Půdní organická hmota má velký význam pro fungování půd a celých ekosystémů. Půdní organická hmota je tvořena velmi různorodou směsí látek od odumřelých částí rostlin v různém stupni rozkladu až po mikrobiální biomasu, která vzniká mikrobiálním rozkladem rostlinných zbytků.
Význam půdní organické hmoty
Významně ovlivňuje fyzikální a chemické vlastnosti půd, např. schopnost půd zadržovat vodu. Udává se, že půdní organická hmota zadrží asi 10× tolik vody, kolik sama váží. Ovlivňuje pH půdy, její tepelný režim či schopnost půdy zadržovat živiny pomoci výměnných vazeb.
V přirozených ekosystémech je největší množství dusíku uloženo v půdní organické hmotě. Ale i v půdě našich polí je v půdní organické hmotě řádově více dusíku, než které tam ročně přidáme formou minerální hnojiv. Tento dusík ovšem není přímo dostupný pro rostliny, představuje ale velký zdroj, ze kterého se může dusík postupně kontinuálně uvolňovat.
Všechny tyto efekty organické hmoty na půdu přispívají k tomu, že půdní organická hmota má velký vliv na výnos. Na globální úrovni je pak půdní organická hmota velkým zásobníkem uhlíku.
Odhaduje se, že celosvětově je v půdách uloženo asi 3× více uhlíku než v atmosféře anebo rostlinné biomase. V prognózách se uvádí, že kdybychom každoročně zvýšili obsah půdní organické hmoty o 4 ‰ jejího stávajícího obsahu, zcela bychom tím kompenzovali antropogenní přídavek CO2 do atmosféry, vzniklý spalování fosilních paliv.
Čtěte také: Normy EU pro kamiony
Na druhou stranu, velká část tohoto uhlíku je uložena v půdách, které lidé využívají jen omezeně a mají jen malou možnost ho přímo ovlivnit, např. v permafrostu nebo severských rašeliništích. I přesto, že hromadění organické hmoty v půdě patrně nebude jediným všespásným mechanizmem, který by nás ochránil před globálním oteplováním, má akumulace organické hmoty v zemědělských a lesních půdách svůj význam i z tohoto globálního pohledu. Samozřejmě, její přínos je relativně nižší v zemích s vysokou hustotou obyvatel a relativně malou rozlohou, jako je Česká republika, ale každý příspěvek se počítá.
Složení půdní organické hmoty
Jak již bylo zmíněno, půdní organická hmota je velmi heterogenní. V minulosti byl vyzdvihován zejména obsah humusu, který definujeme jako skupinu tmavě zbarvených organických látek, extrahovatelných z půdy alkalickými rozpouštědly. Tyto aromatické a na dusík bohaté látky vznikají jako vedlejší produkt dekomposičních procesů a mohou ovlivňovat vlastnosti půd. V současné době je význam humusu přehodnocován. Mimo jiné i proto, že tyto extrahovatelné humusové látky tvoří zpravidla jen malou část, často pouze 5 nebo 10 % celkové organické hmoty v půdě.
Současný výzkum půdní organické hmoty rozlišuje několik frakcí organické hmoty, které se liší svým původem i vazbou na minerální složky půdy. Způsobů, jak definovat tyto frakce je přitom několik. Jeden z nejrozšířenějších a nejjednodušších rozlišuje tzv. particulate organic matter (POM), představovanou drobnými úlomky rostlinného materiálu. Ty mohou být uloženy jednak volně mezi půdními agregáty nebo zapracovány do půdních agregátů (pak hovoříme o okludované POM - oPOM). Nejstabilnější složkou půdní organické hmoty je pak půdní organická hmota, vázaná na minerální částice (tzv. MAOM).
Vznik minerálně asociované organické hmoty (MAOM)
Podívejme se nyní na to, jak MAOM vzniká. Do půdy se dostává organická hmota jednak v podobě rostlinného opadu, či mrtvých kořenů a také v podobě kořenových exudátů. Představme si nyní, že je drobný úlomek organické hmoty (POM) zapracován do půdního agregátu. To se může dít např. činností žížal anebo řadou fyzikálních procesů, jako je tání a mrznutí nebo bobtnání a vysychání jílových minerálů.
Toto obalení drobných kousíčků organické hmoty jílem již samo o sobě ovlivní rychlost jejich rozkladu. Jílový obal totiž obsahuje velké množství kapilárních pórů, které jsou zpravidla nasyceny vodou. To znamená, že kyslík pronikající tímto jílovým obalem dovnitř půdního agregátu může pronikat pouze difuzí. Difuze je pomalý proces, a tak se může stát, že většina kyslíku je spotřebována mikroorganizmy již na povrchu půdního agregátu a střed daného agregátu je tím pádem bez kyslíku.
Čtěte také: Trh s biopotravinami v ČR
Díky rozkladným procesům se mohou hromadit látky, které zpomalují mikrobiální aktivitu. A tyto látky opět musí difundovat pryč z půdního agregátu, což je pomalý proces. Tyto a podobné procesy vedou k tomu, že oPOM, tedy drobné úlomky rostlinné biomasy obalené jílovými minerály, se rozkládá mnohem pomaleji, než kdyby tytéž fragmenty organické hmoty ležely v půdě v prostorech mezi půdními agregáty.
Obalování úlomků organické hmoty má ještě další důsledek: do okolí těchto drobných úlomků difunduje ve vodě rozpuštěná organická hmota, která podporuje růst mikroorganizmů, zejména bakterií na površích jílových minerálů v okolí. Časem dojde k buněčné smrti těchto bakterií a jejich zbytky, takzvaná mikrobiální nekromasa, se v půdě hromadí přilepená na povrch jílových minerálů.
K prudkému nárůstu mikrobiální biomasy dochází samozřejmě i v okolí kořenů, tedy v místech, kam rostliny uvolňují kořenové výměšky, které jsou opět cenným zdrojem uhlíku pro mikroorganizmy.
Shrneme-li to, můžeme říci, že většina půdní organické hmoty se nachází ve formě drobných úlomků odumřelých části rostlin, anebo ve formě minerálně asociované organické hmoty, která je ovšem mikrobiálního původu. Důležité je, že k tomu, aby se mohla tato odumřelá mikrobiální biomasa v půdě hromadit, musí být vázána na jílové minerály. Když jsou povrchy jílových minerálů zcela obsazené, a další MAOM se již v půdě hromadit nemůže, hovoříme o tzv. saturaci uhlíkem.
Představíme-li si vývoj půdy na nějakém minerálním substrátu, třeba po sesuvech půdy nebo na výsypkách, můžeme pozorovat, že iniciální hromadění uhlíku je poměrně rychlé. Např. na zalesněných výsypkách bylo sledováno, že se zde může hromadit více než 2 t uhlíku/ha ročně, zatímco na zalesněných polích se v průměru jedná jen o stovky kg/ha za stejné období.
Čtěte také: Česká energetika a emise
Z tohoto příkladu je vidět, že zejména v disturbovaných ekosystémech (v zemědělství zejména na půdách zasažených silnou erozí) má velký význam snažit se o podporu hromadění půdní organické hmoty. Jednak je zde největší sekvestrační potenciál a největší rychlost hromadění půdní organické hmoty, navíc má její nárůst významné positivní dopady na půdní úrodnost.
Naše výzkumy z výsypek či výše zmíněných sesuvů půd ukazují, že uhlík v minerální půdě může při samovolném vývoji půd dosáhnout saturace zhruba za 50-100 let. I pak ale může docházet k malému nárůstu obsahu organické hmoty, avšak zejména v nadložních horizontech půd (vrstva částečně rozložené opadanky na povrchu půdy) nebo ve formě POM.
Faktory ovlivňující hromadění organické hmoty v půdě
Také podmínky, které vedou k akumulaci MAOM a POM se liší. Půdě, která je daleko od saturace, je vhodné dodávat snadno rozložitelný opad. Lehce rozložitelná organické hmota, tedy snadno rozložitelný opad, anebo např. kořenové exudáty, jsou totiž s velkou účinností využívány mikroorganizmy k budování jejich biomasy, která se po svém odumření stává mikrobiální nekromasou, tedy základem MAOM.
Kromě toho může formování MAOM napomáhat bioturbace půdy, tedy její promíchávání půdními organizmy, zejména žížalami. Je tomu tak proto, že žížaly pomáhají pohlcenou organickou hmotu nadrobit na menší kousíčky, které jsou potom ve střevě žížal obaleny jíly. To významným způsobem podporuje tvorbu MAOM, jak již bylo popsáno výše. Je zajímavé, že mechanické promíchávání půdy nemá tak velký positivní efekt. Nejspíše proto, že podporuje spíše zapravení větších úlomků organické hmoty do půdních prostorů mezi půdní agregáty.
Tento pozitivní dopad snadno rozložitelné organické hmoty na hromadění půdní organické hmoty se ale uplatňuje pouze do té doby, dokud není půda saturována uhlíkem. V půdách, které jsou již saturované, může dodávání hůře rozložitelné organické hmoty vést k tomu, že se její drobné úlomky hromadí v půdě (POM), anebo v nadložních horizontech. To, co se zde hromadí, je z velké části mrtvá rostlinná biomasa a její kumulace je dána rozdílem rychlosti přísunu a rychlosti dekompozice organické hmoty.
Proti nenasyceným půdám, kde snadná rozložitelnost organické hmoty podporuje její hromadění v půdě, je hromadění organické hmoty v saturovaných půdách naopak podporováno pomalým rozkladem přidávané organické hmoty. Podíl jednotlivých frakcí půdní organické hmoty se liší mezi různými ekosystémy.
Jak můžeme hromadění půdní organické hmoty podporovat?
Jak již bylo řečeno, způsoby, kterými chceme hromadění organické hmoty kladně ovlivňovat, se do určité míry budou lišit v závislosti na stavu půd, zejména na stupni jejich saturace uhlíkem. Maximální množství uhlíku, které se může v půdě uložit v podobě MAOM, závisí na obsahu jílu a prachu, můžeme ho tedy odhadnout z obsahu těchto dvou složek půdy. Stupeň saturace uhlíkem se dá odhadnout jako rozdíl mezi stávajícím obsahem uhlíku a touto maximální hodnotou.
To lze ilustrovat např. na tom, že průměrný obsah uhlíku v našich orných půdách udává ÚKZÚZ na úrovni 1,5 %, zatímco v lučních porostech se jedná o 2,1 %. Je zajímavé, že starší literatura, prezentující obsahy uhlíku v druhově bohatých polopřirozených loukách, udává ještě větší hodnoty (6-14 %, uvažujeme-li pouze louky s minerální půdou a nebudeme-li zohledňovat rašelinné louky, kde jsou obsahy ještě vyšší). To naznačuje, že je zde prostor pro další sekvestraci uhlíku v půdě.
Co tedy dělat pro to, abychom obsah organické hmoty v půdě navýšili? Jistě nejjednodušší je zvýšit vstup organické hmoty do půdy v podobě organického hnojení a zeleného hnojení, tedy zejména zaoraných meziplodin.
Zvyšování přísunu organické hmoty v podobě hnoje je v našich podmínkách limitováno snížením stavu hospodářských zvířat a z toho plynoucí sníženou produkcí hnoje. Jsou zde ale i alternativní zdroje organické hmoty, jako průmyslové komposty nebo kaly z čistíren odpadních vod. Nicméně jejich užívání přináší některá další rizika a ani jejich produkce nemůže zcela nahradit propad v produkci hnoje.
Dalším perspektivním opatřením by mohlo být zvýšení podílu víceletých pícnin na orné půdě a to proto, že jednak po sobě zanechávají velké množství kořenové biomasy, a také z toho důvodu, že produkují velké množství kořenových exudátů, které mohou přispívat ke hromadění půdní organické hmoty. Nicméně pěstování víceletých pícnin je opět limitováno využitelností produkované píce, která naráží na snížené stavy skotu.
Dalším, často zmiňovaným přístupem ke zvýšení obsahu organické hmoty jsou bezorebné technologie. Řada příkladů sledujících vliv orby na dříve neoraných půdách, např. po rozorání dlouhostébélných prérií v USA na přelomu 19. a 20. století, ukazuje, že zavedení orby vede k významné ztrátě půdní organické hmoty. Má se za to, že to souvisí mimo jiné s rozrušováním půdních agregátů a tím rychlejší mineralizací organické hmoty (zejména oPOM), která byla do těchto agregátů zapracována.
Uvedená fakta nás přivádí k tomu, že pro celkovou zásobu uhlíku v půdě není důležitá jen jeho koncentrace, nýbrž i hloubka organických horizontů. Zkoušely se dokonce technologie, kde byly bezorebné postupy kombinované s převrácením celého půdního horizontu tak, aby se blíže k povrchu dostaly hlubší, uhlíkem už saturované vrstvy. Tento postup může vést k akumulaci uhlíku ve větší vrstvě půdy, nicméně má zároveň za následek dočasné snížení výnosu.
V literatuře existuje řada indicií ukazujících, že podpora bioturbace půdními organizmy a druhové bohatosti rostlin může mít pozitivní vliv na hromadění uhlíku v půdě.
Degradace půdy
Kvalita zemědělské půdy v Česku i na mnoha místech ve světě dlouhodobě klesá. Je to způsobeno zejména lidskou činností, především intenzivním modelem hospodaření, který je optimalizován na co možná nejvyšší, krátkodobé výnosy, ale nehledí na dlouhodobé zdraví půdy a její další (neprodukční) funkce. Půdy tvoří základ všech suchozemských ekosystémů, což platí i o půdách využívaných k zemědělským účelům, z nichž lidé získávají obživu.
Dlouhodobé sledování kvality půd ukazuje, že v mnoha částech světa vlivem dosavadního hospodaření půda postupně degraduje - snižuje se zejména množství obsažené organické hmoty - a klesá tak její schopnost plnit produkční i ekosystémové funkce. Pokud se nic nezmění, může v nejbližších sto letech téměř polovina konvenčně obdělávaných půd světa tyto funkce ztratit úplně - z kdysi úrodné půdy se stane v podstatě písek.
Významná část zemědělských půd v Česku je více či méně degradovaná a totéž platí o půdách i jinde v Evropě. To znamená, že tyto půdy postupně ztrácejí svou strukturu, ubývá v nich půdní biodiverzity a organické hmoty, a v důsledku toho nejsou schopny dostatečně plnit své produkční a ekosystémové funkce (což mimo jiné vede i k výraznému poklesu cen půdy a snižování hodnoty majetku vlastníka). Degradační procesy probíhají v přírodě přirozeně. Platí to i o půdě: ta je za běžných podmínek schopna obnovy a umí tyto procesy vyvažovat.
Nevhodné zacházení s půdou však degradační procesy zesiluje a půda se pak nedokáže obnovit dostatečně rychle. Intenzivní hnojení syntetickými hnojivy, aplikace různých pesticidů, využívání těžké techniky, velkoplošné pěstování jedné plodiny (monokultury) a rozsáhlé lány patří mezi hlavní faktory, proč půda ztrácí své kvality a přestává být zdravá.
V současném intenzivním modelu zemědělství, který je rozšířený v Česku, ale i v řadě dalších zemí světa, jsou živiny do půdy dodávány převážně průmyslově vyráběnými hnojivy. Ta sice rostlinám dodají to hlavní, co ke svému růstu potřebují, ale na rozdíl například od chlévské mrvy (pocházející například od dobytka, ovcí či koní) nepřidávají do půdy žádnou organickou hmotu, která by vyživovala půdní organismy, a tím i celý půdní ekosystém. Navíc na polích při intenzivním způsobu hospodaření běžně nezůstává ani odumřelá organická hmota - po sklizni jsou i zbývající části rostlin, které by zde jinak postupně zetlely, zpravidla odvezeny pryč. To vede k narušení přirozených cyklů prvků v půdě a zároveň vytváří závislost na neustálém dodávání hnojiva.
A nejen to: aby půdní organismy v takto chudém prostředí přežily, začnou zpravidla rozkládat organickou hmotu, která je v půdě uložena. To vede k tomu, že půda postupně chudne a současně se při tomto procesu uvolňuje oxid uhličitý. Jinými slovy: degradace půdy zvyšuje také koncentrace CO2 v atmosféře a tím se podílí i na oteplování planety.
Ztráta organické hmoty a s tím související pokles množství organismů v půdě vede k rozpadu půdní struktury (už zmíněných půdních agregátů). S úbytkem organické hmoty a souvisejícím rozpadem půdní struktury se půda stává náchylnou k tomu, že ji odplaví voda nebo odnese vítr. Spolu s ornicí odnáší voda (nebo vítr) také organickou hmotu a živiny.
To má hned dvojí negativní efekt: jednak tyto živiny v půdě chybějí a jednak se snadno dostávají do vodních toků, kde mohou způsobovat nežádoucí přemnožení řas a sinic (toto obohacování vod živinami se nazývá eutrofizace a má další negativní důsledky).
K okyselování půdního prostředí přispívá do velké míry hnojení, zejména použití dusíkatých hnojiv. Roli hrají také kyselé deště a imise síry a dusíku. Ve zdravém půdním prostředí se přirozeně vyskytují i zásadité prvky (např. vápník), které nízké pH více či méně vyrovnávají. Navíc se některé klíčové prvky, jako například hořčík nebo fosfor, v kyselém prostředí hůře rozpouštějí, a stávají se tak pro rostliny nedostupné. Růst rostlin je pak omezený a tyto prvky jsou vymývány do podzemních i povrchových vod.
K utužování půdy dochází zejména využíváním těžké techniky na polích (velké traktory, kombajny a podobně) s hmotností mnoha tun, které vytvářejí na půdu značný tlak. Utužení v důsledku přejezdů těžké techniky je pak ještě zesíleno v případě, že má obdělávaná půda vysokou vlhkost. Utužená půda je kompaktnější a ztrácí svou pórovitost.
Nedokáže pak dobře absorbovat vodu, čím se zvyšuje riziko vodní eroze (voda se nevsákne a pouze steče po povrchu, přičemž odnáší i ornici, viz výše). Nedostatek pórů omezuje také množství kyslíku v půdě, což v kombinaci s nedostatečnou vlhkostí vede k omezení půdních procesů (a tedy i zpomalení rozkladu organické hmoty a uvolňování živin). Rostliny pěstované v takové půdě trpí, protože mají málo vody, vzduchu i živin.
Znečišťující látky (polutanty) se do půdy dostávají například z emisí z průmyslu nebo dopravy, mohou unikat při různých haváriích (např. při přepravě chemikálií), z nedostatečně zabezpečených skládek odpadu nebo při těžební činnosti. Významný podíl mají také chemikálie využívané v zemědělství (syntetická hnojiva a pesticidy). Polutanty mohou v půdě také ovlivňovat některé procesy, jako je třeba rozklad organické hmoty.
Podíl zastavěné plochy v Česku dlouhodobě roste (za posledních 50 let se zastavěná plocha zvětšila dvojnásobně). Rozšiřování obytných částí i potřebné infrastruktury vede k úbytku zemědělské půdy, navíc často dochází k zastavování právě nejkvalitnějších půd. Při zástavbě je půda do velké míry mechanicky narušena a pokryta nepropustnými materiály (beton, asfalt aj.). Takto znehodnocená půda ztrácí veškeré své produkční i ekosystémové funkce.
V krajině vedou takovéto zásahy ke snižování biodiverzity, ztrátám krajinného rázu a dochází též k omezení schopnosti zadržovat vodu (což může zesilovat dopady povodní). Kromě toho zástavba zvyšuje i riziko kontaminace okolních půd a vod.
Zlepšení stavu půd
Z textu výše je zřejmé, že degradace půdy je způsobena zejména postupy intenzivního zemědělství. Svou roli hraje také zástavba a různé formy znečištění. Ke zlepšení stavu půd (nejen) v Česku je proto především potřeba změnit způsob, jak se s půdou a krajinou zachází.
Konkrétně to znamená obohacovat půdu o organickou hmotu a podporovat půdní biodiverzitu, využívat šetrnější způsoby úpravy půdy (např. omezovat orbu), zavádět různé krajinné prvky a celkově v krajině podporovat pestrost a mozaikovitost.
Tyto změny jsou klíčové pro zajištění dlouhodobé produkce (a tedy potravinové bezpečnosti), pro zdraví a odolnost ekosystémů, ale i z hlediska mitigace a adaptace klimatické změny - zdravá půda je nejen významným úložištěm uhlíku, ale zároveň pomáhá krajině adaptovat se na výkyvy a změny podmínek, které s měnícím se klimatem přicházejí.
V neposlední řadě je zásadní při krajinném a půdním managementu uvažovat vždy v dlouhodobých horizontech: důsledky degradace půdy (například kontaminace nebo vodní eroze) jsou o to závažnější, že mohou přetrvávat velice dlouho.
tags: #produkce #organicke #hmoty #ekosystemu #co #to
Oblíbené příspěvky:
Kontakt
Zelaná Hrebová, z.s.
[email protected]
IČ: 06244655
Paskovská 664/33
Ostrava-Hrabová
72000
Bc. Jana Veclavaková, DiS.
tel. 774 454 466
[email protected]
Jaena Batelk, MBA
tel. 733 595 725
[email protected]