Ochrana půdy Michal Hejcman
Ochrana půdy • Půda je nejsvrchnější část zemského povrchu (pedosféra). Je živým tělesem, které se neustále přeměňuje a vyvíjí. Existuje zde úzké vazby mezi jejími organickými i anorganickými složkami (humifikace – tvorba humusu, A – horizont, mineralizace – rozklad org. látek na minerální, B – horizont).
Ochrana půdy • na Zemi je využíváno 16 miliónů km2 (10 % povrchu pevnin) jako orná půda – produktivita (čistá primární produkce) většinou vyšší než 20 t organické hmoty/ha/rok, ale průměr je pouhých 12 t/ha/rok • louky a pastviny zabírají plochu 36 miliónů km2 (necelých 25 % povrchu pevnin) – produktivita 14 t/ha/rok – 2/3 v kořenech • podle některých odhadů by bylo možné při nejlepších podmínkách (dostupnost závlah) rozšířit obdělávané plochy max. o 20 mil. km2; zavlažovací systémy mohou způsobovat těžké zasolení půd, podmáčení nebo alkalizaci => každý rokem dochází nově k zasolení 1-1,5 mil km2 zem. půdy
Ochrana půdy • odhaduje se, že člověk za období své existence na Zemi zničil tolik ha produktivní půdy, kolik jí je dnes využíváno (pustá území Blízkého Východu byla zalesněná a úrodná, v Řecku byly zelené hory a mnoho pastvin, Řím měl obilninovou zásobnici na severu Afriky) • povrch pevnin, se kterými se pro zemědělství nedá vůbec počítat, tvoří 4 % - ledovce, tundry, pouště a hory • využití lesní půdy pro zemědělské účely je nerozumné; alarmující je například úbytek tropických deštných pralesů
Ochrana půdy • existuje zajímavý obecný rozdíl mezi starými národy a kulturami (Evropa, Indie, Čína) a mladšími kulturami a státy (USA, býv. SSSR, Kanada., Austrálie) • nové státy – nejsou omezeny rozlohou půdy, šetří pracovní silou – obrovské lány, velkoplošné obdělávání pozemků = > větrná eroze (USA: v rozorané prérii vítr přemístí ročně až 2,5 miliardy t ornice) • staré státy – šetří půdou a nešetří pracovní silou – využívány i svažité pozemky => vodní eroze, sesuvy (Čína – ztratila se úrodnost 25 % půdy, každoročně je řekami odplaveno 2,5 miliardy t úrodné spraše – Žlutá řeka)
Hlavní funkce půdy • • • • • •
Stanoviště všech typů vegetace Produkce plodin atd. Filtr a zásobárna podzemních vod Výstavba všeho druhu Těžba nerostných surovin Rekreace
Úrodnost půd a její kategorie • Potenciální úrodnost – je dána typem a druhem půdy, přirozená schopnost půdy zajistit výnosy zem. plodin z jejich vlastních zdrojů • Efektivní úrodnost – ovlivněna potenc. úrodností intenzivním hnojením, realizací melioračních opatření; nežádoucí využívání ef. úr. může vést k degradaci půdy • Umělá úrodnost – nezávislá na vlastnostech půdy, provázána velkými přísuny hnojiv a prostředků ochrany rostli, hospodaření na velkých plochách
Bonitace • veškerá zemědělská půda je v ČR zařazena podle metodiky do bonitovacích půdně-ekologických jednotek BPEJ • podkladem pro zařazení jsou hlavní půdní jednotky HPJ • plošné zastoupení BPEJ je zaneseno v mapách 1:5000 • BPEJ jsou kódovány pětimístným číslem • 1. číslo – označení klimatického regionu KR (0-9) • 2. a 3. číslo – příslušnost k HPJ (78) • 4. číslo – sklonitost SL a expozice E • 5. číslo – skeletovitost a hloubka půdy
Živiny v půdě • přirozeným zdrojem živin v půdě jsou horniny, mrtvá organická hmota atp. • ve vyspělých přirozených ekosystémech jsou živiny součástí poměrně uzavřeného koloběhu látek s minimálními úniky do okolí • v agroekosystémech je větší část živin odnímána se sklizní a musí být nahrazovány hnojivy • rostliny přijímají z půdy i více než 50 chemických prvků, z nichž asi 16 nezbytně potřebují a jež jsou nezastupitelné • - nekovy => C, O, H, N, P, S, B, Cl, (Si) • - kovy => K, Ca, Mg, (Na) • - těžké kovy => Fe, Mn, Cu, Zn, Mo, (Co)
Rengen Grassland Experiment: vliv dlouhodobého hnojení na travní ekosystém •
Pokus založen v roce 1941 prof. Ernestem Klappem
•
Varianty hnojení: Kontrola, Ca, CaN, CaNP, CaNPKCl, CaNPK2SO4
•
Dlouhodobá aplikace hnojiv vedla k změně druhové skladby porostu
•
Orchideje (bradáček vejčitý, prstnatec plamatý, vemeník dvoulistý) výskyt v CaN variantě! CaNP (D) CaN (C) Ca (B)
Kontrola (A) CaNPK2SO4 (F)
CaNPKCl (E)
Hejcman M., Klaudisová M., Schellberg J., Honsová D. (2007): The Rengen Grassland Experiment: plant species composition after 64 years of fertilizer application. Agriculture, Ecosystems and Environment 118: in press.
The Rengen Grassland Experiment: Concentration of trace elements in used fertilizers (mg*kg-1)
fertilizer
As
Cd
Cr
Cu
Fe
Mn
Ni
Pb
Zn
Ammonium nitrate with limestone (KAS 27)
0.6 0.2
0.7
5.3
392.4
90.7
1.5
29.5
25.3
Potassium chloride
0.2 0.1
3.0
4.3
153.4
3.0
2.5
1.0
3.4
Quick lime
1.0 0.0
0.3
7.8
3.2
0.2
1.4
0.5
0.1
Thomas phosphate
4.7 0.4
597.6
43.3
4578.5
1331.9
2.3
5.8
5.5
Potassium sulfate
0.2 0.0
0.1
8.8
10.3
2.3
0.3
0.9
5.8
The Rengen Grassland Experiment: Amounts of trace elements (g*ha-1) supplied annually to the treatments since 1941. As A
Cd 0
Cr
Cu
Fe
Mn
0
0
0
0
B 1.19 0.05
0.30
9.12
3.77
C 1.42 0.11
0.56 11.10
149.13
Ni 0
Pb
Zn
0
0
0
0.22 1.70
0.60
0.10
33.80 2.25 11.54
9.48
D 3.95 0.34 319.30 34.19 2590.97 744.13 3.50 14.63 12.39 E 4.02 0.38 320.49 35.89 2652.33 745.31 4.48 15.04 13.73 F 4.02 0.35 319.32 37.00 2594.27 744.87 3.60 14.90 14.23
Mean concentration of trace elements (mg*kg-1) in 0–10 cm soil layer extracted by CaCl2 (plant available), EDTA (easily mobilizable), HNO3 (potentially mobilizable) and total concentration. Treatments with the same letter are not significantly different. Total concentrations (bold faced) were not statistically analyzed. element
extract.
treatment A
B
C
D
E
F
As
CaCl2
0.000a
0.000a
0.000a
0.004ab
0.009bc
0.014c
As
EDTA
0.019a
0.008a
0.030a
0.139b
0.099c
0.076c
As
HNO3
0.8a
1.7b
1.6b
2.2bc
2.2bc
2.4c
As
Total
23.0
34.1
26.5
32.1
30.5
34.3
Cd
CaCl2
0.044a
0.020b
0.011b
0.011b
0.010b
0.013b
Cd
EDTA
0.197
0.226
0.179
0.201
0.178
0.203
Cd
HNO3
0.249
0.305
0.257
0.313
0.303
0.339
Cd
Total
0.558
0.507
0.442
0.562
0.446
0.575
Cr
CaCl2
0.029
0.033
0.025
0.031
0.043
0.026
Cr
EDTA
0.1a
0.1a
0.1a
0.5b
0.3c
0.4bc
Cr
HNO3
2.0a
4.1a
3.4a
25.4b
25.0b
24.6b
Cr
Total
46.8
47.5
46.6
82.6
78.0
77.0
Mean concentration of trace elements (mg*kg-1) in 0–10 cm soil layer extracted by CaCl2 (plant available), EDTA (easily mobilizable), HNO3 (potentially mobilizable) and total concentration. Treatments with the same letter are not significantly different. Total concentrations (bold faced) element
extract.
treatment A
B
C
D
E
F
Cu
CaCl2
0.4
0.4
0.7
0.6
0.3
0.7
Cu
EDTA
4.4
4.6
3.9
4.4
3.8
3.0
Cu
HNO3
3.5
4.8
5.1
4.2
4.7
3.9
Cu
Total
28.6
26.5
34.5
24.7
23.6
22.6
Fe
CaCl2
5.2a
2.2b
1.7b
1.8b
1.3b
2.6b
Fe
EDTA
186.6a
222.5a
233.9ab
410.4b
295.4ab
322.4ab
Fe
HNO3
1819a
1983a
1983a
2539b
2581b
2550b
Fe
Total
9169
11461
11020
11949
11899
11545
Mn
CaCl2
4.6a
2.1b
2.2b
0.9a
3.0a
1.7b
Mn
EDTA
299.3
443.5
361.0
460.6
441.7
438.8
Mn
HNO3
602.5a
642.1a
631.4a
800.9b
810.3b
821.4b
Mn
Total
943
842
830
1174
1063
1162
Zn
CaCl2
0.19a
0.04b
0.04b
0.03b
0.07b
0.05b
Zn
EDTA
3.5
3.4
2.7
2.4
2.5
3.0
Zn
HNO3
8.7
10.6
10.2
9.6
10.6
11.7
Zn
Total
64.9
49.7
45.8
45.0
46.8
44.2
Živiny v půdě • makro x mikroživiny • mobilizace živin – přechod živin z forem těžko rozpustných do rozpustných forem (uvolňování živin z anorganických vazeb) • mineralizace • imobilazece, fixace …opačné pochody • úbytek živin - odebrání biomasy, eroze, úniky dusíku v plynné formě do atmosféry, vyplavování živin => humidních a semihumidních klimatických oblastech jsou vyšším množstvím srážek vymývány živiny do hlubších půdních vrstev mimo dosah kořenů
Formy živin v půdě • živiny pevně vázané – nepřístupné pro rostliny, vázané ve zvětralých horninách a nerozložené org. hmotě • živiny poutané – rostlinám přístupné, dojde-li k uvolnění do půdního roztoku (mobilizací či mineralizací); zajišťují rovnováhu mezi sorpčním komplexem a půdním roztokem; jsou-li sorbovány např. jílovými materiály, jsou chráněny před vyplavením • živiny volné – součást půdního roztoku, mohou být přijmuty rostlinami, sorbovány či vyplaveny, i imobilizovány či fixovány
Hlavní typy ohrožení půdy • • • • • •
Větrná a vodní eroze přírodní proces urychlovaný lidskou činností snižuje mocnost nebo zcela likviduje ornici omezují se ekologické funkce půdy snižuje se retenční a regulační schopnost půdy rychleji dochází k poškozování povrchových a podzemních vod • snižují se produkční schopnosti půdy • zanášení toků a nádrží, jejich eutrofizace • 40 % orných půd je postiženo vodní erozí, 10 % větrnou
Ztráty organické hmoty • org. hmota je důležitá k udržení půdní struktury a zadržení vody, je to důležitý zdroj živin, pufr a je nezbytná pro půdní organismy • úbytek – eroze, špatné způsoby hospodaření
Podzol
Černozem Kambizem
Zhutňování půd • • • • • • • • • • •
pedokompakce příčinou je pohyb těžkých mechanismů s vysokým měrným tlakem velkou roli hraje vlhkost a druh půdy důsledkem je zvyšování objemové hmotnosti půdy => nepříznivé podmínky pro růst rostlin snížená retenční schopnost zvýšený povrchový odtok a eroze zvyšuje se vysychání půd omezen koloběh živin a plynů snižuje se produkce o 10-20 % přirozené odbourávání - promrznutí půdy do hloubky 50-60 cm speciální hluboká orba (dnes se už neprování – energeticky náročná)
Okyselování půd • • • •
• • • •
acidifikace změna chemismu půdy způsobená vyšším přísunem aniontů SO4ś a NO3ś jsou doprovázeny kationty H+ a NH4+, kdy NH4+ je dále oxidován na NO3ś; tak dochází k vyplavování bazických kationtů z půdy a jejich nahrazování na sorpčních místech H+ => snižování pH půdy primární (přirozený pozvolný proces ovlivněný kyselými půdními substráty) a sekundární (antropická acidifikace) => nesprávné hodpodaření (ladem ležící pozemky, málo skotu), nadměrné používání kysele působících hnojiv, nevhodná skladba porostu, imise – kyselé deště půdy s pH nižší než 5,0 jsou náchylnější na okyselení půdy zamokřené ( s nedostakem vzduchu) i s dostatkem Ca mají kyselou reakci v kyselých půdách se uvolňuje Al3+ - zhoršuje větvení kořenů, snižuje růst rostlin, omezuje rozklad organické hmoty, působí toxicky v podzemních vodách na vodní organismy kyselost můžeme snižovat dodáváním vápníku do půdy, použitím org. hnojiv a zvýšení sorpce půdy např. bentonity
Žloutnutí smrkových porostů
• Příčinou je okyselení půd vlivem depozice N sloučenin • Výskyt v pohraničních horách • Vápnit či nevápnit?
Nedostatek Mg – žloutnutí smrkových porostů
Kontaminace půd • půda může být kontaminována řadou anorg. i org. látek vzniklých přirozenými procesy či anorg. činností • konatminace se hodnotí z hlediska ekotoxilogického (vliv na ostatní složky ekosystému), humanotoxicologického (vliv na člověka) a ekonomického (snížení produkce) • různé cesty působení na organismus člověka • půda-člověk (vdechování, přímý vstup do zažívacího ústrojí) • půda-potravina-člověk • půda-krmivo-zvíře-člověk • půda-voda-člověk • limity obsahů látek – rizikové prvky (As, Be, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mo, Ni, Pb, Tl, V, Zn), anorganické látky (B, Br, F, CN, S-sulfatické), oragnické – aromatické uhlovodíky, polycyklické aromatické uhlovodíky, chlorované uhlovodíky, pesticidy) • existují programy bazálního monitoringu zemědělských půd a registru kontaminovaných ploch
