Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav agrochemie, půdoznalství, mikrobiologie a výživy rostlin
Dynamika oxidačně redukčního potenciálu půd CHKO Žďárské vrchy Bakalářská práce
Vedoucí práce: Ing. Martin Brtnický
Vypracovala: Tereza Koubková
Brno 2010
PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Dynamika oxidačně redukčního potenciálu půd CHKO Žďárské vrchy vypracovala samostatně a použila jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně.
dne………………… podpis………………………
PODĚKOVÁNÍ Děkuji vedoucímu bakalářské práce Ing. Martinu Brtnickému za odborné vedení, cenné rady a připomínky, a za čas, který mi věnoval při vypracování bakalářské práce.
ABSTRAKT Bakalářská práce se zabývá změnou oxidačně-redukčního potenciálu na 9 různých lokalitách v obci Lhotka, která se nachází v CHKO Žďárské vrchy. Vzorky pro určení redox potenciálu byly odebírány v roce 2007 v období od dubna do října jako porušené z minerálního povrchového horizontu. V práci jsou shrnuty obecné informace o půdě, pedogenezi, oxidačně-redukčním potenciálu, jeho stanovení a metoda vyhodnocení naměřených hodnot, grafické a statistické vyhodnocení výsledků. V průběhu sledování bylo zjištěno, že vlivem odlišnosti lokalit se hodnoty redox potenciálu různí. Vyšší hodnoty redox potenciálu byly patrné na lesních půdách a pasekách (nejvyšší průměrná hodnota 497,8 mV), oproti tomu hodnoty redox potenciálu na loukách a polích byly nižší (nejnižší průměrná hodnoty 396,9 mV). Vliv termínu odběru na hodnoty redox potenciálu prokazatelný nebyl. Jen u lokalit č. 3, 6, 8, 9 byl zřejmý nárůst hodnot redox potenciálu v období jara a pokles v období podzimu. U lokalit č. 1, 2, 4, 5 a 7 hodnoty během roku kolísaly jen minimálně. Statistickou metodou jednofaktorové analýzy na změnu redox potenciálu se prokázal vliv lokality, neprůkazný byl vliv termínu odběru.
KLÍČOVÁ SLOVA Půda, pedogeneze, redox potenciál
SUMMARY The bachelor thesis deals with the change of oxidation-reduction potential of 9 different locations in the village Lhotka, which is located in protected landscape area Žďárské vrchy. Samples for the determination of redox potential were taken in 2007 during the period from April to October as a violation of the mineral surface horizon. The bachelor thesis summarizes general information on soil pedogenesis, oxidation-reduction potential, and determining its method of evaluation of the measured values, graphical and statistical evaluation. During observation it was found that due to differences in sites with different redox potential values. Higher redox potential values were evident in forest soils and waist (the highest average 497.8 mV), compared with the values of redox potential on the meadows and fields were lower (the lowest average value of 396.9 mV). Effect of sampling time on the value of the redox potential was arguable. Only at sites 3, 6, 8, 9 was evident we increase the values of redox potential in the spring and fall in the autumn. At sites 1, 2, 4, 5 and 7, the values fluctuated during the year, only marginally. One Factor analysis statistical method to modify the redox potential has been demonstrated to affect the site. Was inconclusive term effects of sampling.
KEY WORDS Soil, pedogenesis, redox potential
OBSAH 1 ÚVOD............................................................................................................................ 7 2 CÍL PRÁCE ................................................................................................................... 8 3 LITERÁRNÍ PŘEHLED ............................................................................................... 9 3.1 Definice pojmu půda............................................................................................... 9 3.1.1 Půda a životní prostředí ................................................................................... 9 3.1.2 Půda a koloběh látek ...................................................................................... 10 3.2 Pedogeneze ........................................................................................................... 10 3.2.1 Pedogenetické faktory.................................................................................... 11 3.2.1.1 Mateční substrát ...................................................................................... 11 3.2.1.2 Klima ...................................................................................................... 11 3.2.1.3 Organismy............................................................................................... 12 3.2.1.4 Reliéf terénu............................................................................................ 12 3.2.1.5 Činnost člověka....................................................................................... 12 3.2.1.6 Vliv času ................................................................................................. 13 3.3 Složení půdy ......................................................................................................... 13 3. 4 Redukčně oxidační poměry v půdě...................................................................... 14 3.4.1 Redox potenciál obecně ................................................................................. 14 3.4.2 Rovnováha redox potenciálu ......................................................................... 17 3.4.3 Vliv redox potenciálu na rostliny................................................................... 18 4 MATERIÁL A METODY ZPRACOVÁNÍ ................................................................ 19 4.1 Charakteristika zájmového území......................................................................... 19 4.1.1 Lokalizace a charakteristika........................................................................... 19 4.1.2 Agroekologická charakteristika ..................................................................... 19 4.1.3 Klima ............................................................................................................. 20 4.1.4 Hydrologie ..................................................................................................... 21 4.1.5 Geomorfologie ............................................................................................... 22 4.1.6 Pedologie ....................................................................................................... 22 4.1.7 Geologie......................................................................................................... 23 4.1.8 Flora ............................................................................................................... 24 4.1.9 Fauna.............................................................................................................. 25 4.1.10 Současný stav krajiny a ochrana přírody ..................................................... 26 4.2 Metody stanovení.................................................................................................. 27 4.2.1 Odběr půdních vzorků ................................................................................... 27 4.2.2 Příprava vzorků v laboratoři .......................................................................... 27 4.2.3 Stanovení oxidačně-redukčního potenciálu ................................................... 28 4.3 Statistické metody................................................................................................. 29 4.3.1 Aritmetický průměr........................................................................................ 29 4.3.2 Rozptyl (variance).......................................................................................... 29 4.3.3 Směrodatná odchylka..................................................................................... 29 4.3.4 Analýza variance jednofaktorová .................................................................. 30 5 VÝSLEDKY PRÁCE A DISKUZE ............................................................................ 31 6 ZÁVĚR ........................................................................................................................ 39 7 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY ......................................................................... 40 8 PŘÍLOHY .................................................................................................................... 44
1 ÚVOD Pedologie je věda o půdě. Nezaobírá se jen popisem půdy, ale vysvětluje také různé jevy, které v ní probíhají. Pedologie spolupracuje s geologií, mineralogií, botanikou, mikrobiologií, klimatologií. Půda je nejsvrchnější část zemské kůry a je významnou složkou přírody. Hlavní význam půdy pro lidstvo je její úrodnost. Úrodnost je schopnost vytvářet podmínky pro růst rostlin. Z ekonomického hlediska se půda chápe jako základní výrobní prostředek v zemědělské výrobě. Zájmem člověka by proto měla být ochrana půdy před mnoha negativními činiteli. Znalost zemědělských systémů je klíčem k jeho ochraně a racionálnímu využití. Je nutné získávat stále nové poznatky a pečlivě zvažovat každý zásah do krajiny, neboť půda je v dimenzích lidského života neobnovitelná. Dle Šarapatky et. al. (2002) jsou fyzikální, chemické a biologické vlastnosti půdy často negativně ovlivňovány i současným systémem zemědělské produkce, a to zejména používáním nevhodné mechanizace, nevhodnými osevními postupy bez dostatečné dodávky organické hmoty s dalším vlivem na obsah humusu v půdě, biomasu, biochemické procesy, ztrátou vegetačního krytu, intenzivní aplikací živin a agrochemikálií s negativními vlivy na půdní biotu, vodní zdroje a další složky životního prostředí.
-7-
2 CÍL PRÁCE Cílem mé bakalářské práce bylo pracovat literární rešerši o oxidačně-redukčním potenciálu. Dále zhodnotit oxidačně-redukční potenciál v CHKO Žďárské vrchy, obci Lhotka v 9 lokalitách. Výsledky vyhodnotit statisticky i graficky jako časové řady pro jednotlivé lokality. Dále charakterizovat zájmové území agroekologicky, klimatologicky, hydrologicky, pedologicky a geologicky. Práci doplnit o odběrové mapy a fotodokumentaci.
-8-
3 LITERÁRNÍ PŘEHLED 3.1 Definice pojmu půda Půda je jeden ze základních výrobních prostředků člověka a hlavních kamenů lidské civilizace vůbec, tvoří svrchní část pevného zemského povrchu – pedosféru (Tomášek, 2000). Statické nazírání pokládalo půdu za neživou směs zvětralých hornin a odumřelých organických zbytků v různém stupni rozkladu. Rammanova definice- „Půda je povrchová, zvětrávající vrstva pevné zemské kůry, která se skládá z rozdrobených, chemicky pozměněných hornin a zbytků rostlin a zvířat, žijících na půdě i v půdě.“ Dynamické pojetí půdy má své základy v pracích ruského geologa V. V. Dokučajeva, který zhruba před více jak sto lety nazíral na půdu jako na povrchové vrstvy jakýchkoliv hornin, které jsou přeměněné současným působením vody, vzduchu a rozličných organismů. Půda je v definici Dokučajeva samostatný přírodně-historický útvar, který vzniká a vyvíjí se zákonitým procesem působením (vícerých) půdotvorných činitelů (Jandák et al., 2008 ). Je to dynamický systém nesčetných životních forem bakterií, hub, různých půdních živočichů – žížal, stonožek, roztočů, mnohonožek, larev různého hmyzu a kořenů autotrofních rostlin, které v komplexních trofických sítích zabírají různé životní niky (Dykyjová, 1989). Význam půdy pro lidstvo je dán především její úrodností – to znamená schopností vytvářet podmínky pro růst rostlin. Půda je jedna ze základních podmínek existence lidstva, protože je s ní nerozlučně spjata výroba produktů nutných k obživě. Z hlediska ekonomického se půda chápala a chápe jak základní výrobní prostředek v zemědělské výrobě, který se v procesu výroby neopotřebovává, ale většinou zlepšuje. Půda se tak stává od určitého stupně vývoje lidské společnosti nejen objektem, ale také produktem lidské práce (Jandák et al., 2008 ).
3.1.1 Půda a životní prostředí Půdu není možno studovat a charakterizovat jednostranně. Půdu je třeba chápat stále komplexněji jako složku životního prostředí, který spolu s atmosférou, hydrosférou a biocenózou tvoří funkční ekologický systém zvaný ekosystém. Ekosystém je tedy -9-
funkční celek, zahrnující komunitu živých organismů a jejich prostředí. Věda o vztazích živých bytostí k jejich okolí se nazývá ekologie (Jandák et al., 2008).
3.1.2 Půda a koloběh látek Před vznikem života na zemi se rozvíjel pouze velký geologický koloběh látek. Se vznikem života a jeho rozvoje na souši počaly do tohoto koloběhu látek zasahovat živé organismy. Stávají se součástí vznikající fytobiomasy a v další návaznosti i zoobiomasy. Po odumření se organické zbytky dostávají na půdní povrch, kde podléhají působením mikroorganismů procesům humifikace a mineralizace. Tak se uzavírá malý biologický koloběh látek. Jeho konečným produktem jsou jednoduché minerální sloučeniny. Geologický i biologický koloběh látek se vzájemně prolínají a jejich výsledným přirozeným projevem je půdotvorný proces (Jandák et al., 2008).
3.2 Pedogeneze Půda vzniká a vyvíjí se na styku a při vzájemném působení litosféry, atmosféry, biosféry a hydrosféry, ale také činností člověka jako významného půdotvorného činitele (Jandák et al., 2008). Vznik půd je obyčejně dlouhodobý proces, závislý na podmínkách prostředí a vlastnostech tzv. mateční horniny. Přeměna horniny v půdu je proces plynulý, lze v něm rozeznat tři hlavní (souběžně probíhající) stadia vývoje: -
v prvém stadiu se geologická hornina mění fyzikálním zvětráváním (rozpadem) v půdotvorný substrát, k chemickým změnám dochází nepatrně (tento typ zvětrávání je někdy označován jako zvětrávání mechanické, nemění se při něm podstata horniny. Hlavním činitelem je změna teploty během dne a roku, při níž hornina praská. Do vzniklých trhlin se dostane voda, která při zmrznutí zvětší svůj objem a rozpad prohloubí a urychlí)
-
ve druhém stadiu se zvětralina chemicky mění v půdotvorný substrát, kdy nastává zvýšené uvolňování živin (nejdůležitější reakce jsou rozpouštění , hydratace, oxidace, redukce, karbonatizace a hydrolýza). Do tohoto stadia náleží rovněž
- 10 -
skupina procesů označovaných jako zvětrávání biologické- způsobené životní činností organismů. -
ve třetím stadiu vzniká půdotvorným procesem půda, přesněji řečeno- půdní typ, což je přírodní těleso zákonitého uspořádání, složeno z vrstev, které nazýváme půdní horizonty.
Pokud půda vznikne v místě původně uložené a zvětralé mateční horniny, označujeme ji jako primární (prvotní), pokud však došlo k pohybu zvětraliny (vodou, posunem po svahu, větrem) mluvíme o půdě sekundární (druhotné) (Pokorný, Šarapatka, 2003).
3.2.1 Pedogenetické faktory
3.2.1.1 Mateční substrát Výchozí materiál z něhož vznikají půdy. Mohou jím být nezvětralé i zvětralé horniny, zeminy organické nebo organominerální látky. Mateční substrát ovlivňuje vlastnosti vznikající půdy v různých směrech, zvětratelnost horniny má vliv na konečnou hloubku půdy, minerální složení má vliv na živinný režim a na propustnost půdy. Mateční substrát rozdělujeme na organický a anorganický. Půdy vznikající na organickém substrátu se nazývají organogenní, na anorganickém substrátu se nazývají anorganogenní (Kutílek, 1978).
3.2.1.2 Klima
Pedogenetické procesy jsou silně ovlivňovány vlhkostí a teplotou půdního prostředí. Obojí je závislé na klimatických poměrech (Kutílek, 1978). Z podnebních prvků se při vzniku půdy uplatňují především srážky, výpar a teplota ovzduší. Srážky spolu s výparem mají rozhodující vliv na stav vláhy v půdě, který má při přeměně mateční horniny v aerogenní půdy největší důležitost (Smolík, 1957). Na vlhkosti jsou silně závislé biologická aktivita půdy a intenzita chemických procesů. Bez přítomnosti vody nemůže vůbec probíhat chemické zvětrávání (Kutílek, 1978).
- 11 -
3.2.1.3 Organismy Oživení půdy organismy je jednou z podmínek existence půdy. Pojmem organismy se rozumějí jak mikroorganismy, tak makroorganismy (Kutílek, 1978). Organismy, ať bakterie, řasy a vyšší flora nebo fauna, představují biotický půdotvorný faktor. Žijící organismy zachycují ve svém těle řadu minerálních látek a vážou je ve složkách vlastního těla – biologická sorpce. Po smrti podléhá organická hmota složitým rozkladným pochodům, jimiž se půda obohacuje nejen o organické látky, ale i o minerální. Jde tu o malý koloběh minerálních látek (Smolík, 1957).
3.2.1.4 Reliéf terénu Reliéf terénu se uplatňuje v pedogenezi především: -
sklonem a tvarem svahů
-
expozicí
-
nadmořskou výškou
-
spolu s geologickou stavbou krajiny vlivem na hloubku hladiny podzemní vody.
Těmito vlastnostmi je ovlivněna vlhkost, tepelný režim a mocnost půdy a možnosti translokace látek v půdě (Kutílek, 1978). Čím je terén členitější, tím rozdílnější je v daném území kvalita půd (Šarapatka et al., 2002).
3.2.1.5 Činnost člověka Činnost člověka se projevuje dvojím způsobem, jednak působením na jednotlivé pedogenetické faktory (nepřímý vliv), jednak působením na změnu půdních vlastností (přímý vliv) (Kutílek, 1978). S nepřímým vlivem se setkáváme již při prvotním zemědělském využití půdy, kdy člověk způsobuje změnu původní vegetace. Zemědělskou činností je dále porušen malý koloběh minerálních látek. Tím dochází při malé péči o humus k soustavnému snižování obsahu humusu v půdě. Změnou kultur, zvláště při vymýcení původního lesního porostu, se mění mikroklima a půdní klima. Následkem průmyslové činnosti se objevují v ovzduší exhaláty. Meliorace půdy v nejširším pojetí, pískování půd, slínování, vápnění, odvodnění, různé druhy orby a nakypřování podloží a zhutnělých horizontů
- 12 -
jsou zásahy, které ovlivňují přímo určité půdní vlastnosti a mohou též ovlivnit další průběh půdotvorného procesu (Kutílek, 1978).
3.2.1.6 Vliv času Doba působení jednotlivých výše jmenovaných půdotvorných činitelů má velký význam ve vývoji půdy (Kutílek, 1978). Stáří půd je rovněž jedna z podmínek půdotvorného procesu. Udává, jak dlouho nerušeně působily půdotvorné faktory (zejména faktor biologický). Čím je doba delší, tím pronikavější je vývoj dané půdy (Šarapatka et al., 2002).
3.3 Složení půdy Půda je heterogenní třífázový systém. Skládá se z: -
pevná fáze (minerální částice a organická hmota)
-
kapalná fáze (půdní roztok)
-
Plynná fáze (vzduch) Jednotlivé složky interagují spolu navzájem i s živými organismy, které pů-
du obývají. Mezi pevnou, kapalnou a plynnou složkou existuje stálá výměna molekul a iontů ovlivňována fyzikálními, chemickými a biologickými procesy. Jednotlivé komponenty jsou v různě proměnlivém poměru a složení, vzájemně jsou pevně spjaty (Vráblíková, Vráblík, 2006).
Obr.č. 1 Grafické znázornění složení půd (URL 1)
- 13 -
3. 4 Redukčně oxidační poměry v půdě 3.4.1 Redox potenciál obecně Redukčně-oxidační potenciál (Eh) je charakteristickou veličinou pro definování aerobních (oxidačních) a anaerobních (redukčních) procesů v půdě. Každá oxidace je současně provázena probíhající redukcí. Nejvýznamnější redukčně oxidační systémy v půdách představují ionty nebo sloučeniny dvojmocného a trojmocného železa (Němeček, 1990). Vyjadřuje se v milivoltech (mV) jako napětí elektrického proudu (rozdíl potenciálů) mezi dvěma elektrodami, které umístníme v půdě nebo do půdního roztoku. Jeho veličina závisí na koncentraci a vzájemném poměru oxidantů (látky schopné přijmout elektron) a reduktantů (látky schopné odevzdat elektron). Je to vcelku velmi jednoduše měřitelný ukazovatel pomocí potenciometrů, platinové a kalomelové elektrody, který ukazuje na sumární hodnotu probíhajících, často velmi složitých oxidačně-redukčních reakcí, které mohou být vratné (reverzibilní) a nevratné (ireverzibilní) (Smolík, 1957). Snížení potenciálu (také známý jako redox potenciál, oxidace / redukce potenciálních nebo ORP) je měřítkem tendence chemických látek získat elektrony a tím se snížit. Redox potenciál se měří ve voltech (V), milivoltů (mV), nebo Eh (1 Eh = 1 mV). Redox potenciál je potenciál kladný v případě převahy oxidujících látek, záporný v případě redukujících látek (HRBÁČEK a kol. 1972). Potenciál můžeme měřit na pH-metru, který má stupnici v mV (Dukyjová, 1989). Redox potenciál je elektrické měření, které ukazuje tendence půdy řešení měření
pro
přenos
můžeme
elektronů odhadnout,
z zda
nebo je
do
referenční
půda
aerobní,
elektrody. anaerobní,
Z
tohoto a
zda
chemických sloučenin, jako jsou oxidy Fe a dusičnanů byly sníženy nebo chemicky jsou přítomny ve své oxidované formě (Vepraskas a Faulkner, 2001). Oxidace a redukce (redox) reakce hrají důležitou roli v geochemických procesech, které se vyskytují v podzemních vodách. Redox reakce jsou definovány jako reakce, ve kterých dochází k změně elektronů. Redox reakce mohou určit změnu mnoha anorganických sloučenin, jakož i biologicky důležitých materiálů, jako je dusík a síra. Kromě toho, redox podmínky upravují podrobnosti k biologickému rozkladu složitých uhlovodíků kontaminujících látek. Pokud v půdě není kyslík (např. zaplavené půdy), - 14 -
slouží jako akceptor látky s nižším oxidačním stupněm (např. NO3-, Fe3+) (David B. Vance, 1996). Oxidačně-redukční reakce se významně uplatňují při zvětrávání horninotvorných minerálů a při půdotvorných procesech. Jsou součástí komplexních dějů v půdách a doprovázejí biochemické procesy kterými si půdní organismy opatřují energii. Redukce železa v půdě se projevuje změnou barvy na modrošedou až zelenošedou při oglejení nebo glejovém procesu. Zvyšuje se rozpustnost sloučenin železa a jejich pohyblivost v půdním profilu. Další redukční procesy v půdě jsou hnití, rašelinní, tvorba metanu, vodíku, sirovodíku, desulfurizace a denitrifikace. Z oxidačních procesů jsou nejvýznačnější aerobní mikrobiální přeměny organické hmoty v půdě – mineralizace a tlení, vznik železnatých a manganatých sloučenin, nitrogeneze a nitrifikace, a dále oxidace sirných aminokyselin v bílkovinách a humusových kyselinách (Jandák et al., 2008). Redukčně-oxidační režim má nejvýraznější vliv na přeměny sloučenin Fe, Mn a S v půdě (Kauričev, Orlov 1982). Anaerobní stadia jsou výrazně ovlivněny biologickou činností půdy, mobilními organickými látkami, půdní aciditou a obsahem krystalizovaných oxidů a hydroxidů Fe. Výrazné semihydromorfní a hydromorfní půdy mají ve svrchních 0,4 - 0,6 m po kratší až dlouhou dobu rh ≤ 19. Sorpčně nasycené půdy a půdy s krystalovanými oxidy a hydroxidy Fe jeví vysokou pufrovitost vůči snížení redukčně-oxidačního potenciálu. Svérázné půdy se proto vytvářejí při hydromorfním vývoji půd se silně mineralizovanou, vápníkem bohatou vodou. Vyznačují se vyšším redukčně-oxidačním potenciálem a hromaděním méně dispergovaných organických látek, při výskytu period prosýchání pak hlubokým prohumózněním s vytvářením molikového humózního horizontu. U půd z karbonátových substrátů a ze substrátů s vysokým zastoupením volných oxidů Fe jsou v minerální části půdy morfologické znaky hydromorfního vývoje méně zřetelné (Zajdel´mann 1974, Greenland, Hayes 1981). Podle Kauričeva a Orlova (1982) rozlišujeme mezi půdami s hydromorfním vývojem: -
půdy se sezónními redukčně-oxidačními procesy ve svrchních horizontech
-
půdy se sezónními redukčně-oxidačními procesy v hlubších horizontech
-
půdy se stálými redukčními procesy v hlubších horizontech
-
půdy s kontrastní směnou redukčních a oxidačních procesů v celém profilu
-
půdy s převládáním redukčních procesů v celém profilu
-
půdy s převahou sirovodíkového redukčního prostředí - 15 -
Pouze ve slabě humózních půdách je stav redukčně-oxidačního potenciálu závislý na abiotických faktorech vzájemného působení půdního roztoku s půdním vzduchem, a na některých, v půdním roztoku rozpuštěných složkách. Ve většině půd jsou redukčně-oxidační procesy podmíněny činností mikroorganismů, které velmi silně závisí na podmínkách prostředí, zejména na teplotě, vlhkosti a aeraci půdy a na obsahu organických látek. Zvyšující se teplota urychluje chemické a biologické procesy, vedoucí ke spotřebě a k poutání kyslíku v půdě, a tím působí výrazně na snížení redukčněoxidačního potenciálu. Působení vlhkosti půdy na soubor procesů oglejení je složité, neboť spodní hranice snížení oxidačně-redukčního potenciálu je dána stavem a obsahem organických látek v půdě, obsahem a charakterem nesilikátových oxidů Fe a Mn. Z fyzikálních a fyzikálně-chemických faktorů je tato hranice určena pórovitostí
půdy,
pufrovitostí redukčně-oxidačního systému, obsahem a uvolňováním kyslíku v půdní vodě (Kauričev, Orlov 1982). Rozvoj redukčních procesů v půdách při zvýšené vlhkosti závisí ve značné míře na přítomnosti čerstvých organických látek, na jejich množství, složení a inhibičním účinku na mikroorganismy. Rostlinný materiál se uplatňuje jednak svým vlivem na intenzitu mikrobiálních procesů, dále pak jako složitý redukčně-oxidační systém. Přístupnost zdrojů organických látek pro mikroorganismy určuje rychlost a intenzitu redukčních procesů. Redukční procesy jsou stimulovány zvláště v humózních horizontech mobilními složkami. Redukčně-oxidační podmínky geneze humusu se odrážejí v jeho složení a obsahu. Optimální humifikace probíhá v mírně oxidačním prostředí (300-400 mV) (Kauričev, Orlov 1982). Vodní režim půdy, pórovitost půdního systému, redukčně-oxidační procesy a migrace látek v profilu se odrážejí v morfologických znacích profilu hydromorfních a semihydromorfních půd. Při krátkodobém převlhčení a poklesu redukčně-oxidačního potenciálu pod 200 mV, vystřídaném vysoušením půdy, dochází při vysoké až střední hydraulické vodivosti k tvorbě nodulárních novotvarů. Při dlouhodobém převlhčení a poklesu redukčně-oxidačního potenciálu pod 200 mV při nízké hydraulické vodivosti se setkáváme s mramorováním (Němeček, 1990).
- 16 -
3.4.2 Rovnováha redox potenciálu Rovnováha se ustavuje podle toho, zda v systému převažuje redukce nebo oxidace. Hodnoty redoxpotenciálu se v půdě pohybují od -400 mV při silně redukčních podmínkách, do 750 mV při oxidačních podmínkách. Hodnoty Eh závisí hlavně na provzdušenosti půdy, zrnitostním složení a obsahu rozložitelných organických látek. Během roku hodnoty silně kolísají, ke snižování dochází v období srážek, k nárůstu při zvýšení půdní kyselosti (Jandák et al., 2008). Oxidace a redukce závisí na půdní respiraci, difúzním pohybu O2 a CO2 v půdě a na změnách biochemie systému, k nimž došlo při změně aerobního procesu na anaerobní a obráceně. Zdrojem CO2 a spotřebitelem O2 jsou baktérie (kromě autotrofních) a kořeny rostlin. Substrátem pro mikrobiální činnost jsou výchozí organické látky a navíc se zde uplatňuje i úrodnost půdy, která podmiňuje hustotu a hloubku zakořenění. V procesu se uplatňuje řada zpětných vazeb, např. koncentrace O2 v půdním vzduchu zpětně ovlivňuje intenzitu aerobních a anaerobních procesů, zvláště v okolí prahové hodnoty. I když redox reakce probíhá teoreticky spontánně, její průběh může být velmi pomalý kvůli vysoké aktivační energii. Přítomnost enzymů se však zase značně urychluje. Uvažujeme-li celý pedon, potom redox reakce vykazují značnou heterogenitu a jsou rozdílné podle prostorového uspořádání v systému. Změny uvnitř pedů jsou značně zpožděné za změnami v interpedálním systému makropórů, zvláště při odvodnění půdy nebo při prvním, rychlém stádiu redistribuce půdní vody. Reakce uvnitř pedů je v tomto případě závislá na pomalé difúzi O2 do systému kapilárních intrapediálních pórů. (Němeček, 1990). Sdělení Dr. Ladislava Smolíka dospělo k závěru: -
Redox potenciál se v původních profilech mění s hloubkou. V podzolových půdách Eh dosahuje maxima v nejsvrchnější vrstvě, a pak klesá. Ve spodním illuviu se stává záporným.
-
Ve svrchních vrstvách, jak u půd orných, tak i lesních, se Eh velmi značně mění během léta. I zde z hodnoty kladné potenciál přešel v hodnoty záporné. (příspěvek měnivosti).
- 17 -
3.4.3 Vliv redox potenciálu na rostliny Kulturní rostliny vyžadují prostředí s hodnotou Eh zhruba 200 až 700 mV, optimální rozmezí je u jednotlivých plodin užší a závisí i na hodnotě pH a jiných faktorech. Migrace železa a manganu v půdě probíhá především při nižších hodnotách Eh. Zamokření půd je spojeno s rozvojem redukčních procesů, Eh má nízkou hodnotu. Po odvodnění bylo zjištěno v průměru podstatnější zvýšení hodnoty Eh. Účinnost odvodnění vzhledem k biochemickým procesům a k půdní úrodnosti lze tedy stanovit i pomocí hodnoty oxidačně-redukčního potenciálu. Pouze je třeba mít na paměti, že hodnota Eh podléhá podobně jako pH sezónním změnám. Hodnota redox potenciálu napovídá jaké organismy se na dané půdě mohou vyskytovat a k jakým procesům dochází (Tab.č. 1).
Tab.č. 1 Výskyt organismů (URL 1)
- 18 -
4 MATERIÁL A METODY ZPRACOVÁNÍ 4.1 Charakteristika zájmového území 4.1.1 Lokalizace a charakteristika
Vzorky byly odebírány na území CHKO Žďárské vrchy, v obci Lhotka, kraji Vysočina, okrese Žďár nad Sázavou. CHKO Žďárské vrchy se rozkládá na území českomoravské vrchoviny. Rozloha území činí 70 940 ha, z toho 46 % tvoří lesy, 44 % činí zemědělský půdní fond, 1,9 % tvoří volní plochy, 0,9 % zastavěné plochy a 5,5 % ostatní plochy (Šumpich, 2002). Žďárský bioregion se nachází na pomezí jižní Moravy a východních Čech. Je tvořen vrchovinou na rulách. Potenciální vegetaci tvoří květnaté a acidofilní horské bučiny a podmáčené smrčiny. Netypická část má nižší reliéf, bez acidofilních horských bučin, pouze s malými plochami podmáčených smrčin a s převahou bikových bučin. Tato část tvoří přechod do okolních bioregionů. V lesích dnes dominují kulturní smrčiny, zachován je malý zbytek bukového pralesa a blatkové rašeliniště. Louky jsou zčásti devastovány melioracemi, značné zastoupení má orná půda (Culek, 1995).
4.1.2 Agroekologická charakteristika V minulosti měly velkoplošný dopad na krajinu i životní prostředí rozsáhlé strukturální změny v zemědělství, zejména uplatňování velkovýrobních technologií s těžkou mechanizací, systematické odvodnění téměř 40 % zemědělských půd s regulacemi vodních toků a nadměrná chemizace. V současné době tvoří dvě třetiny zemědělského půdního fondu v chráněném území orná půda a v trvalých travních porostech převládají kulturní až polokulturní louky na odvodněných plochách. Vzhledem k přírodním podmínkám spadá území do bramborářské až horské výrobní oblasti a jeho ekonomická efektivnost zemědělství je velmi nízká. Rostlinná výroba je z více než poloviny zaměřena na pěstování obilnin, dále okopanin, olejnin a pícnin, základ živočišné výroby tvoří chov skotu. (Šumpich, 2002). - 19 -
Obr.č. 2 Mapa zemědělských výrobních oblastí ČR (Chloupek a kol., 2005)
4.1.3 Klima Klimaticky patří Žďárské vrchy k chladnějším, vlhčím a značně větrným územím. Průměrná roční teplota se pohybuje mezi 6,8°C v nejnižších a 5°C v nejvyšších polohách. Vegetační období trvá cca 200 dnů. Průměrný roční úhrn srážek se obvykle pohybuje v intervalu 650-875 mm, přičemž v polohách nad 800m n. m., dosahuje 1100mm. Ve vyšších polohách stoupá podíl horizontálních srážek a v inverzních situacích v zimním období se tvoří námraza poškozující lesní porosty. Sněhová pokrývka leží v CHKO v průměru od začátku listopadu do začátku dubna. Dosahuje obvykle do 35cm , ve vrcholových partiích Žďárských vrchů může výjimečně přesáhnout i 100 cm (URL 2). Dle Quitta leží celé území v chladné oblasti CH 7, pouze výběžek západně od Žďáru náleží mírně teplé oblasti MT 3 (Culek, 1995).
Obr.č. 3 Výřez z mapy klimatických regionů (Quitt, 1971)
- 20 -
4.1.4 Hydrologie Příznivé podmínky z hlediska hydrologické bilance území, dané vyššími úhrny atmosférických srážek a vysokými hodnotami součinitele odtoku, byly důvodem pro vyhlášení Žďárských vrchů za chráněnou oblast přirozené akumulace vody. Chráněnou krajinnou oblastí prochází hlavní evropská rozvodnice, dělící oblast na severozápadní část (asi 54%), odvodňovanou řekami Chrudimkou, Sázavou a Doubravou do Severního moře a jihovýchodní část (asi 46%), z níž jsou odváděny vody Svratkou a Oslavou do Černého moře (URL 3). Z celkové rozlohy 6924 km2 náleží k úmoří Severního moře 2876 km2 (42 %) a k úmoří Černého moře 4048 km2 (58 %). Na vodních tocích byly vybudovány četné rybníky a vodní nádrže, čímž se významně změnily někdejší hydrologické poměry krajiny (Šumpich, 2002). Na vodních tocích oblasti, zejména v povodí Sázavy, Oslavy a Doubravy, byly od středověku budovány četné rybníky. V současné době je funkčních 187 rybníků různé velikosti, z nichž největší je Velké Dářko o rozloze 205 ha a celkovém objemu 3,56 mil.m3 vody. Dále zde byly postaveny přehradní nádrže Hamry, Strž, Staviště a Pilská (URL 3).
pararuly, svory, leptynity, migmatity a diority poličského krystalinika území s výskytem podzemní vody vyžadující složitější úpravu (voda 2.kategorie) předpokládaný směr proudění podzemní vody v krystaliniku nebo v kolektoru B jímací zářez pramen zachycený jímkou Obr.č. 4 Výřez z hydrogeologické mapy ČR (Čurda, 1997)
- 21 -
4.1.5 Geomorfologie Převážnou část Žďárského bioregionu budují migmatitické ruly až migmatity, na severu vystupují i fylity a amfibolický granodiorit. Zvláštní postavení zaujímá ranský masív tvořený hlubinnými ultrabazity – gabry, gabrodiority atd. (Culek, 1995). Reliéf
je
v centrální
části
tvořen
klenbovitě
vyklenutým
povrchem
s charakteristickými protaženými plochými hřbety. Tento povrch je rozčleněn říční sítí s širokými rozevřenými údolími. Typické jsou tektonicky a strukturně podmíněné malé kotliny (např. Milovská kotlina). Na hřbetech ve vrcholových polohách jsou často vyvinuty výrazné izolované skály (tors), jako např. Čtyři palice nebo Devět skal, a pod nimi soliflukční balvanové proudy. Zcela odlišný ráz plochého úvalu má pás křídových sedimentů u Velkého Dářka (Culek, 1995). Pestrost reliéfu dotvářejí skupiny skalních útvarů i ojedinělá skaliska, zvláště ve vrcholové oblasti. Svislé skalní stěny jsou místy strukturně podmíněné, přemodelované kryogenními procesy – mrazové sruby. Od jejich úpatí vybíhají kryoplanační terasy. Povrchy skalních útvarů jsou často pokryty vhloubenými tvary voštinami (Devět skal, Tisůvka), skalními výklenky (Lisovská skála) nebo pseudoškrapy (Milovské Perničky) (Slouka, 2002). Reliéf má na jihozápadním a severozápadním okraji charakter členité pahorkatiny s výškovou členitostí 75-150 m, v západní části obecně převažuje ráz ploché vrchoviny s členitostí 150-200 m, na nejvyšších hřbetech a směrem k zaříznutému údolí Svratky převládá ráz členité vrchoviny s výškovou členitostí 200-260 m. Nejnižším bodem je údolí Svratky u Dalečína – 485 m, nejvyšším Devět skal – 836 m. Typická výška Žďárského bioregionu je 570 až 800 m (Culek, 1995).
4.1.6 Pedologie Obecně dominují bystrické kambizemě, na nejvyšších hřbetech převládají kambizemní podzoly. V četných plochých sníženinách se objevují primární pseudogleje až typické gleje (v okolí Žďáru pelické), místy též organozemní pseudogleje a ostrůvky organozemí (rašelinišť, vrchovišť) (Culek, 1995).
- 22 -
Na svrchnokřídových opukách (v prostoru Radostín-Hluboká) a serpentinitech (v prostoru Sklené-Tři Studně) se v malé míře vyskytují mělké pararendziny. Nepatrně jsou zastoupeny kultizemě, v místech těžby železné rudy kolem Ranských jezírek, aj. Významně, asi na 30% rozlohy oblasti, je zastoupena skupina půd hydromorfních. Pro oblast je specifické zastoupení organozemí, vyskytujících se v několika ložiscích kolem Velkého Dářka, Zalíbeného, Krejcaru a Babína. Hloubka rašelinných vrstev dosahuje na nejrozsáhlejším rašeliništi Českomoravské vrchoviny, v lokalitě Padrtiny u Velkého Dářka, až 8,6 m. Na sedimentech v údolních nivách řek jsou v malém rozsahu vytvořeny fluvizemě (URL 4). kambizem mesobazická kambizem oglejená mesobazická kambizem dystrická pseudoglej modální pseudoglej dystrický glej modální; glej povrchový
Obr.č. 5 Pedologická mapa ČR (URL 4) 4.1.7 Geologie Kraj Vysočina má velmi pestrou geologickou stavbu. Největší část území tvoří moldanubikum, S část Žďárských vrchů je tvořena kutnohorskosvrateckým krystalinikem, ve V části okresů Žďár nad Sázavou a Třebíč vystupují horniny svratecké klenby, nejsevernější část okresu Havlíčkův Brod v oblasti Železných hor je tvořena jednotkami středočeské oblasti (Šumpich, 2002). Moldanubikum je rozdělováno do dvou velkých celků: pestré a jednotvárné skupiny. Tyto celky mají společnou nejčastěji se vyskytující horninu (ruly). Jednotvárná skupina moldanubika je tvořena téměř výhradně rulami. Jsou to ruly biotitické, často se
- 23 -
silimanitem a v blízkosti těles žul i s cordieritem. Ruly jsou velmi často migmatitizovány a pak přecházejí do migmatitů (Šumpich, 2002). Nejběžnější horniny pestré skupiny moldanubika se velmi podobají rulám a migmatitům skupiny jednotvárné. Pestrá skupina se od jednotvárné liší tím, že jsou zde zcela běžně zastoupena různě velká tělesa mnohs dalších typů hornin, hlavně kvarcitů, elánů, skartů, mramorů, amfibolitů, granulitů, serpentinitů, ortorul a jiných. Součástí moldanubika je i největší komplex vyvřelých hornin variského stáří v ČR- tzv. moldanubický pluton, tvořený převážně žulami (Šumpich, 2002).
deluvio – fluviální sedimenty amfibolity, místy granitizované leukokratní biotitické migmatity nebulitického typu ± muskovit
Obr.č. 6 Výřez z geologické mapy ČR (Stávková, 1996) 4.1.8 Flora Vegetační stupně (Skalický): submontánní a montánní. Potenciální vegetací Žďárska jsou především acidofilní bučiny svazu Luzulo-Fagion, zejména horského typu, které se místy prolínají s květnatými bučinami a květnatými jedlinami, vesměs s přirozeným podílem smrku. V podmáčených polohách jsou smrčiny svazu Piceion. Ojediněle jsou zde vyvinuty fragmenty suťových lesů. Podél vodních toků jsou olšiny. Na organogenních substrátech jsou přítomny bažinné olšiny. Primární bezlesí je vzácné, na rašeliništích se předpokládá výskyt Andromedo-Sphagnetum magellanici a snad i dalších jednotek, které však zřejmě dosáhly většího rozvoje teprve po odlesnění.
- 24 -
Přirozená náhradní vegetace je charakterizována přítomností společenstev rašelinišť a rašelinných luk. Na loukách je charakteristická prameništní vegetace. V okolí rybníků jsou porosty ostřic Ve vodních nádržích je rozmanitá vodní vegetace. Ve flóře Žďárska se nacházejí především druhy vyšších poloh, velmi podstatné je zastoupení exklávních prvků. Jsou často poněkud subatlansky laděné, např. třtina chloupkatá (Calamagrostis villosa), kostřava lesní (Festuca altissima), štírovník bažinný (Lotus uliginosus) a všivec mokřadní ( Pedicularis sylvatica), v minulosti tu byl podchycen i endemit Hercynik oměj šalamounek (Aconitum callibotryon). Ve flóře rašelinišť byly zaznamenány některé boreokontinentální druhy, např. suchopýr pochvatý (Eriophorum vaginatum), vlochyně bahenní (Vaccinium uliginosum), kyhanka sivolistá (Andromeda polifolia), tuřice šlahounovitá (Vignea chordorrhiza) a ostřice plstnatoplodá (Carex lasiocarpa). Ve flóře vlhkých až vodních stanovišť jsou přítomné některé druhy s charakteristickým disperzním areálem, např. puchýřka útlá (Coleanthus subtilis), kuřinka ostnosemená (Spergularia echinosperma), masnice vodní (Tillea aquatica) a pobřežnice jednokvětá (Litorella uniflora) (Culek, 1995).
4.1.9 Fauna Převažuje podhorská lesní fauna hercynského původu, relativně nejlépe zachovaná v bučinách. Donedávna vyhraněná fauna rašelinišť a rašelinných luk silně ustupuje následkem odvodnění. Tekoucí vody patří převážně do pstruhového pásma, typicky vyvinuté lipanové pásmo na Svratce je v úseku Dalečín-Jimranov. Významné druhySavci: ježek západní (Erinaceus europaeus), hraboš mokřadní (Microtus agrestis), rejsek horský (Sorex alpinus), netopýr severní (Eptesicus nilssoni). Ptáci: tetřívek obecný (Tetryl tetrix), kulíšek nejmenší (Glaucidium passerinum), sýc rousný (Aegolius funereus), lejsek malý (Ficedula parva), ořešník kropenatý (Nucifraga caryocatactes), čečetka zimní (Carduelis Flammea), hýl rudý (Carpodacus erythrinus), čáp černý (Ciconia nigra), skorec vodní (Cinclus cinclus). Obojživelníci: mlok skvrnitý (Salamandra salamandra), kuňka žlutobřichá (Bombina variegata). Plazi: ještěrka živorodá (Lacerta viviparta), zmije obecná (Vipera berus), slepýš křehký (Anguis fragilit).
- 25 -
Měkkýši: vrásenka pomezní (Discus ruderatus), vřetenatka nadmutá (Vestia turgida), vřetenatka šedavá (Bulgarica cana). Hmyz: můry (Syngrapha interrogationis, Dasipolia templi, Apamea rubirena, Papestra biren, Lasionycta proxima, Eurois occulta, Xestia collina), okáč černohnědý (Erebia ligea), okáč stříbroskvrnný (Coenonympha tullia), modrásek bahenní (Maculinea nausithous), modrásek očkovaný (Maculinea teleius), modrásek stříbroskvrnný (Vacciniina optilete), batolec duhový (Apatura iris), bělopásek topolový (Limenitis populi), žluťásek borůvkový (Colias palaeno), ohniváček (Lycaena hippothoe), píďalka (Hydriomena ruberata), masařka (Pierretia villeneuvei) (Culek, 1995). Cennými biotopy z hlediska výskytu živočišstva jsou i vlhké rašelinné louky, dřevinná vegetace a vřesoviště, dále pak vodní biotopy s břehovými porosty a na ně navazující mokřady. V těchto zachovalých fragmentech přirozených a přírodě blízkých společenstev žije řada ohrožených druhů živočichů. Velkou vypovídací schopnost o stavu biotopů má zejména výskyt některých skupin bezobratlých (Avertebrata), například pavoukovců, brouků, motýlů, mravenců nebo vážek. Z hlediska myslivosti je vedle běžných druhů zvěře významný výskyt původní populace jelena evropského (Cervus elaphus) v chovné jelení oblasti Žďárské vrchy (URL 5).
4.1.10 Současný stav krajiny a ochrana přírody Osídlení je mladého data, teprve od počátku středověku. Přirozené lesní porosty byly zčásti vykáceny, zčásti přeměněny na lignikultury s druhotnou skladbou. Nelesní plochy měly charakter luk, pastvin nebo rybníků, v současnosti jsou značně postiženy nedávnými melioracemi a eutrofizací. Ochrana přírody má v bioregionu značnou tradici. Již v roce 1970 zde byla vyhlášena CHKO Žďárské vrchy. Do současnosti byla vybudována rozsáhlá síť chráněných území. K nejdůležitějším patří NPR Staré Ransko, NPR Ranská bahna, která chrání největší zbytky bučin v bioregionu a lokality bledulí, NPR Dářsko a NPR Radostínské rašeliniště s komplexem rašelinných společenstev a NPR Žákova hora s lesní vegetací kulminačních partií Českomoravské vrchoviny. K dalším významným lokalitám náleží PR Řeka, PR Štíří důl, PP Ratajské rybníky, PR Volákův kopec, PR Olšina u Skleného a PR Čtyři palice (Šumpich, 2002).
- 26 -
4.2 Metody stanovení
4.2.1 Odběr půdních vzorků
Vzorky byly odebírány v roce 2007 v období od měsíce dubna do měsíce října. Odběry byly prováděny v 8 termínech: 6.4.2007, 26.4.2007, 21.5.2007, 11.6.2007, 27.6.2007, 14.8.2007, 30.8.2007, 2.10.2007.
Tab.č. 2 Lokality odběrů Lokalita 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Místo les (paseka) louka les les pole louka les (paseka) pole louka
Vzorky byly odebírány vrtákem jako porušené z povrchového minerálního horizontu do označených igelitových sáčků. Každý sáček byl předem označen datem odběru a číslem lokality.
4.2.2 Příprava vzorků v laboratoři Odebrané vzorky se uzavřely v igelitových sáčcích a uložily do lednice, aby nedošlo k jejich vyschnutí a znehodnocení. Pro stanovení redox poměrů v půdě se odebírají kompaktní půdní bloky o hmotnosti cca 2 kg, které je nutné ihned vložit do nádoby nebo igelitového sáčku, vypudit vzduch, uzavřít dát do uzavřené transportní bedny (ochrana před světlem) a co nejdříve dopravit do laboratoře a podrobit měření (Jandák et. al., 2003).
- 27 -
4.2.3 Stanovení oxidačně-redukčního potenciálu
Pro stanovení redox potenciálu jsme použili multimetr s kombinovanou elektrodou.
Obr.č. 7 Multimetr s kombinovanou elektrodou
Vsunuli jsme kombinovanou elektrodu do půdy a měřili potenciál až do ustálení. Hodnoty Eh v milivoltech se porovnávaly s hodnotami v tabulce dle Němečka, 1990.
Charakteristiky Stádia 1. stadium 2. stadium
3. stadium
významné přeměny v půdním systému
redukčněoxidační potenciál Eh7 mV
snížení konc. O2 mizí O2, NO3tvorba Mn2+ tvorba Fe2+ tvorba Stvorba H2 tvorba CH4
+650 až +400 +550 až +300 +400 až +200 +300 až +100 0 až -250 -150 až -250 -150 až -220
činnost mikroorganismů aerobní fakultativně anaerobní obligátně anaerobní
Tab.č. 3 Hodnocení redox potenciálu (Němeček, 1990)
- 28 -
4.3 Statistické metody 4.3.1 Aritmetický průměr Je spolu s rozptylem nejvýznamnější statistickou charakteristikou. Je nejčastěji používaným průměrem, počítá se z hodnot zkoumaného znaku všech jednotek hodnoceného souboru a charakterizuje úroveň znaku. Aritmetický průměr je stálost součtu hodnot při jejich nahrazení aritmetickým průměrem. n
x=
∑x i =1
i
n
4.3.2 Rozptyl (variance) Je definován jako průměrná čtvercová odchylka počítaná od aritmetického průměru. Je to nejdůležitější míra variance, která vhodně a přesně postihuje odlišnost všech jednotlivých hodnot zkoumaného kvalitativního znaku.
∑ (x n
s x2 =
i =1
1
−x
)
2
n xi ………proměnná hodnota
x ………aritmetický průměr
n ………rozsah souboru
4.3.3 Směrodatná odchylka Je druhou odmocninou rozptylu a jako taková vychází v původních měrných jednotkách znaku.
s x = s x2
- 29 -
4.3.4 Analýza variance jednofaktorová Používá se, pokud zkoumáme působnost pouze jednoho faktoru. Jde o testování průkaznosti rozdílu mezi průměry vypočtenými z výběrů, které jsou na sobě nezávislé. Cílem je určit odchylky průměrných hodnot a zjistit, zda jsou tyto odchylky průkazné nebo jsou-li náhodné.
Stanovíme nulovou hypotézu H0, která určuje, jestli je rozdíl mezi průměry průkazný či nikoliv. Tuto H0 ověříme testovým kriteriem, což je normovaná veličina Snedecorova rozdělení F, který vychází ze vztahu: 2 F = s max
s 2 min
Fvyp < Ftab → H0 se nezamítá (není průkazný rozdíl) Fvyp < Ftab → H0 se zamítá (Stávková, Dufek, 2003).
- 30 -
5 VÝSLEDKY PRÁCE A DISKUZE Výsledky oxidačně-redukčního potenciálu jsem graficky zpracovala jako časové řady pro jednotlivé lokality. Jako statistickou metodu jsem zvolila jednofaktorovou analýzu variance, kdy jsem sledovala vliv termínu odběru a vliv lokality na změnu oxidač-
7
.8 .0
10 .0
7
7
2.
30
14
.6 .0 27
11
.8 .0
7
7 .6 .0
.5 .0
7 21
.4 .0
26
6.
7
Lokalita č. 1 - paseka
600,0 500,0 400,0 300,0 200,0 100,0 0,0
4. 07
hodnota redox potenciálu (mV)
ně-redukčního potenciálu.
odběr
Graf č. 1 Změna hodnot redox potenciálu na 1. lokalitě Na první lokalitě se hodnoty redox potenciálu pohybují v rozmezí 352,9 – 515,1 mV. Nejnižší hodnota redox potenciálu byla naměřena při jarním odběru 6.4. 2007, nej-
Lokalita č. 2 - louka
7
2.
10 .0
7
30
.8 .0
7 .8 .0
14
27
.6 .0
7
7 .6 .0
11
.5 .0
7 21
.4 .0
26
6.
7
500,0 400,0 300,0 200,0 100,0 0,0
4. 07
hodnota redox potenciálu (mV)
vyšší 2.10. 2007 při podzimním odběru.
odběr
Graf č. 2 Změna hodnot redox potenciálu na 2. lokalitě Na druhé lokalitě se hodnoty redox potenciálu pohybují v rozmezí 298,5 – 442,4 mV. Nejnižší hodnota redox potenciálu byla naměřena při jarním odběru 6.4. 2007, nejvyšší 21.5. 2007 při jarním odběru.
- 31 -
7
2.
10 .2
.8 .2
00
00
7
7 00 30
.8 .2 14
27
.6 .2
00
00 .6 .2
11
.5 .2 21
7
7
7 00
7 00
.4 .2
26
6.
4. 20
07
hodnota redox potenciálu (mV)
Lokalita č. 3 - zrašelinělá půda (les) 520,0 500,0 480,0 460,0 440,0
odběr
Graf č. 3 Změna hodnot redox potenciálu na 3. lokalitě Na třetí lokalitě se hodnoty redox potenciálu pohybují v rozmezí 475,4 – 514,9 mV. Nejnižší hodnota redox potenciálu byla naměřena při jarním odběru 21.5. 2007,
Lokalita č. 4 - les
07 2. 10 .2 00 7
.8 .2 0
07 30
.8 .2 0
07 14
.6 .2 0
07 27
.6 .2 0
07 11
.5 .2 0
07 21
26
6.
.4 .2 0
07
600,0 400,0 200,0 0,0
4. 20
hodnota redox potenciálu (mV)
nejvyšší 27.6. 2007 při letním odběru.
odběr
Graf č. 4 Změna hodnot redox potenciálu na 4. lokalitě Na čtvrté lokalitě se hodnoty redox potenciálu pohybují v rozmezí 400,4 – 509,4 mV. Nejnižší hodnota redox potenciálu byla naměřena při letním odběru 27.6. 2007, nejvyšší 21.5. 2007 při jarním odběru.
- 32 -
7 00
7 00 2.
10 .2
.8 .2 30
27
14
.8 .2
00
7
7 00
7 .6 .2
.6 .2 11
21
.5 .2
00
00
7
7 00
.4 .2
26
6. 4. 20
07
hodnota redox potenciálu (mV)
Lokalita č. 5 - pole
500,0 400,0 300,0 200,0 100,0 0,0
odběr
Graf č. 5 Změna hodnot redox potenciálu na 5. lokalitě Na páté lokalitě se hodnoty redox potenciálu pohybují v rozmezí 356,2 – 439,1 mV. Nejnižší hodnota redox potenciálu byla naměřena při podzimním odběru 2.10.
7
10 .2 2.
.8 .2
00
00
7
7 30
14
.8 .2
.6 .2
00
00
7
7 27
11
.6 .2
.5 .2
00
00
7 00 21
.4 .2
26
4. 20 6.
7
Lokalita č. 6 - louka
460,0 440,0 420,0 400,0 380,0 360,0
07
hodnota redox potenciálu (mV)
2007, nejvyšší 11.6. 2007 při letním odběru.
odběr
Graf č. 6 Změna hodnot redox potenciálu na 6. lokalitě Na šesté lokalitě se hodnoty redox potenciálu pohybují v rozmezí 400,3 – 449,7 mV. Nejnižší hodnota redox potenciálu byla naměřena při jarním odběru 6.4. 2007, nejvyšší 27.6. 2007 při letním odběru.
- 33 -
00
7
10 .2
.8 .2
2.
30
.8 .2 14
00
7
7 00
7 00
.6 .2 27
21
11
.5 .2
.6 .2
00
7
7 00
7 00
07
.4 .2
26
6.
4. 20
hodnota redox potenciálu (mV)
Lokalita č. 7 - paseka 600,0 400,0 200,0 0,0
odběr
Graf č. 7 Změna hodnot redox potenciálu na 7. lokalitě Na sedmé lokalitě se hodnoty redox potenciálu pohybují v rozmezí 384,5 – 501,7 mV. Nejnižší hodnota redox potenciálu byla naměřena při jarním odběru 6.4.
Lokalita č. 8 - pole
00
7
7 10 .2 2.
.8 .2
00 30
.8 .2 14
.6 .2
00
7
7 00
7 27
.6 .2 11
.5 .2
00
00
7
7 00 21
26
.4 .2
07
500,0 450,0 400,0 350,0 300,0
6. 4. 20
hodnota redox potenciálu (mV)
2007, nejvyšší 14.8. 2007 při letním odběru.
odběr
Graf č. 8 Změna hodnot redox potenciálu na 8. lokalitě Na osmé lokalitě se hodnoty redox potenciálu pohybují v rozmezí 376,2 – 446,3 mV. Nejnižší hodnota redox potenciálu byla naměřena při podzimním odběru 2.10. 2007, nejvyšší 11.6. 2007 při jarním odběru.
- 34 -
10 7 .2 00 7
2.
.8 .2 30
14
.8 .2
00
00
7
7 00
.6 .2 27
11
21
7 00
7 .6 .2
00
7 .5 .2
00
.4 .2
26
6.
4. 20
07
hodnota redox potenciálu (mV)
Lokalita č. 9 - louka
440,0 420,0 400,0 380,0 360,0 340,0
odběr
Graf č. 9 Změna hodnot redox potenciálu na 9. lokalitě Na deváté lokalitě se hodnoty redox potenciálu pohybují v rozmezí 373,8 – 434,3 mV. Nejnižší hodnota redox potenciálu byla naměřena při podzimním odběru 2.10. 2007, nejvyšší 21.5. 2007 při jarním odběru.
Souhrnný graf redox potenciálu
Hodnoty redox potenciálu (mV)
550,0 500,0 450,0 400,0 350,0 300,0
7
2. 10 .2 00
30
.8 .2 00
7
7 .8 .2 00
14
27
.6 .2 00
7
7 .6 .2 00
11
.5 .2 00
7
7 21
.4 .2 00
26
6. 4.
20 07
250,0
Řada1 Řada2 Řada3 Řada4 Řada5 Řada6 Řada7 Řada8 Řada9
Odběr
Graf č. 10 Souhrnný graf hodnot redox potenciálu Z porovnání vývoje změn redox potenciálu na jednotlivých lokalitách ze souhrnného grafu vyplývá, že nedošlo k výrazným výkyvům ani jedné z lokalit. Ani v jedné z lokalit nebyly naměřeny záporné hodnoty redox potenciálu, což je pozitivní zjištění, neboť v půdách nedochází k obligátně anaerobním procesům a činnostem mikroorganismů.
- 35 -
Na základě analýzy jednofaktorové variance je vliv termínu odběru vzorků na změnu redox potenciálu statisticky neprůkazná. (Tab. č. 4) Tab.č. 4 Jednofaktorová analýza variance termínu odběru vzorků Výběr Odběr 1 Odběr 2 Odběr 3 Odběr 4 Odběr 5 Odběr 6 Odběr 7 Odběr 8
Zdroj variability SS Mezi výběry 17899,61 Všechny výběry 135180,5 Celkem
153080,2
Počet 9 9 9 9 9 9 9 9
Rozdíl
Součet 3650,3 3781,3 4071,7 4084,3 4020,7 4010,7 3960,5 3893,5
MS 7 2557,088
Průměr 405,5889 420,1444 452,4111 453,8111 446,7444 445,6333 440,0556 432,6111
Rozptyl 4245,909 1377,818 958,3161 1157,066 1527,233 2107,005 1677,175 3847,046
Hodnota F P F krit 1,21063 0,310011 2,156424
64 2112,196 71
Vliv lokality na změnu redox potenciálu je dle jednofaktorové analýzy variance statisticky průkazná. (Tab. č. 5) Tab.č. 5 Jednofaktorová analýza variance lokality Výběr lokalita č. 1 lokalita č. 2 lokalita č. 3 lokalita č. 4 lokalita č. 5 lokalita č. 6 lokalita č. 7 lokalita č. 8 lokalita č. 9
Počet 8 8 8 8 8 8 8 8 8
Rozdíl
Součet 3678,2 3173,3 3979,4 3760 3259,3 3383,7 3745,5 3295,5 3198,1
Zdroj variability
SS
MS
Mezi výběry Všechny výběry
87565,97 65514,18
63 1039,908
Celkem
153080,2
71
Průměr 459,775 396,6625 497,425 470 407,4125 422,9625 468,1875 411,9375 399,7625
F
8 10945,75 10,52569
- 36 -
Rozptyl 2533,728 2001,646 196,7079 1060,777 784,8555 326,577 1572,15 418,677 464,0512 Hodnota P F krit 3,081E09 2,089185
hodnota redox potenciálu (mV)
Průměrné hodnoty redox potenciálu 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 1
2
3
4
5
6
7
8
9
lokality
. Graf č. 11 Průměrné hodnoty redox potenciálu pro jednotlivé lokality Graf č. 11 znázorňuje průměrné hodnoty redox potenciálu na jednotlivých lokalitách. Nejvyšší průměrné hodnoty redox potenciálu byly naměřeny na 3., 4., 7. a 1. lokalitě. Jedná se o lokality lesního typu. Nejnižší hodnoty vykazují lokality č. 2 - louka, 9 - louka, 5 - pole. 1. lokalita – les (paseka) U lokality č. 1 je průměrná hodnota redox potenciálu 459,9 mV. Dle Němečka se jedná o 2. stadium, kdy mizí O2, NO3. Probíhá aerobní činnost mikroorganismů. 2. lokalita - louka Průměrná hodnota redox potenciálu u této lokality je 396,9 mV. Dle Němečka řadíme do 2. stadia, kdy mizí O2, NO3. Probíhá aerobní činnost mikroorganismů. 3. lokalita - les Průměrná hodnota redox potenciálu u č. 3. lokality je 497,8 mV. Dle tabulky od Němečka se jedná o 1. stadium, kdy dochází k snížení konc. O2. Probíhá aerobní činnnost mikroorganismů. 4. lokalita - les U lokality č. 4 je průměrná hodnota redox potenciálu 470,5 mV. Dle Němečka řadíme do 1. stadia, kdy dochází k snížení konc. O2. Probíhá aerobní činnnost mikroorganismů. 5. lokalita - pole Průměrná hodnota redox potenciálu u této lokality je 408 mV. Dle Němečka se jedná o 2. stadium, kdy mizí O2, NO3. Probíhá aerobní činnost mikroorganismů.
- 37 -
6. lokalita - louka Průměrná hodnota redox potenciálu u lokality č. 6 je 423,7 mV. Dle Němečka se jedná o 1. stadium, kdy dochází k snížení konc. O2. Probíhá aerobní činnnost mikroorganismů. 7. lokalita - les (paseka) U lokality č. 7 je průměrná hodnoty redox potenciálu 469,1 mV. Dle Němečka se jedná o 2. stadium, kdy mizí O2, NO3. Probíhá aerobní činnost mikroorganismů. 8. lokalita - pole U této lokality je průměrná hodnota redox potenciálu 412,9 mV. Dle Němečka řadíme do 2. stadia, kdy mizí O2, NO3. Probíhá aerobní činnost mikroorganismů. 9. lokalita – louka Průměrná hodnota redox potenciálu u lokality č. 9 je 400,9 mV. Dle Němečka se jedná o 2. stadium, kdy mizí O2, NO3. Probíhá aerobní činnost mikroorganismů. Na lokalitách se vyskytují půdní typy kambizemě a pseudogleje. Kambizemě jsou půdy s kambickým B-horizontem, pod ochrickým až melanickým A-horizontem. Vznikly nejčastěji na zvětralinách pevných vyvřelých a metamorfovaných silikátových hornin (Jandák et. al., 2008). Kambizemě představují půdy členitějších až horských oblastí. Areál rozšíření je však širší (Němeček, 1990). Pseudogleje jsou půdy s mramorovaným pseudoglejovým B-horizontem, vyvinutým následkem přítomnosti vrstvy se sníženou drenážní schopností, pod A-horizontem (Jandák et. al., 2008). Měnící se hladina podzemní vody vyvolává periodické, rytmické oglejení. (Smolík, 1957).
- 38 -
6 ZÁVĚR Ve své bakalářské práci jsem se zabývala změnou redox potenciálu na 9 různých lokalitách v obci Lhotka, CHKO Žďárské vrchy. Vzorky byly odebírány v období od dubna do října 2007 asi v měsíčních intervalech. Vzorky se odebíraly jako porušené z povrchového minerálního horizontu. První část bakalářské práce tvoří literární rešerše o půdách, pedogenezi a oxidačně-redukčním potenciálu. Ve druhé části jsem charakterizovala zájmové území a to agroekologicky, klimatologicky, hydrologicky, pedologicky a geologicky. Část práce se zabývá metodou odběru vzorků, metodou stanovení redox potenciálu a způsobu vyhodnocení. Konečná část obsahuje grafy a statistické vyhodnocení naměřených hodnot redox potenciálu. Z výsledků bylo zjištěno: Nejnižší hodnota redox potenciálu 298,5 mV byla naměřena na lokalitě č. 2 dne 6.4. 2007. Nejvyšší hodnota redox potenciálu 515,1 mV byla zjištěna na 1. lokalitě dne 2.10. 2007. Nejnižší průměrná hodnota redox potenciálu 396,9 mV byla naměřena na 2. lokalitě. Nejvyšší průměrná hodnota redox potenciálu 497,8 mV byla naměřena na lokalitě č. 3. Z průměrných hodnot redox potenciálu byla zjištěno, že nejvyšších hodnot dosahují půdy odebírány z lesních lokalit a pasek. Naopak půdy luk a polí měly hodnoty redox potenciálu řádově o desítky milivoltů nižší. Podle grafického znázornění bylo zjištěno, že patrnější výkyvy hodnot redox potenciálu byly u lokality č. 3 - les, 6 - louka, 8 - pole, 9 - louka. K nárůstu redox potenciálu docházelo začátkem letního období a pokles byl spojen se začínajícím podzimním obdobím. Při vyhodnocení výsledků statistické metody jednofaktorové, bylo zjištěno, že vliv lokality na změnu hodnoty redox potenciálu jsou statisticky průkazné a vliv termínu odběru na změnu hodnoty redox potenciálu jsou statisticky neprůkazné.
- 39 -
7 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY CULEK, Martin. Biogeografické členění České republiky. Praha : [s.n.], 1995. 347 s. ISBN 80-85368-80-3. DAVID B. VANCE: Redox reactions in remediation, An On-Line Version of a Column First Published in: Environmental Technology July/Aug. 1996 Vol. 6 No. 4 Pages 24-2. DYKYJOVÁ, Dagmar, et al. Metody studia ekosystémů. 1. vyd. Praha : Nakladatelství Československé akademie věd, 1989. 690 s. ISBN 21-046-89. GREENLAND, D. J., HAYES, M. H. B., edit. (1981): The chemistry of soil processes. – John Wiley and Sons, New York, 712 s. CHLOUPEK, O., PROCHÁZKOVÁ, B., HRUDOVÁ, E. Pěstování a kvalita rostlin,Brno: Skriptum MZLU v Brně, 2005. 181 s. ISBN 80-7157-897-5 JANDÁK, Jiří, et al. Cvičení z půdoznalství. Brno : Ediční středisko MZLU v Brně, 2003. 92 s. JANDÁK, Jiří, POKORNÝ, Eduard, PRAX, Alois. Půdoznalství. Brno : [s.n.], 2008. 141 s. ISBN 978-80-7375-061-9. KAURIČEV, I. S., ORLOV, A. S. (1982): Okislitelno-vostanovitelnyje procesy i ich rol v genezise i plodorodii počv. – Moskva, Kolos, 248 s. KUTÍLEK, M. Vodohospodářská pedologie, 2. vydání, Praha: Státní nakladatelství technické literatury/ALFA, 1978. 296 s. ISBN 04-721-78 LIGHTS, T.S. (1972): Standard solution for redox potential measurements. Analytical Chemistry 44 (6): 1038-1039. NĚMEČEK, Jan, SMOLÍKOVÁ, Libuše, KUTÍLEK, Miroslav. Pedologie a paleopedologie. 1. vyd. Praha : Nakladatelství Československé akademie věd, 1990. 552 s. ISBN 80-200-0153-0. POKORNÝ, E., ŠARAPATKA, B. Půdoznalství pro ekozemědělce, Praha: Ústav zemědělských a potravinářských informací, 2003. 40 s. Příručka ekologického zemědělce. ISBN 80-7084-295-4 QUITT, Evžen . Klimatické oblasti Československa. Brno : ACADEMIA, 1971. 73 s. SLOUKA, Lukáš, et al. Národní parky a chráněné krajinné oblasti ČR. Olomouc : Univerzita Palackého v Olomouci, 2002. 156 s. ISBN 80-244-0468-0. SMOLÍK, Ladislav . Pedologie. Vyd. 1. Brno : Státní nakladatelství technické literatury, 1957. 400 s.
- 40 -
SMOLÍK, Ladislav Příspěvek v měnlivosti redox-potenciálu v půdách. In . Vyd. 1. Brno : [s.n.], 1935. s. 4. STÁVKOVÁ, Ivana. Geologická mapa ČR, List 24-11, M 1 : 50 000. Český geologický ústav Praha, 1996 ŠARAPATKA, Bořivoj, DLAPA, Pavel, BEDRNA, Zoltán. Kvalita a degradace půdy. 1. vyd. Olomouc : [s.n.], 2002. 246 s. ISBN 80-244-05484-9. ŠUMPICH, Jan, et al. Jihlavsko : chráněná území ČR, svazek VII.. Praha : Agentura ochrany přírody a krajiny ČR a EkoCentrum Brno, 2002. 528 s. ISBN 80-86064-54-9. TOMÁŠEK , Milan. Půdy České republiky. 2. dopl. vyd. Praha : Český geologický ústav, 2000. 68 s. ISBN 80-7075-403-00. VEPRASKAS, M. J. and S. P. FAULKNER. (2001). Redox chemistry of hydric soils. p. 85 to 105. In J.L. Richardson and M.J. Vepraskas (eds.) Wetland soils CRC Press, Boca Raton, FL. VRÁBLÍKOVÁ, Jaroslava, VRÁBLÍK , Petr. Základy pedologie. 1. vyd. Ústí nad Labem : MINO, 2006. 102 s. ISBN 80-7044-805-9. WHITE, R.E. Principles and Practice of Soil Science : The Soil as a Natural Resource. [s.l.] : [s.n.], 1997. 348 s. ZAJDELMAN, F. R. (1974): Podzolo- i glejeobrazovanije. – Nauka, Moskva, 208 s.
Internetové zdroje: URL
1
Základy
ekologie
půdy
[online].
[cit.
2010-02-16].
Dostupné
z:
<www2.zf.jcu.cz/public/projects/agro/studijnimaterialy/Sylabus_EKOL_2/EkologieII_7.doc> URL 2 CHKO Žďárské vrchy [online]. 2007 [cit. 2010-02 - 16]. AOPK ČR . Dostupné z: WWW:
. URL 3 CHKO Žďárské vrchy [online]. 2007 [cit. 2010-02-16]. AOPK ČR .
Dostup-
né z: WWW: . URL 4 CHKO Žďárské vrchy [online]. 2007 [cit. 2010-02-16]. AOPK ČR .
Dostup-
né z: WWW: .
- 41 -
URL 5 Agentura ochrany přírody a krajiny ČR [online] [cit. 2010-04-21]. Digitální půdní
mapa
ČR.
Dostupné
z
WWW:
pud/ctihtmlpage.php?what=1502>. URL 6 CHKO Žďárské vrchy [online]. 2007 [cit. 2010-02-16]. AOPK ČR .
Dostup-
né z: WWW: .
Další zdroje: ČURDA, J., Hydrogeologická mapa ČR, List 24-11, M 1 : 50 000. Český geologický ústav Praha, 1997 STÁVKOVÁ, I., Geologická mapa ČR, List 24-11, M 1 : 50 000. Český geologický ústav Praha, 1996
SEZNAM OBRÁZKŮ Obr.č. 1 Grafické znázornění složení půd (URL 1) Obr.č. 2 Mapa zemědělských výrobních oblastí ČR (Chloupek a kol., 2005) Obr.č. 3 Výřez z mapy klimatických regionů dle Quitta (1971) Obr.č. 4 Výřez z hydrogeologické mapy ČR (Čurda, 1997) Obr.č. 5 Pedologická mapa ČR (URL 4) Obr.č. 6 Výřez z geologické mapy ČR (Stávková, 1996) Obr.č. 7 Multimetr s kombinovanou elektrodou
SEZNAM TABULEK Tab. č. 1 Výskyt organismů (URL 1) Tab.č. 2 Lokality odběrů Tab.č. 3 Hodnocení redox potenciálu (Němeček, 1990) Tab.č. 4 Jednofaktorová analýza variance termínu odběru vzorků Tab.č. 5 Jednofaktorová analýza variance lokality
- 42 -
SEZNAM GRAFŮ Graf č. 1 Změna hodnot redox potenciálu na 1. lokalitě Graf č. 2 Změna hodnot redox potenciálu na 2. lokalitě Graf č. 3 Změna hodnot redox potenciálu na 3. lokalitě Graf č. 4 Změna hodnot redox potenciálu na 4. lokalitě Graf č. 5 Změna hodnot redox potenciálu na 5. lokalitě Graf č. 6 Změna hodnot redox potenciálu na 6. lokalitě Graf č. 7 Změna hodnot redox potenciálu na 7. lokalitě Graf č. 8 Změna hodnot redox potenciálu na 8. lokalitě Graf č. 9 Změna hodnot redox potenciálu na 9. lokalitě Graf č. 10 Souhrnný graf hodnot redox potenciálu Graf č. 11 Průměrné hodnoty redox potenciálu pro jednotlivé lokality
- 43 -
8 PŘÍLOHY
- 44 -
