismům živiny, energii a vodu, mikroorganismy zase zpětně působí na prostředí a spolu s ostatními organizmy formují jeho biologické, fyzikální a chemické vlastnosti. Životní prostředí mikroorganismů může být velice rozmanité, ale jejich primárním prostředím je půda (Kopčanová, 1987).

3.4.1. Prostorové rozdělení mikroorganismů v půdě

Půda má heterogenní strukturu. Obsahuje velké množství drobných agregátů proniknutých póry, které jsou vyplněné půdním vzduchem a půdním roztokem. Půdní roztok tvoří půdní voda, ve které jsou rozpuštěné minerální a organické sloučeniny. Agregáty jsou většinou složené z minerálních a organických částic. Jejich komplexy se vzduchem a vodou představují mikrostanoviště půdních mikroorganismů. Minerální složka se skládá z drobných částic primárních a sekundárních minerálů, které mají obrovský povrch dosahující v jednom gramu až několik set čtverečních metrů. Na těchto površích jsou soustředěny zásoby živin jako je humus, organominerální koloidy, kationty K+, Ca2+, Mg2+ a jiné. Hovoříme také o tom, že minerální podíl agregátů je nosičem organických substrátů, které na něm nejsou rovnoměrně rozložené. Organická složka agregátů představuje zdroj živin a energie pro mikroorganismy, které postupně tyto agregáty osidlují. V našich kulturních půdách tvoří organická hmota 1-3 % její hmotnosti a představuje velký povrch pro kolonizaci. Přímá mikroskopická pozorování v co nejméně narušeném stavu půdy ukázala, že navzdory vysokým počtům mikroorganismů v půdě jsou stále ještě velké povrchy na agregátech

28

neosídlené. Kolonizované jsou jen desetiny, resp. setiny procenta těchto povrchů, na kterých jsou buňky mikroorganismů adsorbované. Adsorbce mikroorganismů na pevnou fázi půdy má velký význam pro jejich životní činnost. Adsorbované buňky vylučující exoenzymy snadněji využívají substrát, na kterém jsou fixovány, přičemž vazebné síly zároveň zabraňují jejich vyplavování. Adsorbce zvyšuje odolnost mikroorganismů vůči působení nepříznivých faktorů a chrání stabilitu procesů koloběhu látek v půdě. Uvnitř půdního typu je mezi počtem bakterií a velikostí specifického povrchu přímá úměrnost. Velikost specifického povrchu částic je i určujícím faktorem pro zastoupení kapalné fáze půdy, která okolo nich vytváří vodní film a vyplňuje póry mezi nimi. Adsorbce buněk na pevnou fázi půdy je přitom omezena téměř výlučně na její organický podíl (humusové látky, odumřelé zbytky rostlinných a živočišných organismů). Minerální podíl se jeví pod mikroskopem, kromě výjimečných případů, jako chudě osídlený mikroorganismy, podobně i tekutá fáze půdy. Počet mikroorganismů se v půdní vodě zvyšuje po přidání rozložitelného organického materiálu. Tomuto prostředí jsou dobře přizpůsobené hlavně mikroorganismy s aktivním pohybem, např. vibria, spirily, některé bacily, z mikrofauny zástupci protozoí). V půdních pórech žijí i zástupci mezofauny, kteří se v nich pohybují amébovitě, plazením nebo běháním. Větší póry jsou osídleny makrofaunou (červy a brouky). Přímým

mikroskopickým

vyšetřováním

agregátů

bylo

zjíštěno,

že

mikroorganismy zde žijí organizovaně. Bakterie se vyskytují buď jako jednotlivé buňky, nebo tvoří mikrokolonie skládající se z rozdílného počtu individuí (nejčastěji ze 3-20, někdy až 200 buněk). Mikrokolonie vytvářejí různé morfologické útvary tvarů růžice, spirály apod. Převládající tvar jednotlivých buněk bakterií je kokovitý, tyčinkovitých bakterií se vyskytuje méně. U hub byl pozorován velmi úzký kontakt s částečkami organické hmoty, neboť je proplétají svými hyfami. Také fruktifikační orgány tvoří ve směru půdních pórů. Aktinomycety, podobně jako houby, se nacházejí také ve formě aktivního mycélia i neaktivních spór. Kromě aktivních mikroorganismů je v půdě celá řada neaktivních forem. Jsou to spory hub a aktinomycet, ale i endospóry bakterií, různé cysty, chlamydospory a další útvary. Přítomné jsou i fragmenty těl mikroorganismů vznikající po jejich odumření a autolýze. Časté jsou např. zlomky mycélia bez cytoplazmy apod. (Kopčanová, 1987). 29

3.4.2. Společenstva půdních mikroorganismů

Půdní organismy tvoří biologicky aktivní organické složky stanoviště. Jejich životní prostor z ekologického hlediska označujeme jako biotop a jejich životní společenstvo jako biocenózu. K půdním organismům patří rozliční zástupci rostlinné, živočišné a mikrobiální říše, které označujeme společným názvem edafon. Největší význam v koloběhu látek mají mikroorganismy, a to vzhledem na jejich charakteristiku:
velký aktivní povrch v poměru k objemu biomasy;
rychlé rozmnožování;
velký počet fyziologických skupin mikroorganismů s diferencovanou schopností rozkladu, přeměny a syntézy hmoty v půdě. Půdní organismy vytvářejí organizovaná společenstva s kolektivní funkcí a vzájemným působením. Základní funkční jednotkou je populace. Komplexní mikrobiocenóza půdy se skládá z více společenstev, přičemž nejdůležitější jsou společenstva bakterií, hub a řas. Z hlediska půdní mikrobiologie nás zaujímají především společenstva bakterií – bakteriocenózy a společenstva hub – mykocenózy. Bakteriocenózy patří mezi základní mikrobiální společenstva půdy. Jsou nejpočetnějším, nejdynamičtějším a biochemicky velmi významným prvkem komplexní mikrobiocenózy. Podle funkce v ekologickém systému dělíme bakteriocenéozu na subcenózu autotrofních a subcenózu heterotrofních bakterií. Autotrofní bakterie jsou v půdách zastoupeny poměrně malým počtem druhů. Jako zdroj uhlíku využívají CO2, čímž se zařazují do skupiny primárních producentů. Zdrojem energie je buď sluneční energie (fotosyntetické bakterie), nebo energie z chemických oxidací amoniaku, nitritů, síry, železa, vodíku, oxidu uhelnatého, methanu a jemu příbuzných uhlovodíků (chemosyntetické bakterie). Heterotrofní bakterie tvoří podstatnou část bakteriocenóz. Plní úlohu reducentů, rozkládající odumřelý organický materiál, čímž vracejí jeho jednotlivé prvky do biologického koloběhu. Mezi heterotrofní bakterie patří i aktinomycety, které jsou schopné rozkládat složité organické látky, proto se při mineralizačních procesech dobře uplatňují v prvních fázích sukcese. Mykocenózy

tvoří

mikroskopické

houby,

mikromycety.

Jsou

relativně

stabilnějšími společenstvy než bakterie, hlavně v přírodních ekosystémech. Spolu 30

s heterotrofními bakteriemi vykonávají funkci reducentů. Houby jsou charakteristické tím, že tvoří mycelium, které rychle roste a vyznačuje se aktivním metabolismem, což jim umožňuje rychlou kolonizaci substrátu a jejich rychlé využití. Po využití substrátu se metabolismus zpomaluje, ale probíhají pozitivní morfologické změny – tvoří se klidové orgány a velké množství spór. To jim umožňuje přežit nepříznivé podmínky nebo přemístit se z jednoho substrátu na druhý (Kopčanová, 1987).

Následující obrázek znázorňuje přehled říše organismů.

Obr. 11 Říše organismů (http://www.genome.jgi-psf.org/tre_home.html)

31

3.5. Vztahy v ekosystému půda – mikroorganismy – rostlina Půda není jen základním prostředím mikroorganismů, ale je především stanovištěm rostlin, se kterými vytvářejí mikroorganismy složitý dynamický ekosystém. Tím, že člověk záměrně a cílevědomě vstupuje do tohoto systému souborem různých agrotechnických opatření, stávají se vztahy mezi mikroorganismy, prostředím a pěstovanými plodinami velmi komplikovanými. Analýza a hodnocení těchto vztahů není jednoduché pro jejich dynamickou povahu, ale i proto, že hranice, které oddělují jednotlivé vztahy, nejsou vždy zřetelné. Striktní kategorizace vztahů v ekosystému půda – mikroorganismy – rostlina prakticky není možná, je jen fakultativní a více méně konvenční. 3.5.1. Vztahy mezi mikroorganismy

Mikrobní společenstva – mikrobiocenózy – tvoří populace různých druhů mikroorganismů. Mezi nimi se vytvářejí jednak vnitrodruhové vztahy, kterými rozumíme vztahy mezi jedinci téhož druhu a jednak vztahy mezidruhové, které se vytvářejí mezi jedinci a populacemi různých druhů. Příkladem vnitrodruhových vztahů je trvalé anebo periodické seskupování jedinců téhož druhu do skupin, často s charakteristickou organizací a řízením. Tato seskupení umožňují lepší přežívání, rozmnožování a zvyšují schopnost konkurovat jiným druhům. Konkurence mezi jedinci téhož druhu ve výživě a prostoru vede k selekci a eliminaci jedinců s méně výhodnými vlastnostmi a je důležitým vývojovým faktorem. Základní vztahy mezi mikroorganismy jsou v podstatě dvojího druhu – synergické a antagonistické. Synergismus zastupují vztahy jako jsou komenzalismus a metabióza, symbióza a mutualismus; antagonistické vztahy zahrnují antagonismus, konkurenci, parazitismus a predaci. Neutrální vztahy mezi mikroorganismy je těžké najít a jsou vždy relativní. Vztahy mezi mikroorganismy jsou všeobecně velmi složité a jejich trvání nebo změna závisí na:
intenzitě schopnosti, s jakou jedinec (případně populace) utilizuje prostředí;
aktuálních vlastnostech prostředí, které se však působením jedinců, případně populací a jinými vlivy mění v čase. Ve změněném prostředí se potom vytvářejí nové vztahy mezi organismy a jejich vztah k prostředí (Marendiak, 1987).

32

3.5.2. Vztahy mezi mikroorganismy a rostlinami

Mikroorganismy vytvářejí mnohostranné a složité vztahy nejenom mezi sebou, ale i s rostlinami. Na nadzemních orgánech, především na listech se nachází fylosférní mikroflóra, v oblasti kořenů zase rizosférní mikroflóra. Velmi úzké vztahy vznikají při symbióze hlízkotvorných bakterií s kořeny bobovitých rostlin a při symbióze hub s kořeny jiných rostlin (mykorhiza). Celý složitý ekosystém půda – mikroorganismy – rostlina výrazně ovlivňuje řada ekologických faktorů a zásahy člověka do pěstování plodin (Marendiak, 1987).

3.5.2.1. Symbióza mezi mikroorganismy a kořeny rostlin Rostliny a mikroorganismy žijí obklopeny atmosférou obsahující velké množství molekulárního dusíku (78 %). Pro rostliny je však tato forma dusíku nepřístupná, z mikroorganismů ji dovede využít asi jen 50 druhů bakterií a sinic. Jde o mikroorganismy, které produkují enzym nitrogenázu (komplex dvou bílkovin z nichž jedna obsahuje železo a druhá molybden se železem s funkcí aktivátorů), jenž katalyzuje redukci molekulárního dusíku na amoniak. Tato redukce je energeticky velmi náročná a pro fixaci molekulárního dusíku musí mít mikroorganismy k dispozici dostatečné množství volné energie. Mikroorganismy, které jsou schopné fixovat molekulární vzdušný dusík, žijí buď volně v půdě (např. sinice rodu Anabaena a Nostoc nebo bakterie rodu Azotobacter), nebo v symbióze z rostlinami (Tesařová, 1998).

Symbiotické vázání vzdušného dusíku uskutečňují nitrogenní bakterie, které vytvářejí na kořenech bobovitých rostlin hlízky a žijí s nimi v symbióze. Tyto bakterie zařazujeme do rodu Rhizobium a často jsou běžně označovány jako hlízkotvorné bakterie. Hlízkotvorné bakterie pronikají z půdy do kořenů bobovitých rostlin přes kořenové vlásky nebo přes poškozené buňky epidermis a nebo kůry. Po vytvoření hlízek v období kvetení rostlin se vyvíjí mezi rostlinou a rhizobiem vztah symbiózy. Rostlina poskytuje rhizóbiím asimilační produkty fotosyntézy, látky energeticky bohaté, které bakterie lehce využijí jako zdroj uhlíku a energie. Mimo to rostlina pravděpodobně poskytuje bakteriím ještě některé růstové látky, které příznivě ovlivňují jejich vývin. Rhizobia poskytují rostlinám 80 – 98 % dusíku v přijatelné

33

formě, což je výsledkem jejich schopnosti přeměňovat vzdušný dusík na dusík vázaný (Kopčanová, 1987).

3.5.2.2. Mykorhiza Mykorhizní houby jsou neodmyslitelnou součástí všech přirozených ekosystémů i agroekosystémů. Termínem mykorhiza (příklad mykorhizy na Obr. 12), který vznikl spojením řeckých slov mykes (houba) a rhiza (kořen), je označována mutualistická asociace mezi kořeny rostlin a specifickou skupinou půdních hub. Tato symbióza je charakterizována dvousměrným tokem živin, přičemž tok uhlíkatých sloučenin směřuje od rostliny k houbovému symbiontu a anorganické živiny ve směru opačném. Kolonizace kořenů mykorhizními houbami může výrazně ovlivňovat růst a zdravotní stav hostitelských rostlin, které disponují například zlepšeným příjmem živin, větší odolností k suchu a těžkým kovům nebo vyšší rezistencí k patogenům. V závislosti na druhu mykorhizní houby a hostitelské rostliny.

Obr. 12 Vezikulo-arbuskulární mykorhiza: Vysoce kolonizovaný kořen kukuřice obarvený trypanovou modří se zřetelně patrnými mykorhizními útvary: 1 – vezikuly, 2 – arbuskuly (http://www.ibot.cas.cz/mykosym/mykorhiza.html).

Rozeznáváme dva základní a jeden přechodný typ symbiózy mezi kořeny rostlin a houbami (Obr. 13): 1. ektotrofní mykorhiza 2. endotrofní mykorhiza 3. ektendotrofní mykorhiza – přechodný typ

34

Ektotrofní mykorhiza Houby infikují mladé nesuberizované kořenové špičky a krátké postranní kořeny, které se jejich vlivem silně rozvětvují. Větvení kořenů se přičítá působení auxinů, které mykorhizní houby způsobují.

Endotrofní mykorhiza Je charakteristická tím, že hyfy hub pronikají přes epidermis kořenových vlásků do kořenového parenchymu, v jehož buňkách se dále rozvíjejí. Kořeny se přitom morfologicky nemění, kořenové vlášení zůstává zachováno.

Ektendotrofní mykorhiza Je přechodným typem mezi ekto- a endotrofní mykorhizou. Jde o volné spojení mezi kořeny rostlin a houbami. Vytváří se v rizosféře a tvoří na kořenech peritrofní plášť (Tesařová, 1998).

Obr. 13 Schématické znázornění různých typů mykorhizy (Gianinazzi-Pearson, 1988)

35

Význam mykorhizy Vzájemný vztah mezi hostitelskou rostlinou a houbou je oboustranně prospěšný. Rostlina dodává houbě uhlíkaté a energetické zdroje (sacharidy). Hlavní funkcí mycelia mykorhizní houby je přijímat vodu a v ní rozpuštěné soli a rozkládat organické látky na formy živin přístupných pro rostlinu. Tím, že mykorhizní houba váže vzdušný dusík, vytváří příznivé podmínky pro dusíkatou výživu rostlin. Dále mykorhizní houby pomáhají rostlině i tím, že zpřístupňují fosfor z jeho vázaných forem a to intenzivní produkcí oxidu uhličitého. Mykorhiza se z hlediska teorie bioenergetického potenciálu půdy jeví jako jeden z velmi důležitých článků v systému spojení kořenů s půdou. Nejčastěji se mykorhiza vytváří v půdách chudých na humus a v půdách, ve kterých pomalu probíhá rozklad akumulované organické hmoty. Pro některé rostliny je mykorhiza obligátní existenční podmínkou, zvláště v některých vývojových stádiích (Marendiak, 1987).

36

4. ZÁVĚR Bakalářská práce se zabývá vlivem půdních mikroorganismů na kvalitu a zdraví půd. Kvalita a zdraví půd je velice důležitá pro existenci lidstva a proto je toto téma stále více diskutované. Literární rešerše je zaměřena na významné skupiny mikroorganismů v půdě, jejich vlastnosti a vliv na kvalitu a zdraví půd, charakterizovala pojmy „kvalita“ a „zdraví půd“ a jejich význam při pěstování rostlin. V neposlední řadě uvádí možnosti hodnocení kvality a zdraví půd na základě vybraných parametrů. Kvalita půdy je často definována různým způsobem; někteří autoři ji ztotožňují s pojmem zdraví půdy, zatímco jiní tyto atributy rozlišují. Termín „kvalita půdy“ je možné doporučit pro případy, kdy se jedná o určité, specifické využití půdy, o kvalitu půdy vyžadovanou pro jistý účel. Například pro pěstování pšenice (tj. pro zajištění určitých výnosů za určitých podmínek) je třeba, aby půda měla určitou „kvalitu“. Atribut „kvalita půdy“ má v tomto pojetí blízko k atributům „úrodnost půdy“ a „produktivita půdy“. Naproti tomu koncepce atributu „zdraví půdy“ zvýrazňuje ekologické funkce půdy a na rozdíl od „kvality půdy“ např. klade důraz na „biodiverzitu půdy“, na znečistění půdy polutanty atd.(Šimek, 2004). Podle Brookse (1995) by měl kvalitní půdní ekosystém splňovat tato kritéria:
voda z něho odtékající by měla mít takovou čistotu, aby byla vhodná pro úpravu na pitnou vodu.
růst plodin a jejich složení z hlediska konzumního by měly být na přijatelné úrovni.
mikrobiální procesy v půdě by měly být přirozené. Vztahy mezi mikrobní biomasou, mikrobiální aktivitou a půdní organickou hmotou by měly být tudíž předvídatelné.
půda by neměla obsahovat potenciálně toxické chemikálie (organické i anorganické), v koncentracích, které by ovlivnily kritéria 1 až 3.
fyzikální vlastnosti půdy by měly umožňovat normální funkci ekosystému. Je nesporné, že s rostoucím počtem obyvatel na Zemi bychom se měli stále více snažit o zachování půdního fondu (zdroj potravy a důležitá součást ekosystému) a zachování jeho kvality a úrodnosti půd.

37

5. SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY

BROOKES, P., 1995: The use of microbial parameters in monitoring soil pollution by heavy metals, Biology and Fertility of Soils 19, str. 269 – 279

DORAN, J.W. AND PARKIN, T.B., 1996: Quantitative indicators of soil quality: a minimum data set. In: DORAN, J.W. – JONES, A.J. (eds.): Methods for assessing soil quality. SSSA Special Publication No 49, Madison, Wisc., SSSA, 25-37

DUVIGNEAUD, P., 1988: Ekologická syntéza, Academia Praha, 414 str.

GIANINAZZI – PEARSON, V., LEMOINE, M.C., ARNOULD, C., GOLLOTTE, A., MORTON, J.B., 1988: Localization of β (1 – 3) glucans in spore and hyphal walls of fungi in the Glomales. Mycologia 86: 478 – 485

HLUŠIČKOVÁ, J. A LHOTSKÝ, J., 1994: Ochrana půdní struktury před technogenní degradací. In: Metodiky pro zavádění výsledků výzkumu do zemědělské praxe. ÚZPI, Praha, 14, 40 p.

KÄLLANDER, I., 1989: Jordbruksbok för alternativa adlare. LT: s förlag, Stockholm

KOPČANOVÁ,

L.,

1987:

Mikrobiologia

pody

In

Marendiak,

D.

a

kol.

Polnohospodárská mikrobiológia, Príroda, Bratislava, str. 131 – 247

LAL, R., 1998: Soil quality and sustainability. In Lal, R., Blum, W.H., Valentine, C., Stewart, B.A. (eds.): Methods for assessment of soil degradation. Boca Raton, CRC Press. 17 -30.

LOOMIS, W. F., 1978: The number of developmental genes in Dictyostelium. Birth Defects: Original Article Series 14, 497-505.

38

OLDEMAN, L. R., 1994: The global extent of soil degradation. In Greenland, D.J., Szabolcs: Soil resilience and sustainable land use. Walingford, CAB International, 99 118.

MARENDIAK, D., 1987: Polnohospodárská mikrobiológia, Príroda, Bratislava, 433 str.

PANKHURST, C.E., DOUBE, B.M., GUPTA, V.V.S.R., 1997: Biological indicators of soil health: synthesis. In Pankhurst, C.E., Doube, B.M., Gupta, V.V.S.R. (eds.): Biological indicators of soil health. Wallingford, CAB International. 419 – 435.

PETR, J. A DLOUHÝ, J., 1992: Ekologické zemědělství, nakl. Brázda, Praha, 305 str.

PETŘÍKOVÁ, V. A ČERMÁK, A., 1991: Kompenzace vlivu imisí na rostlinou výrobu pomocí hnojení. In Ekologické aspekty výživy a hnojení rostlin. VŠZ, Brno, s. 186 - 187

ŠIMEK, M., 2003: Základy nauky o půdě 3. Biologické procesy a cykly prvků, JU v Českých Budějovicích, 151 str.

ŠIMEK, M., 2004: Základy nauky o půdě 4. Degradace půdy, JU v Českých Budějovicích, 224 str.

ŠIMEK, M. A ŠANTRŮČKOVÁ, H., 2002: Jsou charakteristiky mikrobiálního společenstva vhodnými indikátory kvality půd? In Tesařová, M., Záhora, J. (eds), 2002: Biologické indikátory kvality půd, sborník příspěvků, MZLU v Brně,109 str.

ŠKARDA, M., 1992: Význam organických hnojiv v současných podmínkách. In Výživa a hnojení rostlin v podmínkách tržní ekonomiky, VÚRV, Praha, s 32 - 53

TESAŘOVÁ, M., 1998: Heterotrofní výživa In Procházka S., Macháčková I., Krekule J., Šebánek J. a kol., Fyziologie rostlin, Academia Praha, str. 215 – 225

39

VÁRALLYAY, G., 1994: Soil databases for sustainable land use: Hungarian case study. In Greenland D.J., Szabolcs, I. (eds.): Soil resilience and sustainable land use. Wallingford, CAB International. 469 – 495.

Internetové zdroje:

AV ČR Botanický ústav. Mykorhiza [online], [cit. 26.3 2008]. Dostupné z http://www.ibot.cas.cz/mykosym/mykorhiza.html

WEBER, J., 2001: Organic substance in soil [online], [cit. 26.3 2008]. Dostupné z http://www.humintech.com/001/articles/article_definition_of_soil_organic_matter.html

SLEJŠKA, A., 2002: Význam organické hmoty v půdě. Příspěvek pro seminář „BIOODPAD 2002 – biologické metody využívání zemědělských opadů“ [online], [cit. 26.3 2008]. Dostupné z http://biom.cz/clanky.stm?x=109049

Zemspol. Půda žije [online], [cit. 26.3 2008]. Dostupné z http://www.zemspol.cz/Produkty/rv.htm#puda

Katedra botaniky Přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého. Mykorhiza [online], [cit. 26.3 2008]. Dostupné z http://botany.upol.cz/prezentace/latr/Mykorhiza.pdf

Ministerstvo životního prostředí. Definice, složení a význam půdy [online], [cit. 26.3 2008]. Dostupné z http://www.env.cz/AIS/web-pub.nsf/$pid/MZPKHFDQGJEB

Výzkumné centrum pro chemii životního prostředí a ekotoxikologii. Biogeochemické cykly [online], [cit. 26.3 2008]. Dostupné z http://recetox.muni.cz/sources/prednasky/chzp_ii/chzp_ii_05_ekosystemy.pdf

Gate2Biotech. Ekologické zemědělství a biopotraviny [online], [cit. 26.3 2008]. Dostupné z http://www.gate2biotech.cz/ekologicke-zemedelstvi-a-biopotraviny/

40

Agronavigátor ÚZPI. Program Ekologické zemědělství a biopotraviny [online], [cit. 26.3 2008]. Dostupné z http://www.agronavigator.cz/ekozem/default.asp?ch=173&typ=1&val=57072&ids=165 8

Příroda.cz. Ekofarma - ekologický způsob hospodaření [online], [cit. 26.3 2008]. Dostupné z http://www.priroda.cz/clanky.php?detail=75

6. SEZNAM TABULEK Tab. 1 Rozsah a stupeň degradace půd v celosvětovém měřítku podle hlavních mechanismů degradace (v milionech hektarů půdy) (upraveno podle Oldeman, 1994) Tab. 2 Rozdíly mezi ekologickým a konvenčním způsobem hospodaření

7. SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1 Schematické znázornění funkcí půdy a rámcové oblasti pro hodnocení funkcí půd (http://www.env.cz/AIS/web-pub.nsf) Obr. 2 Vztah mezi resiliencí půdy, kvalitou půdy a degradací půdy: kvalita půdy je „netto“ výsledkem vztahu resilience a degradace (upraveno podle Lal, 1998) Obr. 3 Značka bioproduktů (http://www.gate2biotech.cz/ekologicke-zemedelstvi-abiopotraviny/) Obr. 4 Srovnání konvenčního a alternativního zemědělského systému (Kallander a spol., 1989) Obr. 5 Schéma funkce půdního ekosystému (upraveno dle Petr a Dlouhý, 1992) Obr. 6 Schéma přirozeného ekosystému (upraveno dle Petr a Dlouhý, 1992) Obr. 7 Schéma agroekosystému (upraveno dle Petr a Dlouhý, 1992) Obr. 8 Schéma koloběhu uhlíku – procesy přeměn uhlíku (Doyne, 1999) Obr. 9 Cyklus dusíku (http://recetox.muni.cz/sources/prednasky/chzp_ii/chzp_ii_05_ekosystemy.pdf) Obr. 10 Definice organických látek v půdě (Weber, 2001)

41

Obr. 11 Říše organismů Obr. 12 Vezikulo-arbuskulární mykorhiza: Vysoce kolonizovaný kořen kukuřice obarvený trypanovou modří se zřetelně patrnými mykorhizními útvary: 1 – vezikuly, 2 – arbuskuly (http://www.ibot.cas.cz/mykosym/mykorhiza.html). Obr. 13 Schématické znázornění různých typů mykorhyzi (Gianinazzi-Pearson, 1988)

42