MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA DIPLOMOVÁ PRÁCE

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA

DIPLOMOVÁ PRÁCE

BRNO 2014

Bc. KARLA POŘÍZKOVÁ

Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav agrochemie, půdoznalství, mikrobiologie a výživy rostlin

Porovnání fluorescence přírodních humusových látek Diplomová práce

Vedoucí práce: doc. RNDr. Ľubica Pospíšilová, CSc. Brno 2014

Vypracovala: Bc. Karla Pořízková

ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem diplomovou práci:

„Porovnání fluorescence přírodních

humusových látek“ vypracovala samostatně a veškeré použité prameny a informace uvádím v seznamu použité literatury. Souhlasím, aby moje práce byla zveřejněna v souladu s § 47b zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách ve znění pozdějších předpisů a v souladu s platnou Směrnicí o zveřejňování vysokoškolských závěrečných prací. Jsem si vědoma, že se na moji práci vztahuje zákon č. 121/2000 Sb., autorský zákon, a že Mendelova univerzita v Brně má právo na uzavření licenční smlouvy a užití této práce jako školního díla podle § 60 odst. 1 autorského zákona. Dále se zavazuji, že před sepsáním licenční smlouvy o využití díla jinou osobou (subjektem) si vyžádám písemné stanovisko univerzity, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity, a zavazuji se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla, a to až do jejich skutečné výše.

V Brně dne:……………………..

…………………………………………………….. podpis

PODĚKOVÁNÍ

Touto cestou děkuji doc. RNDr. Ľubici Pospíšilové, CSc., vedoucí diplomové práce, za konzultace, vstřícnost a cenné rady, které mi vždy ochotně poskytovala. Dále děkuji své rodině a přátelům za podporu a pomoc během celého studia.

ABSTRAKT Cílem diplomové práce „Porovnání fluorescence přírodních humusových látek“ je porovnat fluorescenci půdních a lignitických humusových látek a lignohumátu. Zjištěné výsledky ukazují, že fluorescence lignitických a půdních HL je zaznamenána v oblasti vyšších vlnových délek. Fluorescence lignohumátů je především v oblasti kratších vlnových délek. Metoda je vhodná k identifikaci půdních humusových látek a látek izolovaných z jiných přírodních zdrojů. Klíčová slova: půdní a lignitické humusové látky, lignohumát.

ABSTRACT Diploma thesis „Comparison of natural humic substances fluorescence“ is aimed at identification of soil humic substances and natural humic substances using fluorescence spectroscopy. Results showed that fluorescence of humic acids isolated from lignite was similar to soil humic acids and was registered at longer wavelength. On the other hands lignohumate had higher fluorescence intensity at shorter wavelength. Fluorescence spectroscopy is a useful tool for identification of humic substances isolated from different sources. Klíčová slova: soil and lignite humic substances, lignohumate.

Obsah 1

ÚVOD ................................................................................................................ 9

2

CÍL ................................................................................................................... 10

3

LITERÁRNÍ PŘEHLED ............................................................................... 11 3.1 Přírodní humusové látky ............................................................................................... 11 3.2 První generace HL ........................................................................................................... 13 3.3 Druhá generace přírodních HL .................................................................................. 18 3.4 Třetí generace přírodních HL ..................................................................................... 22 3.5 Půdní humusové látky .................................................................................................... 25 3.5.1 Složení a třídění půdních HL .................................................................... 29 3.6 Fluorescenční spektrofotometrie ................................................................................ 34

4

MATERIÁL A METODY ............................................................................. 37 4.1 Charakteristika lokalit ................................................................................................... 37 4.1.1 Žabčice ...................................................................................................... 37 4.1.2 Náměšť nad Oslavou................................................................................. 38 4.1.3 Mikulčice .................................................................................................. 39 4.2 Metody studia .................................................................................................................... 40 4.2.1 Celkový obsah organického uhlíku........................................................... 40 4.2.2 Stanovení frakčního složení humusových látek ........................................ 41 4.2.3 Izolace půdních HK .................................................................................. 41 4.2.4 Izolace HK z lignitu .................................................................................. 42 4.2.5 Izolace HK z lignohumátu ........................................................................ 42 4.2.6 Elementární analýza HK ........................................................................... 42 4.2.7 Fluorescenční spektra HK ......................................................................... 43

5

VÝSLEDKY A VYHODNOCENÍ ................................................................ 44 5.1 Základní fyzikální a chemické charakteristiky

44

5.2 Elementární analýza HK

45

5.3 Fluorescence HL

46

5.4 Korelace sledovaných parametrů

47

6

ZÁVĚR ............................................................................................................ 48

7

LITERATURA ............................................................................................... 49

8

PŘÍLOHY ....................................................................................................... 55

1 ÚVOD Půda

představuje

vyčerpatelný

a

v časovém

období

několika

generací

neobnovitelný zdroj, který nelze ničím nahradit (KUBÁT, 1999). Je významnou složkou životního prostředí s širokým rozsahem působení. Mimo jiné je základním výrobním prostředkem zemědělství a lesnictví. Půdu, jakožto neobnovitelný zdroj, však ohrožuje celá řada procesů, které omezují nebo dokonce ničí její schopnosti plnit své základní produkční i mimo produkční funkce. Obecně je půda ohrožována především vodní a větrnou erozí, acidifikací, utužením, sesuvy, znečištěním a úbytky organické hmoty. Obrovský význam půdy z ní činní jedno z nejcennějších přírodních bohatství každého státu, které je nutné chránit nejen pro současné generace, ale i pro generace budoucí (NOVOTNÝ a kol., 2013). Uvědomění si vážnosti situace zacházení s půdním fondem se projevilo již v roce 1972 na zasedání výboru ministrů přijetím Evropské charty o půdě a v roce 1981 na 21. konferenci FAO vydáním Světové charty o půdě. Tyto dokumenty stanovily pravidla, principy a směrnice o hospodaření na půdě a o její ochraně (zdroj: www.mzp.cz, www.uake.cz). Podle současných výzkumů je v České republice ohroženo jen vodní erozí více než 50 % zemědělské půdy. Přičemž za posledních 30 let se degradace půdy vlivem vodní eroze velmi výrazně zrychlila a to zejména díky intenzifikaci zemědělství (NOVOTNÝ a kol., 2013). Intenzivní obhospodařování typické častými pojezdy mechanizace, minimálním střídáním plodin a nedostatkem organických hnojiv vede ke snižování organické hmoty a devastaci půdní struktury. Snižuje se půdní pórovitost, půda se utužuje, což snižuje i vodní kapacitu. Pevná půdní masa tak zůstává suchá, není schopná v potřebné míře pohlcovat srážky a tak při intenzivních deštích dochází k povodním a erozím. Je nejvyšší čas, aby si člověk uvědomil, že se musí naučit na půdě správně hospodařit. Jediným východiskem ze zoufalé situace je uvážlivé využívání a zpracování zemědělské půdy, včetně vhodného střídání plodin, optimalizovaného používání hnojiv, zachování krajinných prvků a zavádění protierozních opatření. Tato opatření by nejen chránila půdu, ale měla by i širší pozitivní dopad na životní prostředí.

9

2 CÍL Cílem diplomové práce bude porovnání fluorescence přírodních humusových látek. V souladu se zadáním práce bude vypracována literární rešerše o přírodních humusových látkách. Objektem studia budou přírodní humusové látky izolované z lignitu (Mikulčice) a komerčního lignohumátu a půdní humusové látky. Vybrány byly následující půdní typy: černozem arenická (Žabčice), fluvizem glejová (Žabčice) a kambizem modální (Náměšť nad Oslavou). Budou změřeny synchronní fluorescenční spektra a fluorescenční excitačně-emisní matrix u vybraných přírodních humusových látek. Dále bude dána jejich chemická charakteristika a hodnocena jejich struktura a elementární složení. Diplomová práce byla vypracována s podporou projektu NAZV QH 1210263 – „ Agrochemická opatření ke snížení vodní eroze na orných půdách s využitím zapravení organické hmoty “.

10

3 LITERÁRNÍ PŘEHLED 3.1 Přírodní humusové látky Humusové látky neboli huminové látky jsou přírodní organické sloučeniny obsažené v půdě a kaustobiolitech (zdroj: www.humatex.cz). Vznikají chemickobiologickým rozkladem organické hmoty a syntetickou činností mikroorganismů. V přírodě se vyskytují od stopového množství (písek, jíl), přes jednotky procent (běžná půda) až po desítky procent (hnědé uhlí, lignit) - (VESELÁ a kol, 2005). ZIMÁK (2001) popisuje huminové látky jako organické hydrosoly a gely rozpustné v alkalických rozpouštědlech a obsažené především v humusu, rašelině, oxihumolitu, leonarditu a hnědém uhlí. Potenciál těchto látek je vysoký a není dosud dobře prostudován a využit. V současnosti se huminové látky využívají v následujících oblastech: v zemědělství, farmacii, průmyslu, oblasti ochrany životního prostředí nebo se využívají jako palivo (VESELÁ a kol, 2005). Obecně se uvádí, že jejich aplikace do půdy zlepšuje metabolismus kulturních rostlin, snižuje náchylnost rostlin k onemocnění, působí jako aktivátor růstu, a tak celkově zvyšuje výnosy zemědělských plodin (zdroj: www.biom.cz). Jako nejdůležitější je možné uvést tyto funkce: 

akumulační - schopnost vázat všechny živiny potřebné pro výživu rostlin, aminokyseliny a vodu,



zásobovací - tvorba komplexních organicko-minerálních sloučenin s kovy a mikroelementy, které aktivně předávají buňkám,



ochranná – sorpce a imobilizace toxických látek a radionuklidů.

LINTNEROVÁ (2009) uvádí, že pojem kaustobiolity zahrnuje skupiny hořlavých hornin, kapalin a plynů, které se vytvořily přeměnou organicko-biogenního materiálu v geologickém čase, nebo vývojem v zemské kůře. Naakumulované kaustobiolity se označují jako ložiska fosilních paliv (ZIMÁK, 2001). Podle PETRÁNKA (2007) jsou kaustobiolity hořlavé organogenní sedimenty, které lze rozlišit dle charakteru organických látek na: 

humolity – uhelná řada (rašelina, lignit, hnědé uhlí, černé uhlí, antracit),



sapropelity – živičná řada (ropa, asfalt, ozokerit, kenel, boghed). 11

PETRÁNEK (2007) dále uvádí, že uhlí z řady humolitů, je hořlavý sediment, který vzniká akumulací rostlinných zbytků a jejich různě pokročilým prouhelněním. Proces prouhelnění vede k postupnému zvyšování obsahu uhlíku a naopak ke snížení obsahu vody a prchavých látek. Rozeznáváme tato stádia vývoje uhlí: 1.

rašelina,

2.

hnědé uhlí,

3.

černé uhlí.

V prvním stádiu, kdy dochází k biochemické přeměně rostlinných zbytků, vzniká rašelina. K její tvorbě dochází v rašeliništích za nedostatku kyslíku, kdy je rostlinný materiál částečně nebo úplně pod vodou. Podle ZIMÁKA (2001) vzniká rašelina z různých částí cévnatých rostlin, pylových zrn, spór a plodů rostlin. V procesu rašelinění se rozkládá především celulóza, lignin a bílkoviny, ze kterých se následně tvoří gelovité huminové látky. Vysušená rašelina obsahuje 50 - 60 % uhlíku, 33 – 40 % kyslíku a až 2 % vodíku, dusíku a síry. HUBÁČEK a kol. (1962) uvádí typické složení kaustobiolitů – viz Tab. 1. Tabulka 1: Typické elementární složení kaustobiolitů (Hubáček a kol. 1962). Kaustobiolit Dřevo Rašelina Hnědé uhlí Černé uhlí Antracit

C (hm. %) 50 60 73 82 94

H (hm. %) 6 6 6 5 3

O (hm. %) 43 33 19 10 2

N (hm. %) 1 1 1 1 1

Vlivem geochemických procesů, které probíhají bez přístupu vzduchu v zemské kůře, se rašelina přeměňuje v uhlí. Stupeň prouhelnění je závislý na tlaku a teplotě v zemské kůře, vliv má také doba působení obou faktorů. Podle PETRÁNKA (2007) hnědé uhlí obsahuje 70 – 75 % uhlíku, jeho barva je hnědá až černohnědá. Hnědé uhlí s rozpoznatelnými zbytky dřevinné substance se nazývá xylitické uhlí nebo xylit. Podle stupně prouhelnění se rozlišují 3 typy hnědého uhlí. Nejméně prouhelněný je hnědouhelný hemityp, sem se řadí lignit. Následuje hnědouhelný ortotyp, nejvíce prouhelněný je hnědouhelný metatyp. Černé uhlí obsahuje 72 – 92 % uhlíku a má černou barvu. Podle vzrůstajícího stupně prouhelnění se také člení na hemitypy, ortotypy a metatypy. Nejvíce prouhelněné

12

uhlí se nazývá antracit, jeho obsah uhlíku je vyšší než 92 %. Na přechodu mezi antracitem a grafitem leží metaantracit. PETRÁNEK (2007) také uvádí, že vedle uhlí z řady humolitů, existují i uhlí patřící k sapropelitům – boghed a kenel. Boghed je matný a celistvý sapropelit, složený významným podílem z alginitu tvořeného řasami. Kenel má podobný vzhled jako boghed, ale je tvořen především sporami. Přírodní

humusové

látky

lze

obecně

rozdělit

do

tří

generací

(zdroj:

www.hnojiva.org). První generaci tvoří komerčně vyráběné přípravky z uhlí a oxihumolitu. Druhou generaci tvoří látky vyrobené z rašelin a sapropelů. Třetí generace je představena produkty z technického lignosulfonátu (lignohumáty).

3.2 První generace HL První generaci přírodních HL tvoří tzv. humáty. Jde o komerčně vyráběné přípravky, které jsou získávány těžbou a následnou fyzikální a chemickou úpravou hnědého uhlí (lignitu) a suroviny blízké hnědému uhlí – leonarditu a oxihumolitu (zdroj: www.hnojiva.org). Lignit – je geologicky nejmladší a nejméně karbonizované hnědé uhlí s relativně nízkou výhřevností. Klasifikuje se jako hnědouhelný hemityp. Z hlediska materiálového složení je lignit definován jako: morfologicky a molekulárně polydisperzní systém, který obsahuje: 

komplex

cyklano/aromatických

sloučenin

s významnými

reaktivními

skupinami, 

velké množství vody ve volném objemu lignitických partikulí (póry, mikrotrhliny, původní mezibuněčné prostory pletivového systému mateřské hmoty), vodu fyzikálně vázanou na oxidované uhlíkaté struktury,



partikulární minerální útvary na bázi sloučenin křemíku, hliníku, železa a dalších prvků,



makroskopické složky náhodného původu a výskytu.

Z fyzikálního hlediska model struktury lignitu obsahuje: 

vláknité, destičkovité a různě prostorově symetrické i asymetrické složky o různém stupni prouhelnění, 13



mikro i makro disipace příměsí,



volný vnitřní objem, který zahrnuje: kapiláry, mikrotrhliny a vakuoly.

Z uvedeného výčtu vyplývá, že lignit je složitý makromolekulární komplex složený především z polyelektrolytů (HK, atd.), polysacharidů, polyaromátů, uhlíkatých řetězců modifikovaných sirnými a dusíkatými skupinami, které obsahují kyslíkaté články spojené s hlavními řetězci (MIKULÁŠKOVÁ a kol, 1997). Fotografie lignitu je na obrázku 1.

Obrázek 1: Lignit (zdroj: www.geologie.vsb.cz, 2014). Lignit v původním těženém stavu obsahuje 50 % vody, to snižuje jeho výhřevnost a omezuje možnost energetického využití. Kromě vody, uhlíku a huminových kyselin obsahuje i velké množství příměsí, síry a mikroprvků. S nízkým prouhelněním souvisí jeho nízký obsah uhlíku (viz Tab. 1) a xylitický charakter (HUBÁČEK a kol. 1962, zdroj: www.geofond.cz). Česká republika ke konci roku 2008 disponovala 9 ložisky, z nichž se těžilo pouze jedno ložisko s celkovou roční těžbou 416 000 tun. Lignit těžený na Jižní Moravě patří mezi tzv. orto – lignity s nízkým stupněm prouhelnění. Má vysokou schopnost absorbovat vodu, tento proces je v cyklu hydratace – sušení vratný (zdroj: www.hnojiva.org). Ložiska lignitu v ČR jsou uvedeny na obr. 2.

14

Obrázek 2: Ložiska lignitu (zdroj: www.tezba-a-vyuziti-cerneho-uhli.webnode, 2014). Lignit je cenný materiál pro chemický průmysl a zajímavý pro zemědělské aplikace. Zemědělské využití je zatím málo prozkoumané a postrádá hlubší poznatky. Díky chemickému

složení

a

struktuře

lze

lignit

aplikovat

v několika

oblastech

(MIKULÁŠKOVÁ a kol, 1997): 

jako adsorbent pro fyzikální sorpci plynů, kapalin a roztoků,



jako adsorbent pro chemisorpci těžkých kovů, aniontů a organických sloučenin schopných reagovat s volnými karboxylovými skupinami, fenolickými skupinami a vytvářet komplexy,



jako složka směsných adsorbentů, ve kterých se uplatňuje vedle adsorpčních schopností především jeho elasticita,



jako výchozí materiál pro sorpci toxických organických látek.

Hlavní výhodou, použití lignitu jako sorbentu, je možnost jeho aplikace v surovém stavu, kdy vyžaduje jen minimální úpravy (drcení). S tím jsou spojeny nízké náklady. Další výhoda spočívá v jeho šetrnosti k životnímu prostředí, aplikace je možná například na důlní vody a průmyslové odpadní vody (zdroj: www.chempoint.cz). . Jednou z možností jeho neenergetického využití je remediace kontaminovaných půd. Díky vysokým sorpčním vlastnostem a vysokému obsahu stabilního uhlíku a HL,

15

které se postupně uvolňují, je vhodný k použití zejména na zrnitostně lehčích půdách (GIL-SOTRES a kol., 1995). HK izolované z lignitu se často aplikují jako půdní pomocná látka ve formě hydrogelů. Ty dodávají půdě výživné prvky, imobilizují toxické prvky, upravují mikrobiální klima a zlepšují zadržování vody v půdě (zdroj: www.hnojiva.org). Lignit, jako nerostný materiál obsahuje celou škálu minerálních složek včetně potenciálně

škodlivých

těžkých

kovů.

KLUČÁKOVÁ

a

OMELKA

(2004)

a PEKAŘ a kol. (2005) však uvádějí, že při aplikaci lignitu k průniku těžkých kovů do plodiny nedochází. Naopak v řadě případů dochází k jejich vazbě na lignit a následně ke snižování koncentrace těžkých kovů v půdě a plodinách. Humusové látky obsažené v lignitu mají odlišnou genezi od půdních humusových látek. Lignit těžený na jižní Moravě se v analogické kvalitě jinde na světě netěží. Oproti severočeským oxihumolitům má sice menší podíl huminových kyselin, ale má znatelně menší kyselost a vyšší stabilitu huminového podílu. Lignit při loužení vykazuje mírně kyselou reakci (pH/H2O = 5 – 6) a má zajímavé pufrační schopnosti. Funguje jak v kyselém, tak v zásaditém prostředí, jak uvádí PEKAŘ a kol. (2005). DERCOVÁ a kol. (2007) zkoumala možnost využití excelentních sorpčních vlastností lignitických HK v kombinaci se zeolitem při dekontaminaci půd. V laboratorních podmínkách je aplikovala na půdy znečištěné pentachlorfenoly a jinými xenobiotiky. VESELÁ a kol. (2005) a JANOŠ a kol. (2007) uvádějí, že oxidací lignitu za přítomnosti silného oxidačního činidla (kyselina dusičná) lze vyrobit tzv. umělé oxihumolity se zvýšeným obsahem HL. Výrobě organo-minerálních hnojiv na bázi umělých oxihumolitů však brání řada faktorů od nedostatku vhodných surovin ve světě, přes malou výtěžnost HL až po absenci jednoduché technologie výroby. Dále je možno použít lignit jako půdní kondicionér, který je schopný ovlivňovat transport živin a imobilizovat toxické látky, pozitivní efekt lignitu byl zvláště zřetelný na pokusech s kukuřicí. Existují také výzkumy, kdy se přídavkem lignitu k polymeru, může měnit životnost polymeru, jeho mechanické vlastnosti, nebo biodegradace. Lignit může být i zdrojem průmyslově využitelných molekul. Za vhodně stanovených podmínek chemických reakcí lze získat produkty, které se dají uplatnit v syntéze alkaloidů,

nebo

v polymerním,

či

farmaceutickém

www.chempoint.cz).

16

průmyslu

(zdroj:

Aplikovat lignit přímo v podobě, v jaké se vydobývá, je možné jen v omezených případech. Zvýšení jeho užitkovosti se provádí drcením a tříděním podle velikosti částic. Každá takto vzniklá frakce se může aplikovat buď přímo, nebo po určité fyzikálně-mechanické úpravě (MIKULÁŠKOVÁ a kol, 1997).

Oxihumolit – jedná se o mladé, zrnité, nesoudržné hnědé uhlí, lidově označované jako „kapucín“. Je charakteristický tmavě hnědou až hnědošedou barvou a nízkým stupněm prouhelnění (zdroj: www.hnojiva.org). Rozlišujeme dva základní typy – primární a sekundární. Primární oxihumolity jsou považovány za předstupeň hnědého uhlí. Sekundární oxihumolity se tvoří zvětráváním hnědého uhlí. Oxihumolity nejsou vhodné pro energetické využití, neboť jejich výhřevnost je také nízká (do 10 MJ/kg). Již ve 20. letech minulého století započal jejich výzkum a primárně se jednalo o využití při výrobě barviv a mořidel. V šedesátých a sedmdesátých letech SLADKÝ a TICHÝ (1959), PRÁT (1964) VRBA a kol. (1980) zkoumali jeho zemědělské využití. Prováděli pokusy s vodorozpustnými formami HL a zjistili pozitivní vliv na metabolismus rostlin a na růstové parametry. Rovněž zkoumali jejich paramagnetické účinky. Naše oxihumolity patří k nejkvalitnějším na světě. Obsahují od 20 % (světlejší typy) po 70 % (tmavé typy) kvalitních HL. Bílinské oxihumolity obsahují 4,2 až 17 % popela a 85 – 95 % HL. Mostecké oxihumolity obsahují 50 % popela a 30 – 40 % HL, jak uvádí VESELÁ a kol. (2005). Oxihumolity obdobné kvality nacházíme pouze v některých oblastech severní Ameriky a Austrálie, kde se označují jako leonardit. Hlavní nevýhodou oxihumolitů je jejich nerozpustnost, proto není možná jejich přímá aplikace do půdy či kompostu (zdroj: www.biom.cz). Humusové látky se z oxihumolitů získávají oxidací kyselinou dusičnou, čímž se zvýší jejich extrakce a tím i podíl HL v konečném produktu, jak již bylo uvedeno u lignitu. V současné době jsou oxihumolity zpracovány na humát sodný, draselný, v omezené míře na huminové kyseliny a humáty dalších kovů. Díky nízké ceně, protože vznikají i jako odpad při těžbě uhlí, je využití v zejména v úloze sorbentů těžkých kovů a při čištění odpadních vod. Mají výrazně lepší iontově-výměnné vlastnosti než HK extrahované z rašelin či hnědého uhlí (VESELÁ a kol., 2005). JANOŠ a kol. (2007) porovnávali ve své práci obsah a kvalitu HL u leonarditu (USA) a hnědého uhlí v severních Čechách, na jižní Moravě a na Slovensku. Zkoumali jejich elementární složení, množství extrahovatelných HL, acido17

bazické vlastnosti, velikost sorpčního povrchu a rozdělení pórů. Množství extrahovatelných HL a nejvyšší absorpční a ionto-výměnné schopnosti byly nejvyšší u Bílinských oxihumolitů. Bílinské oxihumolity obsahují více a kvalitnější HK než leonardit (Gascoyne, USA). Následovaly ho jihomoravský lignit (Mikulčice) a slovenský lignit (Záhorie). Např. v Americe se vyrábí oxidací z leonarditu (= typ oxihumolitu, podobný našemu kapucínu) preparát Enegizer (Texas Organic Laboratories), který obsahuje 18 % huminových kyselin.

3.3 Druhá generace přírodních HL Druhá generace přírodních HL pochází z rašeliny a jezerních sapropelů. Jsou to poměrně kvalitní a slabě koncentrované roztoky, které obsahují zpravidla do 8 % huminových látek. Pro zemědělskou výrobu jsou tyto preparáty velmi drahé. Jejich cenu ovlivňuje především kvalita vstupní suroviny. Rašelina – tento organogenní sediment (viz Obr. 3) vzniklý přeměnou rostlinného materiálu je využíván v zemědělství pro zlepšení půdní struktury a udržení půdní vlhkosti, v zahradnictví při pěstování zvláštních druhů okrasných rostlin vyžadujících kyselé půdy, v lázeňství a v některých státech i jako palivo. V roce 1986 byl ve Švédsku uveden na trh italský práškový preparát HL vyrobený z norské rašeliny. Většinou se tento výrobek přidává do průmyslových hnojiv, nebo se prodává jako koncentrovaný preparát sloužící jako biostimulátor. Na trhu se objevily i různé fosforečné suspenze HL a speciální listová hnojiva na bázi HL vyrobené z rašeliny. Zdroje rašeliny ve světě i u nás jsou však omezené, většinou jsou rašeliniště chráněna z důvodu zadržování vody v krajině. Těžba rašelin pro výrobu HL je omezena, ustupuje se i od těžby rašeliny pro výrobu zahradnických substrátů, nejvíce se rašeliny využívají pro lázeňské účely. Již od dávných dob je rašelina používána pro své regenerativní vlastnosti a hojivé účinky. V dnešní době zkoumá použití rašeliny, jako přírodního léčivého zdroje, vědní obor Balneologie. Uvádí se, že rašelina pomáhá například při chronických revmatických chorobách a artróze. Rašelinové procedury posilují imunitu a podporují lymfatický a krevní oběh (zdroj: www.hnojiva.org, www.zahradnickakucharka.cz).

18

Obrázek 3: Rašelina (zdroj: www.web2.mendelu.cz, 2014). Sapropel – organické bahno (viz Obr. 4), které vzniklo rozkladem odumřelých vodních organismů v anaerobních podmínkách. Jde o výchozí látku pro vznik ropy a zemního plynu. Sapropel je hlavní složkou hořlavé horniny z řad kaustobiolitů označované jako sapropelit (PETRÁNEK, 2007). V Rusku je sapropel jedním z nejslibnějších zdrojů surovin pro výrobu hnojiv, doplňkových látek, sorbentů a bahenních léčiv (zdroj: www.ecodelo.org).

Obrázek 4: Sapropel (zdroj: www.ecodelo.org, 2014). 19

Alginit – vyznačuje se vysokým podílem organické hmoty, kterou tvoří převážně těla uhynulých řas. Je významnou složkou matného celistvého sapropelitu nazývaného Boghed (PETRÁNEK, 2007). Fotografie alginitu je na obrázku 5.

Obrázek 5: Alginit (zdroj: nozasro.cz, 2014). Alginit vznikal v období bazaltového vulkanismu v sopečných kráterech zaplněných vodou nebo na dně jezer při úpatí sopek. Když se okolo sopečného kráteru vytvořil kruhový val z tufového materiálu, sopka přestala být aktivní a zůstal sopečný zárodek nazývající se maar. Ten se postupně zaplnil dešťovou vodou, čímž vzniklo jezero, které bylo velmi bohaté na minerální živiny. V bazaltových maarech se díky vysokému podílu živin, zejména draslíku, fosforu, vápníku a hořčíku, velmi dařilo žlutozeleným řasám druhu Botryococcus braunii. Odumřelé kolonie řas postupně klesaly na dno, kde spolu s minerálními živinami a různými stopovými prvky splavenými spolu s jílem z tufového valu sedimentovaly v alginit (zdroj: www.acr.cz). Vznik alginitu je na obrázku 6.

Obrázek 6: Vznik alginitu (zdroj: www.acr.cz, 2014). 20

Jak bylo uvedeno výše, alginit je nerostná surovina obsahující minerální živiny, stopové prvky a vysoký podíl organické hmoty. Z minerálů je v alginitu nejvíce zastoupen smektit, dále se vyskytují ilit, kaolinit, chlorit, křemen, kalcit, dolomit a živec. Z biogenních prvků dominuje dusík, fosfor, hořčík a síran vápenatý. Alginit má vysokou schopnost sorbce (100 – 130 %). Vlivem těchto vlastností aplikace alginitu do půdy: 

eliminuje propustnost písčitých půd,



upravuje kyselost půd,



podporuje vstup vody do kořenového systému rostlin, omezuje prostupování vody do hlubších půdních horizontů, odkud nejsou rostliny schopny vodu přijímat,



postupně uvolňuje vodu, rostlina tak spolu s vodou získává pravidelný přísun živin i v obdobích nepříznivých klimatických podmínek,



napomáhá zadržet živiny v půdě a zabraňuje jejich vyplavení,



přirozeně reguluje vodní režim v půdě a tím omezuje povrchovou erozi a sesuvy půdy



regeneruje sazenice po šoku z přesazení,



napomáhá při rekultivacích, neboť vylepšuje celkovou půdní úrodnost, na rozdíl od průmyslových hnojiv je schopný působit až 3 – 5 let,



váže těžké kovy, proto je vhodný k rekultivacím po průmyslové těžbě.

Díky své schopnosti poutat těžké kovy, jak z půdy, tak z vod, patří alginit mezi přední environmentální suroviny. Jeho výjimečnost spočívá v tom, že navázané těžké kovy dále nepropouští do půdy a kořenového systému rostlin, takže zamezuje kontaminaci rostlin. Alginit je velmi účinný i pro ochranu podzemních vod, zde je schopen eliminovat kontaminaci dusičnany, nebo může již kontaminovanou vodu vyčistit. Alginit aplikovaný na čistírenské kaly urychluje jejich sedimentaci a vysoušení, přeměňuje přítomné těžké kovy na formy neškodné pro životní prostředí, obohacuje kaly o živiny a tím umožňuje jejich další zpracování a také potlačuje pachovou složku kalů. Alginit lze použít i na rybniční kaly, kdy při volbě správného pracovního postupu umožňuje, aby se kal mineralizoval přímo na místě a již se nemusel z rybníka odvážet. Alginit aplikovaný ve vodní suspenzi na trávníky zvyšuje jejich odolnost a umožňuje rychlejší obnovu. Použití alginitu na plodiny zvyšuje obsah biogenních prvků, imunitu 21

a celkovou kondici plodin, zvyšuje také odolnost proti škůdcům, delšímu transportu a ke změnám teplot. Alginit nachází uplatnění i v průmyslu a stavebnictví jako surovina pro výrobu tepelné a zvukové izolace, komponent pro výrobu kvalitních cementových směsí, nebo materiál do pěnotvorných přísad. Smícháním alginitu, písku, oxidu chromitého, síranu sodného a pěnotvorné přísady vzniká pěnové sklo, které se využívá při stavbě nízkoenergetických objektů. Alginit lze použít, jako izolant a ochranu před náhodnými geofyzikálními událostmi, pod základní desku nízkoenergetické stavby. Alginit byl také odzkoušen při výrobě mastí na bércové vředy nebo jako plnivo do léčebných mastí. Aplikace alginitu byla testována i při výrobě materiálu a zábalů na léčbu revmatického onemocnění kloubů (zdroj: www.acr.cz). Nejvýznamnější evropské naleziště alginitu se nachází u obce Pinciná na Slovensku. Ložisko umožňující povrchovou těžbu se řadí mezi jedno z nejkvalitnějších nalezišť na světě (zdroj: www.acr.cz). Dalším potenciálním zdrojem HL v přírodě jsou mořské sedimenty, které se těží hlavně v Texasu (USA), které mají význam zejména v přímořských státech. Taktéž se uvádí vysoká kvalita humusových látek produkovaných činností „kalifornských“ žížal (Eusenia foetida) v umělém chovu (www.hnojiva.org).

3.4 Třetí generace přírodních HL Za třetí generaci přírodních HL se označují preparáty, které obsahují jak vysokomolekulární, tak i nízkomolekulární látky a jsou plně rozpustné ve vodě. Surovinou pro jejich výrobu je tzv. technický lignosulfonát (odpad papírenského průmyslu) a výrobek se označuje jako lignohumát (www.hnojiva.org). Lignohumát – jedná se o patentově chráněný název produktu, který se vyrábí z technického lignosulfonátu – odpad při výrobě papíru vznikající z čisté dřevní hmoty. Po okyselení sulfitového výluhu lze přidáním dusíku získat tmavohnědý roztok, který připomíná roztok HL. Proces oxidačně – hydrolytické destrukce lignosulfonátů je zaměřen na získání komplexu vysokomolekulárních a nízkomolekulárních produktů s nahromaděním určitého obsahu nízkomolekulárních humínových látek rozpustných ve vodě, které se vyznačují zvýšeným obsahem skupin látek obsahujících kyslík, a tudíž zvýšenou biologickou aktivitou. Výrobce deklaruje 90 % solí huminových kyselin,

22

které

minimálně

z 50

%

jsou

zastoupeny

nízkomolekulárními

látkami

(zdroj: www.florabohemia.cz). Na rozdíl od ostatních humátů je lignohumát vyroben z mladší suroviny s vyváženou a stabilní kvalitou, ze které se nevyplavila většina humínových látek. Díky svým vlastnostem má poměrně široké spektrum využití. V oblasti ochrany životního prostředí se využívá jeho schopnosti vázat na sebe v půdě obsažené těžké kovy a radionuklidy - zamezuje tak jejich vstupu do potravního řetězce. Nejširší možnost využití nalézá lignohumát v zemědělství a to jak v rostlinné produkci, tak i v produkci živočišné. V Rusku jsou některé druhy lignohumátů registrovány jako doplněk stravy pro brojlery (zvyšují přírůstky a snižují úmrtnost) a slepice (prodlužují dobu snůšky). V rostlinné výrobě se lignohumát využívá při:  máčení kořenových systémů přesazovaných rostlin - působí protistresově, proto se rostliny dobře ujímají, 

vysazování a údržbě trávníků a parkových ploch,

 pěstování krmných trav,  zálivce rostlin - působí protistresově při nepříznivých teplotních podmínkách či při předávkování chemikáliemi a má příznivý vliv na růst,  aplikaci na list v produkci zeleniny a květin - má příznivý vliv na růst rostlin, jejich skladovatelnost a u zeleniny i na chuťové vlastnosti,  rozmnožování rostlin v meristemních laboratořích, 

použití společně s minerálními hnojivy - snižuje až o 25 % dávky hnojiv při zachování efektu.

Uvádí se, že lignohumát má značný vliv na rozklad organické hmoty v půdě, tím ovlivňuje i půdní úrodnost. V praxi jde o to, že zbytky rostlin, dřeva, kůry a další organické hmoty v půdě leží mnohdy i několik let, aniž by docházelo k jejich rozkladu. Aplikací lignohumátu se v půdě aktivují bakterie, které proces rozkladu organické hmoty urychlují a zkracují. Díky tomu se v půdě tvoří humus, který má pozitivní vliv na půdní úrodnost. Proto obohacení minerálních hnojiv lignohumátem umožňuje snížit dávky hnojiv, jak bylo uvedeno výše. Lignohumát tedy nabízí východisko, jak snížit zatížení intenzivně obdělávaných půd nadměrným dávkováním hnojiv a jak v těchto půdách zvýšit obsah pohyblivých složek humusu. Dále se uvádí, že lignohumát aplikovaný společně s živinami na sebe tyto cenné živiny váže, pomáhá jim migrovat do

23

kulturních rostlin a zamezuje jejich vyplavování do podzemních vod a také oživuje biologickou aktivitu půdního systému (zdroj: www.florabohemia.cz). Po prudkém rozvoji obchodu s huminovými přípravky je na trhu Evropské unie celá řada produktů Lignohumátů a to jak v práškové podobě, tak i v roztocích. Výrobky mají rozmanité zastoupení od čistých Lignohumátů určených jako přísada do hnojiv či stimulátorů růstu pro výrobní firmy, přes tekuté Lignohumáty určené pro profesionální zemědělský trh, až po Lignohumáty obohacené výživou či mikroelementy pro drobné spotřebitele. Lignohumát MAX je nejkoncentrovanější produkt svého druhu na trhu (viz. Obr. 7). Jde o vysocekoncentrovaný hnědočerný vodný roztok čistých huminových látek získaných konverzí vysoce jakostních technických lignosulfonátů. Je typický zvýšeným obsahem fulvokyselin (fulvokyseliny a jejich soli převažují nad huminovými kyselinami) a obsahem základních mikroelementů v chelátové podobě. Výrobce garantuje minimálně 50 % vzácných fulvokyselin a dalších nízkomolekulárních látek huminového spektra. Podle výrobce má Lignohumát MAX příznivý vliv na rostliny, neboť podporuje rozvoj kořenového systému a zvyšuje aktivitu fotosyntézy, využití živin obsažených v půdě a odolnost vůči stresům a chorobám. Proto pomáhá zvyšovat výnosy a kvalitu sklizně (zdroj: www.amagro.com).

Obrázek 7: Lignohumát MAX - roztok (zdroj: www.amagro.com, 2014).

24

Lignohumát AM je práškový přípravek, který je stoprocentně rozpustný (viz. Obr. 8). Výrobce garantuje minimálně 50 % fulvokyselin a dalších nízkomolekulárních látek huminového spektra a maximálně 50 % solí huminových kyselin. Podle výrobce má produkt pozitivní vliv na nárůst asimilační plochy, odolnost vůči strsovým podmínkám, vitalitu a rychlost regenerace porostu. Proto je jeho konečný efekt zřejmý na kvantitě a kvalitě výnosů.

Obrázek 8: Prášek - Lignohumát AM (zdroj: www.amagro.com, 2014).

3.5 Půdní humusové látky Podle POSPÍŠILOVÉ a TESAŘOVÉ (2009) půdní organická hmota představuje zhruba 6 % z celkové hmotnosti půdy, 94 % připadá na podíl minerální. SOTÁKOVÁ (1982) představuje organickou hmotu jako část půdy, která odlišuje půdu od horniny a zabezpečuje půdní úrodnost. Půdní organickou hmotu lze definovat jako soubor organických látek nahromaděných v půdě a na půdě, pocházejících z odumřelých zbytků rostlin, živočichů a mikroorganismů v různém stupni přeměn a v různém stupni smíšení s minerálním podílem, lze ji rozdělit na čtyři frakce (POŘÍZKOVÁ, 2012): 

rozpuštěná organická hmota (< 45 µm),



rozdrobená organická hmota (53 ‒ 2000 µm),



humus,



inertní organická hmota. 25

V současné době se velká pozornost věnuje rozpuštěné organické hmotě, lze ji označit i jako aktivní neboli labilní frakci. Tato frakce zaujímá malý podíl, ale z funkčního hlediska plní velmi významnou funkci půdy. Podle ZSOLNAY (2003) a CHANTIGNY (2003) jde o část humusových látek nacházejících se v půdě v kapalné fázi, která vzhledem ke své mobilitě zprostředkuje přenos živin v rámci ekosystému i mezi ekosystémy. Další důležitou frakcí je humus. Humus v půdě prochází neustálými změnami svého chemického složení, vlastností i funkcí. Z chemického hlediska lze humus popsat jako soubor organických dusíkatých polyfunkčních látek tmavé barvy a kyselinové povahy. Vyznačuje se vysokou molekulovou hmotností, převážně koloidním charakterem a relativní odolností vůči mikrobiálnímu rozkladu. Podle JANDÁKA a kol. (2010) se humus v půdě tvoří následujícími způsoby: 

mineralizací,



rašeliněním a uhelnatěním,



humifikací.

První dva způsoby jsou extrémní procesy přeměn organické hmoty v půdě. Jak uvádí JANDÁK a kol. (2010) mineralizace je úplný rozklad půdních organických látek až na jednoduché složky (CO2, H2O, NH3, atd.). Tento proces probíhá za vyšších teplot a nižší vlhkosti především v silně provzdušněných půdách lehčího charakteru. Uvedené podmínky vedou k rozvoji činnosti aerobních bakterií, které rozkládají organickou hmotu, humus se ale netvoří, pokud jsou dočasně příznivé podmínky pro jeho tvorbu, je rychle rozkládán (spalován). Mineralizaci lze rozdělit na primární a sekundární (GOBAT, 2004; POSPÍŠILOVÁ a TESAŘOVÁ, 2009). Během primární mineralizace dochází k rozkládání cukrů, polysacharidů, proteinů, aminokyselin a tuků. Výsledné produkty jsou uvolňovány ve formě plynů do ovzduší, slouží jako výživa pro rostliny a mikroorganismy, nebo se naváží na půdní sorpční komplex či se vyplaví z půdy do podzemních vod. Primární mineralizace probíhá poměrně rychle, v závislosti na chemickém složení organických zbytků trvá týdny až roky. Naopak sekundární mineralizace,

kterou

představují

procesy

rozkladu

odolných

organických zbytků, je velmi pomalá - trvá desetiletí až století.

26

humifikovaných

BALDOCK a SKJEMSTAD (2000) rozdělují hlavní složky organické hmoty v půdě na organické zbytky, půdní biomasu, humus, půdní organickou hmotu, huminové látky a nehuminové látky, humin, huminové kyseliny, fulvokyseliny a hymatomekanové kyselin. V Tab. 2. jsou uvedeny hlavní složky půdní organické hmoty a jejich definici podle BALDOCK a SKJEMSTAD (2000). Tabulka 2: Hlavní složky půdní org. hmoty dle BALDOCK a SKJEMSTAD (2000). Složka organické

Definice

hmoty Organické zbytky Půdní biomasa

Nerozložené části rostlinných a živočišných tkání a produkty jejich částečného rozkladu Organická hmota tvořená živými mikrobiálními tkáněmi Všechny organické látky v půdě, kromě nerozložených rostlinných a

Humus

živočišných tkání, produktů jejich částečného rozkladu a půdní biomasy

Půdní organická hmota Huminové látky Nehuminové látky Humin Huminové kyseliny Fulvokyseliny Hymatomelanové kyseliny

Soubor všech neživých látek nacházejících se na povrchu půdy nebo v ní Řada vysokomolekulárních hnědě nebo černě zbarvených látek, které vznikly sekundárními syntetickými reakcemi Látky patřící do známých biochemických tříd, jako aminokyseliny, uhlovodíky, tuky, vosky, pryskyřice a organické kyseliny Frakce humusu (půdní organické hmoty) nerozpustná v alkalickém roztoku Tmavě zbarvený organický materiál nerozpustný ve zředěných kyselinách Světleji zbarvený organický materiál, který zůstává v roztoku po vysrážení huminových kyselin po okyselení Část huminových kyselin rozpustná v alkoholu

27

Rašelinění a uhelnatění je druhým extrémním procesem přeměn půdní organické hmoty. Jde o enzymatický a biochemický proces, který naopak probíhá při omezeném přístupu kyslíku nebo v úplných anaerobních podmínkách. Z dalších faktorů se uplatňuje například nedostatek asimilovatelných živin, kyselá reakce prostředí, vysoká vlhkost, nízká teplota a činnost anaerobních bakterií. Vznikají huminové a ulminové látky, které jsou charakteristické vysokým obsahem uhlíku a tmavohnědou až černou barvou. Za extrémních podmínek vede přeměna až ke karbonizaci, při které vzniká humusové uhlí (JANDÁK a kol, 2010; POŘÍZKOVÁ, 2012). Konečně

“pravý“

neboli

“vlastní“

humus

vzniká

při

humifikaci.

Jde

o enzymatické, biochemické a mikrobiální pochody, při nichž se z meziproduktů rozkladu organické hmoty tvoří nové látky, souhrnně označované jako látky huminové. Ty se vyznačují vyšším obsahem uhlíku, koloidními vlastnostmi a hnědou až černohnědou barvou. Syntetická povaha humifikace vychází z faktu, že humusové látky mají podstatně komplikovanější stavbu a vyšší molekulovou hmotnost než humusotvorný materiál (SOTÁKOVÁ, 1982; STEVENSON, 1982; JANDÁK a kol., 2010). Primární humusotvorný materiál tvoří nadzemní opad rostlin, rostlinné kořeny spolu s jejich exudáty a odumřelé buňky půdních autotrofních mikroorganismů. V přirozených ekosystémech i v orných půdách zůstává na povrchu půdy či v půdě až 1/3

rostlinných zbytků, které jsou

dále rozkládány a využívány půdními

mikroorganismy. Další množství organických látek se do půdy dostává spady, splachy či ve formě organických hnojiv. Sekundární humusotvorný materiál zastupují těla odumřených živočichů a heterotrofních půdních mikroorganismů a jejich exkrementy (ŠIMEK, 2005). Veškerý uvedený humusotvorný materiál je v půdě rozkládán, tvoří se meziprodukty, ze kterých následnou syntézou vznikají nové organické sloučeniny se složitější strukturou a vyšší molekulovou hmotností. Celý proces ovlivňují půdní vlastnosti (vlhkost, teplota, reakce, provzdušněnost, zrnitost, obsah živin) a také vlivy enzymů a půdních živočichů. V zažívacích traktech půdních živočichů dochází k mísení rostlinných zbytků s minerálním podílem a k chemickému přeměnění na látky blízké humusu. Jak bylo uvedeno výše, v průběhu humifikace působí řada faktorů. Ty spolu s povahou humusotvorného materiálu ovlivňují množství a kvalitu vznikajícího humusu. Každý půdní typ je charakteristický určitou zásobou, kvalitou a rozložením 28

humusových látek v půdním profilu. Obsah humusu v půdě vychází z množství oxidovatelného uhlíku. Stanovený obsah oxidovatelného uhlíku se musí vynásobit koeficientem 1,724 (humus obsahuje 58 % oxidovatelného uhlíku). Výsledek pak udává přibližné

množství

organické

hmoty

v půdě

(WELTE, 1963;

POŘÍZKOVÁ, 2012). Hodnocení kvality půdní organické hmoty se provádí na základě frakčního složení humusových látek, měření optických vlastností humusových látek v různých oblastech spektra a následného stanovení barevných indexů (POSPÍŠILOVÁ a TESAŘOVÁ, 2009). Inertní organickou hmotu představují humíny a humusové uhlí (viz dále).

3.5.1

Složení a třídění půdních HL

Na třídění humusu lze nahlédnout z řady hledisek. Časté je rozlišení například podle mikroskopických znaků, místa vzniku, botanického původu nebo stupně disperze. Podle KONONOVÉ a BĚLČÍKOVÉ (In: ORLOV, 1985) se HL dělí dle chemického složení a rozpustnosti v louhu a kyselinách na: 

meziprodukty rozkladu,



nespecifické humusové látky,



specifické humusové látky.

Meziprodukty rozkladu představují různé pigmenty, které jsou produkovány půdními mikroorganismy. K nespecifickým humusovým látkám řadíme organické látky světlé barvy, které jsou lehce rozložitelné a snadno odbouratelné mikroorganismy. Patří sem organické kyseliny, glycidy, pektiny, bílkoviny, tuky, vosky aj. Jejich přítomnost je nutná pro biologickou aktivitu půdy, protože slouží jako energetická a živinná zásobárna půdy. Naopak specifické humusové látky jsou většinou tmavě zbarveny a mají vysokou biologickou rezistenci, tvoří 85 ‒ 90 % z celé organické hmoty v půdě. Skládají se z vysokomolekulárních organických sloučenin. Jejich chemické složení není dostatečně známo. Patří sem: 

humínové kyseliny,



fulvokyseliny,



hymatomelanové kyseliny, 29



humíny a humusové uhlí.

Třídění se provádí na základě fyzikálních a optických vlastností, barvy, rozpustnosti v kyselinách či zásadách apod. NOVÁKOVÁ a kol. (2005) uvádí teorii, že zbarvení specifických humusových látek je závislé na molekulové hmotnosti. Obrázek 9 znázorňuje, jak nárůst molekulové hmotnosti ovlivňuje změny obsahu uhlíku a kyslíku a vlastností humusových látek.

Obrázek 9: Vlastnosti humusových látek (zdroj: www.chemicke-listy.cz, 2014). Humínové kyseliny se dobře rozpouští v louhu a roztocích hydrolyticky zásaditých solí. Naopak jsou jen slabě rozpustné ve vodě. Mají tmavou barvu, většinou se kumulují na místě svého vzniku. Charakter kyselin vznikl přítomností kyselých frakčních skupin, především skupiny karboxylové (COOH) a fenol hydroxylové (OH) ‒ (ZAUJEC a kol., 2009, POŘÍZKOVÁ 2012). Díky pokroku v oblasti instrumentální analýzy došlo v posledních letech ke zjištění, že struktura huminových kyselin obsahuje zabudované aromatické a hydroaromatické di‒ ,tri‒ a tetra‒ kyseliny. Obecně lze huminové kyseliny považovat za komplexní aromatické

makromolekuly.

Jejichž

spojení

aromatických

skupin

zajišťují

aminokyseliny, aminocukry, peptidy a alifatické sloučeniny. Na obrázku 10 je předpokládaná struktura huminové kyseliny obsahující volné a vázané fenolické skupiny -OH, chinonové struktury, dusíkové a kyslíkové atomy ve funkci můstků a 30

karboxylové skupiny umístěné na aromatických kruzích. Huminové kyseliny mají polyaniontový charakter a jsou schopny chemickými i fyzikálními mechanizmy vázat ionty (VESELÁ a kol, 2005).

Obrázek 10: Předpokládaná struktura HK (zdroj: www.chemicke-listy.cz, 2014). Jejich základní složkou je aromatické jádro fenolického nebo chinoidního typu s účastí cyklických a alifatických dusíkatých sloučenin. Elementární složení je ovlivněno půdním typem, chemickým složením rostlinných zbytků a podmínkami humifikace, pohybuje se v tomto rozmezí: uhlík 52 ‒ 62 %, kyslík 31 ‒ 39 %, vodík 2,8 ‒ 5,8 % a dusík 1,7 ‒ 4,9 %. Obsah popelovin činní 1 ‒ 10 %. Typickou vlastností humínových kyselin je pórovitá stavba a vysoká sorpční schopnost, jejich molekulová hmotnost je od 5000 do 600 000 (ORLOV, 1985 a SOTÁKOVÁ, 1982). Struktura molekuly humínové kyseliny podle PICCOLO (2002) je uvedena na obrázku 11. Humínové kyseliny jsou označovány jako nejhodnotnější produkt humifikačních procesů v půdě. Mají velký vliv na řadu půdních vlastností, jako například na kationtovou výměnnou kapacitu, pufrační schopnost a strukturu půdy. Díky tomu pozitivně ovlivňují půdní úrodnost (JANDÁK a kol., 2010).

31

Obrázek 11: Předpokládaná struktura molekuly HK (PICCOLO, 2002). Fulvokyseliny jsou charakteristické světlejší barvou a nižším obsahem uhlíku než humínové kyseliny. Dalším podstatným rozdílem je jejich rozpustnost ve vodě a kyselinách (PRÁT, 1964) Fulvokyseliny mají žlutou až žlutohnědou barvu, molekulová hmotnost kolísá od 200 do 50 000. Jsou velice pohyblivé a v půdním profilu snadno přemístitelné. K jejich charakteristickým vlastnostem patří dobrá rozpustnost ve vodě, minerálních kyselinách, louzích a v roztocích hydrolyticky zásaditých solí. Ve srovnání s humínovými kyselinami mají jednodušší stavbu makromolekuly, nižší obsah uhlíku a vyšší obsah kyslíku. Chemické složení fulvokyselin je následující: uhlík 40 ‒ 52 %, kyslík 40 ‒ 48 %, vodík 4 ‒ 6 % a dusík 2 ‒ 6 %. Obsah popelovin činní 2 ‒ 8 %. Kyselinový charakter těchto sloučenin je dán karboxylovými skupinami. Vodní roztoky fulvokyselin mají pH 2,6 ‒ 2,8, jsou tedy silně kyselé. V důsledku této silně kyselé reakce a dobré rozpustnosti ve vodě působí fulvokyseliny velmi agresivně k minerální části půdy, kterou ochuzují o živiny a koloidní látky. Struktura molekuly fulvokyselin podle TAN (2003) je uvedena na obrázku 12. Na rozdíl od humínových kyselin jsou fulvokyseliny v půdotvorném procesu činitelem převážně pasivního významu. Jejich značné množství, silná kyselost a snadná pohyblivost v půdním profilu, má za následek degradaci půdy. Zesiluje se proces vyluhování, což postupem času vede až k destrukci půdy (NAJMR, 1957). 32

Obrázek 12: Předpokládaná struktura molekuly fulvokyselin (TAN, 2003). Hymatomelanové kyseliny jsou žluté až žlutohnědé látky, které se považují za součást humínových kyselin a oddělují se od nich alkoholovou extrakcí. Jejich molekulová hmotnost je menší než u humínových kyselin (JANDÁK a kol., 2004). Hymatomelanové kyseliny jsou složitou směsí látek obsahující více než 60 % uhlíku a funkční skupiny ‒OCH3, ‒COOH, ‒OH. Mohou vznikat z huminových kyselin nebo při syntéze lehce rozložitelných organických zbytků, při oxidačně redukčním rozkladu humusových látek za přítomnosti kyslíku a vlhkosti (POSPÍŠILOVÁ a TESAŘOVÁ, 2009). PRÁT (1964) uvádí, že se o kyselině hymatomelanové, jako o samostatné specifické složce humusu, někdy pochybuje, protože je její složení velmi podobné humínovým kyselinám. Ale rozpustnost hymatomelanové kyseliny v alkoholu považuje za dostatečný způsob odlišení od humínových kyselin. Naopak podle NAJMRA (1957) kyselina hymatomelanová plní v půdotvorném procesu podobnou funkci jako humínová kyselina a nemá od humínové kyseliny dosti odlišné vlastnosti. Z těchto důvodů nemůže být řazena mezi specifické složky humusu. Humíny a humusové uhlí jsou pevně vázány na minerální podíl půdy. Představují silně karbonizovanou organickou hmotu, kterou nelze získat ani z půdy zbavené vápníku mnohonásobnou extrakcí alkáliemi. 33

Humíny lze charakterizovat jako nerozpustné formy humínových kyselin (JANDÁK a kol., 2004). Humín je frakce humusových látek černé barvy, která se ve vodě nerozpouští ani pří kyselé ani při alkalické hodnotě pH

(POSPÍŠILOVÁ

a TESAŘOVÁ, 2009). Humusové uhlí je zuhelnatělá hmota tmavé barvy, která obsahuje dusík a je velmi bohatá na uhlík. Je inertní, nepeptizuje, nerozpouští se, nehydrolyzuje, neúčastní se půdotvorného procesu a z těchto důvodů nemá funkci pravého humusu (NAJMR, 1957). Humusové uhlí je v půdě nejstarší a vývojově kumulující se složka humifikačních pochodů (PRÁT, 1964).

3.6 Fluorescenční spektrofotometrie Fluorescenční spektrofotometrie umožňuje studovat strukturu, chemické složení a vlastnosti přírodních HL. Molekulová fluorescenční spektrometrie patří spolu s molekulovou fosforescenční spektrometrií a chemiluminiscenční spektrometrií do okruhu technik luminiscenční spektrometrie. Fluorescenci a fosforescenci lze souhrnně pojmenovat názvem fotoluminiscence. Molekuly absorbující ultrafialové nebo viditelné záření předávají energii při kolizích ostatním částicím, takto ztrácí část získané energie a zbytek energie emitují jako luminiscenční záření. Čím více je látka schopna záření

absorbovat,

tím

intenzivnější

fotoluminiscenci

může

projevovat

(NĚMCOVÁ, 1997). Luminiscence je emise světla látkou, která může nastat při návratu elektronu z excitovaného stavu na stav základní. Elektronové stavy většiny organických molekul se dělí na: 

Singletový stav, kdy elektrony tvořící v molekule páry mají opačný spin



Tripletový stav, kdy jedna dvojice elektronů má stejný spin

Jak již bylo uvedeno, fluorescence vzniká při absorpci ultrafialového záření. Vlivem záření dochází k excitaci z vibračního stavu na základní elektronové hladině na jednu z mnoha vibračních hladin v elektronovém excitovaném stavu. Obvykle se jedná o první excitovaný singletový stav. Kolizemi s okolními molekulami ztrácí molekula na vysoké vibrační hladině rychle energii a přechází na nejnižší vibrační hladinu (tzv. vibrační relaxace molekuly). Fluorescence nastane, když se při přechodu na základní 34

elektronovou hladinu ze singletového excitovaného stavu vyzáří nadbytečná energie v podobě emise fotonu. Jedná se o zářivý přechod na základní hladinu. Nezářivý přechod představuje intramolekulární konverze energie molekuly, kdy se elektron vrátí na základní hladinu a odevzdanou energií rozvibruje molekulu, která pak přechází na základní

vibrační

hladinu

přes

řadu

vibračních

stavů

vibrační

relaxací

(KLOUDA, 2003). Podle FIŠARA (2009) hlavními charakteristikami fluorescence jsou: 

intenzita – počet fotonů procházejících v daném směru jednotkovou plochou za jednotku času,



spektrální složení – spektrální hustota fotonového toku na jednotkový interval vlnových délek nebo frekvencí,



polarizace – směr kmitání elektrického vektoru elektromagnetické vlny,



doba dohasínání – je dána vnitřní dobou života excitovaného stavu, z něhož dochází k emisi; úzce souvisí s pochody vedoucími k nezářivé deaktivaci tohoto stavu,



koherenční vlastnosti – vztahy mezi fázemi světelných vln.

Fluorescence je typická pro sloučeniny s konjugovanými dvojnými vazbami (např. aromatické uhlovodíky), nejvíce pak pro látky s rigidní a pevnou strukturou obsahující několik cyklů. Zesilování fluorescence ovlivňují chromofory (–OH, –NH2, –OCH3, –CN), které zvyšují pravděpodobnost přechodu mezi nejnižším singletovým stavem a stavem základním. Snižování až zhášení fluorescence naopak ovlivňují elektrofilní skupiny. Velký význam má fluorescence kovových komplexů organických látek – chelátů. Jejich vznik vede ke zpevnění molekuly a ke zmenšení molekulových vibrací. Měření fluorescence se provádí pomocí fluorimetrů resp. spektrofluorimetrů. Principem je excitace molekul intenzivním excitačním zářením a měření poměrně slabého fluorescenčního záření, které dopadá kolmo na směr vstupujícího excitačního záření (NĚMCOVÁ, 1997; POSPÍŠILOVÁ a TESAŘOVÁ, 2009). Podle SIERRA a kol. (2005) se rozlišují následující fluorescenční spektra: 

Synchronní,



Emisní scan spektra,



Excitační scan spektra,

35



Exitračně emsiní matrix (EEM) = 3D exitačně emisní scan spektra.

Sledování fotoluminiscence přináší velmi cenné poznatky o struktuře organických látek (NĚMCOVÁ, 1997). Jak uvádí LEVESQUE (1972) fluorescenční piky souhlasí se složením a stupněm disociace humusových látek. Podle POSPÍŠILOVÉ a TESAŘOVÉ (2009) mají huminové kyseliny intenzivní fluorescenci v širokém rozsahu vlnových délek. Rozdělení humusových látek na základě hodnoty relativního indexu fluorescence podle SENESI a kol. (1991): 1. třída: Paleosoly – mají nejvyšší fluorescenční délky pro obě emisní maxima (> 520 nm) i pro hlavní excitační pík (> 465 nm) a nejnižší souhrnnou relativní fluorescenční intenzitu (R.F.I. ≤ 1). 2. třída: Humáty, organozemě, lignitické HK, HK černozemí – mají vysoké fluorescenční délky pro emisní maximum (520 – 500 nm) a dva hlavní excitačními píky (450 a 465 nm), které jsou oddělené a uzavřené. Souhrnná intenzita R.F.I. je poměrně nízká (2 – 8). 3. třída: Terra Rosa – mají charakteristické emisní maximum s nižší vlnovou délkou (500 – 460 nm) a hlavní excitační pík mají okolo 450 – 440 nm. Jejich R.F.I. je vyšší než v předešlých případech (6 – 29). 4. třída: FK, HK z kompostu, humáty z kompostu – mají nízké vlnové délky pro emisní maximum (470 – 440 nm) a hlavní excitační pík (395 – 385 nm). R.F.I. je pro fulvinové kyseliny (FAs) vyšší (> 10) než pro huminové kyseliny (HAs) (1 – 7). 5. třída: Humusové látky odpadních vod a kalů – mají nejnižší vlnové délky pro emisní maximum (< 440 nm) a nízkou střední R.F.I. (4 – 13). Hlavní excitační pík má vlnovou délku srovnatelnou se 4. třídou (okolo 390 nm), který je ovšem doprovázen menším píkem (okolo 340 nm), typickým pro tuto třídu. 36

4 Materiál a metody Objektem studia byly humusové látky izolované z lignitu, půdy a technického lignosulfonátu. Vzorky byly odebrány z následujících lokalit:  Černozem arenická (Žabčice)  Fluvizem glejová (Žabčice)  Kambizem modální (Náměšť)  Lignit (Mikulčice)  Komerční lignohumát

4.1 Charakteristika lokalit

4.1.1

Žabčice

Žabčice se nacházejí přibližně 25 km jižně od Brna v okrese Brno-venkov v Jihomoravském kraji. Náleží do geomorfologické oblasti Dyjsko – Svratecký úval tvořené převážně neogenními sedimenty (jíly, písky a štěrky - místy i stmelenými a různě vápnitými). Oblast je považována za velmi teplou a suchou s velmi dlouhým vegetačním obdobím. Průměrná roční teplota 9,2 °C řadí Žabčice mezi nejteplejší lokality ČR. Spolu s vysokými teplotami je pro lokalitu typický i relativní nedostatek srážek a časté výsušné větry. Průměrný roční úhrn srážek je pouhých 480 mm. Tyto podmínky značně ovlivňují zdejší zemědělskou produktivitu. Jedná se o kukuřičnou výrobní oblast (zdroj: www.web2.mendelu.cz). Katastrálním územím Žabčic protéká říčka Šatlava spadající do povodí řeky Svratky. První experimentální plocha je umístěná v lokalitě Žabčice – Obora, která je součástí Školního zemědělského podniku Žabčice (MENDELU v Brně) – viz Obr 13. Charakteristika

půdní

sondy

udávající

GPS

souřadnice,

nadmořskou

výšku

a management lokality je uvedena v tabulce 3. Pozemky leží v nivní oblasti řeky Svratky, jejich okolí je typické vysokým zorněním a malým podílem lesů. Půdní typ byl podle NĚMEČKA a kol. (2001) klasifikován jako fluvizem glejová. Podrobný popis půdního profilu je uveden v příloze 1. Druhá zkoumaná půdní sonda se nachází v mírně sklonitém vinohradu s jižní expozicí. Charakteristika půdní sondy udávající GPS souřadnice, nadmořskou výšku 37

a management lokality je uvedena v tabulce 3. Půdní typ byl podle NĚMEČKA a kol. (2001) klasifikován jako černozem arenická. Podrobný popis půdního profilu je uveden v příloze 2.

Obrázek 13: Pokusná plocha Žabčice – Obora (zdroj: www.web2.mendelu.cz, 2012).

4.1.2

Náměšť nad Oslavou

Náměšť nad Oslavou leží v kraji Vysočina 20 km východně od okresního města Třebíč. Náleží k Jevišovickému bioregionu, který se téměř shoduje s geomorfologickým celkem Jevišovická pahorkatina, jenž je složena z krystalických břidlic a žul. Reliéf tvoří málo členité plošiny a zaříznutá skalní údolí. Biota se řadí do 1. dubového až 4. bukového vegetačního stupně. Podle QUITTA (1971) se jedná o mírně teplý klimatický region. Průměrná roční teplota v Náměšti je 7,7 °C a průměrný roční úhrn srážek činí 594 mm. Jde o obilnářskou výrobní oblast s průměrnou nadmořskou výškou 400 m n.m. (OUJEZDSKÁ, 2013). Pohled na pokusnou plochu je na obrázku 14. Charakteristika půdní sondy udávající GPS souřadnice, nadmořskou výšku a management lokality je uvedena v tabulce 3. Půdotvorným substrátem je orto-rula. Hladiny podzemní vody nebylo dosaženo. Půdní typ byl dle NĚMEČKA a kol. (2001) klasifikován jako kambizem modální. Podrobný popis půdního profilu je uveden v příloze 3.

38

Obrázek 14: Pokusná plocha Náměšť nad Oslavou (foto: POSPÍŠILOVÁ, 2009).

4.1.3

Mikulčice

Mikulčice leží v Jihomoravském kraji, 7 km jihozápadním směrem od okresního města Hodonín. V katastrálním území obce se nachází důl Mír, odkud byl odebrán vzorek lignitu pro výzkum. Jak uvádí ŽIVNA (2012) obec náleží k DyjskoMoravskému bioregionu, pozemky dolu Mír však patří k bioregionu Hustopečskému. Hustopečský bioregion leží ve středu jižní Moravy. Z hlediska geomorfologie zabírá jižní

polovinu

Žďánického

lesa,

Kyjovské

pahorkatiny

a

severní

okraj

Dolnomoravského úvalu, v němž se nachází důl Mír. Reliéf je tvořen pahorkatinou na spraších a vápnitém flyši. V bioregionu se mísí lesní a nelesní prvky, biota se řadí do 2. bukovo-dubového stupně a biota jižních svahů do 1. dubového vegetačního stupně. Potenciální vegetací jsou dubohabrové háje s ostrovy šípákových a teplomilných doubrav. Podle QUITTA (1971) leží bioregion v nejteplejší oblasti ČR – T4, severní vyšší okraje leží v oblasti T2. Průměrná roční teplota je 9,2 °C a průměrný roční úhrn srážek se pohybuje v rozmezí 509 – 563 mm. Většina bioregionu náleží k černozemní oblasti, nejčastější jsou černozemě na spraších. Méně zastoupené jsou lehké arenické černozemě a pararendziny. Důl Mír je součástí Jihomoravské lignitové pánve, která se dělí na Kyjovskou a Dubňanskou sloj – viz Obr. 15. Celková rozloha pánve je 320 km2.

39

Obrázek 15: Mapa jihomoravských lignitových dolů (zdroj: www.diamo.cz, 2012).

4.2 Metody studia 4.2.1

Celkový obsah organického uhlíku

Organický uhlík v půdě byl stanoven mokrou cestou, tzv. oxidimetrickou titrací podle WALKLEY a BLACK (1934), NELSON a SOMMER (1982). Principem této metody je zoxidování organického uhlíku chrom‒sírovou směsí při teplotě 120 °C. Oxidačně redukční titrací se pomocí Mohrovy soli určí nezreagovaný zbytek chrom‒sírové směsi. Podrobný postup stanovení a výpočet obsahu Corg uvádí JANDÁK a kol. (2003). Výpočet pro celkový obsah organického uhlíku: Corg (%) = [(10 ‒ c) × B × 0,5 × 0,003 × 100] / g

40

Kde: 10…..počet cm3 dichromanu draselného (0,166 M) c…....koncentrace roztoku Mohrovy soli (c = 0,5M) B…..spotřeba Mohrovy soli při zpětné titraci v cm3 0,003….. zvolený faktor g……navážka vzorku zeminy (g) Výpočet celkového obsahu humusu: Humus (%) = Corg × 1,724

4.2.2

Stanovení frakčního složení humusových látek

Frakcionace humusových látek vede ke zjištění celkového obsahu humusových látek (HL), humínových kyselin (HK) a fulvokyselin (FK). Frakční složení HL bylo stanoveno podle KONONOVÉ a BĚLČÍKOVÉ (1963). Touto metodou se stanoví obsah veškerých humusových látek (HL veškeré) a obsah volných humusových (HL volné). Podstatou metody je rozrušování stabilních sloučenin humátů vápenatých, hořečnatých, popřípadě železitých i hlinitých, pufrovaným roztokem pyrofosforečnanu sodného. Během toho se tvoří nerozpustné sloučeniny pyrofosfátů Ca, Mg, Al, Fe a uvolňují se rozpustné humáty sodné, které jsou extrahovány ze vzorku. Tímto způsobem se stanoví veškeré humusové látky. Následným srážením a odstřeďováním se HL dále dělí na HK, obsah FK se odpočítává. Poměr HK:FK je nejpoužívanější ukazatel kvality půdní organické hmoty. Výpočet stupně humifikace podle ORLOVA (1985): Sh (%) = HK / Corg × 100

4.2.3

Izolace půdních HK

Pro izolaci čistých preparátů HK byla použita standardní mezinárodní metoda IHSS (HAYES, 1985; PICCOLO, 1988; POSPÍŠILOVÁ a TESAŘOVÁ, 2009). Postup izolace je následující: 100 g na vzduchu vyschlé zeminy prosejeme přes síto 1mm, 41

propláchneme 10% HCl a mícháme 1–2 hod (dekalcinace). Až je reakce na CO2 negativní (neuvolňuje se CO2) propláchneme vzorku 0,05 M HCl. Až je reakce na přítomnost Ca 2+ negativní (indikátor šťavelan amonný) propláchneme vzorku destilovanou vodou. Destilovanou vodou proplachujeme do té doby až je reakce na Cl - negativní (indikátor AgNO3). Poté vzorku zalijeme 0,1 M NaOH a necháme extrahovat 7–8 hod. Vzorku 2x odstředíme 15 minut při otáčkách 5000 rpm. Tmavý roztok humusových látek srážíme koncentrovanou HCl na pH = 1. Koagulát HK se opakovaně dekantuje a intenzivně pročistí směsí 0,5% HCl+HF. Vzorky se dočistí dialýzou a lyofilizují se (POSPÍŠILOVÁ

a TESAŘOVÁ, 2009).

4.2.4

Izolace HK z lignitu

Izolace HK ze vzorku lignitu (lokalita Mikulčice) proběhla následovně: Původní materiál se 24 hodin třepal v dusíkové atmosféře v 0,5 M – NaOH a 0,1 M – Na4P2O7 (60 g lignitu: 2000 ml extraktu) v plastových lahvích. Huminové kyseliny se vysrážely 6 M HCl na pH 2 a dočištěny 0,5% (v/v) HCl-HF směsí asi 24 hod a následně dialyzovány (Spectrapore 3,3500 Mw) a lyofilizovány. Podrobný postup je uveden v publikacích KUČERÍK a kol. (2003, 2005, 2008) a FASUROVÁ a kol. (2006, 2008) Za izolaci lignitických huminových kyselin děkujeme Ústavu aplikované a spotřební chemie, VUT v Brně.

4.2.5

Izolace HK z lignohumátu

Vzorek komerčního lignohumátu v práškové formě byl zakoupen na obchodním trhu. Vzorek byl podrcen v achátové misce a následovala analýza.

4.2.6

Elementární analýza HK

Elementární analýza HK byla stanovena na elementárním analyzátoru PE 2400 CHNS/O v chemické laboratoři Strojírenského zkušebního ústavu v Brně. Za provedení analýzy děkujeme RNDr. B. Watson.

42

4.2.7 Měření

byla

Fluorescenční spektra HK

provedena

na

spektrofluorimetru

Aminco

Browman,

Serie

2,

Thermospectronics, Xe-lampa. Štěrbiny obou monochromátorů byly nastaveny na 4 nm, při laboratorní teplotě. Při analýze byla použita skleněná kyveta Suprasil s průměrem 1 cm. Všechna spektra byla korigována, aby nedocházelo k nežádoucí svítivosti excitačního zdroje při záření odlišných vlnových délek. Měření byla prováděna za stejného napětí 940 V. Naměřené hodnoty byly porovnány s nejkoncentrovanějším vzorkem. Byla stanovena 2D scan mode a 3D scan mode spektra. Při měření synchronní fluorescence byly hodnoty v rozmezí od 320 do 620 nm s rychlostí měření 60 nm/1 min. Konstantní rozdíl mezi monochromátory byl 20 nm. Fluorescenční záření bylo měřeno ve směru kolmém tzn. pod úhlem 90 ° mezi emisním a excitačním spektrem. Metoda poskytuje vysoké rozlišení spektrálních píků. Relativní indexy fluorescence naměřených spekter byly vypočítány jako poměry, kde hlavní píky mají hodnoty 488/502 nm a 360/488 nm. Výsledky byly porovnány se standardem půdní HK od firmy Fluka – Elliott Soil Humic Acids Standard (1S 102 H). Za změření fluorescenčních spekter děkujeme Mgr. N. Fasurové, Ph.D. a Ing. V. Enevovi z VUT v Brně.

43

5 VÝSLEDKY A VYHODNOCENÍ Výsledky analýzy základních fyzikálních a chemických parametrů sledovaných půd udává tabulka 4. Celkový obsah uhlíku a frakční složení humusových látek sledovaných půd je uvedeno v tabulce 5. Dále jsme porovnávaly kvalitu půdních HK, lignitických HK a lignohumátu podle jejich fluorescence. Elementární složení HK izolovaných ze sledovaných půd, lignitu a lignohumátu udává tabulka 6. Vypočítané atomové poměry prvků HK izolovaných ze sledovaných půd, lignitu a lignohumátu jsou v tabulce 7. Korelaci sledovaných parametrů udává tabulka 8. V tabulce 9 jsou uvedeny hlavní fluorescenční maxima a fluorescenční indexy (IF) HK izolovaných ze sledovaných přírodních HL látek. Fluorescenční píky a fluorescenční indexy HK izolovaných ze sledovaných přírodních humusových látek jsou v tabulce 10.

5.1 Základní fyzikální a chemické charakteristiky Černozem arenická (Žabčice) – obsahovala 19 % jílnatých částic a jde o hlinitopísčitý půdní druh. Aktivní půdní reakce (pH/H2O = 5,1) a výměnná půdní reakce (pH/KCl = 4,8) indikují kyselou půdu. Kationtová výměnná kapacita (14 mmol/100g) dosahuje nízké hodnoty. Nízká vodivost (0,05 mS/cm) indikuje nezasolenou půdu. Půda je bez karbonátů. Obsah organického uhlíku (1,1 %) je velmi nízký. Frakcionací bylo stanoveno 3,5g/kg humusových látek, z toho 2,5 g/kg činily huminové kyseliny a 0,1 g/kg fulvokyseliny. Poměr HK/FK vychází 2,5, což je humátní typ humusu. Stupeň humifikace (23 %) je střední. Humusové látky mají vysokou kvalitu.

Fluvizem glejová (Žabčice) – obsahovala 52 % jílnatých částic a jde o jílovitohlinitý půdní druh. Aktivní půdní reakce (pH/H2O = 6,6) a výměnná půdní reakce (pH/KCl = 5,6) indikuje půdu slabě kyselou. Kationtová výměnná kapacita (22 mmol/100g) dosahuje nízké hodnoty. Nízká vodivost (0,22 mS/cm) indikuje nezasolenou půdu. Půda je bez karbonátů. Obsah organického uhlíku (2,8 %) je středně vysoký. Frakcionací bylo stanoveno 5 g/kg HL, z toho činily 2,5 g/kg HK a 2,5 g/kg FK. Proto je poměr HK/FK roven 1. Kvalita HL je vyšší střední a jedná se o humátně – fulvátní typ humusu. Stupeň humifikace (>40 %) je velmi vysoký.

44

Kambizem modální (Náměšť nad Oslavou) – obsahovala 29 % jílnatých částic a jde o písčitohlinitý půdní druh. Aktivní půdní reakce (pH/H2O = 5,1) je kyselá a výměnná reakce (pH/KCl = 4) je silně kyselá. Kationtová výměnná kapacita (16 mmol/100g) dosahuje nízké hodnoty. Nízká vodivost (0,14 mS/cm) indikuje nezasolenou půdu. Půda je bez karbonátů. Obsah organického uhlíku (1,3 %) je nízký. Frakcionací bylo stanoveno 4,6 g/kg HL, z toho činily 1,6 g/kg HK a 3 g/kg FK. Proto i poměr HK/FK (0,5) indikuje fulvátní typ humusu. Stupeň humifikace (12 %) je nízký. Kvalita humusových látek je nízká s převahou FK.

5.2 Elementární analýza HK Elementární složení prvků v molekule HK (viz tabulka 6) nám dovoluje vypočítat jejich atomové poměry a lépe charakterizovat jejich kvalitu. Atomové poměry prvků uvádíme v tabulce 7. U Černozemě arenické nebyly HK izolovány a elementární složení nebylo stanoveno. Hodnotili jsme tedy HK izolované z fluvizemě glejové (Žabčice), kambizemě modální (Náměšť), lignitu a lignohumáty. Výsledky byly porovnány se standardem HK Elliott 1S02H. Z hodnot atomových poměrů C/H, C/O a C/N v Tab. 7 lze usuzovat, že čím jsou hodnoty těchto poměrů vyšší, tím větší úlohu plní C ve složení molekuly HK. Nárůst atomových poměrů ukazuje na nárůst benzoidních fragmentů a snižování alifatických skupin v molekule HK. Ze zjištěných výsledků je patrné, že nejvyšší obsah uhlíku, dusíku a kyslíku byl zjištěn u půdních HK a lignitické HK. Odpovídaly rovněž standardu Elliott 1S02H. Tyto vzorky HK obsahovaly nejméně vodíku ve své molekule (33,7 %), což indikuje stabilní, vysoce kondenzované molekuly s vyšším podílem aromatických skupin a menším podílem alifatických skupin. Naopak tomu bylo u HK izolovaných z lignohumátů. Ty obsahovaly méně uhlíku a více vodíku v molekule, což indikuje i méně aromatických skupin benzoidního typu a více alifatických skupin v molekule. Poměr C/H charakterizuje rozvětvenost bočných řetězců. Čím více jsou zastoupeny atomy vodíku, tím méně je =CH-, =CH-, -CH2- -CH3 skupin, a tím vyšší je hodnota poměru C/H. Poměr H/C charakterizuje třídu uhlovodíků. Hodnoty vyšší než 1, které byly zjištěny u HK kambizemí a lignohumátu indikují parafíny a cykloparafíny v molekule HK. U standardu Elliott 1S02H, HK lignitu a HK z fluvizemě glejové byl poměr H/C nižší než 1, což indikuje, že v molekule převládají aromatické uhlovodíky 45

a jejich molekula je stabilnější. Poměr O/H charakterizující oxidační stupeň HK byl nejvyšší u standardu Elliott 1S02H. Následně u HK z fluvizemě glejové, HK z kambizemě modální a HK lignitu. Uvedené HK můžeme charakterizovat jako stabilnější v porovnání s HK lignohumátu – viz tabulka 7.

5.3 Fluorescence HL Naměřená synchronní fluorescenční spektra jsou na obrázcích 16, 17, 18, 19 a 20. Z grafů je patrné, že bylo nalezeno 5 hlavních fluorescenčních píků při vlnových délkách 360, 470, 487, 502 a 520 nm. Emisní pík při 360 nm je spojen s přítomností derivátů fenantrénu. Emisní pík při 470 nm indikuje přítomnost kumarinu a emisní vlnová délka při 487 nm odpovídá přítomnosti vysoce aromatických sloučenin jako indeno [1,2,3] pyrenu. Nejvyšší fluorescenci při 360 nm a 487 nm vykazovaly HL fluvizemě glejové, což znamená, že obsahují nejvíce derivátu fenantrénu a indeno [1,2,3] pyrenu. Kambizem modální neměla významný pík při 487 nm, ale objevil se pík při 535 nm. HL látky izolované z lignitu ukazují vysokou intenzitu fluorescence jak při 470 nm tak v oblasti delších vlnových délek. Byla zjištěna významná přítomnost kumarinu v jejich molekule – viz Obr. 19 a 20. Hlavní fluorescenční maxima sledovaných přírodních HL jsou uvedeny v tab. 9. Nejvyšší fluorescenční index (IF) byl zjištěn u půdních HK v oblasti 461 nm a to 8,23. Hodnota u HK z lignitu byla 6,99 při vlnové délce 457 nm. Nejnižší fluorescenční index 5,7 byl u HK z lignohumátu při 424 nm. V tabulce 10 jsou uvedeny maximální fluorescenční píky sledovaných přírodních HL. U půdních HK byl první maximální pík při poměru vlnových délek 360/450 nm (IF = 7,86). Druhý maximální pík byl při 390/480 nm (IF = 6,99). HK z lignitu vykazovaly 3 maximální píky a to i ve vyšší oblasti vlnových délek, jak bylo uvedeno dříve. Jednalo se o tato maxima: první při poměru 360/453 nm (IF = 6,95), druhý při poměru 410/480 nm (IF = 6,37) a třetí při poměru 465/520 nm (IF = 5,98). U HK lignitu byl pouze jeden maximální pík v oblasti kratších vlnových délek při 340/421 nm (IF = 6,69). Při porovnání fluorescence půdních humusových látek (Obr. 21), huminových kyselin izolovaných z lignitu (Obr. 22) a lignohumátů (Obr. 23) bylo zjištěno, že půdní HK a lignitické HK obsahují vysoce konjugované karbonylové a karboxylové skupiny. U lignohumátů bylo pozorováno fluorescenční maximum v oblasti kratších vlnových délek (424 nm), kde měly téměř v celé oblasti vysokou fluorescenci. Lignohumáty tak 46

lze charakterizovat jako heterogenní látky s nízkou molekulovou hmotností a nízkým stupněm aromaticity.

5.4 Korelace sledovaných parametrů Z tabulky 8 je patrné, že přímo koreluje obsah uhlíku v molekule HL a stupeň humifikace. Rovněž bylo zjištěno, že intenzita fluorescence koreluje se stupněm humifikace humusových látek. Lze tedy konstatovat, že fluorescenční spektroskopie, elementární složení a stupeň humifikace přírodních humusových látek spolu úzce souvisí.

47

6 ZÁVĚR Výsledky sledovaní kvality půdních HK, lignitických HK a lignohumátu nám dovolují učinit následující závěry: 1. Přírodní humusové látky se lišily elementárním složením, atomovým poměrem prvků a fluorescencí. Nejblíže k půdním HK byly lignitické HK. 2. Při porovnání fluorescence půdních, lignitických humusových látek a lignohumátu bylo zjištěno pět hlavních fluorescenčních píků při vlnových délkách: 360, 470, 487, 502 a 520 nm. 3. Půdní HK a lignitické HK obsahovaly více vysoce konjugovaných karbonylových a karboxylových skupin a fluoreskovaly více v oblasti vyšších vlnových délek. Naopak lignohumáty měly fluorescenční maximum v oblasti kratších vlnových délek (424 nm) a lze je charakterizovat jako heterogenní látky s nízkou molekulovou hmotností a nízkým stupněm aromaticity. 4. Byla zjištěna korelace mezi obsahem uhlíku v molekule HL, intenzitou fluorescence a stupněm humifikace.

48

7 LITERATURA

1.

BALDOCK J. A., SKJEMSTAD J.J., 2000: Role of the soil matrix and minerals in portecting natural organic materials agens bilogical attack. Organic geochemistry, 31, 697 – 710.

2.

DERCOVÁ K., SEJÁKOVÁ Z., SKOKANOVÁ M., BARANČÍKOVÁ G., MAKOVNÍKOVÁ J., RŮŽIČKA J., 2007: Využitie organo-minerálného komplexu při bioremediácii kontaminovaných pôd. Chem. listy 101:799-806.

3.

FASUROVÁ N., ČECHLOVSKÁ H., KUČERÍK J., 2006: A Comparative study of south moravian lignite and standard IHSS humic acids' optical and colloidal properties. Petroleum and Coal, roč. 48, č. 2, s. 39 – 47.

4.

FASUROVÁ N., POSPÍŠILOVÁ Ľ., 2008: FTIR and SFS spectra of humic acids isolated from Lignite and Chernozem. Chemické listy, roč. 102, č. 15, s. 1147 – 1148.

5.

GIL-SOTRES F., LEIRO M. C., TRASAR-CEPEDA M. C., SA A., GONZALEZSANGREGORIO M. V., 1995: Soil biochemical properties in the reclamation of lignite mining land. In:

B. Ceccanti and C. Garcia (Eds.). The

Environ.

Biochemistry in practice. Piza. 229s. 6.

GOBAT J. M., ARGNO M., MATTHEY W., 2004: The living soil. Fundamental of Soil Sci and Soil Biology. science Publisher In., Enfield (NH), USA, 603p.

7.

HAYES M. H. B., 1985: Extraction of humic substances from soil.In: Aiken, G.R., Wershaw, R.L., McKnight, D. M., McCarthy, P.(Eds.), Humic Substances in Soil Sediments and Water. John Wiley, N.Y., 329-362.

8.

HUBÁČEK J., KESSLER M. F., LUDMILA J., TEJNICKÝ B., 1962: Chemie uhlí. Praha, Bratislava. SNTL, SVTL. 469s.

9.

CHANTIGNY M. H., 2003: Dissolved and water‒extractable organic matter in soils: a review on the influence of land use and management practices. Geoderma 113: 357‒380.

10. JANDÁK J., POKORKÝ E., HYBLER V., POSPÍŠILOVÁ L., 2003: Cvičení z půdoznalství. Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, Brno, 92 s.

49

11. JANDÁK J., POKORNÝ E., PRAX A., 2010: Půdoznalství. Mendelova univerzita v Brně, Brno, 143 s. 12. JANDÁK J., PRAX A., POKORNÝ E., 2004: Půdoznalství. Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, Brno, 142 s. 13. JANOŠ P., LESNÝ J., ZÁVODSKÁ L., KŘIŽENECKÁ S., HERZOGOVÁ L., 2007: Czech and Slovak young brown coals in environmental application. Nova Biotechnologica VII – I (2007): 85-91. 14. KLOUDA P., 2003: Moderní analytické metody. Ostrava, 132 s. 15. KLUČÁKOVÁ M., OMELKA L., 2004: Sorption of metal ions on lignite and humic acids. Chem. papers 58:170-175. 16. KONONOVÁ M. M., BĚLČIKOVÁ N. P., 1963: Uskorennyj metod opredelenija sostava gumusa mineralnych počv. In: Organičeskoje veščestvo počvy. Moskva, 228‒234. 17. KUBÁT J., 1999: Udržování vyrovnané bilance organické hmoty v půdě. Ústav zemědělských a potravinářských informací, Praha, 30 s. 18. KUČERÍK J., BAKAJOVÁ B., PEKAŘ M, 2008: Antioxidant effect of lignite humic acids and their salts on the thermo-oxidative stability/ degradation of polyvinyl alcohol blends. Environmental Chemistry Letters, roč. 6, č. 1, s. 241 – 245. 19. KUČERÍK J., KISLINGER J., PEKAŘ M, 2005: The free radical generation in humic acids induced by the isothermal heating. Chemické listy, roč. 99 (S): 218 – 219. 20. KUČERÍK J., PEKAŘ M., KLUČÁKOVÁ M., 2003: South-Moravian lignitepotential source of humic substances. Petroleum and Coal, 2003, roč. 45: 58 – 62. 21. LEVESQUE M, 1972: Fluorescence and gel filtration of humic compounds. Soil Sci. 113/5, s. 346 – 353 22. NAJMR S., 1957: Humus ve výrobně důležitých půdních typech. Státní zemědělské nakladatelství, Praha, 206 s. 23. NELSON D. W., SOMMERS L. E., 1982: Total carbon, organic carbon, and organic matter. In: Page, A. L., Miller, R. H. and Keeney, D. R. ( eds.) Methods of soil analysis. Part 2. ASA, Madison, Wisconsin, 539‒579. 24. NĚMCOVÁ I., ČERMÁKOVÁ L., RYCHLOVSKÝ P., 1997: Spektrometrické analytické metody. Karolinum, Praha, 166 s. 50

25. NĚMEČEK J., 2001: Taxonomický klasifikační systém půd České republiky. ČZU Praha spolu s VÚMOP Praha, 79 s. 26. ORLOV D. S., 1985: Chimija počv (Soil Chemistry), MGU, Moskva, 376 s. 27. OUJEZDSKÁ T., 2013: Charakteristika HK izolovaných z půdy a kompostu. Diplomová práce. 28. PEKAŘ M., KLUČÁKOVÁ M., BARANČÍKOVÁ G., MADARAS M., MAKOVNÍKOVÁ J., 2005: Affinity of soil and lignitic humic acids for Cu (II) and Cd (II) ions. In: Humic substances molecular detailsand application in land and water conservation. E. Ghabour, G. Davies (Eds.). New York. Taylor and Francis, ch. 14, 211-223. 29. PICCOLO A., 1988: Characteristics of soil humic substances extracted with some organic and inorganic solvents and purified by the HCl-HF treatment. Soil Sci.146: 418-426. 30. PICCOLO A., 2002: The supra‒molecular structure of humic substances. A novel understanding of humus chemistry and application in Soil Science. Adv. Agron. 75: 57‒133. 31. POŘÍZKOVÁ K., 2012: Charakteristika humusových látek luvizemí. Bakalářská práce. 32. POSPÍŠILOVÁ L., TESAŘOVÁ M., 2009: Organický uhlík obhospodařovaných půd.

Acta Folia II. Universitatis Agriculturae et Silviculturae Mendelianae

Brunensis, Brno, 41 s. 33. PRÁT S., 1964: Humus a jeho význam. Nakladatelství Československé akademie věd, Praha, 163 s. 34. QUITT E., 1971: Klimatické oblasti Československa. Stud. Geogr., Brno, 84 s. 35. SENESI N., MIANO T. M., PROVENZANO M.R., BRUNETTI G., 1991: Characterization, differentiation and classification of humic substances by fluorescence spectroscopy. Soil Science 152, 4:259-271. 36. SIERRA M. M. D., GIOVANELA M., PARLANTI E., SORIANO-SIERRA E. J., 2005: Fluorescence fingerprint of fulvic and humic acids from varied origins as viewed by single-scan and excitation/emission matrix techniques. Chemosphere 58: 715_733. 37. SLADKÝ Z., TICHÝ V., 1959: Application of humus substances to over ground organs of plants. Biol. Plantarum 1: 9-15. 51

38. SOTÁKOVÁ S., 1982: Organická hmota a úrodnosť pôdy. Príroda, Bratislava, 234 s. 39. STEVENSON F. J., 1982: Humus chemistry – genesis, composition, reactions. New York: J. Wiley-Interscience Publication. 445 s. 40. ŠIMEK M., 2005: Základy nauky o půdě. 1. Neživé složky půdy. Jihočeská univerzita, Biologická fakulta, České Budějovice, 159 s. 41. TAN K. H., 2003: Humic matter in soil and the environment. M. Dekker, N. Y., 386 s. 42. VRBA V., KONRÁDOVÁ M., NĚMCOVÁ L., 1980: Aplikace humusového koncentrátuv provozních podmínkách. Rostl. výroba 26 (3): 239-246. 43. WALKLEY A., BLACK T. A., 1934: An examination of Degtjarev method for determining soil organic matter and a proposed modification of the chromic acid titration method. Soil Sci. 37: 29‒38. 44. WELTE E., 1963: Der Ab-, Auf- und Umbau der Humusstoffe im Boden und Seine Bedeutung für die Bodenfruchtbarkeit. Bodenkultur 14, č. 2: 97 – 111. 45. ZAUJEC A., CHLPIK J., NÁDAŠSKÝ J., SZOMBATHOVÁ N., TOBIAŠOVÁ E., 2009: Pedologia a základy geologie. SPU, Nitra, 399 s. 46. ZIMÁK J., 2001: Ložiska nerostných surovin. Univerzita Palackého, Olomouc, 98 s. 47. ZSOLNAY A, 2003: Dissolved organic matter (DOM): artefacts, definitions, and functions. Geoderma. Volume 113, s. 187 – 209. 48. ŽIVNA T, 2012: Charakteristika stability půdních a lignitických huminových kyselin metodou TGA. Diplomová práce.

Internetové zdroje 1.

AČR,

Aktuality České

republiky.

Databáze

online,

[Citace: 11. 2. 2014],

dostupné na: http://www.acr.cz/alginit-hydrogel-phmg-hcl/alginit-prirodni-hydrogel/alginit-vpude.html 2.

AMAGRO,

HUMIC

SUBSTANCES.

Databáze

[Citace: 13. 2. 2014], dostupné na: http://www.amagro.com/amagro.html

52

online,

3.

Česká geologická služba – Geofond. Lignit. Databáze online, [Citace: 9. 2. 2014], dostupné na: http://www.geofond.cz/dokumenty/nersur_rocenky/rocenkanerudy99/html/lignit.ht ml

4.

DOSKOČIL L., 2012: Neenergetické aplikace lignitu. Databáze online, [Citace: 9. 2. 2014], dostupné na: http://www.chempoint.cz/neenergeticke-aplikace-lignitu

5.

Ecodelo. Databáze online, [Citace: 10. 2. 2014], dostupné na: http://ecodelo.org/rossiyskaya_federaciya/24531ekologicheskaya_ochistka_vodoemov_i_biznes_na_sapropele_v_tverskoy_obla

6.

FIŠAR Z, 2009: Fluorescenční spektroskopie v neurovědách. Multimediální podpora výuky klinických a zdravotnických oborů. Portál 1. lékařské fakulty Karlovy Univerzity v Praze. Databáze online, [Citace: 1. 3. 2014], dostupné na: http://psych.lf1.cuni.cz/fluorescence/Default.htm

7.

FLORA

BOHEMIA.

Co

ještě

nevíte

o

humátech.

Databáze

online,

[Citace: 13. 2. 2014], dostupné na: http://www.florabohemia.cz/clanky/co-je-tolignohumat/co-jeste-nevite-o-humatech-.html 8.

HLUŠEK J., 2004: Multimediální učební texty z výživy rostlin. Databáze online, [Citace: 9. 2. 2014], dostupné na: http://web2.mendelu.cz/af_221_multitext/vyziva_rostlin/html/hnojiva/a_index_hno jiva.htm

9.

Hnojiva.org. Databáze online, [Citace: 13. 2. 2014], dostupné na: http://hnojiva.org/index.html

10. Humatex. Huminové látky. Databáze online, [Citace: 8. 2. 2014], dostupné na: http://www.uake.cz/OZP/content/section45.html 11. JIRÁSEK J., VAVRO M, 2007: Nerostné suroviny a jejich využití. Databáze online, [Citace: 9. 2. 2014], dostupné na: http://geologie.vsb.cz/loziska/suroviny/energsur/lignit.html 12. LINTNEROVÁ O., 2009: Geológia kaustobiolitov. Uhlie a uhlovodíky. Prírodovedecká fakulta Univerzity Komenského v Bratislave. Databáze online, [Citace: 8. 2. 2014], dostupné na: http://www.fns.uniba.sk/uploads/media/Geologia_kaustobiolitov._Uhlie_a_uhlovod iky.pdf 53

13. MIKULÁŠKOVÁ B., LAPČÍK L., jr., MAŠEK I., 1997:

Lignit - struktura,

vlastnosti a použití. Chemické listy, vol. 91, s. 160 – 168. Databáze online, [Citace: 20. 2. 2014], dostupné na: http://www.chemicke-listy.cz/docs/full/1997_03_160-168.pdf 14. Ministerstvo životního prostředí. Definice, význam a funkce půdy. Databáze online, [Citace: 10. 3. 2014], dostupné na: http://www.mzp.cz/C1257458002F0DC7/cz/definice_pudy/$FILE/OOHPPDefinice_pudy-20080820.pdf 15. Multimediální podpora předmětu Ochrana životního prostředí. Půda. Databáze online, [Citace: 10. 3. 2014], dostupné na: http://www.uake.cz/OZP/content/section45.html 16. Multimediální učební texty. Databáze online, [Citace: 23. 2. 2014], dostupné na: http://web2.mendelu.cz/af_217_multitext/meteo/zabcice/ 17. NOVOTNÝ I., 2013: Strategie ochrany půdy v ČR před erozí. Databáze online, [Citace: 10. 3. 2014], dostupné na: http://www.pfcr.cz/spucr/dokumenty/strategie_ochrany_pudy_pred_erozi_v_cr.pdf 18. NOZA s. r. o. Charakteristika alginitu. Databáze online, [Citace: 11. 2. 2014], dostupné na: http://nozasro.cz/charakteristika-alginitu/ 19. OCH

F.,

2012:

Zdraví z rašeliny.

Databáze

online,

[Citace: 9. 2. 2014],

dostupné na: http://zahradnickakucharka.cz/zdravi-z-raseliny/ 20. PETRÁNEK

J.,

2007:

Geologická

encyklopedie.

Databáze

online,

[Citace: 22. 2. 2014], dostupné na: http://www.geology.cz/aplikace/encyklopedie/term.pl?kaustobiolit 21. Těžba

a

využití

černého

uhlí.

Učební

pomůcka.

Databáze

online,

[Citace: 9. 2. 2014], dostupné na: http://tezba-a-vyuziti-cernehouhli.webnode.cz/uhli/rozdeleni/ 22. VESELÁ L., KUBAL M., KOLZER J., INNEMANOVÁ P., 2005: Struktura a vlastnosti přírodních huminových látek typu oxihumolitu. Chemické listy, vol. 99, s.

711 – 717.

Databáze

online,

[Citace:

22. 2. 2014],

dostupné

na:

http://www.chemicke-listy.cz/docs/full/2005_10_711-717.pdf 23. VRBA V., HULEŠ L., 2006: Humus - půda - rostlina (2) Humus a půda. Databáze online, [Citace: 10. 3. 2014], dostupné na: http://biom.cz/cz/odborne-clanky/humus-puda-rostlina-2-humus-a-puda 54

8 PŘÍLOHY

55

SEZNAM ZKRATEK: Corg = organický uhlík ČEr = černozem arenická FK = fulvokyseliny FLg = fluvizem glejová GPS = globální polohový systém HK = humínové kyseliny HK/FK = poměr humínových kyselin k fulvokyselinám HL = humusové látky JČ = jílnaté částice KAm = kambizem modální KVK = kationová výměnná kapacita pH/H2O = aktivní půdní reakce pH/KCl = výměnná půdní reakce Q4/6 = barevný index SFS = synchronní fluorescenční spektra Sh = stupeň humifikace

56

Seznam tabulek Tabulka 1: Typické elementární složení kaustobiolitů (Hubáček a kol. 1962). .............. 12 Tabulka 2: Hlavní složky půdní org. hmoty dle BALDOCK a SKJEMSTAD (2000)...... 27 Tabulka 3: Charakteristika sledovaných lokalit podle půdních typů. ............................ 59 Tabulka 4: Základní fyzikální a chemické parametry sledovaných půd. ........................ 59 Tabulka 5: Obsah uhlíku a frakčního složení humusových látek. ................................... 59 Tabulka 6: Elementární složení izolovaných HK. ........................................................... 59 Tabulka 7: Atomové poměry prvků HK sledovaných půd, lignitu a lignohumátu. ......... 60 Tabulka 8: Korelace sledovaných parametrů (n=8, α=0,05, rkrit=0,707). ..................... 60 Tabulka 9: Hlavní fluorescenční maxima a fluorescenční indexy (IF) přírodních HL. . 60 Tabulka 10: Fluorescenční píky a fluorescenční indexy (IF) přírodních HL. ................ 60

57

Seznam obrázků Obrázek 1: Lignit (zdroj: www.geologie.vsb.cz, 2014)................................................... 14 Obrázek 2: Ložiska lignitu (zdroj: www.tezba-a-vyuziti-cerneho-uhli.webnode, 2014). 15 Obrázek 3: Rašelina (zdroj: www.web2.mendelu.cz, 2014). .......................................... 19 Obrázek 4: Sapropel (zdroj: www.ecodelo.org, 2014). .................................................. 19 Obrázek 5: Alginit (zdroj: nozasro.cz, 2014). ................................................................. 20 Obrázek 6: Vznik alginitu (zdroj: www.acr.cz, 2014).................................................... 20 Obrázek 7: Lignohumát MAX - roztok (zdroj: www.amagro.com, 2014)....................... 24 Obrázek 8: Prášek - Lignohumát AM (zdroj: www.amagro.com, 2014). ....................... 25 Obrázek 9: Vlastnosti humusových látek (zdroj: www.chemicke-listy.cz, 2014). ........... 30 Obrázek 10: Předpokládaná struktura HK (zdroj: www.chemicke-listy.cz, 2014). ....... 31 Obrázek 11: Předpokládaná struktura molekuly HK (PICCOLO, 2002). ...................... 32 Obrázek 12: Předpokládaná struktura molekuly fulvokyselin (TAN, 2003). .................. 33 Obrázek 13: Pokusná plocha Žabčice – Obora (zdroj: www.web2.mendelu.cz, 2012). 38 Obrázek 14: Pokusná plocha Náměšť nad Oslavou (foto: POSPÍŠILOVÁ, 2009). ........ 39 Obrázek 15: Mapa jihomoravských lignitových dolů (zdroj: www.diamo.cz, 2012). ..... 40 Obrázek 16: SFS spektra HL izolovaných z černozemě arenické. .................................. 61 Obrázek 17: SFS spektra HL izolovaných z fluvizemě glejové. ...................................... 61 Obrázek 18: SFS spektra HL izolovaných z kambizemě modální. .................................. 62 Obrázek 19: SFS spektra HL izolovaných z lignitu. ....................................................... 62 Obrázek 20: SFS spektra sledovaných přírodních HL.................................................... 63 Obrázek 21: Fluorescenční excitačně-emisní matrix půdních HK. ................................ 63 Obrázek 22: Fluorescenční excitačně-emisní matrix lignitických HK. .......................... 64 Obrázek 23: Fluorescenční excitačně-emisní matrix lignohumátů. ............................... 64 Obrázek 24: Půdní profil ČEr (foto: PRAX, 1999). ........................................................ 66

58

Tabulka 3: Charakteristika sledovaných lokalit podle půdních typů. Půdní typ Černozem arenická Fluvizem glejová Kambizem modální

Lokalita

Nadmořská výška (m)

GPS

Management N

EO

Žabčice

orná půda

49°00,386´

16°35,482´

200

Žabčice

orná půda

49°21,366´

16°37,033´

179

Náměšť nad Oslavou

orná půda

49°12,808´

16°09,757´

430

Tabulka 4: Základní fyzikální a chemické parametry sledovaných půd.

(mmol/100g)

JČ < 0,01mm (%)

KVK

Půdní typ pH/H2O pH/KCl ČEr (Žabčice) FLg (Žabčice) KAm (Náměšť)

vodivost

karbonáty

(mS/cm)

(%)

5,1

4,8

14

19

0,05

0

6,6

5,6

22

52

0,22

0

5,1

4

16

29

0,14

0

Tabulka 5: Obsah uhlíku a frakčního složení humusových látek. Půdní typ ČEr (Žabčice) FLg (Žabčice) KAm (Náměšť)

Corg (%) 1,1 2,8 1,3

HL (g/kg) 3,5 5 4,6

HK (g/kg) 2,5 2,5 1,6

FK (g/kg) 1 2,5 3

HK/FK

Sh (%)

2,5 1 0,5

23 > 40 12

Tabulka 6: Elementární složení izolovaných HK. Vzorky HK – FLg (Žabčice) HK – KAm (Náměšť n/O) HK – Elliott standard 1S02H HK - Lignit Lignohumát

Ca (%) 40,6 33,2 44 39 39

59

Ha (%) 36,8 44 33,7 39,2 42

Na (%) 2,4 2,4 2,7 7 0,9

Oa (%) 20 20 19,4 15 18,5

Tabulka 7: Atomové poměry prvků HK sledovaných půd, lignitu a lignohumátu. Vzorky HK – FLg (Žabčice) HK – KAm (Náměšť n/O) HK – Elliott standard 1S02H HK - Lignit Lignohumát

C/N

H/C

O/C

O/H

16,92 13,83 16,33 5,54 43,22

0,91 1,33 0,76 1,01 1,08

0,49 0,6 0,44 0,39 0,48

0,54 0,45 0,58 0,38 0,36

Tabulka 8: Korelace sledovaných parametrů (n=8, α=0,05, rkrit=0,707).

C (at. %) Corg (%) F488/502 F360/488 Sh (%)

C (at. %) 1 -0,522 0,440015 0,258589 0,775581

Corg (%)

F488/502

F360/488

Sh (%)

1 -0,5382 -0,29971 -0,28949

1 0,234851 0,716759

1 0,047751

1

Tabulka 9: Hlavní fluorescenční maxima a fluorescenční indexy (IF) přírodních HL. Hlavní fluorescenční maximum

vzorky

lem [nm] 461 457 424

půdní HK HK - lignit HK - lignohumát

I. F. [a. u.] 8.23 6.99 5.7

Tabulka 10: Fluorescenční píky a fluorescenční indexy (IF) přírodních HL. vzorky půdní HK HK - lignit HK lignohumát

1. max. (peak) EEWP I. F. [a. [nm] u.] 360/450 7.86 360/453 6.95 340/421

2. max. (peak) EEWP I. F. [a. [nm] u.] 390/480 6.99 410/480 6.37

6.69

60

3. max. (peak) EEWP I. F. [a. [nm] u.] 465/520

5.98

Obrázek 16: SFS spektra HL izolovaných z černozemě arenické.

Obrázek 17: SFS spektra HL izolovaných z fluvizemě glejové.

61

Obrázek 18: SFS spektra HL izolovaných z kambizemě modální.

Obrázek 19: SFS spektra HL izolovaných z lignitu.

62

Obrázek 20: SFS spektra sledovaných přírodních HL.

Obrázek 21: Fluorescenční excitačně-emisní matrix půdních HK. 63

Obrázek 22: Fluorescenční excitačně-emisní matrix lignitických HK.

Obrázek 23: Fluorescenční excitačně-emisní matrix lignohumátů.

64

Příloha 1: Popis půdního profilu fluvizemě glejové (Žabčice): Popis profilu: Alp (0 – 15 cm) – porušená drobtová struktura, barva 30YR3/3, zrnitostně středně těžký, hlinitý, suchý, silně prokořeněn, přechod postupný. Aln (15 – 40 cm) – polyedrická struktura, barva 10YR4/3, zrnitostně středně těžký, hlinitý, suchý, silně prokořeněn, přechod postupný. M (40 - 70 cm) - naplavená vrstva, která se dělí na oxidační a redukční, barva 10YR4/2, zrnitostně středně těžký, hlinitý, méně prokořeněn, zbytky dřevného uhlí (zaoráno po pálení), přechod podle barvy. MGro (70 - 100 cm) - oxidačně redukční horizont, barva 10YR4/2, vlahy slabě prokořeněn. MGr (více než 110cm) - rezavé skvrny tvoří 40 - 60 % agregátu, které jsou jinak šedé barvy 10YR4/3, výskyt ferranů, vlhký. Popis profilu provedl v roce 2004 Doc. Ing. E. Pokorný, PhD. Fotografie profilu není k dispozici.

65

Příloha 2: Popis půdního profilu černozemě arenické (Žabčice): Popis profilu: Amč (0 - 30 cm) - čerstvě vlhká, ornice, písčitohlinitá, silně prokořeněn, tmavě hnědé barvy, homogenní, přechod postupný. AmC (30 - 70 cm) - čerstvě vlhká podorniční vrstva, silně prokořeněná do hloubky 40 cm, světlejší barvy než předchozí horizont, ve 40 až 50 cm výrazná krotovina, nehomogenní, písčitohlinitá až písčitá struktura, přechod ostrý podle barvy. Ck (více než 70 cm) – půdotvorný substrát, karbonátová spraš, písčitohlinitá textura, která ve spodní části přechází do podložní horniny D (naplavenina písku), písčitá textura, vlhká, rezavohnědé až žluté barvy. Popis profilu provedl v roce 1999 prof. Ing. A. Prax, CSc.

Obrázek 24: Půdní profil ČEr (foto: PRAX, 1999).

66

Příloha 3: Popis půdního profilu kambizemě modální (Náměšť nad Oslavou) Popis profilu: Ap (0-30 cm) - světle hnědé barvy, zrnitá až prášková struktura, hlinitopísčitá, drobný skelet, suchá, silně prokořeněná, koprolity, přechod zřetelný podle barvy. Bv (30-60 cm) – kambický horizont, rezavě - hnědé barvy, elementární strukturní stav, písčitá, značná příměs skeletu, vlhká, utužená, přechod zřetelný podle barvy. C (více než 60 cm) - půdotvorný substrát, orto – rula. Popis profilu provedla v roce 2008 RNDr. L. Pospíšilová, CSc.

67