Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav Agrochemie, Půdoznalství, Mikrobiologie a Výţivy rostlin
Indikátory kvality/zdraví půdy Bakalářská práce
Vedoucí práce: RNDr. Ľubica Pospíšilová, CSc.
Vypracovala: Kamila Bugnerová
Brno 2011
PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, ţe jsem bakalářskou práci na téma Indikátory kvality/zdraví půdy vypracovala samostatně a pouţila jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloţeném seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a můţe být pouţita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně.
dne……………………………………….
podpis studenta…………………………..
PODĚKOVÁNÍ Ráda bych touto cestou poděkovala vedoucí bakalářské práce paní RNDr. Ľubici Pospíšilové, CSc., která mi umoţňovala odborné konzultace, rady a byla mi vţdy, kdyţ bylo třeba nápomocná při vypracování této práce. Mé zvláštní poděkování patří rodičům za jejich trpělivost a morální podporu po celou dobu studia.
ABSTRACT The aim of bachelor thesis „Indicators of soil quality/health“ was to determined selected physical and chemical soil properties and to assess soil quality. We followed total content of carbon, nitrogen, labile carbon, C/N ratio, sum of humic substances, HA/FA ratio, colour indexes, soil reaction, cation exchange capacity and texture in Haplic Cambisol, Gleyic Luvisol, Luvi-haplic Chernozem and
Haplic Pseudogley.
Standard analytical methods for soil properties determination were used. Obtained results showed that the best indicators of soil quality were – labile carbon content, humic acids content, HA/FA ratio, fulvic acids content and colour indexes. Linear correlation between total carbon and nitrogen content and humic substances content was found. Inverse linear correlation between HA content and HA/FA ratio and colour indexes was determined.
Keywords: soil quality/health, C/N and HA/FA ratios, UV-VIS spectroscopy
ABSTRAKT V bakalářské práci s názvem „Indikátory kvality/zdraví půdy“ hodnotíme kvalitu/zdraví
půdy
podle
vybraných
fyzikálních
a
chemických
parametrů.
U následujících půdních typů – kambizem modální, luvizem oglejená, černozem luvická a pseudoglej modální byl hodnocen celkový obsah uhlíku, dusíku, labilního uhlíku, poměru C/N, obsah humusových látek, poměr HK/FK, barevného indexu, půdní reakce, kationová výměnná kapacita a textura. Všechny uvedené parametry půdy byly stanoveny standardními analytickými metodami. Výsledky ukázaly, ţe celkový obsah labilního uhlíku, huminových kyselin, poměr HK/FK, obsah fulvokyselin a barevné indexy nejlépe charakterizují půdní kvalitu. Byly zjištěny korelační vztahy mezi celkovým obsahem Corg, dusíku a obsahem HL. Opačná korelace byla zjištěna mezi obsahem HK a barevným indexem a mezi poměrem HK/FK a barevným indexem.
Klíčová slova: kvalita/zdraví půdy, C/N, HK/FK, UV-VIS spektroskopie
1
ÚVOD........................................................................................................................ 8
2
CÍL PRÁCE ............................................................................................................. 10
3
LITERÁRNÍ PŘEHLED ......................................................................................... 11
4
3.1
Definice pojmu půda ........................................................................................ 11
3.2
Funkce půdy ..................................................................................................... 12
3.3
Kvalita a zdraví půdy ....................................................................................... 13
3.4
Základní aspekty pro odvození kvality půdy ................................................... 16
3.5
Indikátory kvality půdy .................................................................................... 16
3.5.1
Biologická aktivita .................................................................................... 16
3.5.2
Půdní organická hmota ............................................................................. 16
3.5.3
Mikrobiální aktivita .................................................................................. 17
3.5.4
Eroze ......................................................................................................... 17
3.5.5
Měření a hodnocení kvality půdy ............................................................. 18
MATERIÁL A METODY ZPRACOVÁNÍ ............................................................ 21 4.1
Objekt studia .................................................................................................... 21
4.1.1
Rapotín ...................................................................................................... 21
4.1.2
Sluneční .................................................................................................... 22
4.1.3
Šumperk .................................................................................................... 23
4.1.4
Unčovice ................................................................................................... 24
4.2
Metody studia ................................................................................................... 25
4.2.1
Stanovení celkového obsahu organického uhlíku ..................................... 25
4.2.2
Stanovení lehce rozloţitelného uhlíku ...................................................... 26
4.2.3
Stanovení celkového obsahu dusíku ......................................................... 26
4.2.4
Stanovení poměru C/N.............................................................................. 26
4.2.5
Stanovení frakčního sloţení humusových látek ........................................ 27
4.2.6
Výměnná půdní reakce ............................................................................. 27
4.2.7
Kationtová výměnná kapacita ................................................................... 28
4.2.8
Obsah jílnatých částic ............................................................................... 28
4.2.9
Vodivost vodního výluhu.......................................................................... 28
4.2.10
Stanovení UV-VIS spekter humusových látek ......................................... 29
5
VÝSLEDKY A VYHODNOCENÍ ......................................................................... 31
6
ZÁVĚRY ................................................................................................................. 35
7
SEZNAM POUŢITÉ LITERATURY ..................................................................... 36 PŘÍLOHY…………………………………………………………………………39
8
SEZNAM POUŢITÝCH ZKRATEK ..................................................................... 40
9
SEZNAM TABULEK ............................................................................................. 41
10 SEZNAM OBRÁZKŮ ............................................................................................ 42
1
ÚVOD
„Obohatili jsme se nadměrným vyuţíváním přírodních zdrojů a jsme právem hrdi na náš pokrok. Ale přišel čas, abychom se váţně zamysleli nad tím, co se stane, aţ nebudou lesy, aţ budou vyčerpány zásoby uhlí, ţeleza a ropy, aţ bude půda ještě více ochuzena a splavena do řek, a tím znečištěny jejich vody, zpustošena pole a ztíţena plavba.“ (Roosevelt, Konference o ochraně přírodních zdrojů 1908, In: Dorst, 1978)
Obr. 1 Planeta naše Země, (zdroj: www.google.cz). Půda je nejcennější přírodní zdroj a málokdo si tuto skutečnost uvědomuje. Je to ţivá hmota, která umoţňuje ţivot nám lidem, dalším ţivočichům, tvorům a mnoha biologickým společenstvím a mimo jiné se v ní odehrávají nejrůznější chemické a fyzikální procesy. Z těchto důvodů je povaţována za nejcennější přírodní bohatství kaţdého státu. Většina lidí ji bere jako samozřejmost, ale našim chováním ji s vědomím i bez něj ubliţujeme. Lidé jsou s půdou spojeni uţ od doby, kdy se na zemi objevila lidská stopa. Půdu vyuţíváme k hospodaření, slouţí nám jako zdroj potravy přímo i nepřímo, slouţí k běţnému ţivotu a zároveň je místem, kam se od pradávna pohřbívají lidské ostatky. U laiků se setkáváme s výrazem „hlína“, u odborníků s termínem půda nebo zemina. Ať uţ se uţívá jakékoliv synonymum vzácné hmoty, neztrácí tím na 8
významu. Lidstvo na celém světě by se mělo snaţit půdu chránit a pečovat o ni co nejlépe. Je důleţité si uvědomit, ţe to neděláme jen pro sebe, ale pro mnoho generací, které tu budou do budoucna
pro naše děti. Proto si člověk stanovil parametry neboli
indikátory půd, podle nichţ posuzuje kvalitu/zdraví půd. Na základě těchto parametrů, lze stanovit nelepší moţné obhospodařování dané půdy.
9
2
CÍL PRÁCE
Cílem bakalářské práce je vypracovat literární rešerši a vybrat důleţité parametry k hodnocení kvality/zdraví půdy. Dále jsme na nejrozšířenějších půdních typech (kambizem modální, černozem luvická, luvizem oglejená a pseudoglej modální,) stanovili vybrané parametry kvality/zdraví půdy. Výsledkem práce bude vyhodnocení jednotlivých půdních typů podle vybraných kvalitativních parametrů a doporučení, které z nich nejlépe charakterizují daný půdní typ a jeho kvalitu. Cílem mé bakalářské práce je taktéţ poznat půdu trochu z jiné stránky neţ jak ji známe běţně. Tím myslím návštěvu v hlubších vrstvách půdy. Ne jen na povrchu, na kterém roste vegetace a po kterém my lidé chodíme. V této práci se budu zabývat tím, co je půda podle odborníků, jaký má význam, funkci, co je ona kvalita/zdraví půdy, jaké máme indikátory pro kvalitu/zdraví půdy. Bakalářská práce je součásti projektu NAZV QH 81 200 „Optimalizace vodního režimu v krajině a zvýšení retenční schopnosti krajiny uplatněním kompostu z biologicky rozložitelných odpadů na orné půdě i trvalých travních porostech“.
10
3
LITERÁRNÍ PŘEHLED
3.1 Definice pojmu půda Z historického hlediska se vyvíjely názory na půdu a definici tohoto pojmu dvěma směry. Statistické nazírání podkládá půdu za neţivou směs zvětralých hornin a odumřelých organických zbytků v různém stupni rozkladu. S tímto názorem se shoduje Rammanova definice: „Půda je povrchová, zvětrávající vrstva pevné zemské kůry, která se skládá z rozdrobených, chemicky pozměněných hornin a zbytků rostlin i zvířat, ţijících na půdě i v půdě.“ Statistické pojetí nebere ohled na vývoj půdy a jeho vztah k přírodnímu prostředí (In: Jandák a kol., 2009a). Dynamické pojetí půdy má své základy v pracích ruského geologa V. V. Dokučajeva (1846 – 1943), který přibliţně před více jak 100 lety chápal půdu takto: „Povrchová vrstva jakýchkoliv hornin, které jsou přeměněné současným působením vody, vzduchu a rozličných organismů. Půda je samostatný přírodně-historický útvar, který vzniká a vyvíjí se zákonitým procesem působením půdotvorných činitelů.“ Na základě svých vědeckých prací je Dokučajev povaţován za zakladatele moderní vědy o půdě (In: Jandák a kol., 2009a). V roce 1930 zveřejnil definici půdy v dynamickém pojetí Stebutt: „Půda je funkce geologického substrátu a vnějších energií.“ Představitelem dynamického pojetí v Československu byl Václav Novák (1888 – 1967): „Půda v přírodovědeckém smyslu je přírodní útvar, který se vyvinul z povrchových zvětralin zemské kůry a z organických zbytků jeho stavba a sloţení jsou výsledkem působení klimatu a ţivých organismů ţijících v půdě i na půdě.“ (In: Jandák a kol., 2009a). Tyto definice zohledňují vztah mezi půdou a prostředím. Definice však vyţadují zdůraznění další charakteristické půdní vlastnosti a tou je úrodnost. Právě tato vlastnost půdu odlišuje od hornin nebo zvětralin. Význam půdy pro lidstvo spočívá hlavně v její úrodnosti, to znamená schopnost vytvářet podmínky pro růst rostlin. Půda je jednou ze základních podmínek existence lidstva, protoţe je s ní nerozlučně spojena výroba produktů nutných k ţivotu (Jandák a kol., 2009a). Jandák a kol. (2009a) uvádí, ţe půda je chápána jako samostatný přírodně-historický útvar, který vznikl v důsledku komplexního působení vnějších činitelů (klima,
11
biologický, faktor, podzemní voda) na mateční horninu v určitém čase. Tím vzniká úplně nová substance, která se zčásti podobá ţivé hmotě tím, ţe má látkovou výměnu s prostředím, ale také neţivé znaky
nerozmnoţuje se. K vnějším (exogenním)
činitelům patří také kultivační činnosti lidí, které se stále intenzivněji v procesu vývoje půdy ukazují. V ekosystémovém přístupu si musíme uvědomit vztah mezi ţivými a neţivými sloţkami našeho prostředí. Půda představuje nevídanou vyrovnanost mezi ţivotem a smrtí. Označení, ţe půda je „ţivá“ naznačuje fakt, ţe jedna kávová lţička půdy můţe obsahovat 1,5× více organismů, neţ kolik je lidské populace na světě. Půda se formuje velmi pomalu. Doba pro vytvoření jednoho centimetru je asi 100 – 400 let. Na tomto procesu se podílí půdotvorný materiál, zeměpisná poloha, klima a v neposlední řadě organismy. Při všech zásazích si musíme uvědomit vazby mezi půdou, půdními organismy a rostlinami i dopad lidské činnosti na stabilitu a kvalitu půdního prostředí, protoţe půda je neobnovitelná (Šarapatka a kol., 2002).
3.2 Funkce půdy Všeobecně je z hlediska přímé vazby na člověka funkce půdy pojata jako základní článek potravního řetězce a zároveň i jako medium pro růst rostlin. Pro suchozemské rostliny a mikroorganismy je půda důleţitou zásobárnou vody, bez které by jinak nebyly schopny ţivota. Půda je také filtračním čistícím prostředím, přes které voda prochází. Důleţité je zmínit význam mikrobiální sloţky půdy, která nebývá často zdůrazňována. Pomocí interakce mikroorganismů s fyzikální a chemickou sloţkou půdního prostředí, probíhá v půdě cyklus dusíku, fosforu, síry, uhlíku a vody. Hlavní suchozemskou zásobárnou dusíku, fosforu, síry a uhlíku je půdní organická hmota. Přístupnost a bilance těchto prvků je ovlivňována mikrobiální imobilizací a mineralizací. Mikroorganismy jsou zároveň velkou a nedoceněnou zásobárnou genetické informace (Sáňka & Materna, 2004). Z půdy pochází mnoho základních sloţek stavebních materiálů a surovin. Zároveň půda poskytuje prostor pro umisťování staveb, pro rekreační činnost a mnoho dalších aktivit člověka. V neposlední řadě je také místem, v němţ probíhá archeologický a paleontologický výzkum (Sáňka & Materna, 2004).
12
Hraško (2003) vyjadřuje názor, ţe kvalita půdy se odráţí na kvalitě lidského ţivota. Nabízí se otázka proč? Odpověď je jednoduchá, protoţe jen zdravá a neznehodnocená půda vnějšími vlivy plní všechny své funkce. Hraško (2003) vymezuje tyto produkční a mimoprodukční funkce půdy: produkce biomasy je schopnost půdy zabezpečovat nároky rostlin na ţiviny, vodu, vzduch a růst kořenového systému, a tím vytvářet podmínky pro tvorbu úrody plodin, produkci uţitkové biomasy, fytomasy rostlin a biomasy ţivočichů, filtrační a akumulační funkce je schopnost půdy uchovávat různé látky, které vstupují do půdy a zároveň schopnost zabraňovat jejich neţádoucímu transportu do podzemních vod, transformační funkce umoţňuje přeměnu látek, asanační funkce představuje eliminaci toxických látek a infekčních organismů, pufrační funkce znamená schopnost půdy tlumit vliv chemických látek, prostředí pro organismy, genová rezerva tyto pojmy představují ţivotní prostor pro velký počet různých organismů, zhoršení kvality půdy všeobecně vede ke sníţení biodiverzity.
3.3 Kvalita a zdraví půdy Ţivot jako takový je závislý na třech základních přírodních zdrojích. Hovoříme o půdě, vodě a vzduchu. Půda zabezpečuje ţiviny nutné pro růst rostlin, které jsou základem pro výţivu lidí a ţivočichů. Vhodné je připomenout, ţe v půdě probíhá recyklace a detoxikace organických materiálů a koloběh prvků. Předpokladem pro kvalitní růst a vývoj zdravých rostlin, ţivočichů a člověka je zdravá půda (Šarapatka a kol., 2002). Houghton a kol. (1983) zmiňují, ţe vyuţívání a poškození půdního fondu je ve velké míře ovlivněno růstem populace, omezenými přírodními zdroji, sociální nestabilitou a degradací půdy. Například v Severní Americe i jinde na světě je zaznamenáno, ţe kvalita půdy se značně zhoršila v době, kdy došlo k rozorání travních porostů a vykácení lesů. Mechanická kultivace a pěstování plodin v řádcích vedla ke ztrátě půdy v důsledku eroze. Půdní organická hmota byla značně sníţena a zvýšil se výdej uhlíku v podobě oxidu uhličitého do atmosféry. Kvalita povrchových a podzemních vod ve světě byla ovlivněna intenzivním hospodařením a zároveň došlo 13
k dis-balanci koloběhu dusíku, sodíku a vody v půdě. Nitrátový dusík, znečišťující látka ve vodách jak v Severní Americe, tak v Evropě. Svůj původ má v aplikaci průmyslových i organických hnojiv. Značné vstupy hnojiv a pesticidy ovlivňují vodní zdroje v krajině a mohou současně ovlivnit atmosféru produkcí plynů, jako např. CO2. Pojem kvalita půdy byl dle Šarapatka a kol. (2002) navrţen pro charakterizování vyuţitelnosti a zdraví půdy. V USA tento termín vyjadřuje úrodnost, produktivitu a environmentální kvalitu. V Evropě a Kanadě to představuje kontaminaci půd látkami, které ovlivňují děje probíhající v půdním prostředí. V současnosti je pozornost soustředěna i k trvale udrţitelnému vyuţívání půd a nesprávné zásahy mohou způsobit pokles kvality půdy. Například Lal (1995) připomíná, ţe jen 22 % (3,26 miliardy hektarů) půdy, je moţné vyuţít pro obdělávání a pouze 3 % (450 milionů hektarů) má produkční kapacitu vysokou. Odhaduje se, ţe kaţdý rok je kolem 10 milionů hektarů půdy ztraceno v důsledku různých forem degradace ve spojení se změnou na nezemědělskou půdu. Podle OSN je 1/4 světového zemědělského půdního fondu ohroţena určitým stupněm degradace. Pro představu je z této plochy silně degradováno 15,6 % a středně degradováno 51,7 %. Abychom produkční schopnost půdy zachovali, lépe řečeno udrţeli, abychom zeslabovali negativní vlivy na půdu a udrţeli procesy v ní probíhající, je velmi nutné zachovat kvalitu půdy. Nejprve je ale nutné definovat a navrhnout postupy pro její hodnocení. Termín kvalita půdy není nový. Historicky byl spojován s produktivitou zemědělských systémů. V našich podmínkách donedávna dominovalo označení úrodnost půdy. Později byl zaveden termín produkční potenciál půdy a produktivita půdy. Tyto pojmy vychází z vlivu klimatických podmínek určitého prostředí na rostliny a z úrodnosti půdy. V Posledních letech byl klasický pohled rozšířen o pojem únosná kapacita, který vyjadřuje mnoţství jedinců na určité ploše. Vysoce produkční půdy pak mají i vyšší únosnou kapacitu. V současné době uvedené produkční hodnocení půdy nedostačuje a musíme tak hodnotit v širších ekologických souvislostech. Ochrana kvality půdy, stejně jako ochrana vzduchu a kvality vody, musí být základním cílem národní politiky ţivotního prostředí (Pokorný & Šarapatka, 2003). Jak bylo zmíněno, tak půda má řadu funkcí. Pro komplexní hodnocení půdy se pouţívá termín kvalita nebo zdraví půdy. V literatuře se uţívají oba názvy s tím, ţe ve výzkumu bývá preferován pojem kvalita, u producentů pak označení zdraví. Někteří odborníci upřednostňují termín zdraví, protoţe lépe vystihuje chápání půdy jako ţivého a dynamického systému z holistického pohledu. Termín kvalita půdy lépe vyjadřuje 14
snahu o kvantifikaci fyzikálních, chemických a biologických vlastností. Svým významem reprezentuje určité vlastnosti, které ovlivňují: růst rostlin a biologickou aktivitu, koloběh ţivin, pohyb vody v ţivotním prostředí, pufraci ve spojitosti s cizorodými látkami v prostředí. Mnoho autorů se však shoduje, ţe můţeme pro zjednodušení pouţívat oba termíny kvalita a zdraví jako synonyma (Šarapatka a kol., 2002, Pospíšilová a kol., 2005). Pokud máme zájem se zemědělskou půdou hospodařit a současně ji zachovat ve stavu přijatelném pro další generace, je důleţité kvalitu půdy definovat komplexně. Z definic, které se přibliţují tomuto pojetí lze uvést několik příkladů: kvalitu půdy tvoří základní atributy půd, které jsou odvozeny z půdních charakteristik nebo nepřímých sledování, například náchylnost ke zhutnění, erodovatelnost, úrodnost (Sáňka & Materna, 2004), kvalita půdy je schopnost půdy zajišťovat a udrţovat růst rostlin, coţ zahrnuje faktory jako stupeň kultivace (obdělávatelnosti), obsah organické hmoty, struktura, hloubka půdy, vodní kapacita, propustnost, pH, obsah ţivin atd. (Power and Myers, 1989, In: Sáňka & Materna, 2004), kvalita půdy je schopnost půdy fungovat produktivním a udrţitelným způsobem a současně udrţovat nebo zlepšovat svou podstatu, ţivotní prostředí a zdraví rostlin, ţivočichů a člověka (NCR-59 meeting minutes, Madison, WI, 1991, In: Sáňka & Materna, 2004), kvalita půdy je schopnost půdy plnit funkce daného ekosystému a pozitivně reagovat s externím prostředím (Larson and Pierce, 1991, In: Sáňka & Materna, 2004). Všechny definice, jak uvádí Sáňka & Materna (2004) mají společné, ţe kvalita půdy je schopnost půdy efektivně zabezpečit svoji funkčnost v přítomnosti i budoucnosti. Šarapatka a kol. (2002) jsou toho názoru, ţe kvalitní (zdravá) půda musí mít schopnost chránit kvalitu ţivotního prostředí, podporovat produktivitu rostlin a ţivočichů, neohroţovat zdraví lidí.
15
3.4 Základní aspekty pro odvození kvality půdy Kvalitu půdy je moţné definovat třemi základními pohledy. Kvalita půdy je z hlediska plnění produkčních a ekologických funkcí podle Granatsteina a Bezdiceka (1992) vyjádřena jako trvale udrţitelná produkce zemědělských plodin a bioty a to vede k rostlinné produkci a odolnosti k erozi. Podle Arshada a Coena (1992) je kvalita půdy odráţena v kvalitě ţivotního prostředí a s tím souvisí kvalita podzemní vody, kvalita povrchové vody a kvalita ovzduší. Existuje ještě třetí názor, který tvrdí, ţe kvalita půdy ovlivňuje zdraví člověka a ţivočichů, coţ vede ke zdravotní nezávadnosti krmiv a potravin (In: Sáňka a Materna, 2004).
3.5 Indikátory kvality půdy
3.5.1 Biologická aktivita Podle Pokorného a kol. (2007) je významným indikátorem, který nás upozorňuje na rozklad organické hmoty v půdě biologická aktivita. Hlavní roli zde hrají především ţíţaly, které jsou velmi citlivé na narušení půdního prostředí. Příznivé ţivotní podmínky pro ně a další faunu v půdě vytváří vyšší dodávka organické hmoty, která se do půdy dostává ve formě posklizňových zbytků a organických hnojiv. Z mnoha studií můţeme tvrdit, ţe organické zemědělství má větší biomasu a hojnost ţíţal, zvýšenou rozmanitost ţíţal a objevují se změny ve sloţení populací indikované větším počtem mladých (juvenilních) jedinců ţíţal.
3.5.2 Půdní organická hmota Výzkum organické hmoty soustřeďuje pozornost většinou na obsah organického uhlíku a jeho změny v průběhu přeměny (konverze) na ekologické zemědělství. Řada výzkumů prokazuje, ţe plochy, které jsou ekologicky obhospodařované, obsahují větší mnoţství organického uhlíku ve srovnání s konvenčními. V některých výzkumech se vyskytla i vyšší tzv. dekompozice neboli rozklad organické hmoty, např. při intenzivnějším zpracování půdy ve spojitosti s likvidací plevelných rostlin. Dlouhodobé pokusy potvrzují, ţe ekologický způsob hospodaření a minimální zpracování půdy, lépe chrání půdní organickou hmotu. Ekologické hospodaření také zvyšuje mikrobiální biomasu a rovněţ se objevuje i větší mnoţství látek huminové povahy. Pro ochranu 16
organické hmoty je velmi důleţitý osevní postup, tzn. správně navrţená struktura plodin, hnojení, zásahy do systému atd. (Pokorný a kol., 2007).
3.5.3 Mikrobiální aktivita Parametry pro určení půdní mikrobiální aktivity vyskytující se v řadě prací jsou mikrobiální biomasa, aktivity vybraných enzymů, mykorrhiza atd. Uvádí se, ţe po konverzi se objevilo: zvýšení mikrobiální aktivity související s obdobím, kdy půda byla organicky obhospodařovaná, zvýšení mikrobiální biomasy o 20 aţ 30 % ve srovnání s konvenčním systémem, zvýšení mikrobiální aktivity o 30 aţ 100 % na organických půdách, zvýšení mikrobiální rozmanitosti tzv. diority opět na organických půdách, efektivnější vyuţití přijatelných zdrojů půdními organismy (Pokorný a kol., 2007). Přesto Pokorný a kol. (2007) zdůrazňuje, ţe změny v biologické aktivitě probíhají velmi pomalu a z řady zkoumání, které porovnávají organické a konvenční zemědělství nebyly zjištěny ţádné rozdíly. Proto hodnocení probíhá aţ po 10 letech po provedené konverzi na ekologické zemědělství.
3.5.4 Eroze Pokorný a kol. (2007) poukazuje na velký problém, který na rozsáhlých plochách a především na orných půdách představuje vodní a větrná eroze. V odborné literatuře je uveden pozitivní vliv ekologického zemědělství a to především z důvodu: rozmanitých osevních postupů se zvýšeným podílem jetelovin a jetelotráv, vyššího procenta meziplodin a podsevů prodluţujících pokryv půdy v průběhu roku, menšího výsevu širokořádkových plodin, např. kukuřice, silnějšího organického hnojení s dalšími kladnými vlivy na půdu. 17
Vhodné je zmínit, ţe ani u ekologického zemědělství není vyloučeno riziko výskytu eroze. Někdy je zde toto riziko větší neţ u konvenčního obhospodařování. Hlavní důvod zvýšeného rizika eroze spočívá především v: častějším mechanickém zpracování půd, pomalejším vývoji a růstu rostlin z důvodu niţšího obsahu minerálního dusíku (Pokorný a kol., 2007) Budeme-li s Pokorným a kol. (2007) porovnávat jednotlivé faktory, pak zjistíme, ţe kladných faktorů je více, coţ se pozitivně projeví v omezení erozního smyvu na monitorovaných lokalitách ekologického zemědělství. Ve své podstatě ekologické zemědělství lépe a efektivněji chrání půdu a pečuje o půdní úrodnost, neţ je tomu u konvenčního zemědělství. Následující body vysvětlují, proč je ekologické obhospodařování preferované: ekologicky obhospodařované půdy vykazují vyšší obsah organické hmoty, vyšší biologická aktivita se projevuje v organicky zpracované půdě, struktura půdy není významně odlišná od konvenčního zemědělství, půda je před erozí lépe chráněna neţ u konvenčního zemědělství. Podle Pokorného a kol. (2007) změny v půdní úrodnosti, které nastávají po zavedení ekologického obhospodařování, není moţné očekávat okamţitě. Dle výzkumu můţeme efekt očekávat aţ za více neţ 8 let.
3.5.5 Měření a hodnocení kvality půdy Protoţe kvalita půdy vychází z řady studií, je zřejmé, ţe indikátory kvality půdy musíme určitým způsobem zjistit. K tomu slouţí různé metody pro měření a hodnocení kvality půdy. Existuje mnoho uznávaných metod pro hodnocení kvality vody i ovzduší, ale určení kvality půdy je velmi sloţité, protoţe půda je velmi variabilní, heterogenní a uskutečňuje se v ní řada procesů. O navrţení indexu, který by v sobě zahrnoval změny půdního prostředí v čase, usilují vědci z mnoha zemí. Aby bylo moţné index realizovat, musíme nejdříve zvolit přijatelné ukazatele kvality nebo zdraví půdy, které musí dle Dorana a Parkina (1996): 18
korelovat s procesy v ekosystému, integrovat s fyzikálními, chemickými a biologickými vlastnostmi půd, s procesy v nich probíhajících a slouţit jako základní vstup potřebný k odhadu půdních vlastností nebo funkcí, které se těţko měří přímo, být poměrně lehce pouţitelné v polních podmínkách a zvládnutelné jak specialisty, tak i uţivateli, být citlivé ke změnám v hospodaření i klimatu, (In: Šarapatka a kol., 2002). Mezi indikátory kvality patří například charakteristika: fyzikální
hloubka půdy, textura, struktura, pórovitost, objemová hmotnost,
hydraulická vodivost, retenční a maximální vodní kapacita, chemické nebo fyzikálně-chemické
obsah celkového dusíku, obsah ţivin,
obsah a kvalita humusu, vodivost, kationtová výměnná kapacita, pH, nasycenost sorpčního komplexu, hygienické parametry se zřetelem na nebezpečné elementy a organické kontaminanty, biologické
aktivita půdních enzymů, C, N biomasy mikroorganismů, respirace,
potenciálně mineralizovaný N apod. (Šarapatka a kol., 2002). Jak uvádějí Pospíšilová & Tesařová (2009) a Pokorný a kol. (2007) nemůţeme se při hodnocení kvality (zdraví) půdy soustředit jen na určitou část. Nesmí dojít k tomu, ţe by pozornost byla věnovaná pouze na fungování vybraného dílce z celku. Hodnocení probíhá komplexně a bereme na vědomí vzájemné vztahy a propojení všech půdních systémů. Jiţ v této části je to velmi náročné a přidá-li se k tomu poţadavek, aby tyto metody byly zvládnutelné co nejširším okruhem pracovníků, hlavně těmi, kteří obhospodařují krajinu, je to velmi sloţitý cíl. Řada autorů se snaţí najít index kvality půdy. Z jejich prací zjistíme, ţe jde o velmi odbornou práci prováděnou specialisty, která odráţí jen část sloţitého systému a v praxi je obtíţně zvládnutelná. Následující tabulka zobrazuje hodnocení, která vychází z analýz, které byly provedeny cca u 100 vzorků za časové období 4 let na ekologických farmách v České republice. Níţe uvedené doporučené hodnoty jsou neustále upřesňovány v rámci širšího spektra vzorků (Pokorný a kol., 2007).
19
Tab. 1 Doporučené hodnoty vybraných vlastností A horizontu na ekologicky hospodařících farmách – travní porosty (Pokorný a kol., 2007).
20
4
MATERIÁL A METODY ZPRACOVÁNÍ
4.1 Objekt studia Předmětem studia mé bakalářské práce jsou plochy, respektive půdy, nacházející se v Rapotíně, Sluneční, Šumperku a Unčovicích. Plochy, na kterých probíhalo sledování, náleţí podle geomorfologického členění ČR na území, které je součástí Jesenické podsestavy a spadá do celku Křiţanovská vrchovina a podcelku Hrubý Jeseník
okrsek Přemyslovská vrchovina (Culek, 1996).
Podle Quitta (1971) leţí celé území v chladné oblasti, pouze níţe poloţené části náleţí k mírně teplé oblasti (MT3). V tabulce 2 uvádíme GPS souřadnice a nadmořskou výšku vybraných lokalit.
4.1.1 Rapotín Lokalita Rapotín – se nachází v okrese Šumperk. Patří do klimatického regionu B8. Nadmořská výška je cca 400 m n. m. Půda se nachází pod trvalým travním porostem. Půdní sonda byla zaloţena ve vrchní části svahu, GPS souřadnice jsou následující – 50o00,195’ N 17o00,501’ E. Půdním typem je zde kambizem modální (KAm), půdotvorným substrátem je svorová rula a podzemní vody zde nebylo dosaţeno. Půdní profil: Ad (0 – 8 cm) je drnový horizont zrnité struktury, vlahý, barvy hnědé, silně prokořeněný, s výskytem jemné příměsi skeletu a je hlinitý. Ao (8 – 30 cm) se nachází ochrický humusový horizont,
barvy
prokořeněný,
hnědé,
písčitohlinitý,
vlahý,
středně
nechybí
příměs
skeletu, vyskytují se zde četné chody červů a dešťovky, přechod je podle barvy a obsahu Obr. 2 Detail půdní sondy KAm,
skeletu.
foto: Pospíšilová a kol., (2008). 21
Bv (30 – 50 cm) jedná se o horizont kambický, písčitohlinitý, barvy rezavohnědé, nevýrazná polyedrická struktura a střední obsah skeletu. BC (více neţ 50 cm) v této části se rozpadá svorová rula, horizont je silně skeletovitý a písčitý.
4.1.2 Sluneční Lokalita Sluneční – nachází se v okrese Šumperk. Spadá do klimatického regionu B10. Nadmořská výška je cca 770 m n. m. Půda se vyskytuje pod trvalým travním porostem. Půdní sonda byla zaloţena v patě svahu jiţní orientace a GPS souřadnice jsou 50o06,633’ N 17o03,441’ E. Půdní typ je klasifikován jako pseudoglej modální (PGm), půdotvorným substrátem je rula a podzemní vody bylo dosaţeno v hloubce 40 cm. Půdní profil: Ad (0 – 10 cm) je drnový horizont, za sucha barvy
šedohnědé,
hlinitopísčitý,
silně
prokořeněný, struktura zrnitá, s výskytem jemné příměsi skeletu, vlahý, přechod rozpoznatelný dle barvy, vlhkosti a prokořenění. Ao (10 – 20 cm) se vyskytuje ochrický humusový
horizont,
hlinitopísčitý,
vlhký,
šedohnědé barvy, struktura je polyedrická, méně prokořeněný, středně skeletovitý, přechod je podle barvy, vlhkosti a obsahu skeletu. Obr. 3 Detail půdní sondy PGm, foto: Pospíšilová a kol., (2008). Bm (20 – 40 cm) jde o horizont mramorovaný, objevují se redoximorfní znaky, ţelezité bročky, světlohnědé barvy, struktura nezřetelná, horizont je mokrý, písčitohlinitý s vyšším obsahem skeletu.
22
BCg (více neţ 40 cm) v těchto místech nastává přechod do substrátu, silná skeletovitost, výrazné redukční znaky, mokrý, nezřetelná struktura a hladina podzemní vody nastupuje ve 40 cm.
4.1.3 Šumperk Lokalita Šumperk – zde byla půdní sonda zaloţena v rovině na pokusném pozemku Agritec – blok 1. Patří do klimatického regionu B5. Nadmořská výška činní cca 320 m n. m. Půda se nachází pod ornou půdou. GPS souřadnice jsou 49o58,453’ N 16o58,132’ E. Na zkoumané lokalitě se nachází luvizem oglejená (LUg), půdotvorným substrátem jsou svahové hlíny a nebylo zde dosaţeno spodní vody. Půdní profil: Ap (0 – 35 cm) je charakterizován orničním horizontem barvy světlohnědé za vlhka, lístková, silně ulehlá struktura, horizont je bez výskytu skeletu a jde o hlinitý půdní druh s výskytem vláhy. El je eluviální luvický horizont, který není samostatně vyčleněn, protoţe je součástí ornice, coţ je způsobeno zpracováním půdy a je světlejší neţ Btg horizont.
Obr. 4 Detail půdní sondy LUg, foto: Pospíšilová a kol., (2008). Btg (více neţ 35 cm) v této části se nachází oglejený, iluviální horizont, který má za vlhka barvu hnědou, je tmavší neţ předchozí, přechod vidíme podle barvy, struktura lístková, na strukturních agregátech se objevují povlaky koloidů, horizont je hlinitý, vlhký s ojedinělým výskytem kořenů, ţádné známky skeletu a nevýrazné redoximorfní znaky (mramorování). BC hlinitý horizont s výskytem svahových hlín. 23
4.1.4 Unčovice Obec Unčovice leţí v okrese Olomouc, 5 km jihovýchodně od Litovle. Náleţí do oblasti T2. Půdní sonda je dána GPS souřadnicemi 49o37,217’ N 17o08,759’ E vyskytující se v nadmořské výšce cca 240 m n. m. Půdním typem zde je černozem luvická (CEl). Půda se vyskytuje pod ornou půdou, půdotvorným substrátem jsou sprašové hlíny a nebylo zde dosaţeno spodní vody. Půdní profil: Ap (0 – 30 cm) je orniční horizont, barvy hnědočerné, s hrudkovitou strukturou, vlahý, hlinitý, ulehlý bez známky skeletu, nachází se zde velké mnoţství kořenů a rostlinných zbytků, přechod je velmi ostrý a nastupuje v hloubce 30 cm. Ac (30 – 44 cm) představuje černický horizont, barvy
hnědočerné,
drobtovitou
s výrazně
strukturou,
texturně
vyvinutou se
jedná
o prachovito-jílovitou hlínu bez výskytu skeletu, vlahý a drobovitý, velmi malá přítomnost biologické sloţky, přechod je pozvolný.
Obr. 5 Detail půdní sondy CEl, foto: Pospíšilová a kol., (2008).
AC (44 – 75 cm) v této části jde o přechodný horizont, hnědé barvy, struktura prismatická a slabě vyvinutá, na povrchu se objevují zřetelné povlaky koloidů, texturně se řadí jako prachovito-jílovitá hlína bez skeletu, vlahá, drobovitá, kořeny vegetace zasahují do hloubky 75 cm, ţíţaly se vyskytují zřídka a přechod horizontu je zřetelný. C (více neţ 75 cm) zde se nachází půdotvorný substrát ţlutohnědé barvy s prizmatickou strukturou, patří mezi prachovité jílovité hlíny, neobsahuje skelet, tuhá, vlahá, od 1 m hloubky se vyskytují pseudomycelia a cicváry s průměrem do 5 cm a uhličitany jsou přítomny v hloubce 80 cm.
24
4.2 Metody studia Byly vybrány následující indikátory kvality/zdraví půdy: Celkový obsah organického uhlíku (Corg) Obsah humusu Celkový obsah labilního uhlíku (Clabile) Celkový obsah dusíku (Ncelk.) Poměr C/N Poměr HK/FK Výměnná půdní reakce (pH/KCl) Kationtová výměnná kapacita (KVK) Obsah jílnatých částic (JČ) Vodivost vodního výluhu Barevný index (Q4/6)
4.2.1 Stanovení celkového obsahu organického uhlíku Celkový obsah organického uhlíku (Corg) byl stanoven oxidimetricky, metodou na mokré cestě – metoda Walkley & Black (1934), modif. Novák & Pelíšek. Tato metoda je u nás nejčastěji uţívána. Princip je v oxidaci Corg chromsírovou směsí při zvýšené teplotě (120 oC). Oxidačně redukční titrací Mohrovou solí se stanovil nezreagovaný zbytek chromsírové směsi. Zjištěné hodnoty jsou uvedeny v tabulce 3. Podrobný postup stanovení uvádějí Jandák a kol. (2009b) a Zbíral a kol. (1997). Výpočet:
Corg (%) = (10 - c × B × 0,5) × 0,003 × 100 / g 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
= naváţka vzorku zeminy (g) 25
Výpočet pro zjištění obsahu humusu se stanoví jako:
Humus (%) = Corg × 1,724
4.2.2 Stanovení lehce rozloţitelného uhlíku Frakce labilního uhlíku (Clabile) byla určena extrakcí vodou za varu pod zpětným chladičem. Metoda je provedena podle Lianga a kol. (1998) a Körschense (1996, 1999). Labilní uhlík byl vystaven vyluhování v horké vodě a poté byly jeho hodnoty, které jsou uvedeny v tabulce 3, zjištěny titračně. Výpočet:
Clabile (mg/g) = (a - b) × f × 3 × 0,05 × 5 / g kde: a
= spotřeba Mohrovy soli na titraci (slepý vzorek)
b
= spotřeba Mohrovy soli na titraci (vzorek)
f
= faktor Mohorvy soli
g
= naváţka vzorku zeminy (g)
4.2.3 Stanovení celkového obsahu dusíku Celkový obsahu dusíku (Ncelk.) byl stanoven na elementárním analyzátoru LECO. Pro kalibraci byl pouţitý standart fy LECO TOBA CCO (502-082, Lot No.1008) s deklarovaným obsahem dusíku (2,45 %) a uhlíku (45,81 %) a standard LECO SOIL (502-062, Lot No.1006) s deklarovaným obsahem dusíku (0,025 %) a uhlíku (0,98 %). Jako plyny byly pouţity helium, kyslík 5.0 a vzduch medic. Vzorek byl spalován při teplotě 850 – 950 oC. Hodnoty získaného Ncelk. jsou zobrazené v tabulce 3.
4.2.4 Stanovení poměru C/N Určení poměru mezi uhlíkem a dusíkem je další ukazatel kvality organické hmoty v půdě. Dosáhne-li jeho hodnota více neţ 14, mluvíme o velmi nízké zásobě celkového dusíku v půdě. Pokud však hodnota je menší neţ 5, jde o velmi vysokou zásobu celkového dusíku v půdě. Primárně tento poměr určuje stupeň humifikace 26
a odbouratelnost sekundárních humusových látek (Jandák a kol., 2009b). Skutečné hodnoty C/N jsou zachycené v tabulce 3.
4.2.5 Stanovení frakčního sloţení humusových látek Frakční sloţení humusových látek bylo určeno podle Kononové & Bělčlíkové (1963), (In: Jandák a kol., 2009b). Principem této metody je rozrušování stabilních humátů vápenatých, hořečnatých, případně ţelezitých a hlinitých pufrovaným pyrofosfátem sodným (0,1M, pH=13). Tím dochází k uvolnění humátů sodných, které jsou přijatelnou formou extrahovány z půdního vzorku. Tato metoda také umoţňuje zjistit sumy volných huminových látek i těch vázaných ve formě humátů dvojmocných bází a nesilikátových forem Fe a Al. Sráţením a odstřeďováním jsou dále humusové látky děleny na huminové kyseliny (HK) a fulvokyseliny (FK). Z takto zjištěných hodnot se následně stanoví poměr HK/FK, tj. nejvíce uţívaný indikátor kvality půdní organické hmoty. Poměrem HK/FK se stanovuje kvalita humusu. Pokud je hodnota větší neţ 2, jde o humátní humus. Jestliţe se hodnoty pohybují v rozmezí 2 – 1 jedná se o typ humusu fulvátně – humátní, 1 – 0,5 humátně – fulvátní a hodnota menší neţ 0,5 je ukazatelem pro fulvátní humus. Přičemţ se tyto hodnoty, tedy stupeň humifikace vypočítá následně:
Sh (%) = HK/Corg × 100 Zjištěné hodnoty jsou uvedeny v tabulce 4 a budou vyhodnoceny v další části bakalářské práce.
4.2.6 Výměnná půdní reakce Výměnná půdní reakce (pH/KCl) byla stanovena také potenciometricky. Ionty vodíku poutané půdními koloidy se vytěsní draselnými ionty a elektrometricky se změří výměnná reakce půdy. Dle pevné tabulky se určí silně kyselá ( 4,5), kyselá (4,6 – 5,5), slabě kyselá (5,6 – 6,5), neutrální (6,6 – 7,2) nebo alkalická ( 7,3) půda (Jandák a kol., 2009b). Naše naměřené hodnoty jsou uvedeny v tabulce 5. Aktivní půdní reakce (pH/H2O) byla stanovena potenciometricky. Změřilo se pH vodní suspenze zeminy pomocí kombinované elektrody a dle stanovené tabulky se určí, 27
zda je půda silně kyselá ( 4,9), kyselá (5,0 – 5,9), slabě kyselá (6,0 – 6,9), neutrální (7,0), slabě alkalická (7,1 – 8,0), alkalická (8,1 – 9,4) nebo silně alkalická ( 9,5) (Jandák a kol, 2009b). Tento parametr nebyl brán jako indikátor, neboť Pokorný ji ve své tabulce neuvádí. Obsah karbonátů byl zjišťován vápnoměrem podle Janka (In: Jandák a kol., 2009b). Kyselina chlorovodíková rozloţí v půdě karbonáty a volumetricky nebo manometricky se pak zjistí mnoţství CO2 uvolněného jejich rozkladem. Stálá tabulka pomůţe určit, zda je půda bezkarbonátová ( 0,3), slabě vápenitá (0,3 – 3,0), vápenitá (3,1 – 25,0), slín (25,1 – 60,0) nebo vápenatá ( 60,0).
4.2.7 Kationtová výměnná kapacita Kationtová výměnná kapacita (KVK) byla určena podle Mehlicha (In: Jandák a kol., 2009b). Výsledek byl zjišťován opět dle pevné tabulky, zda je KVK u půd velmi vysoká ( 300 mmol/kg), vysoká (250 – 300 mmol/kg), střední vyšší (180 – 240 mmol/kg), střední niţší (130 – 170 mmol/kg), nízká (80 – 130 mmol/kg) nebo velmi nízká ( 80 mmol/kg). Hodnoty jsou uvedené v tabulce 5.
4.2.8 Obsah jílnatých částic Jílnaté částice (JČ) byly zjištěny pomocí metody pipetovací a dle zrnitostní klasifikace podle Nováka se určil půdní druh. Pipetou se odebírá vzorek určitého objemu ze suspenze určité koncentrace. Vzorek bývá odebírán z určité hloubky a po určitém časovém intervalu od konce míchání suspenze, který se rovná době nezbytné k sedimentaci stanovované frakce do hloubky, z níţ se vzorek odebírá. Podrobnější postup je uveden v práci Jandák a kol. (2009b). Obsah JČ u jednotlivých typů půd je uveden v tabulce 5.
4.2.9 Vodivost vodního výluhu Při stanovení vodivosti byl nejdříve připraven vodní výluh, který se získá po dvouhodinovém třepání na horizontální třepačce. Po dokončení třepání se suspenze ihned odstřeďuje a následný čirý supernatant se slévá do kádinek, kde dochází po vytemperování na 25 oC k měření vodivosti získaného výluhu. Tento postup je uveden v práci Jandáka a kol. (2009b). Zjištěné hodnoty jsou uvedeny v tabulce 5. 28
4.2.10 Stanovení UV-VIS spekter humusových látek U sledovaných půd se pro zjištění kvality humusových látek a barevného koeficientu (Q4/6) pouţívá spektrofotometr. V tabulce 4 jsou uvedené naměřené hodnoty. Jak tvrdí Jandák a kol. (2009b), tak barevný koeficient a barevné křivky mohou alespoň z poloviny určit chemickou strukturu HK, typ vazeb v molekule, stupeň jejich kondenzace a disperzity. Princip měření vychází z Lambert – Beerova zákona o empirickém vztahu mezi intenzitou absorpce monochromatického záření po průchodu kyvetou o určité tloušťce, v níţ se nachází měřený roztok dané nebo zjišťované koncentrace:
A = log Io/I = log I/T = E × C × L kde: A
= absorbance (optická hustota)
Io
= intenzita záření před vstupem do kyvety
I
= intenzita záření po průchodu kyvetou
T
= transparence
E
= molární extinkční koeficient
C
= molární koncentrace
L
= hloubka kyvety
Podstata stanovení barevných křivek HL vychází z metody IHSS, kdy se uţívá alkalický pyrofosforečnanový výluh humusových látek. Prioritou metody je výpočet barevného indexu (Q4/6), který charakterizuje kondenzaci HL. Hodnota barevného kvocientu se stanovuje jako poměr absorbance HL, při vlnové délce 465 nm a 660 nm. Hodnoty Q4/6 dosahující více neţ 4 jsou charakteristické pro málo humifikované, mladé HK, kde je čerstvý přísun organických látek. Naopak pokud je Q4/6 větší neţ 4 je to typické pro vysokomolekulární a stabilní HK (tato hodnota se objevuje např. u černozemí), kde je moţné v molekulách sledovat i vysoký obsah aromatických jader. Při vyhodnocování barevného koeficientu platí, ţe čím niţší je Q4/6, tím jsou HK polymerovanější a tím jsou z hlediska stálosti v půdě kvalitnější.
29
Barevný index se vypočítá podle Orlova (1985), (In: Sotáková, 1982) následovně:
Q4/6 = A465/A660 Barevná křivka byla stanovena v rozpětí od 300 – 700 nm. Měření bylo provedeno na UV-VIS spektrometru VARIAN CARY 50 PROBE s optickým vláknem. Tabulka 6 v příloze představuje parametry přístroje.
30
5
VÝSLEDKY A VYHODNOCENÍ
Tato část bakalářské práce se zaměřuje na vyhodnocení stanovených indikátorů kvality/zdraví u vybraných půdních typů. V průběhu let 2008 aţ 2010 byla hodnocena kvalita/zdraví půd. V tabulce 3 uvádíme stanovené mnoţství celkového organického uhlíku, labilního uhlíku, celkového dusíku, poměru C/N a humusu. Tabulka 4 představuje frakční sloţení humusových látek. V tabulce 5 najdeme základní chemické a fyzikální vlastnosti sledovaných půd. Kambizem modální (lokalita Rapotín) – pod trvalým travním porostem. U tohoto půdního typu byla zjištěna slabě kyselá půdní reakce (6,5), výměnná reakce je také slabě kyselá (5,7), kationtová výměnná kapacita je zde středně niţší (14 mmol/100 g), obsah jílnatých částic uvádí, ţe se jedná o písčitohlinitý půdní druh (21 %), kambizem je půdou nezasolenou (0,05 µS/cm) a neobsahuje ţádné karbonáty a je tedy bez karbonátů – viz. Tab. 5. Celkový obsah organického uhlíku je 1,34 %, mnoţství labilního uhlíku je 0,24 mg/g, obsah humusu je velmi nízký (2,31 %), celkový obsah dusíku je také nízký (0,17 %) a poměr C/N je velmi vysoký (7,88). Ve frakčním sloţení převládají fulvokyseliny a poměr HK/FK je menší neţ 1, coţ indikuje nízkou kvalitu humusových látek – viz Tab. 3 a 4. Pseudoglej modální (lokalita Sluneční) – pod trvalým travním porostem. Podle hodnot uvedených v tabulce 5 zjistíme, ţe tato půda vykazuje kyselou aktivní reakci (5,7) a také kyselou výměnnou reakci (5,3). Kationtová výměnná kapacita je nízká (13 mmoll/100g). Podle obsahu jílnatých částic (23,5%) se jedná o písčitohlinitý půdní druh, půda je nezasolená (0,01 µS/cm) a s nulovým obsahem karbonátů – viz. Tab. 5. Celkový obsah organického uhlíku je 1,80 %, mnoţství labilního uhlíku činí 0,22 mg/g, obsah humusu je velmi nízký (3,10 %), celkový obsah dusíku je střední aţ vysoký (0,20 %) a poměr C/N je velmi vysoký (9,00). Ve frakčním sloţení převládají fulvokyseliny a poměr HK/FK je menší neţ 1, coţ indikuje nízkou kvalitu humusových látek – viz. Tab. 3 a 4. Luvizem oglejená (lokalita Šumperk) – orná půda. Z tabulky 5 je patrné, ţe půda vykazuje neutrální půdní reakci (7,0). Výměnná reakce je slabě kyselá (5,8). Středně niţší hodnotu má kationtová výměnná kapacita (16 mmol/100g). Luvizem oglejená patří mezi půdní druh hlíny, protoţe obsah jílnatých částic je 36 %. Půda není zasolená 31
(0,05 µS/cm) a i zde se nevyskytují karbonáty – viz. Tab. 5. Celkový obsah organického uhlíku je 1,00 %, labilního uhlíku je zde 0,53 mg/g, obsah humusu je velmi nízký (1,72 %), celkový obsah dusíku je velmi nízký (0,13 %) a poměr C/N je velmi vysoký (7,69). Ve frakčním sloţení převládají huminové kyseliny a poměr HK/FK je menší neţ 1, coţ indikuje nízkou kvalitu humusových látek – viz. Tab. 3 a 4. Černozem luvická (lokalita Unčovice) – orná půda. Aktivní půdní reakce je neutrální (7,0) a výměnná reakce slabě kyselá (6,5). Kationtová výměnná kapacita má hodnotu střední aţ vyšší (20 mmol/100g). Půdním druhem je zde hlína, zastoupení jílnatých částic je 40 %. Půda nevykazuje ţádné zasolení (0,08 µS/cm). U půdy však byla zaznamenána přítomnost karbonátu (0,4 %), tj. půda je slabě vápenitá – viz. Tab. 5. Celkový obsah organického uhlíku je 1,8 %, labilní uhlík je zastoupen 0,54 mg/g, obsah humusu je velmi nízký (3,10 %), celkový obsah dusíku je nízký (0,16 %) a poměr C/N je velmi vysoký (11,25). Ve frakčním sloţení převládají huminové kyseliny a poměr HK/FK je větší neţ 1, coţ indikuje vysokou kvalitu humusových látek – viz. Tab. 3 a 4. Pro lepší přehled a porovnání parametrů kvality u jednotlivých půdních typů podle Corg, Clabile, obsahu N apod. jsou uvedeny na obrázku 7 – 18. Z uvedených grafů je patrné, ţe jako nejpřesnější indikátory lze doporučit: Clabile, HK/FK a Q4/6. Z výsledků je dále patrné, ţe nejvyšší hodnota obsahu organického uhlíku (Corg) byla zjištěna u pseudogleje modální a černozemě luvické (1,80 %). Oproti tomu nejniţší hodnotu organického uhlíku má luvizem oglejená (1,00 %). Tyto hodnoty však mají nízkou vypovídací schopnost a nemohou charakterizovat jednoznačně kvalitu půdy. Při stejném obsahu humusu mají např. černozemě a pseudogleje diametrálně odlišné kvalitativní parametry. Nejvíce labilního uhlíku (Clabile) je u černozemě luvické (0,54 mg/g) a nejméně má pseudoglej modální (0,22 mg/g). Je však důleţité poznamenat, ţe podle Kubáta & Lipavského (1996) jsou naše hodnoty niţší. Můţeme však konstatovat, ţe tento parametr indikuje kvalitu půdy a hlavně odráţí vliv antropogenního faktoru (typ managementu). U kvalitních půd je dostatečná zásoba vodou lehce extrahovatelného uhlíku. Jeho obsah však rychle ubývá při intenzivním hospodaření na půdě a při nedostatečném hnojení a vápnění půdy – viz. Tab. 3. Horní hranice celkového dusíku (Ncelk.) dosáhla pseudoglej modální (0,20 %) a té nejniţší luvizem oglejená (0,13 %). Hodnota poměru uhlíku a dusíku (C/N) je nejvyšší u černozemě luvické (11,25) a nejmenší hodnota je u luvizemě oglejené (7,69) – viz. Tab. 3. 32
Obsah humusu je největší u černozemě luvické i u pseudogleje modální (3,10 %) a minimální obsah humusu má luvizem oglejená (1,72 %) – viz. Tab. 3. Humusových látek (HL) je dle tabulky Tab. 4 nejvíce zastoupeno u pseudogleje modální (7,00 mg/kg) a nejméně u luvizemě oglejené (3,70 mg/kg) – viz. Tab. 4. Luvizem oglejená (4,60 mg/kg) má největší obsah huminových kyselin (HK) a nejméně huminových kyselin má pseudoglej modální (2,00 mg/kg) – viz. Tab. 4. Fulvokyseliny (FK) se nejvíce projevují u pseudogleje modální (5,00 mg/kg) a minimální mnoţství je u černozemě luvické (2,00 mg/kg) – viz. Tab. 4. Kvalita humusu (HK/FK) je nejvyšší především u černozemě luvické (2,00) a nejniţší u pseudogleje modální (0,40) – viz. Tab. 4. Barevný index (Q4/6) dosáhl maximálních hodnot u pseudogleje modální (8,00) a minimálních hodnot dosáhla černozem luvická (3,80) – viz. Tab. 4. Sledované korelační vztahy parametrů kvality/zdraví půdy uvádíme v tabulce 7. Výsledky představují výsledky čtyřletých pokusů a byly korelovány vţdy průměrné hodnoty za rok. Zjistili jsme, ţe kationtová výměnná kapacita koreluje s výměnnou reakcí. Obsah jílnatých částic koreluje s kationtovou výměnou kapacitou. Vodivost koreluje s aktivní půdní reakcí, výměnnou reakcí a kationtovou výměnnou kapacitou. Labilní uhlík koreluje s obsahem jílnatých částic. Celkový dusík koreluje s aktivní půdní reakcí. Humusové látky korelují s organickým uhlíkem, celkovým dusíkem a obsahem humusu. Huminové kyseliny korelují s obsahem jílnatých částic a labilním uhlíkem. Fulvokyseliny korelují s aktivní půdní reakcí, vodivostí, labilním uhlíkem, celkovým dusíkem a huminovými kyselinami. Kvalita humusu koreluje s výměnnou reakcí a kationtovou výměnnou kapacitou. Barevný index koreluje s aktivní půdní reakcí, výměnnou reakcí, kationtovou výměnnou kapacitou, obsahem jílnatých částic, vodivostí, labilním uhlíkem, huminovými kyselinami, fulvokyselinami a kvalitou humusu – viz. Tab. 7. Absorbance HL v UV-VIS oblasti spektra ukazuje nejvyšší hodnoty u černozemě luvické. Absorbance klesá v tomto pořadí:
CEl
PGm
33
LUg
KAm
Výsledky odpovídají hodnotám frakčního sloţení, které uvádíme v tabulce 5. Hodnoty absorbance a frakčního sloţení indikují nejvyšší kvalitu HL u černozemě luvické v Unčovicích. Naměřené barevné křivky UV-VIS spektra jsou uvedeny na obrázku 6. Hodnoty všech sledovaných parametrů byly porovnány s navrhovanými parametry, které uvádí Pokorný a kol. (2007). Shrnutí zjištěných hodnot kvality u sledovaných půdních typů uvádíme v tabulce 8. Z tabulky je patrné, ţe jako půdy s niţší kvalitou lze označit pseudogleje a kambizemě. Vyšší kvalita byla u luvizemí a nejvyšší u černozemí. Podle našich sledování, ale obsah celkového organického uhlíku a dusíku byl nízký aţ velmi nízký i u černozemí, coţ svědčí o postupném poklesu kvality půdy vlivem intenzivního zemědělství.
34
6
ZÁVĚRY
V souladu s cílem práce byly sledovány vybrané indikátory kvalita/zdraví půdy v průběhu let 2008 aţ 2010 a bylo zjištěno: 1. Celkový obsah humusu není dostatečně přesným indikátorem pro posuzování kvality/zdraví půdy a vyţaduje podrobnější stanovení frakčního sloţení. 2. Celkový obsah dusíku není dostatečně přesným indikátorem pro posuzování kvality/zdraví půdy a vyţaduje podrobnější stanovení biologické aktivity půdy, mnoţství bakteriální biomasy a respirační aktivity mikroorganismů. 3. Celkový obsah labilního uhlíku je důleţitým indikátorem kvality/zdraví půdy. 4. Celkový obsah humusových látek není dostatečně přesným indikátorem pro posuzování kvality/zdraví půdy a vyţaduje podrobnější stanovení mnoţství HK a FK. 5. Celkový obsah HK a FK je dostatečně přesným indikátorem pro posuzování kvality/zdraví půdy (s růstem obsahu HK roste kvalita půdy a s růstem obsahu FK klesá kvalita půdy). 6. Poměr HK/FK je dostatečně přesným indikátorem pro posuzování kvality/zdraví půdy (s růstem poměru roste kvalita půdy). 7. Barevný index Q4/6 je dostatečně přesným indikátorem pro posuzování kvality/zdraví půdy (s růstem poměru klesá kvalita půdy). 8. Indikátory jako kationtová výměnná, půdní reakce, zasolení, textura nejsou dostatečně přesným indikátorem pro posuzování kvality/zdraví půdy a vţdy vyţadují doplňující stanovení. 9. Hodnocené půdy lze podle kvality seřadit následovně: černozem > luvizem > kambizem > pseudoglej
35
7
SEZNAM POUŢITÉ LITERATURY
1.
ARSHAD, M. A., COEN, G. M. (1992): Characterization of soil quality: Physical and chemical kriteria, Am. J. Alt. Agric.,7, 1992, 5–12 s.
2.
CULEK, M. a kol. (1996): Biografické členění České republiky, ENIGMA, Praha, 347 s.
3.
DORAN, J. W., PARKIN, T. B. (1996): Quantitaive indicators of soil quality: a minimum data set, In: Doran, J. W., Jones, A. J. (Eds.): Methods for assessing soil quality, Soil Science Society of America, Inc., Madison, Wi: 25–38 s.
4.
DORST, J. (1978): Avant quo Nature meure, Delachaux et Niestlé S.A., Paris, 420 s.
5.
GRANATSTEIN, D., BEZDICEK, D. F. (1992): The need for a soil quality index, Local and regional perspectives, Am. J. Alt. Agric., 17, 1992, 12–16 s.
6.
HOUGHTON, R. A., HOBBIE, J. E., MELILLO, J. M., MOORE, B., PETERSON, B. J., SHAVER G. R., WOODWELL, G. M. (1983): Changes in the carbon content of terrestrial biota and soils between 1860 and 1980: a net release of CO 2 to the atmospher, Ekol, Monogr, 53: 235–265 s.
7.
HRAŠKO, J. (2003): Sú pedogenetické koncepcie prežitkom?, In: Sborník mezinárodné konferencie „Druhé půdoznalecké dni v SR“, Stará lesná, 13–8 s.
8.
JANDÁK, J., PRAX, A., POKORNÝ, E. (2009a): Půdoznalství, Ediční středisko Mendelovy univerzity v Brně, Brno, 142 s., ISBN 978-80-7375-445-7.
9.
JANDÁK, J. a kol., (2009b): Cvičení z půdoznalství, Ediční středisko MZLU v Brně, Brno, 92 s., ISBN 978-80-7157-733-1.
10. KUBÁT, J., LIPAVSKÝ, J. (1996): Dynamika organické hmoty a optimální obsah humusu v orných půdách, In: Bilancování organických látek a optimální zásoba organické hmoty v půdě, VURV, Praha, 60–74 s. 11. KONONOVA, M. M., BĚLČIKOVA, N. P. (1963): Uskorennyje metody opredělenija sostava
gumusa miněralnych počv, In: Kononová M. M.,
Organičeskoje vesčestvo počvy, Izd. Nauka, Moskva, 228–234 s. 12. KÖRSCHENS, M. (1996): Long-term data sets from Germany and Eastern Europe, In: Evaluation of Soil Organic Matter Models, Powlson, D. S., Smith, P., Smith, J. N. (eds.), Vol. 1, Springer-Verlag, Berlin, 69–80 s.
36
13. KÖRSCHENS, M., SCHULZ, E. (1999): Die organische bodensubstanz, Dynamik – reproduction-ökonomisch und ökologisch begrundete Richtwerte, UFZ – Bericht No 13/1999, Leipzig – Halle, 41 s., ISSN 0948-9452. 14. LAL, R. (1995): Trends in Word agricultural use: potential and constraints, In: Lal, R. et Stewart, B. A. (Eds.): Soil management, experimental basis for sustainability
and
enviromental
quality,
CRC
Press,
Boca
Raon,
Fl.,
ISBN 80-244-0584-9. 15. LARSON, W. E., PIERCE, F. J. (1991): Coservation and enhancement of soil quality, In: Evaluation for sustainable land management in the developing World, Vol. 2., IBSRAM Proc. 12. Bankok, Thailand, Int. Board for Soil Res and Management, 1991. 16. LIANG, B. C., MACKENZIE, A. F., SCHNITZER, M., MONREAL, C. M., VORONEY, P. R., BEYAERT, R. P. (1998): Management-induced change in labile soil organic matter under continuous corn in eastern Canadian soils, Eastern Cereal and Oilseed Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Ottawa, Ontario KIA OC6, Canada, Biology-and-Fertility-of-Soils 26: 2, 26 ref., 1998, 88–94 s. 17. NCR-59 meeting minutes, Madison, WI, 1991. 18. ORLOV, D. S. (1985): Chimija počv (Soil Chemistry), Moskva, MGU, 376 s. 19. POKORNÝ, E., ŠARAPATKA, B. (2003): Půdoznalství pro ekozemědělce, Ministerstvo zemědělství ČR v Ústavu zemědělských a potravinářských informací, Praha, 40 s., ISBN 80-7084-295-4. 20. POKORNÝ, E., ŠARAPATKA, B., HEJÁTKOVÁ, K. (2007): Hodnocení kvality půdy v ekologicky hospodařícím podniku, ZERA, Náměšť nad Oslavou, 27s., ISBN 80-903548-5-8. 21. POSPÍŠILOVÁ, Ľ., POKORNÝ, E., JANDÁK, J. (2005): Soil colloidal complex and soil organic matter quality during long-term stationary field experiments, Phytopedon, Bratislava, 2005/2, vol. 4, 60–65 s., ISBN 1336-1120. 22. POSPÍŠILOVÁ, Ľ., TESAŘOVÁ, M. (2009): Organický uhlík obhospodařovaných půd, Acta Folia II. Universitatis Agriculturae et Silviculturae Mendelianae Brunensis, 2009 (1): 41s. 23. POWER, J. F., MYERS, R. J. K. (1989): The maintenance or improvement of fading systems in North Amerika and Australia, In: Soil quality in semiarid
37
agriculture, Saskatchewan Inst. of Pedology, Univ. of Saskatchewan, Saskatoon, Canada, 1989, 273–292 s. 24. QUITT, E. (1971): Klimatické oblasti Československa, Stud. Geogr., Brno, 84 s. 25. SÁŇKA, M., MATERNA, J. (2004): Indikátory kvality zemědělské a lesní půdy ČR, Planeta 11/2004, MŢP, Praha, 84 s., ISSN 1213-3393. 26. SOTÁKOVÁ, S. (1982): Organická hmota a úrodnost pôdy, Príroda, Bratislava, 234 s. 27. ŠARAPATKA, B., DLAPA, P., BEDRNA, Z. (2002): Kvalita a degradace půdy, Univerzita Palackého, Olomouc, 246 s. 28. 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 s. 29. ZBÍRAL, J., HONSA, I., MALÝ, S. (1997): Jednotné pracovní postupy, UKZUZ, 1. vyd., Brno, 150 s. Internetové zdroje: 1.
Planeta Země online , cit. 2011-01-05 , dostupné na: http://www.trekkies.cz/storage/obrazky/47/200510132049_zeme03.jpg
2.
LECO online , cit. 2011-04-02 , dostupné na: http://www.leco.cz/cz/about_us/plzen.htm
3.
ČHMÚ online , cit. 2011-04-05 , dostupné na: http://www.chmi.cz/portal/dt?menu=JSPTabContainer/P9_0_Predpovedi&last= false
38
