MODULARIZACE VÝUKY EVOLUČNÍ A EKOLOGICKÉ BIOLOGIE CZ.1.07/2.2.00/15.0204 Jiří Schlaghamerský: Pedobiologie - jaro 2012 Půda II: ohrožení a ochrana půdy INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ J. Schlaqhamerskv: Pedobioloaie: půda II (ohrožení, ochrana) Větrná eroze r turbulentní proudění _^ laminární proudění Půdní částice v laminárním proudění: nedochází k pohybu částic. Půdní částice v dosahu turbulentního proudění: může nastat pohyb částic. Malé, slepené částice jsou nárazem větších poskakujících částic vymršťovány do dosahu turbulentního proudění. J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Vodní eroze: plošná na svahu Vodní kapky pri dopadu odmršťují půdní částice pro vodu nepropustil J. Schlaahamerskv: Pedobioloaie: půda II (ohrožení, ochrana) Větrná eroze Vo 100 x..; y. 00 00 "S to zo í * • Ír > ¥Íl j ! . ! ; V0 1 . frofo/n i * ■í *• • •* ,((■■£25*3 »•* ■ • í " * i v. v- *• ■f í * ■ ■ • ♦ ■ ■ . 'V- Si ■ S. ./ * s + é ■ - f ■ • ■ - 4 -10 -5 t* 40 Účinek větrolamu na snížení rychlosti větru: a) nepropustný, b, c) polopropustný (různé typy), d) propustný J. Schlaqhamerskv: Pedobioloaie: půda II (ohrožení, ochrana) Větrná eroze J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Pedobioloqie: Ohrožení a ochrana půdy Příklady opatření proti vodní erozi Zakládání travnatých pruhů Vysazování agáv na svahu terasování J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) J. Schlaqhamerskv: Pedobioloqie: püda II (ohrozeni, ochrana) Odlesnoväni v tropech a subtropech PERCENTAGE FOREST LOSS IN SELECTED DEVELOPING COUNTRIES, 1930-1990 |amaica Bangladesh Thailand Costa Rica Doml Iii L.ill Rep. Ecuador Mexico My.inm.sr Tanzania Bo II vi n Sudan Indonesia Cöte d'lvoire Madagascar Nigeria India Brazil Zaire -53 (,269) -26 (495) -25 (351) ft -17 (2 380) -12(6 780) P ~12(4 0«6) m -12 (4 3B1) k -11 (S 147) N -10 (4 317) h -10 (12 120) -10 (1 193) -8 (1 346) -7 (1 18-7) -6(3 390) -6 (36 70S») -6(7 122) figure: In brackets indicate area lost in thousand hectares Pttcenlagt 0 -10 -20 -30 -40 -SO Where have all the forests gone? Analysis of rJLfltg reveals regioral differences in the nature and causes of deforestation Changes in forests in Africa an dominated by Irprtsilion from clowd farwt, through intgrrwdiBcy stogus of depletion, 10 shrub spd short fallw I Ns ■ ■.-: indicate an extension of aubatatenoa tarmrifl under Ihe praeeura of jurai population growth, Ghartflos In forests In Lutin America-ji-■domnaled by a mare jbruol change involving deforestation from closed forest Id other lard cover, such as nemvinoni acirirjjltixe, cattle ranchrig cf tinier niHr.'ors. ihs appears to reflect wrtr^lli,-F^Brriedcip*™twr» suches government resefllerrient scheme?, liirg?-scal« c: i'.l- _ - ■ and hydroelectric reaetvoini Forms ifi Atia ai e iridergolnp two types of Charlie ol ■ c-l-iIv ecjUOl iiiLiiU1^. --li-JlijI charge&a a result ol rui.. potwluilon preeaure: and abrupt ohangBS due I ::■ centrally-planned cHMl::na including gai'EmmerVI resalllemenl schames and largo plantation progrgrnniss Main categories of forest coirer change by geographic regions, 19GU-90 (changes as percentages oF IGoO regbnal Forest area; cosed and ocen tores!) psresnlsg« ol 4.Ö 3.5 3,0 2.6 2:0 1,5 1.0 0.E Atrtca Laim Amwii!.! Aula cteforastatian to other land cover (includw permanent agriculture, cattle ranching, waiter reservoirs, etc^l ..ei jicm to long fallow shifting cultivation cfcfonfliilalluri tu GtlliM Vjtoded land fahnibs and short fallen*) I IxagiiifljiLilifjii HmelicraSon pnereasa cd1 density) from ope" rowsstfipiMl converted lo plantations I |..:l:r.ii.: i :k- ■:, Ml density) from closed to open forest J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Odlesňovaní v tropech a subtropech J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: puda II (ohrozeni, ochrana) Dezertifikace SPREADING DESERTS THREATEN AFRICA □ true desert i—i acute risk of '—' desertification □ moderate to great risk On the southern edge of the Sahara, an area the size of Somalia has become desert over the past 50 years. The same fate now threatens more than one-third of the African continent. The main cause of desertification is not drought but mismanagement of land, including overgrazing and felling of trees and brushwood for fuel. Source: Trie Conservation and Rehabilitation of African Lands (FAQ 1990) J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Vliv půdní vody V závislosti na klimatu (množství srážek a jejich rozložení v čase, teploty) a typu půdy dochází pomocí půdní vody k přemísťování látek v půdním profilu (vyluhování, zasolení). Brání-li průsaku vody nepropustné podloží, dochází k zamokření půdy, které je spojené s vytlačením vzduchu z půdních pórů. Dochází k oglejení: redukci sloučenin železa a manganu. V redukované formě jsou dobře rozpustné ve vodě a rozptýlí se ve zvodnělé zóně. Dojde-li k vyschnutí jsou opět oxidovány vznikají hrudky oxidů a hydroxidů železa a manganu. Anaerobní rozklad nevede k úplné mineralizaci organických látek, ale pouze korg. meziproduktům rozkladu a jejich hromadění (surový humus, rašelina). Vyluhování solí průsakovou vodou Zasolení půdy vlivem od paru voda- Difuze sloučenin železa a mangánu v podmáčené pudě 'hrudky železa a mangánu půdní resp. podzemní voda nepropustná jílová vrstva Inhibice odbouráváni humusu podmáčením půdy O humusová vrstva—Q minerální půda J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Odvodnění pozemku pomocí drenážního systému J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) „Meliorace" pozemků stoupá teplota 4, jemním t vniká vzduch odvodněno Vliv odvodnění na půdu na ■M neodvodněno J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Zhutňování půdy 0 60 80 100 40 60 80 10o 1 L , i_i-i-1 i ii i-L y-1-1-1- i i- i cm ' Vol % Vol % > 50.U- > 10 m- > 1.5/J < 0,2aj Podíl půdních pórů ruzných velikostí v půdním profilu (sprašová hlína) nenarušeném (na levo) a narušeném (na pravo) mechanickou zátěží (zhutněním). Stav cca v r. 1980, poslední působení mechanické zátěže v r. 1969. J. Schlaqhamerskv: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Zhutňování půdy Deformace půdy vystavené tlaku kola: a) stopa s elastickou deformací b) stopa s vytlačenými valy po stranách, bez zhutnění (viskózni tečení půdy) c) stopa s vytlačenými valy po stranách, zhutněná půda d) stopa bez vytlačených valů, půda zhutněná vyschlá půda kyprá půda zamokrená půda zátěž 10 kN Vytváření stop v závislosti na vhlkosti půdy J. Schlaqhamersky: Pedobioloaie: půda II (ohrožení, ochrana) Zhutňování půdy 10 9 •■ 8 *• o -2 5 Vi ° •§ 4 o Vytváření stop při přejezdu standardními a širokými pneumatikami smrkový porost široké pneumatiky Nokia 600 - 55 - 26,5 12 PR tlak: A ..1,2 bar B ..0,8 bar C ..0,6 bar D ..2,0 bar E ..1,2 bar 4- 4 5 6 počet přejezdů 10 60-letý smrkový porost, 7-10 cm surového humusu, horní minerální půda písečná, obsah půdní vody 33%. Referenční šlepr: HSM-Forstspezialschlepper Typ 704 (60 kW) Hmotnost s nákladem: 7 490 ke Zátěž zadní osy: 4 420 kg J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Acififikace půdy Odumřelý smrkový les v Jizerských horách J. Schlaqhamerskv: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Acidit ikace ekosystémů mokrá depozice Obr. 11.1 Procesy vedoucí k atmosférické depozici (Porteous, 2000) Zdroj: Hůnová a Janoušková (2004): Úvod do problematiky znečištění venkovního ovzduší, nakladatelství Karolinum, Praha. J. Schlaqhamerskv: Pedobioloaie: půda II (ohrožení, ochrana) Acidifikace ekosystémů Depozice (spad) síry vlivem kyselých dešťů v blízkosti emisních zdrojů (již. Norsko, levé sloupečky) a ve velké vzdálenosti od nich (již. Polsko, pravé sloupečky; vliv transmise - dálkového přenosu) fg/m2} Obr. 113 Depozice síry v jižním Norsku a jižním Polsku, 1880-1995 (EEA, 1998) Zdroj: Hůnová a Janoušková (2004): Úvod do problematiky znečištění venkovního ovzduší, nakladatelství Karolinum, Praha. J. Schlaqhamersky: Pedobioloaie: půda II (ohrožení, ochrana) Oblasti Evropy, kde byla prekročená kritická mez acidifikace půdy (údaje pro r. 2010 jsou prognózou Z r. 2003). Zdroj: Max Posch (2003): Coordination Centre for Effects / RIVM, Nizozemsko J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Acidifikace ekosystémů Srovnání atmosférické depozice v ČR a v evropských státech (CC3 1990) česká pohorí česká města Žeiňě, oblast so4-s i: NO3-N NH4-N CNO3+ NH4)-N Celková depozice 16,0 6,3 7,3 13,6 Rakousko 11,3 5,3 7,1 12,4. Švýcarsko 18,9 5,9 8,1 14,0 Francie 12,6 5,2 3,8 9,8 Bcíeic 16,8 7,6 14,4 22,0 Holandsko 8,0 5,7 13,1 18,7 Švédsko 7,6 2,5 3,3 5,8 Maďarsko 17,2 4,9 9,7 14,6 Krušné hory 31,7 10,6 14,0 24,6 Jizerské bory 33,4 11,7 11,6 23,3 krkbnofe 13,0 8,8 10,9 19,7 Šumava 10,0 6,3 8,5 14,8 českomoravská vysočh m 12,7 M 7,8 13,9 Mokrá depozice , Praha-Mbu£ 3,1 4,9 8,0 Hradec Králové 8,9 3,7 6,2 ^ 9,9 Košetice 5,3 3,0 3,3 6,6 Švraíouch 6,4 3,2 3& 7,1 ÚstfruL. :v:';:.:::.*;'*.;.:.:.;:.:;:;: v:v.*.-.*x:;-. 16,2 4,8 9,3 14,1 Zdroj: ČHMÚ (podle Bmchlem -1990, Škody -1992, Šantrvcha -1993) J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Acififikace půdy Trend měrných emisí S02 (v kg/os.rok) v České republice a v EU 15 v letech 1990-2002 Qffi^MH 200 i 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 Zdroj: EMEP, EEA J. Schlaqhamersky: Pedobioloaie: půda II (ohrožení, ochrana) Acidifikace ekosystémů viL r .C-j. I ľ ■" í_J._LÍ'_ul__7i_J ' tmli "Tŕ, I/ŕ. K C^------ŕ£ O v Citlivost vůči kyselé depozici (čím tmavší odstín na mapě, tím vyšší). Oblasti kde byla prekročená kritická mez acidifikace půdy (stav v r. 1992) Zdroj: A. F. Bouwman and D. P. van Vuuren (1999) Global assessment of acidification and eutrophication of natural ecosystems. Report UNEP/DEIA&EW/TR.99-6 and RIVM 402001012.) eq ha''•a 1 ■ < 200 ■ 200 - 500 18 500 - 100 _ > 1000 Citlivost ekosystémů v Evropě na acidifikaci: kritická zátěž (depozice hydrogenových iontů), která danou oblast (95 % její plochy) ještě nepoškodí Zdroj: Max Posch (2003): Coordination Centre for Effects / RIVM, Nizozemsko J. Schlaahamerskv: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Acidifikace ekosystémů Vývoj roční depozice síry (SO|- -S, S02-S), oxidovaných forem dusíku (NO3 -N, NOx-N) a vodíku na plochu České republiky, 1995-2006 J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Acidifikace půdy v ČR Mirné narušené půdy Zdroj: Hruška a Kopáček: Kyselý déšť stále s námi - zdroje, mechanismy, účinky, minulost a budoucnost. MŽP ČR, Praha, 2005 J. Schlaqhamersky: Pedobioloaie: půda II (ohrožení, ochrana) Acidifikace půdy: Pufrovací kapacita půdy (půdní ústojčivost) pufrovací zóna (systém) pH půdy chemické reakce CaC03+H2C03 —► Ca(HC03)2 karbonátová 6,2-8,6 (uhličitanová) CaC°3 + H2S04 —*Ca2+ + S042" + C02 + H20 silikátová 5 0-62 [(-Si°4)Alľ + 4 H+ + 6 H20 S,l,KatOVa 5'° — (-SiOH)4 + [AI(H20)6]3+ kationtové výměnné kapacity 4,2 - 5,0 -> Ca2+ hliníku 3,0 - 4,2 [AI6(OH)15]3+ +15 H+ + 21 H20 —► 6 [AI(H20)6]3+ železa 3,0-3,5 FeOOH + 3 H+ + 4 H20 —► [Fe(H20)6] 3+ J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Půdní koloidy (jílové a humusové částice) jsou podstatou sorpčního komplexu půdy - význam pro pufrovací kapacitu půdy a retenci živin *• // / / / / / / / A\ sr\ A:/// koloidní" // + / // VaHk*// / A \ * (Na) J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) ■■' pude jsou koloidní čističe (jilově minerály, h/droxyaxidy a onjajňríca hmota), které maji" na svém povrchu negatív -n ŕ náboj. Na zaklade elefctrDstatidqŕcJn sál tak přitahuji k Ladne nabite kmty (kationt/) a udržuji" je v tesne bb'zkosti častice, "rytů takzvaně vyménně -aiby jsou mene pevně ne£ vazby chemické. Kořeny tak mohou kacionly vápniku |ĽaL|, horáku (Mjjr"), draslíku (tc), amoniaku (MH41) i jině živiny z pudy snadno získávat, pnčemi hationty nejsou z pudy vyplavovány, stejný mechanismus v pude zadržuje trojmocné katiorrty hlÝiuuj jAl', viz rámeček 11). Kati on ly vázaně na pudni'cn částicích mohou být také vymenený za vodičové icmcv (H") v půdním rnztoku. Ti'm se snÉuje f^selnstvocfy vytékajid z pudy a mluvíme a neutralizační' kapacite -pud. Zdroj: Šantrůčková a Vrba (ed.): Co vyprávějí šumavské smrčiny, Správa NP a CHKO Šumava, JČU a CSPE, Vimperk, 2010. J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Acidifikace půdy Sírany (S042) dusičnany(NOo) čpavek (NH+) Al3+ Vápnik (Ca2+) Rozpustné sírany Hliník (Al3+) Hořčík Rozpustné dusičnany Pohyblivost a toxicita hliníku v půdě Snižování pH 1 hA' (acidifikace) Vyplavování živin a hliníku Vyplavování živin a hliníku Zdroj: H. Šantrůčková J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Acififikace půdy M-:-i:n!ii-. Rozpustnost kovů ve vodě v závislosti na pH J. Schlaqhamerskv: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Acidifikace půdy: příklad půd povodí Plešného jezera (Šumava) 21 .století 7ia 8 pH 19.století 10 Obsah toxické formy hliníku prudce stoupá při poklesu hodnoty pH pod 5,5. V neutrálním prostředí (pH 6-7) je hliník převážně nerozpustný. Pitter, 1999 12 Zdroj: H. Šantrůčková (upraveno) J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Přímé příčiny chřadnutí smrku v důsledku acidifikace půdy (v pravo) ve srovnání se situací bez pokročilé acidifikace Zdroj: Šantrůčková a Vrba (ed.): Co vyprávějí šumavské smrčiny, Správa NP a CHKO Šumava, JČU a CSPE, Vimperk, 2010. J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) 1860 Odhad celkové atmosférické depozice (mokré i suché) reaktivního dusíku v r. 1860, začátkem 90. let 20. století a v r. 2050 (prognóza). Atmosférická depozice v současnosti představuje cca 12 % reaktivního dusíku vstupujícího globálně do suchozemských a pobřežně-mořských ekosystémů (v některých regionech představuje vyšší podíl, např. v USA cca 33 %). 2050 mg nitrogen per sq meter per year 25 50 100 250 500 750 1 000 2 000 5 000 Source: Galloway el al. 2004 Zdroj: UNEP/GRID-Arendal. Estimated total reactive nitrogen deposition from the ]atmosphere (wet and dry) in 1860, early 1990s, and projected for 2050. UNEP/GRID-Arendal Maps and Graphics Library. 2005. Dostupné na: http://maps.qrida.no/qo/qraphic/estimated-total-reactive-nitroqen-deposition-from-the-atmosphere-wet-and-dry-in-1860-early-1990s-and. (staženo 8. 11. 2011). J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Eutrofizace - obohacení ekosystému živinami Oblasti Evropy, kde byla prekročená kritická mez eutrofizace půdy (údaje pro r. 2010 jsou prognózou z r. 2003). Zdroj: Max Posch (2003): Coordination Centre for Effects / RIVM, Nizozemsko J. Schlaqhamerskv: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Eutrofizace - obohacení ekosystému živinami: suchozemské ekosystémy 6 5 Racomitňum ianuginosum Current mean UK deposition 10 20 30 40 N input (kg N/ha/y r) N removal N addition 50 60 Pokryvnost mechu Racomitrium lanuginosum při různých dávkách dusíku v travinném ekosystému ve Velké Británii. K největšímu úbytku dochází mezi 5 a 10 kg N na hektar a rok. Zdroj: Bridget Emmett, Centre for Ecology and Hydrology in Bangor, UK J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Eutrofizace - obohacení ekosystému živinami: suchozemské ekosystémy Sphagnum capillifolium Polytrichum commune Mnohé mechy a lišejníky reagují citlivě na depozici dusíku. Na obrázku jsou dva druhy mechu (rašeliník a ploník) na lokalitě Whim Bog v jihovýchodním Skotsku. Zdravý mech vlevo byl vystaven atmosferické koncentraci čpavku (0,4 |j.g/m3), odumřelý mech vpravo byl vystaven roční průměrné koncentraci 65 |j.g/m3 Zdroj: lan Leith, Centre for Ecology and Hydrology in Edinburgh, UK. J. Schlaqhamerskv: Pedobioloaie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Tropické deštné pralesy Vysoká primární produkce, bujná vegetace Klima: - velmi vysoké srážky - vysoké teploty Původní předpoklad (od dob Alexandera von Humboldta): Optimální podmínky pro růst rostlin a tedy i zemědělství. Proč byly (a jsou) snahy o přeměnu tropických pralesů na zemědělskou půdu zřídkakdy úspěšné? 4C3 c 3M Ě 200 100 Vysoké úhrny srážek - vyluhování živin Originály tnxnRH IMiIttakK 1WS; ModrwHrom KE AEtMi 7rte Ěcotxmry of/iÍMhm MOCI 30 20 10 a Average Temperature (t) -ID J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Zonální typy půdy v západní Africe J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Ferralsol (Oxisol, lateritová půda) Vertisol J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Lateritová půda na okraji Manausu (Amazonie) J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Lateritová půda na okraji Manausu (Amazonie) J. Schlaqhamerskv: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Jílové minerály: - Mikrokrystaly utvářející se v průběhu zvetrávaní matečné horniny. - Sestávají z vrstev oktaedrů hydroxidu hliníku a tetraedrů oxidu křemíku. Různé typy jílových minerálů se liší mimo jiné stavbou krystalů: Trojvrstvé: Si-0 AI-OH chlority, Ulity, vermikulity, montmorillonity (mimo tropy) Si-0 Dvouvrstvé AI-OH kaolinity (v tropech) Si-0 tetraedrová vrstva Montmorillonit Molekulární struktura montmorillonitu (zdroj: Andreas Třepte) J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Charakteristické složení zvětralé vrstvy nad matečnou horninou v tropickém pásmu a mimo ně Velká Británie Středomoří Západní Ghát (Indie) sloučenina skelet zvětralý skelet zvětralý skelet zvětralý % materiál % % materiál % % materiál % Si02 49,3 47,0 44,7 35,7 50,4 Al203 17,4 18,5 15,5 34,9 22,2 50,5 Fe203 2,7 14,6 7,5 7,9 9,9 23,4 FeO 8,3 — 3,7 0,7 3,6 — MgO 4,7 5,2 7,9 3,6 1.5 — CaO 8,7 1,5 15,3 4,9 8,4 — Na20 4,0 0,3 1.1 0,9 0,9 — K20 1,8 2,5 1,4 3,1 1,8 — 1,7 2,8 H20 2,9 7,2 0,9 5,8 0,9 25,0 J. Schlaqhamerskv: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy • Vysoké srážky - vyluhování živin Co brání vyluhování živin z půdy? Kationtová výměnná kapacita - daná obsahem (množstvím, druhem) jílových minerálů a humusu Vyluhování v tropech zasahuje také křemík (Si; představuje až 90 % minerálních částic v půdě). Důsledek: - snížený obsah křemíku v půdě - tvorba fersialitických a feralitických půd J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Počet výměnných jednotek na 100 g jílu či humusu: Montmorillonity 80 - 150 Chlority, vermikulity 15 - 40 Kaolinity 3-15 Humus 150-500 V tropech je humus přítomen pouze v horních 20-30 cm půdy; obsah humusu je nízky (rychlá mineralizace): 1-2 (max. 3) % Teplota svrchní vrstvy půdy v tropech: 28-30 QC Při nárůstu teploty z 20 na 30 QC probíhá rozklad 4x rychleji Úplný rozklad organické hmoty za 9 měsíců (v mírném pásmu roky) Přesto má humus ve svrchí vrstvě tropických půd hlavní podíl na celkové kationtové výměnné kapacitě: 2 g / cm3 specifické hmotnosti Při 40 % kaolinitu a 2 % humusu je podíl humusu dvojnásobný. J. Schlaqhamerskv: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Povrch půdy s opadem v tropickém deštném pralese - organická vrstva může takřka chybět (Presidente Figueiredo, Amazonie) J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Půdní sonda (výkop) v primárním tropickém deštném pralese U ManaUSU (Amazonie, Brazílie) - foto: Miloslav Devetter J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Proč je tedy v tropech tak bujná vegetace?! • Skoro veškeré živiny se nacházejí v živé biomase • Přímý koloběh živin • Vegetace funguje jako filtr: několik pater, epifyty, koncentrace kořenů v horních 30 cm půdyl • Micorrhiza: past na živiny (nutrient trap), zkrat v koloběhu živin • Akumulace živin po staletí (100-200 let) bez lesních požárů (vlhkost!), také vlivem zvetrávaní. • Čím chudší matečná hornina, tím delší doba regenerace. J. Schlaqhamerskv: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Kořeny stromů v tropickém deštném lese jsou rozprostřené při půdním povrchu (Manaus, Amazonie) J. Schlaqhamerskv: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Plodnice hub na větévce dřeviny v tropickém deštném lese (Manaus, Amazonie) - foto: Miloslav Devetter J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Důsledek zemědělství klučením a žďářením (slash and burn): Mobilizace živin z popela Částečné zničení humusu ohněm V době druhé sklizně bývá zbytek humusu rozložen, malý přísun, žádná regenerace humusu. V případě hnojení hnojivo půdou „proteče" (nízká kationtová výměnná kapacita). I ^^^^^ Ztráta živin vyluhováním J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Žďáŕení tropického pralesa J. Schlaqhamerskv: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Mýtina v tropickém lese J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Paseka s pokácenými dřevinami (Balbina, Amazonie) J. Schlaqhamerskv: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Vypalovaná paseka (Iranduba, Amazonie) J. Schlaqhamerskv: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Vypalovaná paseka (Iranduba, Amazonie) J. Schlaqhamerskv: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy J. Schlaqhamerskv: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Banánovníky na mýtině (Balbina, Amazonie) J. Schlaqhamerskv: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Banánovníky na mýtině J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Pastvina na místě bývalého deštného pralesa (Balbina, Amazonie) J. Schlaqhamerskv: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Stará mýtina s obnaženou lateritovou půdou (Balbina, Amazonie) J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Vztah mezi typem vegetace a půdní erozí v oblasti přirozeného výskytu tropických deštných lesů J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Erozní struhy na místě vykáceného deštného pralesa (Presidente Figueiredo, Amazonie) J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Erodovaná a vyluhovaná tropická půda (Presidente Figueiredo, Amazonie) J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Erodovaná krajina po odlesnění - Madagaskar) J. Schlaqhamerskv: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Lateritová tropická půda odplavovaná za deště do „černé" řeky (Presidente Figueiredo, Amazonie) J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Přírodní vegetace v Amazonii: úrodná půda je pouze v nivách řek s „bílou vodou" (varzeas - pouze část tmavě zeleného území na mapě) J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Soutok bílé řeky Amazonky (= Rio Solimoes) a černé řeky Rio Negro J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Náplavové hlíny na břehu Amazonky (= Rio Solimoes) J. Schlaqhamerskv: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Náplavové hlíny na břehu Amazonky (= Rio Solimoes, Iranduba) J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Černá voda říčky (přítoku Rio Negra) u Presidente Figuereido (Amazonie) J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Černá voda Rio Negra blízko Manausu s písčitým břehem (Amazonie) J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Nálezy půdy Terra Preta v Amazonii) Umělý profil terry prety (model) J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Profil půdy Terra Preta v Amazonu blízko Manausu J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) J. Schlaqhamerskv: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Zemědělství (lesnictví) a ochrana půdy Na základě ročních hodnot: 5000 kg obilí (bez slámy), resp. 14 plnometrů dřeva (hroubí s kůrou) na hektar J. Schlaqhamerskv: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Zemědělství a ochrana půdy Průměrné ztráty živin v důsledku sklizně (odstranění biomasy) v polním a lesním hospodářství (kg ha"1 a"1) kultura N K Ca P Mg vysetá louka 400 400 140 50 35 cukrová řepa 250 380 85 35 50 krmná kukuřice 230 200 50 38 30 přírodní louka (4-6 sečí) 220 290 90 35 25 mrkev 120 150 100 22 20 špenát 120 115 30 17 20 okurky 45 60 20 17 15 smíšený les 4 3 3,5 0,5 0,5 J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Zemědělství (lesnictví) a ochrana půdy Bilance vápníku a hořčíku v porostu a půdě povodí Plešného jezera na Šumavě Zdroj: Šantrůčková a Vrba (ed.): Co vyprávějí šumavské smrčiny, Správa NP a CHKO Šumava, JČU a CSPE, Vimperk, 2010. J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Zemědělství a ochrana půdy Hnojení půdy má za cíl: - doplnění přirozených zásob živin - náhradu živin ztracených v důsledku slizně a uvolnění do vody a atmosféry - tím zachování a zlepšování úrodnosti a biologické aktivity půdy - za účelem optimální výživy rostlin (vysoké výnosy vysoké kvality). Ztráta živin je dnes často vyrovnávána průmyslovým hnojivem. Z hlediska ochrany životního prostředí je užívání průmyslových hnojiv problematické - škodami při těžbě a přepravě surovin - emisemi škodlivin při výrobě a energetickou náročností jak výroby, tak distribuce J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Zemědělství a ochrana půdy Organická hnojiva: - statková (mrva, kejda, močůvka) - kompost - zelené hnojivo (zaorané rostliny jako lupina, jetel, řepka, různé traviny) - čistírenský kal Čím vyšší hodnota C/N, tím pomalejší je rozklad látky v půdě. Poměr C/N kejda 2- 10 kompost 10- 20 mrva 20- 30 sláma 70-100 Rozklad organických hnojiv probíhá záporně exponenciálně: 50 % slámy za 4 měsíce, 90 % až za 9 let. J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Zemědělství a ochrana půdy Anorganická (průmyslová) hnojiva: Jedno nebo vícesložková, často je užívána směs N, P, K (1 : 0,4 : 0,8). Živiny jsou rostlinám i mikroorganismům okamžitě k dispozici. Dávkování je jednodušší než u organických hnojiv. Při aplikaci pomalu se rozpouštějících granulí lze také u nich zajistit pomalejší a dlouhodobější přísun živin. J. Schlaqhamerskv: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Zemědělství a ochrana půdy Čistírenské kaly: Obsahují hodně živin i stopových prvků, mohou být dobrým hnojivem. C/N = 5 - 10 Většina živin se stává dostupná v krátko až střednědobém horizontu. Při aplikaci velkého množství najednou mohou v půdě dočasně nastat anaerobní podmínky vlivem velkého obsahu vody, míra mineralizace je tím snížena. Kompost z orq. odpadů: Obsahuje méně živin, zato však má vysoký obsah org. hmoty se stabilizačním účinkem v půdě. C/N = cca 25 - pomalejší rozklad. Dostupnost živin po aplikaci je horší, může dojít k dočasné imobilizaci N v mikroorganismech. Na lehkých půdách chudých na vápník či lehce kyselých může opakované hnojení kaly či kompostem zvednout pH o asi 1 jednotku. J. Schlaqhamerskv: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Zemědělství a ochrana půdy Průměrné hodnoty vstupu těžkých kovů do půdy pro celkovou plochu zemědělského půdního fondu ČR podle nejdůležitějších zdrojů (g ha"1 a"1) zdroj Cd Cr Pb Hg hnojiva 0,639 7,610 1,624 0,004 aplikace kalů ČOV 0,058 4,250 1,790 0,060 atmosférická depozice 1,312 7,132 30,790 0,200 Zneškodňováni kalu z čistíren odpadních vod v tis. t sušiny 0 20 40 60 80 100 určené pro další upotřebení §§| ukládané na skládkách J. Schlaqhamerskv: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Zemědělství a ochrana půdy IMPORT EXPORT Mineralizace Příjem N rostlinami Hnojení Koncentrace N v půdním roztoku ■► Denitrifikace (mikroorganismy) i Atmosférická depozice Vyluhování Hlavní faktory ovlivňující koncentraci dusíku v půdě Nitrifikace: 2 NH4+ + 3 02 2 N02" + 2 02 Denitrifikace: 2 Corg + 2 NO, 2 N02' + 2 H20 + 4 H+ (Nitrosomonas spp.) 2 N03' (Nitrobacter spp.) 2 C02 + 2 H20 + N2 (Pseudomonas, Agrobacterium, Bacillus spp.) J. Schlaqhamerskv: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Zemědělství a ochrana půdy Důsledky vyluhování dusíku: - ztráta pro výživu rostlin - ohrožení kvality podzemní vody Hraniční hodnota platná v EU pro koncentraci N03" v pitné vode : 50 mg /1 - odpovídá: 11,3 mg N /1. Vymyté množství N03" = množství průsakové vody x koncentrace N03" Obsah v prosakující vodě ročně: 0 - 600 mg / ha (podle klimatu a půdy) Ve střední Evropě dochází k vyluhování dusičnanů hlavně v období listopad - březen (rozložení srážek!) Klesá v závislosti na vegetačním pokryvu půdy: úhor (bez vegetace) - zelinářské plochy, brambory, řepa, kukuřice, víno - travinné porosty - les Průměrné ztráty N jako NQ3" na ha a rok - obsah v prosakující vodě: pole: " 20 - 300 kg 20 - 200 mg /1 travnaté porosty (louky, pastviny): 2-10 kg 2-10 mg/ I J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Zemědělství a ochrana půdy Pesticidy v zemědělství: Aplikovaná množství jsou ve srovnání s hnojivy malá: herbicidy: 0,1 - 2 kg aktivní látky / ha fungicidy: 10 - 500 g aktivní látky / ha Možné vedlejší účinky jsou např. toxické účinky na jiné než cílové organismy (vč. samotné ošetřené rostliny) nebo změny chuťových vlastností plodů. Faktory ovlivňující vedlejší účinky: 1) persistence: doba působení látky (je možné tzv. "carry over" - tox. působení na příští kulturu) 2) akumulace aktivní látky nebo jejich derivátů (vznik rozkladem) v rostlinách a půdě - tzv. residua 3) bioakumulace: nashromáždění aktivní látky v potravním řetězci resp. v určitých orgánech 4) negativní vliv na užitečné organismy (např. na antagonisty škůdců jako pavouky, na žížaly apod.) nebo např. dekompoziční procesy v půdě. Je předmětem ekotoxikologického posouzení. J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Zemědělství a ochrana půdy Parametry užívané k posouzení negativních vedlejších účinků pesticidů: - produkce C02 v půdě (málo senzitivní vůči narušení - o to je závažnější, pokud k němu dojde) - množství mykorrhizy na kořenových systémech - populační hustoty vybraných půdních živočichů Při posuzování škodlivosti vedlejších účinků je třeba je porovnat s účinky zcela přirozených faktoru jako jsou zamokrení, zmrznutí, mechanické narušení. V půdních procesech a populacích půdních organismů dochází v důsledku těchto faktorů ke značnému kolísání. Za zanedbatelné platí snížení měřených parametrů, které 30 dní po aplikaci nepřesahuje 20 % výchozích hodnot. Za kritické platí pokud snížení ještě za 60 dní po aplikaci dosahuje 85 %, resp. za 90 dní 70 %: Fumiganty jako methylbromid, herbicidy s širokou působností jako chlorpikrin, fungicidy s obsahem rtuti. J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Zemědělství a ochrana půdy dnů Rozklad fungicidu Iprodion v půdě, na kterou ještě nikdy nebyl aplikován (•) resp. po opakované aplikaci (o). J. Schlaqhamerskv: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Zemědělství a ochrana půdy Odolnost pesticidů v půdě proti rozkladu (Metcalf, 1969) Druh pesticidu_Poločas rozkladu (roky) olovo, měď, arzén 10 - 30 insekticidy Dieldrin, BHC, DDT 2-4 herbicid Triazin 1 - 2 herbicidy na základě kyseliny benzoové 0,2 - 1 herbicidy na základě močoviny 0,3 - 0,8 herbicidy 2,4 - D, 2,4,5 - T 0,1 - 0,4 insekticidy organofosfátové 0,02 - 0,2 insekticid Carbaryl 0,02 V případě „rozkladu" prvků (olovo, měď, arzén) se patrně jedná o imobilizaci, případně odnos z dané půdy (vodou, větrem). J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Kontaminace půdy atmosféra plynová difúze eroze fotochemický ropad pudní roztok půda vyluhování chemický rozklad mikrobiálni rozklad filtrace pevných častíc adsorpce a chemické srážení podzemní voda Chování polutantů v půdním prostředí