Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav agrochemie, půdoznalství, mikrobiologie a výživy rostlin
Porovnání vlastností kambizemí formovaných na různých půdotvorných substrátech Bakalářská práce
Vedoucí práce: doc. RNDr. Lubica Pospíšilová, CSc.
Brno 2014
Vypracoval: Ondřej Švanda
PODĚKOVÁNÍ Děkuji své vedoucí bakalářské práce doc. RNDr. Ľubice Pospíšilové, CSc. za odborné vedení, cenné rady, připomínky a pomoc při vypracování.
PROHLÁŠENÍ
Prohlašuji, že jsem práci: Porovnávání vlastností kambizemí formovaných na různých půdotvorných substrátech vypracoval 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 vědom, 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
ABSTRAKT Cílem této bakalářské práce bylo hodnocení chemických a fyzikálních vlastností kambizemí formovaných na různém půdotvorném substrátě. Byly porovnávány tři subtypy – kambizem modální na rule (lokalita Vatín), kambizem modální na amfibolitu (lokalita Náměšť nad Oslavou) a kambizem litická na amfibolitu (lokalita Ocmanice). Obsah živin byl stanoven podle Mehlich III. Difrakční rentgenová analýza byla použita ke stanovení mineralogického složení půd. Energiově – disperzní rentgenová spektra indikovaly přítomnost Fe, Ti, Ca, K, P, S, Zn, Cu, Cl, Si, Hg a Br. Klíčová slova: kambizem modální, kambizem litická, jílové minerály
ABSTRACT
Bachelor thesis is aimed at evaluation of chemical and physical soil properties of Cambisols formed from different parent materials. Object of study were three subtypes – Haplic Cambisol from gneiss (locality Vatín), Haplic Cambisol from amphibolite (locality Náměšť nad Oslavou) and Leptic Cambisol from amphibolite (locality Ocmanice). Nutrient content was determined by Mehlich III. method. X-ray diffraction analysis was used for mineralogical soil composition. Energy – dispersive X-ray analysis indicated the presence of Fe, Ti, Ca, K, P, S, Zn, Cu, Cl, Si, Hg a Br.
Keywords: Haplic Cambisol, Leptic Cambisol, clay minerals
OBSAH
1
ÚVOD .................................................................................................................................. 7
2
CÍL PRÁCE ......................................................................................................................... 9
3
LITERÁRNÍ PŘEHLED ................................................................................................. 10 3.1
Půdotvorní činitelé ........................................................................................... 10
3.2
Půdotvorné podmínky ...................................................................................... 11
3.3
Půdotvorný substrát .......................................................................................... 12
3.4
Minerální podíl půdy ........................................................................................ 17
3.5
Referenční třída Kambisoly ............................................................................. 22
4
OBJEKT STUDIA ............................................................................................................ 27
5
METODY STUDIA ......................................................................................................... 32
6
VÝSLEDKY A DISKUZE ............................................................................................. 35
7
ZÁVĚRY ........................................................................................................................... 37
8
POUŽITÁ LITERATURA .............................................................................................. 38
9
8.1
Knižní zdroje .................................................................................................... 38
8.2
Internetové zdroje............................................................................................. 41
SEZNAM OBRÁZKŮ ..................................................................................................... 42
10 SEZNAM TABULEK...................................................................................................... 43 11 SEZNAM ZKRATEK...................................................................................................... 44 12 PŘÍLOHY .......................................................................................................................... 45
1
ÚVOD "Národ, který ničí půdu, ničí sebe." (F. D. Roosevelt, 1937) Půda neboli zemina je výsledkem dlouhodobého vývoje působení čtyř sfér –
hydrosféry, atmosféry, biosféry a litosféry. Půdu lze dále definovat jako oživenou nejsvrchnější vrstvu zemské kůry s mocností od několika centimetrů po několik metrů. Historie lidstva je spjata s půdou, jako s nezbytnou a jednou z nejdůležitějších přírodních složek. Existence bez ní by nebyla možná nebo by se život na Zemi nepodobal tomu současnému. První člověk na půdě lovil, sbíral potravu a získával na ní materiál pro svá obydlí. První získávání půdy na našem území probíhalo žďářením lesů, které pokrývaly celé území. Získaná plocha posloužila prvním zemědělcům k pěstování rostlin. Zemědělství v historii lidstva začalo plnit stále důležitější úlohu. Postupně člověk zdokonaloval své nástroje na obdělávání půdy, vymýšlel nové efektivnější stroje, šlechtil rostliny pro větší výnos a zvířata pro větší užitkovost. Kromě zemědělství se na území České republiky provozovalo také lesnictví. Dále půda slouží, jako plocha pro stavby domů, cest, továren, velkých měst. V České republice máme dva a půl miliónů hektarů orné půdy, což je asi 0,3 hektaru na jednoho obyvatele. Bohužel si půdu poškozujeme. Jezdíme po polích těžkou technikou, která půdu utužuje a tím klesá propustnost vody. Dále ji vystavujeme erozi – hlavně vodní a větrná eroze odnáší nejjemnější velmi důležité částice. Například kombinace vodní eroze v zastoupení velké průtrže, nevhodně pěstovaná širokořádková plodina a svažitý pozemek mají za následek odnos velkého množství cenného materiálu za velice krátkou dobu. Velikost škod je o to horší, pokud si uvědomíme, že jeden centimetr půdy se vytvoří průměrně za sto let. Další způsob, jak o půdu přicházíme natrvalo, je zábor pro stavební činnost. Každý den takhle nezvratně přicházíme o 15 ha půdy. Pokud by pokračoval zábor stejnou měrou každý rok, tak bychom přišli o 5400 ha půdy ročně. Kdybychom uvažovali, že přicházíme jen o ornou půdu, za méně než pět set let bychom byli bez orné půdy. Dále však musíme přihlédnout k erozi, růstu počtu obyvatel, problémům sucha a zhoršování nejdůležitější půdní charakteristiky úrodnosti. Možná už za méně než sto let nebudeme mít dostatek kvalitní půdy v dobrých přírodních podmínkách na pěstování plodin na obživu lidstva. Měli bychom se tedy zamyslet nad výrokem F. D. Roosevelta. Pokud zničíme půdu, tak zničíme sami
7
sebe. Měli bychom se snažit, aby nám svěřenou půdu jsme jen zlepšovali a předali ji úrodnější dalším generacím, než jsme ji sami převzali od generací předchozích.
8
2
CÍL PRÁCE Bakalářská práce je zaměřena na hodnocení chemických a fyzikálních vlastností
kambizemí formovaných na různých půdotvorných substrátech. Objektem studia jsou kambizem modální na rule (orná půda, lokalita Vatín), kambizem litická na amfibolitu (trvalý travní porost, lokalita Ocmanice) a kambizem modální na amfibolitu (orná půda, lokalita Náměšť nad Oslavou). V experimentální části práce jsou stanoveny základní fyzikální a chemické vlastnosti vybraných kambizemí a jejich mineralogické složení. Porovnávali jsme zrnitostní složení půdy, půdní reakci, obsah uhlíku, dusíku a obsah živin. Zjištěné výsledky nám dovolují hodnotit kvalitu vybraných subtypů kambizemí, které vznikly na
různých matečních horninách a jsou různým způsobem
obhospodařovány. Bakalářská práce byla vypracována s podporou projektu NAZV QJ 1210263 – „ Agrochemická opatření ke snížení vodní eroze na orné půdě s využitím zapravení organické hmoty“.
9
3
LITERÁRNÍ PŘEHLED
3.1 Půdotvorní činitelé Půda vzniká prostřednictvím půdotvorných činitelů. Půdotvorné činitele se dělí do dvou hlavních skupin na půdotvorné faktory a půdotvorné podmínky. Půdní faktory působí na vznik půdy přímo. Půdotvorné podmínky působí na vznik půdy prostřednictvím vlivu na půdotvorné faktory. Mezi půdotvorné podmínky patří reliéf a čas. K půdotvorným faktorům se řadí vliv podnebí, biologický faktor, vliv podzemní vody, vliv činnosti člověka a mateční horniny (www1). Faktor podnebí působí materiálně a energeticky. Jedná se o působení srážek, výparu a jejich následný efekt na intenzitu a kvalitu vnitřních pochodů v půdě. Dále teplo, které působí na biochemické procesy, účinnost půdní vody, rychlost biologických procesů. Další klimatický faktor je efekt větru – jeho vliv na výpar a rozrušování povrchu půdy a následné erozi. Vítr spolu s teplem má na vliv na výpar a ten ovlivňuje stupeň ovlhčení půdy. Biologický faktor působí hlavně prostřednictvím vegetace a edafonu. Ty dodávají do půdy organickou hmotu a z té pak vzniká humus – viz obr. 1. Vegetace dodává do půdy nejvíce hmoty, ale podmiňuje malý biologický koloběh látek na rozdíl od edafonu. Vegetaci a edafon považujeme za hlavní činitele při tvorbě půdy, na kterých závisí specifické půdní vlastnosti – hlavně úrodnosti. Činnost člověka je hlavně hnojení, zpracování půdy, meliorace atd. Jedná se o materiální a energetický faktor. Důsledkem činnosti člověka může docházet k podstatným změnám v půdě – může se měnit například chemismus, fyzikální vlastnosti, činnost edafonu a uspořádání půdy. Vlivem zásahů můžeme podporovat biologickou aktivitu půdy a půdní úrodnost. Podzemní voda spolu s povrchovou má vliv na vláhové poměry v půdě. Velké množství vláhy v půdě způsobuje hromadění a zpomaluje rozklad organické hmoty. Dále podzemní voda bohatá na minerály může způsobovat zasolení. Vysoký obsah vody také může mít vliv na proces oglejení. Podle stupně ovlhčení při vzniku půdy máme půdy anhydromorfní, kde se při genezi ovlhčení neprojevilo. Pokud došlo k sezónnímu ovlivnění vlhkosti, jsou to půdy semihydromorfní. Nejvíce voda ovlivnila hydromorfní půdy.
10
Mateční hornina tvoří materiální základ pro půdu. Prostřednictvím zvětrávání se mění na půdotvorný substrát a ten se díky půdotvorným procesům mění na půdu (www2).
Obr. č. 1 – Rozkládající se mrtvé stromy (Zdroj: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Jizerskohorské_bučiny_-_mrtvé_dřevo.JPG)
3.2 Půdotvorné podmínky Reliéf ovlivňuje půdotvorné procesy nepřímo. Působí přes půdotvorné faktory, například přes vegetaci, mikroklima nebo podzemní vodu. Reliéf sestává z nadmořské výšky, z povrchového tvaru a zeměpisné polohy. S vyšší nadmořskou výškou stoupá množství srážek a snižují se průměrné roční teploty. Tím ovlivňuje vegetaci a veškeré transportní a transformační pochody v půdě – viz obr. 2. Stáří půd je další půdotvorná podmínka, která znamená dobu nerušeného působení půdotvorných faktorů - především biologický půdotvorný faktor. Z hlediska stáří rozlišujeme půdy: fosilní půdy – profil půdy je překryt sedimenty nebo lávovými příkrovy,
-
nenachází se zde vegetace ani žádné oživení; reliktní půdy – profil se vyvíjí a nachází se na povrchu, při jeho vzniku
-
rozhodovaly faktory a podmínky z minulosti; -
recentní půdy – odpovídají poslednímu půdotvornému cyklu.
Naše recentní půdy jsou staré většinou do 4000 let. Staré půdy se vyskytují jen v tropech a subtropech na neerodovaných plochách, jsou staré 5000 až 6000 let (Jandák a kol., 2007).
11
Obr. č. 2 – Reliéf rumunských hor (Zdroj: http://www.treking.cz/treky/retezat.jpg)
3.3 Půdotvorný substrát Na stavbě svrchní části Země se podílí horniny a horninotvorné minerály. Tyto horninotvorné minerály mají určité fyzikální a chemické vlastnosti a skládají se z přirozených sloučenin chemických prvků. Většinou tyto minerály mají zákonitou vnitřní krystalovou mřížku, méně často jsou amorfní. Horniny jsou směsi těchto nerostů a rozdělují se: - Dle chemismu (podle obsahu SiO2) o Kyselé o Neutrální o Bazické
- Dle vzniku o Vyvřelé o Usazené o Přeměněné Pokud tyto horniny zvětrají chemicky či mechanicky stává se z nich půdotvorný substrát. Minerální síla horniny spojená s minerální sílou půd je významný faktor pro určování vlastností stanovišť. Posuzujeme uvolňování obsahu živin a jejich následnou migraci v půdě kvůli případné nutnosti a vhodnosti hnojení. Dále určujeme změny obsahu živin, které jsou mechanicky a chemicky odnášeny, i rozvrstvení živin, které mají za následek půdotvorné procesy (Jandák a kol., 2007). 12
Obr. č. 3 – Magmatická hornina (Zdroj: http://atlas.horniny.sci.muni.cz/magmaticke/obecne_obr/magm_obec_10.jpg)
Magmatické horniny vznikají z magmatu v různých místech a hloubkách pod zemským povrchem. Magmatické horniny dělíme na hlubinné, hlubinné žilné a výlevné. Hlubinné a hlubinné žilné horniny krystalizují z magmatu ve velkých hloubkách. Vlivem diferenciace a pomalého chladnutí vznikají různé nerosty s různě velkými zrny. Horniny výlevné vznikají tuhnutím magmatu v malých hloubkách pod povrchem nebo na povrchu (Hruška, Jelínek, 1998). Materiálním základem pro půdu je zvětralý minerální substrát. Zvětrávání úzce souvisí s půdotvornými procesy a substrátem, probíhají současně a nelze je oddělit. Zvětrávání na začátku vývoje půdy předbíhá, aby mohly vzniknout podmínky pro půdotvorné procesy a ty se tak mohly rozběhnout naplno. Zvětratelnost matečné horniny závisí na její struktuře a textuře. Nejsnáze zvětrávají jemnozrnné horniny s vrstevnatou texturou a tmavě zbarvenými minerály. Snadno zvětrávají také horniny s malými krystaly a s bohatšími izomorfními substitucemi, které obsahují oxidovatelné ionty nebo mají méně kompaktní krystalovou mřížku. Při procesech zvětrávání se horniny vyvřelé, metamorfované a sedimentární rozrušují a mění. Dochází hlavně ke změnám fyzikálních vlastností a mineralogického a chemického složení (Jandák a kol., 2007).
13
-
Fyzikální zvětrávání – jedná se pouze o mechanický rozpad. Celistvá hornina se rozpadne na různě velké úlomky. Tento proces rozpadu vznikne na základě termodynamických podmínek. Při rozpadu se zvětší plocha částice. Pokud působí chemické a fyzikální zvětrávání zároveň, celý proces se výrazně zrychlí. Zvětralá hornina se může transportovat, kdy při transportu také dochází k zvětrávání. Základní činitele fyzikálního zvětrávání: o Abraze – jedná se o mechanické omílání hlavně vodou a větrem, při transportu do sebe částice naráží a z ostrohranných částic vznikají valouny; o Mráz – působí hlavně v oblastech, kde se často střídají teploty nad a pod bodem mrazu. Důležitá je zde činnost vody, která proniká do puklin, kde následně zmrzne a hornina tak praskne; o Insolance – jedná se o působení různých teplot bez působení vody a ledu. Ve dne se hornina ohřeje. V noci dojde k rychlému poklesu teplot, povrch se ochladí a kvůli rozdílné roztažnosti se povrch odštípne; o Činnost organismů – jedná se hlavně o činnost kořenů, které prorůstají horninou. Kořeny tvoří živý klín a při prorůstání a zvětšování objemu dochází k praskání horniny – viz obr. 4; o Působení gravitace – dochází k sesutí hornin; o Činnost větru – činnost větru zahrnuje především rušivou činnost prostřednictvím
neseného
masivu.
Dochází
také
k odnesení
rozrušeného materiálu; o Činnost ledovců – drcení a transport podloží ledovce; o Činnost vody – voda dokáže přenášet různě velké úlomky. Při transportu do sebe úlomky narážejí nebo při nedostatečné síle zůstávají v korytě. Voda také dokáže vymílat koryto a erodovat prostřednictvím vlnobití a dmutí (www3).
14
Obr. č. 4 – Prorůstání kořenů horninou (Zdroj: http://geologie.vsb.cz/jelinek/Nauka_o_Zemi_PTO_htm_files/482.jpg)
-
Chemické zvětrávání – tento typ zvětrávání lze charakterizovat jako přeměnu primárních minerálů na nové minerály sekundární. Tyto sekundární minerály jsou méně odolné na další zvětrávání. Chemické zvětrávání je spojeno s přítomností vody, dochází k němu nejvíce v teplém vlhkém klimatu. Bez vody by proces chemického zvětrávání kromě oxidace proběhnout nemohl. Voda působí jako rozpouštědlo a médium k transportu chemických rozpuštěných látek k hornině. Voda následně odnáší například rozpuštěné soli. Voda a rozpuštěné kyseliny působí na některé minerály hornin (hlavně alumosilikáty a silikáty), dojde zde k chemické reakci, kde výsledkem je vznik nových minerálů (karbonáty, jílové minerály, oxidy a hydroxidy) a vyloučení rozpustných solí. Odolnost vůči chemickému zvětrávání je závislá na odolnosti jednotlivých horninotvorných minerálů. Mezí základní procesy chemického zvětrávání řadíme: o Oxidace – chemické látky minerálu se slučují s kyslíkem (například u sideritu); o Hydrolýza – dochází k rozkladu minerálů vlivem vodíkových iontů, které vytlačují z mřížky jiné prvky. Iont H+ absorbovaný na povrchu proniká do nitra atomu a vytěsňuje kationt (Na, K, Ca, Fe, Mn).
15
Reakce pokračuje až do úplného rozrušení. Často se v humidních oblastech takto mění živce na kaolinit; o Hydratace – dochází k příjmu vody do vnitřní struktury minerálu. Dochází tak například k zvětrávání anhydridu na sádrovec; o Rozpouštění – probíhá působením vody nebo kyselin. Nejméně odolné jsou minerály rozpustné ve vodě. Například při rozpouštění síranů nebo chloridů se dipóly vody přitahují k nabitému iontu a vytvoření hydratační obal. Zde se pak narušuje krystalová mřížka. Z kyselin se uplatňuje například kyselina uhličitá, která vzniká rozpuštěním CO2 ve vodě. Kyselina uhličitá rozpouští karbonáty (vápenec, dolomit). Výsledkem této reakce jsou krasové jevy. Mohou vznikat další kyseliny (organické kyseliny, sírová kyselina, dusičná kyselina), které mají vliv i na jiné minerály. Nejodolnější proti rozpouštění jsou silikáty, hlavně křemen, jak uvádí www3.
-
Biologické zvětrávání – organismy se účastní zvětrávání chemicky i mechanicky. Dochází k prorůstání kořenů skrz matečnou horninu a k následnému tloustnutí kořenů. Při větru se přenáší pohyb do puklin a dochází k praskání a obrušování. Organismy mohou zvětrávat horninu prostřednictvím vylučování organických kyselin ve formě buněčných exudátů nebo kořenových exkretů. Odumírající organismy (např. kořínky rostlin) jsou rozkládány a transformovány díky rozvíjející se mikroflóře. Dochází ke vzniku a hromadění humusu. Nitrogenní bakterie poutají vzdušný dusík, který se zapojuje do koloběhu a hromadí se v různých sloučeninách. Vzniká primitivní půda, rozvíjí se půdotvorné procesy a pokračuje vývoj a rozvoj (Jandák a kol., 2010).
16
3.4 Minerální podíl půdy Nerosty tvořící minerální podíl půdy se dělí dle vzniku na primární a sekundární minerály. Primární vznikají z magmatu a dále se nemění. Sekundární neboli druhotné minerály vznikají z primárních zvětráváním nebo dlouhodobými přeměnami. Dlouhodobé přeměny probíhají pod povrchem a bez působení atmosférických činitelů. U nás nejvíce probíhala: -
Serpentinizace (amfiboly, olivín, pyroxeny)
-
Seritizace (živce)
-
Saussuritizace (Ca-živce)
Z minerálů mají na půdu největší vliv: o Primární minerály – tvoří 7 – 10 % minerálního podílu půd. V půdě se nachází ve formě větších částic, dochází k jejich zvětrávání a uvolňování iontů (např. K+, Na+, Ca2+, Mg2+); o Oxidy a hydroxidy – vznikají při zvětrávání primárních minerálů a při mineralizaci organických zbytků. Tvoří 10 – 15 % hmotnosti půdy. Oxidy a hydroxidy mají vliv na fyzikální a fyzikálně chemické vlastnosti půdy; o Jílové minerály – jedná se o nejdůležitější sekundární skupinu křemičitanů. Jílové minerály vznikají zvětráváním hlavně živců a zástupců živců, výjimečně tvoří pozůstatek po zvětrání původního minerálu. Tvoří 70 – 80 % hmotnosti půdy. Tyto zvětralé minerály se skládají hlavně z Si, Al, H, O a dále například z Fe, Ca, Mg, K. Jílové minerály jsou důležitou složkou půd. Jsou hlavní složkou půdního sorpčního komplexu. Poutají vodu a živiny pro rostliny. Rozhodují tak o minerální síle půdy, vodním režimu a účincích závlah, hnojení apod. Na tvorbu jílových minerálů má vliv chemizmus mateční horniny a klima. V mírných pásmech je poměr SiO2:Al2O3 až 4:1, báze a Fe nejsou odneseny a podílí se na tvorbě. Schéma strukturního křemíkovévo tetraedru je – viz obr. 5.
17
Obr. č. 5 – Schéma tetraedru (Zdroj: http://geologie.vsb.cz/praktikageologie/KAPITOLY/2_MINERALOGIE/2_BACK_JPG/B ACK_2_8_1_TETRAEDR.jpg)
Jílové minerály až na amorfní skupinu alofanu krystalizují řetězovou nebo vrstevnatou strukturou. Tato struktura je různě roztažitelná, působením vody dochází k zvětšování objemu a při vysušování dochází naopak k smršťování nerostů. S touto významnou vlastností jílových minerálů je vázána schopnost poutat kationty a vodu na povrchu a především v mezivrstevních mezerách. Na velikost sorpce má vliv roztažitelnost krystalové mřížky a velikost sorbovaných kationtů s jejich hydratačním obalem. Kationty, které se sorbují, mohou být vytěsněny jinými kationty. Jedná se o výměnu kationtů. Jílové minerály mohou dále sorbovat kromě kationtů i některé anionty, důležitá je sorpce P2O5. Sorpci můžeme měřit prostřednictvím sorpční kapacity. Čím je větší, tím se může krystalová mřížka více roztáhnout. Sorpční kapacita nám udává v mili-ekvivalentech množství sorbovaných kationtů na 100 g látky. Jílové minerály obsahují v krystalové mřížce anionty kyseliny ortokřemičité SiO44a krystalizují v tetraedrech neboli v pravidelných čtyřstěnech. Tyto tetraedry se mohou chovat jako čtyřvalentní anionty. Volné vazby mohou být neutralizovány dalšími bázemi nebo vyvázány dalšími tetraedry. Některé tetraedry se mohou spojovat v cykly nebo se slučovat v dlouhé řady. Dále se mohou volné záporné náboje neutralizovat pomocí Al(OH)63-. Tento aniont krystalizuje v pravidelných osmistěnech (oktaedrech). 18
Pokud je hliník obklopen šesti ionty OH-, tak oktaedry mají nenasycenou valenci a může docházet ke spojování mezi sebou přes dva společné OH-. Krystalová mřížka všech jílových minerálů se skládá z vrstev těchto tetraedrů a oktaedrů. Tyto vrstvy vytváří lamely. Jedná se o teoreticky neutrálně nabitou strukturu se stejným počtem kladných i záporných nábojů. Dělení jílových minerálů podle fyzikálně-chemických vlastností: o Skupina kaolinitu -
Kaolinit – bílý, nažloutlý, nazelenalý nebo bezbarvý minerál. Je to trojklonný a vzniká zvětráváním (tzv. kaolinizací) hlavně živcových
nerostů
(dále
např.
pyroxenů,
amfibolů)
v tropickém a subtropickém podnebí. Často se vyskytuje v třetihorních zvětralinách a jako součást kaolinitických jílů. Má malou sorpci a malou roztažnost krystalické mřížky. V půdách je nepřízniví, jeho šupinky způsobují ulehlost; -
Halloysit – je podobný kaolinitu. Krystalizuje jednoklonně a má vyšší sorpci. Pokud částečně dehydratuje, tak se mění na metahalloysit.
o Skupina montmorillonitu -
Montmorillonit – vytváří šupinkovité bílé nebo nazelenalé krystalky. Vzniká zvětráváním bazických hornin, jejich tufů a sopečných skel. Krystalizuje jednoklonně a v našich půdách se vyskytuje hojně. Sorpční kapacita a výměna kationtů jsou velmi vysoké (80 – 150 mekv./100 g);
-
Nontronit – minerál zelené nebo žlutozelené barvy. Na rozdíl od montmorillonitu má vyšší obsah železa a nepatrným obsahem Mg. Vzniká zvětráváním živců a na železo bohatých tmavých minerálů. Sorpce je také vysoká (75 mekv./100 g);
-
Beidelit – podobný montmorillonitu, vyskytuje se s ním v slínech, jílech a spraších.
o Skupina jílových slíd – označují se také jako hydroslídy. Jedná se o nerosty, které mají tři vrstvy. Na rozdíl od slíd mají nižší obsah alkálií a vyšší obsah vody. Dále se liší mikroskopickými rozměry částic. Mají menší schopnost sorpce kvůli přítomnosti K. 19
-
Illit – tvoří bílé nebo nažloutlé nepravidelné šupinky. Krystalizuje jednoklonně a vznikl zvětráváním primárních alumosilikátů. V našich půdách se nachází běžně. Najdeme ho často v jílech, slínech, spraších a ve zvětralinách kyselejších, vyvřelých i proměněných hornin. Sorpční kapacita je 25 – 35 mekv./100 g;
-
Vermikulit – tvoří jemné hnědé nebo zelené šupinky a větší lupínky. Krystalizuje jednoklonně. Vyskytuje se hojně v půdách
na
biotických
horninách,
protože
vzniká
zvětráváním biotitu. Dále se vyskytuje v jílech. Sorpční kapacita je vysoká (až 150 mekv./100 g); -
Glaukonit – vzniká v mořských sedimentech. Tvoří okrouhlá zelená až zelenočerná zrna. Krystalizuje jednoklonně. Pokud dochází k jeho zvětrávání tak se uvolňuje K2O a rozkládá se na SiO2 a limonit. V ČR se vyskytuje v české křídové tabuli a karpatském flyši. Glaukonitické horniny se využívají jako draselné hnojivo.
Obr. č. 6 – Struktura Illitu (Zdroj:http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/aa/Illstruc.jpg) 20
o Chlority – jedná se o druhotné alumosilikáty Mg, Al a Fe, které mají nestálé chemické složení. Tvoří zelené šupinkovité nebo tabulkovité jednoklonné krystaly. Chlority jsou měkké, štěpné a snadno rozpustné v HCl. Vznikají zvětráváním a dlouhodobými přeměnami. Najdeme je v sedimentech, přeměněných horninách a půdách, kterým dodávají zelené zbarvení. o Skupina alofánu -
Alofán – bezbarvý nebo žlutý až světle modrý amorfní nerost. Má nestálé chemické složení. Alofán vzniká v tropickém klimatu a u nás ho najdeme ve fosilních zvětralinách a v některých půdách.
o Jílové minerály se smíšenou strukturou – vznikají prorůstáním dvou struktur (Hruška, Jelínek, 1998, www4). Původně se předpokládalo, že spolu souvisí půdní typ s výskytem určitého jílového minerálu. Výzkumy však došli k závěru, že složení jílových minerálů je velmi pestré. Zastoupení jílových minerálů v půdě závisí v první řadě na matečné hornině. Z výzkumů vyplívá, že: o Vývojové řady půd mají různou asociaci jílových minerálů, pokud jsou na různých substrátech; o Různá vývojová stádia půd mají podobné složení jílu, pokud se vyvinuly na stejném substrátu; o Půdy formované na substrátech s extrémními vlastnostmi mají také charakteristické složení jílu. Například půdy na andezitových tufech mají až 40 % alofánu; o
U sedimentárních půd bylo zjištěno, že jílové složení odpovídá půdám s podobným složením sedimentů. Z tohoto vyplívá, že jílové minerály, které se dědí z horniny do půdy, zůstávají během vývoje v půdních profilech a předurčují charakter jílového spektra;
Mezi půdním typem a výskytem jílových minerálů v půdách není úzká souvislost. V půdách převažují jílové minerály, které byly zastoupeny už v matečních horninách. Důležitější než kvalitativní složení je proto pro nás stanovení přesunů jílových minerálů v půdním profilu (Smolíková, 1982).
21
3.5 Referenční třída Kambisoly Název této referenční třídy pochází z latinského cambiare, což znamená měnit. Ve světě pokrývají více než 1500 miliónů hektarů. Nejvíce jsou tyto půdy zastoupeny v mírných regionech, kde kvůli zalednění probíhal vývoj půdy pomaleji. Dále tyto půdy můžeme nalézt v oblastech s aktivní geologickou erozí a například v tropech, v mladých aluviálních pláních a terasách (Prax a Jandák, 2004). Do referenční třídy KAMBISOLY se řadí půdní typ Kambizem a Pelozem. Pelozem je charakteristická kambickýmpelickým horizontem, který vznikl pedoplasmací slabě zpevněných jílů a slínů v hlavním souvrství zvětrávajících břidlic. Podmínkou je že obsah částic < 1µm musí být větší než 35 % (Němeček a kol., 2011). Kambisoly jsou zastoupeny hlavně v humidním mikro-termálním až humidním mezo-termálním klimatu. V humidním mikrotermálním klimatu jsou zimy s trvalou sněhovou pokrývkou, průměrná teplota nejchladnějšího měsíce je pod 3 °C a nejteplejšího nad 10 °C. Dále jsou zde velké rozdíly teplot během let a ostré rozdíly teplot během roku. V humidním
mezotermálním klimatu je průměrná teplota
nejteplejšího měsíce okolo 18 °C. Vývoj kambisolů je doprovázen v závislosti na dané klima acidifikací a vyluhováním. Jedná se o půdy s kambickým hnědým horizontem, který vznikl díky procesu bisialitizace a braunifikací nebo kambickýmpelickým horizontem, který mají za následek vnitřní změny stavby výchozího substrátu. Bisialitizace – jedná se o chemické zvětrávání, které má mírnou intenzitu. Při tom dochází k tvorbě jílu z primárních minerálů nebo se jíl uvolňuje ze sedimentárních hornin. Dále dochází při bisialitizaci k přeměnám půdních slíd. Například biotit se mění na illit a ten dále na vermikulit. Braunifikace – hnědnutí, při tomto procesu se zbarvují do hněda půdní horizonty vlivem hydrolýzy amorfních oxidů a hydroxidů železa, železem bohatými komplexy nebo vlivem geothitu. Hlavním diagnostickým horizontem je kambický horizont, který vznikl bisialitizací a hnědnutím. Stratigrafie půdy je: O – Ah – Bv – IIC nebo Ap – Bv – IIC. Kambizemě se vyvinuly především v hlavním souvrství svahovin metamorfovaných, magmatických a sedimentárních hornin (Němeček a kol., 2011, www5). Půdní typ kambizem obsahuje celou řadu půdních subtypů. Půdní subtypy jsou výrazně modifikované. Vyjadřují například: -
centrální představu půdního typu;
22
-
přechody k dalším půdním typům, naznačované výskytem konkrétního diagnostického horizontu či znaku;
-
modifikace typu určené nasyceností sorpčního komplexu, aciditou, alkalitou nebo karbonátnost;
-
modifikace vzniklé lidskou činností;
-
modifikace určené zřetelnými rysy granulometrického složení, vrstevnatosti profilu nebo určeného minerálním bohatstvím půdy.
Méně výrazné subtypové znaky představují půdní variety, jedná se hlavně o hydromorfismus, okyselení či zasolení. Půdní variety dále charakterizují u lesních půd výskyt znaků a horizontů do hloubky 25 cm. Rozdělení kambizemí na subtypy a variety podle Němečka a kol. (2011) a www5 uvádíme v Tab. 1 a 2.
23
Tab. č. 1 – Subtypy kambizemí podle Němečka a kol.(2011) Půdní subtyp
Charakteristika z lehčích středních až středně těžkých substrátů,
KAm
modální
podle Mehlicha VM v hloubce 40-70 cm > 30 % (u ZPF), u LPF v hloubce 10 – 25 cm > 20 % slabě
vyvinuté
povlaky
(argilany)
KAl
luvická
KAn
melanická
KAu
umbrická
KAd
andická
KAj
rubifikovaná
7,5 - 5YR a červenější Bvr
KAg
oglejená
středně výrazné znaky mramorování v Bvg
KAq
glejová
KAf
fluvická
KAv
vyluhovaná
pedů
v horizontu Bvt melanický horizont o mocnosti > 25 cm níže mělové formy nadložního humusu umbrický horizont o mocnosti > 25 cm níže morové formy nadložního humusu andický horizont > 0,25 cm níže mělové či moderové formy nadložního humusu
výraznější reduktomorfní znaky se objevují níže 0,6 m ze starých aluviálních substrátů s nepravidelným rozložením OL v profilu, zbytky zvrstvení v horizontu Bv nenalezneme karbonáty nasycenost v Bv VM < 30 % u zemědělských půd
KAd
dystrická
v hloubce 40-70 cm (dle Mehlicha), V < 20 % u lesních půd v hloubce 10 – 25 cm (dle Kappena), vysoká nasycenost hliníkem obsahuje pevnou kompaktní nebo zpevněnou
KAt
litická
KAy
psefitická
ze štěrkopísků
KAs
rankerová
více jak polovina částic je > 4 mm
KAr
arenická
v hloubce do 60 cm – profil se zrnitostí 1
KAp
pelická
v hloubce do 60 cm – profil se zrnitostí 4
horninu do 0,4 m
24
Tab. č. 2 – Půdní variety základního půdního typu Kambizemě (www5) Půdní varieta eubazická e´ mesobazická a´ podzolovaná a´ mělce melanická n´ mělce umbrická u´
Charakteristika VM > 60 % (zemědělská půda) a > 50 % (lesní půda) v horizontu Bv VM < 60 – 30 % (zemědělská půda) a < 50 – 20 % u (lesní půda) v horizontu Bv vyskytuje
se
zde
mikropodzol
malé
mocnosti,
rozpoznatelný jen u lesních půd s uvedenými horizonty do hloubky 0,25 m od minerálního povrchu s uvedenými horizonty do hloubky 0,25 m od minerálního povrchu
slabě oglejená g´ slabě (hluboko) glejová q´ hořečnatá x´
vysoký obsah Mg, z hadců
euotrofní b´
z ultrabazických substrátů
Kambizemě tvoří asi 45 % půdního fondu v České republice a vyskytují od 300 m n. m. po 1000 m n. m., tedy od nížin až po hory – viz obr. 6. Porost na těchto půdách je také různý. Původní porost hlavně bučin a doubrav dnes nahradila zemědělská půda a na členitém terénu listnaté lesy. Dají využívat zemědělsky a lesnicky. Asi polovina celé rozlohy je vhodná pro pěstování plodin. Limitujícím faktorem často bývá kamenitost a mělkost půdního profilu.
Na strmých svazích se pro jejich ochranu
používá jako nejvhodnější způsob využití zalesnění. Vzhledem k širokému rozpětí nadmořských výšek a různým vlivem klimatu na vývoj, dělíme je na kambizemě nižších a vyšších poloh. Kambizemě nižších poloh (300 – 600 m n. m.) mají vyšší podíl jílu a nižší obsah humusu (do 3 %), což je dáno rychlejší mineralizací. Dále jsou méně kyselé a více nasycené (nasycenost sorpčního komplexu > 50 %). Naproti tomu kambizemě vyšších poloh (600 – 1000 m n. m.) mají 3 – 6 % humusu a méně jílu. Kambizemě vznikají na velkém množství různých substrátů a tím jsou velmi rozmanité. Na substrátu závisí například trofismus, skeletovitost, zrnitost a chemické a fyzikální vlastnosti. Kambizemě jsou většinou vystaveny udickému až perudickému
25
hydrickému režimu a mesickému až frigidnímu teplotnímu režimu.
Díky velice
rozmanitým podmínkám nalezneme u tohoto půdního typu všechny formy nadložního humusu. Obsah humusu se zvyšuje směrem k chladnějším a humidnějším oblastem. Kromě většího množství humusu v ornici se obsah z 0,4 % na 1 % mění i v horizontu Bv. Spolu se změnou obsahu humusu dochází k okyselování, při jeho zvyšování dochází k změnám v poměru HK:FK. Snižuje se obsah vázaných HK a obsah volných agresivních FK roste. Okyselování se promítá také do zvyšování amorfního FeO a na pH závislé KVK. Kvalita obsaženého humusu směrem do nižších oblastí vzrůstá. Kvalita obsaženého humusu u lehčích půd je vyšší než u těžších. Kvalita humusu je vyšší u půd bohatých na živiny (Jandák a kol., 2007, www5, www6).
Obr. č. 7 – Kambizem modální (Zdroj: http://klasifikace.pedologie.czu.cz/admin/files/uploaded/KAm_19_net_1.jpg)
26
4
OBJEKT STUDIA
Kambizem modální na rule (Vatín) Vatín (okr. Žďár nad Sázavou) – se nachází 7 km jižně od Žďáru nad Sázavou. Oblast se nachází v klimatickém regionu mírně teplý, mírně vlhký, vrchovinový. Kde roční úhrn srážek představuje 550 – 700 mm. Dlouhodobý průměr srážek 594,4 mm Průměrná roční teplota od 6 – 7 °C a dlouhodobý průměr ročních teplot je 6,1 °C (Quitt, 1971, Němeček a kol., 1967). Původní rostlinný pokryv tvořily lesy. Geologicky je tvořeno podloží prvohorním krystalinikem, především různé typy rul, svorů a fylitů. Převážnou část Žďárských vrchů tvoří svratecká antiklinála. Reliéf je tvořen klenbovitě vyklenutým povrchem s charakteristickými protaženými plochými hřbety (Culek, 1996, Němeček a kol. 1967). Sonda byla lokalizována na orné půdě na pokusných pozemcích Výzkumné pícninářské stanice (VPS) Ústavu výživy zvířat a pícninářství, AF, Mendelovy univerzity v Brně – viz obr. 8 a 9.
Obr. č. 8 – Lokalita Vatín (Zdroj: www.mapy.cz)
27
Obr. č. 9 – Lokalita Vatín – orná půda (Zdroj: foto:L. Pospíšilová, 2013) Popis půdního profilu: Kambizem modální, varieta eutrická (KAm, varieta eutrická, Vatín), písčitohlinitá, na rule. Půdní profil se člení na tyto diagnostické horizonty: Ao (6 – 14 cm) – barva šedočerná, za vlhka 10YR2/1 – 10YR2/1, s hloubkou přechází v tmavě hnědou 7,5 YR3/3. Středně vyvinutá drobtovitá struktura, půdní druh – písčitohlinitá, cca 10 % skeletu ruly, který má zaoblené hrany o velikosti až 10 cm, slabě plastická až neplastická, vlhká, střední prokořenění, přechod pozvolný. Bv (14 – 70 cm) – barva světle hnědá, za vlhka 7,5YR5/6. Slabě vyvinutá drobtovitá struktura ve svrchní části, ve spodní části bez zřetelné struktury, půdní druh hlinitopísčitá, cca 20 % skeletu, neplastická, vlhká, do 60 cm střední prokořenění, hlouběji slabé, přechod difuzní. C (více než 70 cm) – barva šedohnědá, za vlhka 10YR6/6, bez zřetelné struktury, půdní druh hlinitopísčitá, cca 60 % skeletu ruly, neplastická, vlhká – viz obr. 10.
28
Obr. č. 10 – Kambizem modální, varieta eutrická (Zdroj: foto:L. Pospíšilová, 2013)
Kambizem litická na amfibolitu (Ocmanice) Ocmanice – leží ve východní části okresu Třebíč. Geologicky je území tohoto okresu velmi pestré. Je tvořeno krystalinikem (prvohory), třetihorním neogenním materiálem i čtvrtohorními sedimenty. Horniny krystalinika tvoří na celém území podloží a jedná se hlavně o žuly, syenity, amfibolity a hadce. V okolí Náměště nacházíme pararuly, které jsou bohaté na draslík, ale chudé na fosfor, hořčík a vápník. Rovněž se zde vyskytují orto-ruly a granulity. Oblast se nachází v klimatickém regionu B5 mírně teplý, mírně vlhký, vrchovinový. Kde roční úhrn srážek představuje 550 – 700 mm. Průměrná roční teplota 7 - 8 °C (Němeček a kol., 1967, Quitt, 1971, Culek, 1996, Květoň, 2001). Půdní sonda je lokalizována na TTP u obce Ocmanice - viz obr. 11.
29
Obr. č. 11 – Lokalita Ocmanice (Zdroj: www.mapy.cz) Popis půdního profilu: Ad (0 – 5 cm) – světle hnědé barvy, zrnitá struktura, hlinitopísčitá, drobný skelet, vlahá, silně prokořeněná, přechod zřetelný. Ao (5 – 16 cm) – hnědé barvy, zrnitá struktura, hlinitopísčitá, vyšší obsah skeletu, vlahá, méně prokořeněná, přechod zřetelný podle barvy, utužení a nárůstu obsahu skeletu Bv (16 – 25 cm) – kambický horizont, rezavě - hnědé barvy, polyedrická struktura, hlinitopísčitá, příměs skeletu, vlhká, utužená, přechod zřetelný. C (více než 25 cm) – půdotvorný substrát, zvětralina amfibolitu.
Kambizem modální na amfibolu (Náměšť) Náměšť nad Oslavou – leží ve východní části okresu Třebíč. Geologicky je území tohoto okresu velmi pestré. Je tvořeno krystalinikem (prvohory), třetihorním neogenním materiálem i čtvrtohorními sedimenty. Horniny krystalinika tvoří na celém území podloží a jedná se hlavně o žuly, syenity, amfibolity a hadce. V okolí Náměště nacházíme pararuly, které jsou bohaté na draslík, ale chudé na fosfor, hořčík a vápník – viz obr. 12. Rovněž se zde vyskytují orto-ruly a granulity. Oblast se nachází v klimatickém regionu mírně teplý, mírně vlhký, vrchovinový. Kde roční úhrn srážek
30
představuje 550 – 700 mm. Průměrná roční teplota 7 – 8 °C (Němeček a kol., 1967, Quitt, 1971, Culek, 1996, Květoň, 2001).
Obr. č. 12 – Lokalita Náměšť nad Oslavou (Zdroj: www.mapy.cz) Popis půdního profilu Kambizem modální na amfibolitu. V půdním profilu můžeme vyčlenit tyto horizonty: 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, amfibolit.
31
5
METODY STUDIA Klasifikace půdních typů - byla provedena podle Taxonomického klasifikačního
systému půd ČR (Němeček a kol., 2001 a 2011). Podrobné popisy půdních sond byly zadokumentovány v půdních polních záznamech a jsou uloženy na ÚAPMVR, Mendelovy univerzity v Brně. Zrnitostní složení - tj. procentické zastoupení jednotlivých zrnitostních frakcí, bylo stanoveno pipetovací metodou. Na základě této analýzy byly klasifikovány půdní druhy. Pipetovací metoda spočívá v odebírání vzorků určitého objemu ze suspenze. Tento vzorek odebíráme z určité hloubky a po časové lhůtě od konce míchání suspenze. Čas odebírání se musí rovnat času, který je nezbytný k usazení stanovované frakce do hloubky, z nichž daný vzorek byl odebrán (Jandák a kol., 2003). Aktivní půdní reakce (pH/H2O) a výměnná půdní reakce (pH v 1M.l-1 KCl) byly stanoveny potenciometricky. Pracovní postup uvádí Zbíral a kol. (1997). Vyhodnocení výsledků bylo provedeno podle Jandáka a kol. (2003). Aktivní půdní reakce se stanovuje změřením pH vodní suspenze zeminy pomocí kombinované elektrody. Výměnná půdní reakce se stanovuje elektrometrickým měřením výměnné reakce půdy (pH/KCl). V této metodě jsou ionty vodíku, které ve vzorcích poutají půdní koloidy, vytěsněny draselnými ionty (Jandák a kol., 2003). Specifická elektrická vodivost vodního výluhu půd - byla stanovena podle ISO/DIS 11265 potenciometricky a podrobný postup uvádí Zbíral a kol. (1997). Tato metoda spočívá v extrahování elektrolytů rozpustných ve vodě v poměru půda:voda = 1:5. Tyto elektrolyty se dále stanovují na základě zvýšení specifické elektrické vodivosti extraktu, který získáme po výluhu (Zbíral a kol., 2005). Celkový obsah uhlíku a dusíku v půdě - byl rovněž stanoven na elementárním analyzátoru LECO TruSpec CN (LECO, 2006). Bylo postupováno dle norem ČSN EN 12260 (757524) a ČSN EN 1484 (757515). Uhlík se v půdě nachází v CO2 v půdním roztoku a půdním vzduchu. Dále uhlík najdeme v karbonátech a jako důležitou součást půdní organické hmoty. Dusík se do půdy dostává deštěm, hnojivy, uvolněním z organických látek a vytvořením přímo v půdě prostřednictvím mikroorganismů (Jandák a kol. 2007). Izolace půdních HK - byla použitá standardní mezinárodní metoda IHSS (Hayes, 1985, Piccolo, 1988). Touto metodou se izolují tři základní frakce, tj. huminové kyseliny, fulvokyseliny a huminy. Při izolaci HK jsme postupovali následovně: 100 g
32
na vzduchu vyschlé zeminy prosejeme přes síto 1 mm, 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 Ca2+ negativní (indikátor šťavelan amonný) propláchneme vzorky destilovanou vodou. Destilovanou vodou proplachujeme do té doby až je reakce na Cl- negativní (indikátor AgNO3). Poté vzorky zalijeme 0,1 M NaOH a necháme extrahovat 7 – 8 hod. Vzorky dvakrát odstředíme 15 minut při otáčkách 5000 rpm. Tmavý roztok humusových látek srážíme koncentrovanou HCl na pH = 1. Koagulát HK se opakovaně dekantuje a intensivně pročistí směsí 0,5 % HCl + HF. Vzorky se dočistí dialýzou a lyofilizují se (Pospíšilová, Tesařová, 2009, Pospíšilová a kol., 2010). Rentgeno-fluorescenční a molybdenovém
terčíku
spektra energiově
HK -
-
byla
disperzního
měřena
na
grafitovém
rentgeno-fluorescenčního
spektrofotometru EDX – RAY SPECTRO XEPOS v Bratislavě (Colnélaboratórium SR). Metoda energiově - disperzní rentgeno-fluorescenční spektrometrie je podrobně popsána v publikaci Pospíšilová a kol., (2010). Výsledkem měření byly tzv. rentgenogramy obsahující charakteristické záření prvků přítomných ve vzorku. Kvalitativní složení jednotlivých prvků bylo určeno na základě identifikace charakteristických linií, tj. pomocí softwaru spektrofotometru EDX – RAY SPECTRO XEPOS.
Obr. č. 13 – Analyzátor LECO (Zdroj: http://www.lecobrasil.com.br/imgs/organicos/truspec.jpg)
33
Obsah živin - byl stanoven podle Mehlicha III a vyhodnocen podle Richtera a Hluška (1994). Obsah byl stanovován v souladu s normou ČSN ISO 10694 (83 6410). V této metodě použité činidlo má lepší schopnost pufrovat pH při extrakci, aby nedocházelo k zvýšení nad 2,9. Při tomto zvýšení už nemá přídavek fluoridu vliv na uvolnění fosforu. Součástí vyluhovadla je EDTA, které umožňuje stanovit i měď. Stanovený fosfor, draslík a hořčík nám vyjde vyšší než je celková zásoba v půdě, bereme se to v úvahu při hodnocení obsahu živin v půdě, jak uvádí Trávníčková (2011). Mineralogické složení půdy - bylo stanoveno v půdních částicích < 0,001 mm. Tyto částice byly oddělené sedimentací v destilované vodě a zkoumané metodou snímků dle Jacksona (1979). Vzorky se prvně upravují vysušením na vzduchu, a poté nasycením v ethylenglykolu při teplotě 80 ° C. Dále pak po dobu čtyř hodin se vzorky suší v sušárně na teplotu 550 ° C. Následně se po dobu čtyř hodin vzorky upravují v muflové peci. Rentgenová (X-ray) difrakční spektra byla získána na difraktometru Philips X'Pert PW3020 za následujících pracovních podmínek: CuKa záření, 40 kV, 55 mA, goniometrické posun 1 °. min-1, 2Θ. Semikvantitativní hodnoty byly vypočteny z jednotlivých minerálních bazální píků (Pospíšilová a kol., 2012).
34
6
VÝSLEDKY A DISKUZE Kambizem modální (Vatín) - se vyznačovala kyselou aktivní a kyselou výměnnou
půdní reakcí (pH/KCl = 4,8; pH/H2O = 5,1). Salinita dosáhla hodnoty 0,2 mS/cm, jedná se o půdu nezasolenou. Půdní druh byl stanoven jako písčitohlinitý a jednalo se o střední půdu. Obsah jílnatých částic byl 22 % – viz Tab. 5. Obsah přístupného fosforu byl 33 mg/kg a jednalo se o nízkou zásobu v půdě. Draslík v půdě dosahoval 105 mg/kg, značí to vyhovující zásobu. Obsah přístupného hořčíku byl vyhovující a tvořil 118 mg/kg – viz Tab. 6. Kationtová výměnná kapacita byla 22 mmol/100 g, tj. vyšší střední -viz Tab. 6. Poměr C/N byl 10, jednalo se o střední zásobu celkového dusíku v půdě – viz Tab. 7. Obsah organického uhlíku Corg byl nízký. Obsah humusu byl také nízký. Suma HL tvořila 0,7 %. Stupeň humifikace byl střední. Ve frakčním složení převládaly FK nad HK a poměr HK/FK činil 0,75. Typ humusu byl fulvátní – viz Tab. 8. Rentgeno-fluorescenční spektra HK měřena na grafitovém a molybdenovém terčíku pomocí EDXS (Energiově - disperzního rentgeno-fluorescenčního spektrofotometru EDX – RAY SPECTRO XEPOS) jsou uvedena na obr. 14 a 15. HK obsahovaly ve své molekule tyto prvky: železo, titan, vápník, draslík, fosfor, síru, zinek, měď, chlor a křemík. V menším množství to byly: selen, rtuť, olovo a brom. Charakteristický byl vysoký obsah železa, titanu, draslíku, křemíku a manganu. Ostatní prvky jsou v daleko menším množství, resp. na hranicích detekce – viz Tab. č. 10. Podle mineralogického složení je nejvíce v půdě zastoupen křemen, dále se v půdě vyskytuje ilit, kaolinit, chlorit, živec – viz Tab. 9. Kambizem modální (Náměšť nad Oslavou) - měla kyselou aktivní půdní reakci pH/H2O = 5,1. Výměnná půdní reakce s hodnotou 4,0 značí silně kyselou reakci. Salinita dosahovala velice nízkých hodnot, půda byla nezasolená (< 4 mS/cm) – viz Tab. 4. Dle obsahu jílnatých částic 29 % se jednalo o písčitohlinitou zeminu a střední půdu – viz Tab. 5. Obsah přístupného fosforu 203 mg/kg značil velmi vysokou zásobu této živiny v půdě. Obsah draslíku byl 511 mg/kg – velmi vysoká zásoba. Obsah hořčíku byl 150 mg/kg, jedná se o vyhovující obsah – viz Tab. 6. Kationtová výměnná kapacita byla nižší střední – viz Tab. 6. Dle poměru C/N 7,4 byla hodnota celkového dusíku v půdě vysoká – viz Tab. 7. Obsah organického uhlíku Corg byl nízký. Obsah humusu byl nízký. Suma HL byla 0,6 %. Půda dosahovala střední stupeň humifikace a ve frakčním složení FK převládaly nad HK. Typ humusu proto hodnotíme jako 35
fulvátní – viz Tab. 8. Podle mineralogického složení v půdě převažuje křemen s illitem a smektitem – viz Tab. 9. Kambizem litická (Ocmanice) - dosahovala kyselou výměnnou půdní reakci a silně kyselou aktivní půdní reakci (pH/KCl = 4,1; pH/H2O = 5,0). Salinita neboli vodivost půdy dosáhla hodnoty 0,1 mS/cm – jedná se o nezasolenou půdu – viz Tab. 4. Obsah jílnatých částic byl 16 %, jedná se o hlinitopísčitý půdní druh a lehkou půdu – viz Tab. 5. Obsah přístupného fosforu v půdě byl vyhovující (hodnota mezi 51 - 80 mg/kg). Obsah přístupného draslíku byl vyhovující (104 mg/kg). Obsah přístupného hořčíku byl vysoký – viz Tab. 6. Kationtová výměnná kapacita byla vyšší střední (18 mmol/100 g) – viz Tab. 6. Poměr C/N 12,3 značil nízkou zásobu dusíku v půdě – viz Tab. 7. Obsah organického uhlíku Corg byl nízký. Suma HL byla 0,41 %. Stupeň humifikace byl velmi nízký a ve frakčním složení HL převládaly FK. Poměr HK/FK byl nízký (0,52). Obsah humusu byl střední. Typ humusu hodnotíme jako fulvátní – viz Tab. 8. Rentgenofluorescenční spektra HK měřena na grafitovém a molybdenovém terčíku pomocí EDXS (Energiově - disperzního rentgeno-fluorescenčního spektrofotometru EDX – RAY SPECTRO XEPOS) jsou uvedena na obr. 16 a 17. HK obsahovaly ve své molekule tyto prvky: železo, titan, vápník, draslík, fosfor, síru, zinek, měď, chlor a křemík. V menším množství to byly: selen, rtuť, olovo a brom. Charakteristický byl vysoký obsah železa, titanu, draslíku, křemíku a manganu. Ostatní prvky jsou v daleko menším množství, resp. na hranicích detekce – viz Tab. č. 10. Podle mineralogického složení je v půdě nejvíce zastoupen smektit s živcem a křemenem – viz Tab. 9.
36
7
ZÁVĚRY
V bakalářské práci byly hodnoceny chemické a fyzikální vlastnosti kambizemí formovaných
na
různých
půdotvorných
substrátech.
Dále
bylo
hodnoceno
mineralogické složení, obsah živin a obsah prvků v izolovaných HK. Zjištěné výsledky nám dovolují vyslovit tyto závěry:
všechny sledované subtypy kambizemí měly kyselou aktivní půdní reakci;
obsah Corg byl nízký a obsah humusu byl také nízký u všech subtypů;
kvalita humusu byla nízká a ve frakčním složení převládaly FK, typ humusu byl fulvátní;
kationová výměnná kapacita byla střední;
KAm (Vatín) na rule měla vyhovující obsah K, Mg a nízký obsah P;
KAm (Náměšť nad O.) na amfibolitu měla vyhovující obsah K, Mg a P;
KAt (Ocmanice) na amfilitu měla vyhovující obsah K a P, vysoký obsah Mg;
podle mineralogického složení KAt obsahuje smektit, křemen a živec. KAm (Náměšť nad Oslavou) – smektit, křemen a illit. KAm (Vatín) neobsahuje smektit a obsahuje křemen, illit, kaolinit, chlorit a živce;
izolované HK obsahovaly prvky: železo, titan, vápník, draslík, fosfor, síru, zinek, měď, chlor a křemík, rtuť, olovo a brom.
37
8
POUŽITÁ LITERATURA
8.1 Knižní zdroje ČSN EN 12260 (757524). (2004) Jakost vod - Stanovení dusíku - Stanovení vázaného dusíku (TNb) po oxidaci na oxidy dusíku. ČSN ISO 10694 (83 6410). (2008) Kvalita půdy - Stanovení organického a celkového uhlíku po termickém rozkladu. ČSN EN 1484 (757515). (1998) Jakost vod - Stanovení celkového organického uhlíku (TOC) a rozpuštěného organického uhlíku (DOC).
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. HRUŠKA B., JELÍNEK S. (1998). Lesnická geologie. 1.vyd. Brno: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, 197 s. JANDÁK J., POKORNÝ E., HYBLER V., POSPÍŠILOVÁ L. (2003). Cvičení z půdoznalství. Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, Brno, 92 s., JANDÁK J., POKORNÝ E., PRAX A. (2007). Půdoznalství. 2. vyd. /. Brno: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, 142 s. JANDÁK J., POKORNÝ E., PRAX A. (2010). Půdoznalství. Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, Brno, 142 s. KVĚTOŇ J. (2001). Normály teploty vzduchu na území České republiky v období 19611990 a vybrané teplotní charakteristiky období 1961-2000. 1.vyd. Praha: Český hydrometeorologický ústav, 197 s.
38
LECO TruSpec CN. (2006) TruSpec CN Carbon/Nitrogen Determinator. Instruction manual. LECO Corporation. NĚMEČEK J. a kol.(2011). Taxonomický klasifikační systém půd ČR. Druhé upravené vydání, ČZU Praha, 94s. NĚMEČEK J. (1967). Průzkum zemědělských půd ČSSR. Souborná metodika. Díl první: Metodika terénního průzkumu, sestavování půdních map, kartogramů a průvodních zpráv. Geneticko-agronomická klasifikace půd ČSSR. Praha: Ministerstvo zemědělství a výživy, 246 s. NĚMEČEK J. (2001). Taxonomický klasifikační systém půd České republiky. Vyd. 1. Praha: Česká zemědělská univerzita, 79 s. NĚMEČEK J., SMOLÍKOVÁ L. KUTÍLEK M. (1990). Pedologie a paleopedologie. Praha. ACADEMIA, 288s.
PICCOLO A. (1988). Characteristics of soil humic substances extracted with someorganic and inorganic solvents and purified by the HCl-HF treatment. SoilSci.146: 418-426. POSPÍŠILOVÁ L., FASUROVÁ, LIPTAJ T., JURICA L. (2010). Humic acids characterization by EDXS and 13C NMR spectroscopy. ActaUniversitatisAgriculturaeetSilviculturaeMendelianaeBrunensis (2010), LVII, 1: 18. POSPÍŠILOVÁ L., TESAŘOVÁ M. (2009). Organický uhlík obhospodařovaných půd. Acta Folia II. UniversitatisAgriculturaeetSilviculturaeMendelianaeBrunensis, 2009 (1): 41s. POSPÍŠILOVÁ L., ŽIGOVÁ A., ŠŤASTNÝ M., LIPTAJ T. (2012). Humic and quality of cambisols developed on gneiss and amphibolite. Acta Geomatter VOL. 9, NO.4 (168), 503-510.
39
RICHTER R., HLUŠEK J. (1994). Výživa a hnojení rostlin: (I .obecná část). 1.vyd. Brno: VŠZ, 171 s. SMOLÍKOVÁ L. (1982). Pedologie. 1. vyd. Praha: SPN. TRÁVNÍČKOVÁ E. (2011) Vliv zimního chemického ošetření silnic na mikrobiální
společenstvo okolních půd. Brno, Diplomová práce. Masarykova univerzita. ZBÍRAL J., HONSA I., MALÝ S. (1997). Analýza půd: jednotné pracovní postupy III. 1.vyd. Brno: Ústřední kontrolní a zkušební ústav zemědělský, 150 s. ZBÍRAL J. (2005). Analýza rostlinného materiálu: jednotné pracovní postupy. Vyd. 2., rozš. a přeprac. Brno: Ústřední kontrolní a zkušební ústav zemědělský, 192 s.
40
8.2 Internetové zdroje www1: HERBER, DOBROVOLNÝ. Fyzická geografie České republiky: Půdy a půdní pokryv ČR. [online]. [cit. 2013-12-29]. Dostupné z: http://www.herber.kvalitne.cz/FG_CR/pudy.html www2: HLADKÝ J. O vzniku půdy. In: Příroda.cz [online]. 3.1.2012. 2012 [cit. 201401-21]. Dostupné z: http://www.priroda.cz/clanky.php?detail=1728&stranka=3 www3: JELÍNEK J. Nauka o Zemi pro technické obory: Multimediální učební texty. [online]. Hornicko-geologická fakulta Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava. 2010 [cit. 2014-01-21]. Dostupné z:http://geologie.vsb.cz/jelinek/Nauka_o_Zemi_PTO.htm www4: Multimediální učební texty z výživy rostlin. [online]. Ústav agrochemie a výživy rostlin, 2003, 16.11.2006 [cit. 2014-02-06]. Dostupné z: http://web2.mendelu.cz/af_221_multitext/vyziva_rostlin/html/agrochemie_pudy/jilove_ mineraly.htm www5: Taxonomický klasifikační systém půd ČR. [online]. [cit. 2013-12-29]. Dostupné z: http://klasifikace.pedologie.czu.cz/ www6: HLADKÝ J. (2012). Typy půd: Nejrozšířenější půdní typ v ČR je kambizem. In: Přiroda.cz [online]. 13.2.2012. [cit. 2013-12-29]. Dostupné z: http://www.priroda.cz/clanky.php?detail=1821
41
9
SEZNAM OBRÁZKŮ
Obr. č. 1 – Rozkládající se mrtvé stromy Obr. č. 2 – Reliéf rumunských hor Obr. č. 3 – Magmatická hornina Obr. č. 4 – Prorůstání kořenů horninou Obr. č. 5 – Schéma tetraedru Obr. č. 6 – Struktura Illitu Obr. č. 7 – Kambizem modální Obr. č. 8 – Lokalita Vatín Obr. č. 9 – Lokalita Vatín – orná půda Obr. č. 10 – Kambizem modální, varieta eutrická Obr. č. 11 – Lokalita Ocmanice Obr. č. 12 – Lokalita Náměšť nad Oslavou Obr. č. 13 – Analyzátor LECO Obr. č. 14 – EDXS spektra HK kambizemě modální varieta eutrická (Vatín, TTP) naměřená na molybdenovém terčíku Obr. č. 15 – EDXS spektra HK kambizemě modální varieta eutrická (Vatín, TTP) naměřená na grafitovém terčíku (HOPG) Obr. č. 16 – EDXS spektra HK kambizemě litické (Ocmanice) naměřená na molybdenovém terčíku Obr. č. 17 – EDXS spektra HK kambizemě litické (Ocmanice) naměřená na grafitovém terčíku (HOPG)
42
10 SEZNAM TABULEK Tab. č. 1– Subtypy kambizemí podle Němečka a kol. (2011) Tab. č. 2 – Půdní variety základního půdního typu Kambizemě (ww5) Tab. č. 3 – Informace o lokalitách Tab. č. 4 – Vodivost a pH u sledovaných půd Tab. č. 5 – Zrnitostní složení sledovaných půd Tab. č. 6 – Obsah živin a kationtová výměnná kapacita u sledovaných půd Tab. č. 7 – Obsah C a N u sledovaných půd Tab. č. 8 – Frakční složení humusových látek a stupeň humifikace Tab. č. 9 – Mineralogické složení půd Tab. č. 10 – Výsledky EDXS analýzy půdních huminových kyselin
43
11 SEZNAM ZKRATEK AF – Agronomická fakulta ČR – Česká republika EDTA – Kyselina ethylendiamintetraoctová EDXS – Energiově - disperzní rentgeno-fluorescenční spektrofotometr FK – Fulvokyseliny HK – Humínové kyselimy HL – Humusové látky KVK – Kationtová výměnná kapacita TTP – Trvalý travní porost ÚAPMVR - Ústav agrochemie, půdoznalství, mikrobiologie a výživy rostlin VPS – Výzkumná pícninářská stanice
44
12 PŘÍLOHY
45
Tab. č. 3 – Informace o lokalitách Půdní typ Kambizem modální (Vatín) Kambizem modální (Náměšť) Kambizem litická (Ocmanice)
Nadmořs ká výška m. n. m.
Využití
Matečná hornina
GPS N
E
530
OP
Biotitická rula
49° 31.091´
15° 58.196´
430
OP
Amfibolit
49° 12.808´
16° 9.757´
450
TTP
Amfibolit
49° 13.909´
16° 7.782´
Tab. č. 4 – Vodivost a pH u sledovaných půd Půdní typ
Vodivost
pH/H2O
pH/KCl
0,2
5,1
4,8
0,14
5,1
4,0
0,10
4,1
5,0
mS/cm Kambizem modální (Vatín) Ap (0-20 cm) Kambizem modální (Náměšť) Ap (0-20 cm) Kambizem litická (Ocmanice) Ad (0-20 cm)
Tab. č. 5 – Zrnitostní složení sledovaných půd Půdní typ
Kambizem modální (Vatín) Kambizem modální (Náměšť) Kambizem litická (Ocmanice)
Půdní druh
JČ < 0,01 mm(%)
Písek 2,00-0,05 mm(%)
Prach 0,05-0,002 mm(%)
Jíl < 0,002 mm(%)
Písčitohlinitá
22,0
50,0
40,0
9,5
Písčitohlinitá
29,0
41,0
58,0
17,0
Hlinitopísčitá
16,0
72,2
17,7
10,1
Tab. č. 6 – Obsah živin a kationtová výměnná kapacita u sledovaných půd Půdní typ Kambizem modální (Vatín) Kambizem modální (Náměšť) Kambizem litická (Ocmanice)
K (mg/kg) 105,0 511,0 104,0
Mg (mg/kg) 118,0 150,0 267,0
P (mg/kg) 33,0 203,0 70,0
KVK (mmol/100g) 22,0 16,0 18,0
Tab. č. 7 – Obsah C a N u sledovaných půd Půdní typ
C (%)
N (%)
C/N
Kambizem modální (Vatín) Kambizem modální (Náměšť) Kambizem litická (Ocmanice)
1,40 1,30 1,60
0,14 0,175 0,13
10 7,4 12,3
Tab. č. 8 – Frakční složení humusových látek a stupeň humifikace Půdní typ Kambizem modální (Vatín) Kambizem modální (Náměšť) Kambizem litická (Ocmanice)
Corg (%)
Ʃ HL (%)
HK (%)
FK (%)
HK/FK
Stupeň humifikace (%)
1,40
7,0
3,0
4,0
0,75
21.4
1,30
6,0
2,8
3,2
0,88
21.5
1,60
4,1
1,4
2,7
0,52
9.0
Tab. č. 9 – Mineralogické složení půd Ch I K S H Q F Pl A G Půdní typ Kambizem 9 20 11 0 0 41 4 4 0 0 modální (Vatín) Kambizem 6 21 6 10 0 41 7 9 0 0 modální (Náměšť) Kambizem 3 1 10 35 0 13 22 6 5 0 litická (Ocmanice) Ch - chlorite, I - illite, K – kaolinite, S - smectite, H – hydrobiotite, Q – quartz, F – feldspar, Pl – plagioklase, A – amphibolite, G – goethite
Tab. č. 10 – Výsledky EDXS analýzy půdních huminových kyselin Prvky/ HK Al As Br Ca Cl Cr Cu Fe Hg K Mn P Pb Rb S Si Sr Ti Zn
Půdní HK + + + ++ + + ++ ++ + ++ + ++ + + ++ ++ + ++ ++
Obr. č. 14 – EDXS spektra HK kambizemě modální varieta eutrická (Vatín, TTP) naměřená na molybdenovém terčíku
Obr. č. 15 – EDXS spektra HK kambizemě modální varieta eutrická (Vatín, TTP) naměřená na grafitovém terčíku (HOPG)
Obr. č. 16 – EDXS spektra HK kambizemě litické (Ocmanice) naměřená na molybdenovém terčíku
Obr. č. 17 – EDXS spektra HK kambizemě litické (Ocmanice) naměřená na grafitovém terčíku (HOPG)
