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 0m£dec/cí 5> --H 'A ) * ÚSTAV S BOTANIKY A I o > ZOOLOGIE J « 7 iKk * I imi i MINISTERSTVO ŠKOLSTVÍ, OP Vzdelávaní %^CJ^ _^ 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 „The dust bowl" - 400 000 km2 postižených vymršťovány do dosahu turbulentního proudění, prašnými bouřemi v sev. Americe v 30.letech 20. století (zdroj: wikimedia commons) J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Větrná eroze J. Schlaqhamerskv: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Větrná eroze Strana návitroi . thana zwitrpi Účinek větrolamu na snížení rychlosti větru: a) nepropustný, b, c) polopropustný (různé typy), d) propustný J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Vodní eroze v jižním Portugalsku (Algarve) - foto: Jiří schiaghamerský J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Vodní eroze: plošná na svahu Erozní struha v pšeničném poli, stát Washington, USA /-?r\rr\ \ • Innl/ f^wL'inno \A/ il/imorlio f"*r»m mr»no\ Vodní kapky při dopadu odmršťují půdní částice pro vodu nepropustné 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 J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: püda II (ohrozeni, ochrana) Odlesnoväni v tropech a subtropech PERCENTAGE FOREST LOSS IN SELECTED DEVELOPING COUNTRIES, 19801990 |pvn to closed ic*est converted Id plantaSons I •. I.r.i üf density} from closad to open forest J. Schlaqhamerskv: 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. Schlaqhamerskv: Pedobioloqie: puda II (ohrozeni, ochrana) Dezertifikace SPREADING DESERTS THREATEN AFRICA □ true desert |—| acute risk of '—' desertification j—I moderate to J—' 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 (FA01990) 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 odparu voda 2í Difúze sloučenin železa a manganu v podmáčené Půdě hrudky železa— ,~«f: ^ a manganu pudní resp. podzemní voda "v ' " nepropustná jílová vrstva Inhibice odbourávání humusu podmáčením půdy humusová vrstva— minerální půda J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) „Meliorace" pozemků Odvodnění pozemku pomocí drenážního systému J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) „Meliorace" pozemků stoupá teplota w vniká vzduch 4/ ^ »»»»*' «««III>, odvodněno Vliv odvodnění na půdu u I neodvodněno J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Zhutňování půdy cm 60-* volume oř solid phase-1 équivGlanr core size > 8O0/J-H 50.U-10 ai-1.S/J-0,2aj- Podíl půdních pórů různých 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 izobara Vytváření stop v závislosti na vlhkosti půdy J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Zhutňování půdy 10 9 •■ 8 7 6-- -2 5 M •§ 4 o S« 3 Vytváření stop při přejezdu standardními a širokými pneumatikami smrkový porost široké pneumatiky Nokia 600 - 55 - 26,5 12 PR tlak: A ..1,2 bar .0,8 bar .0,6 bar .2,0 bar .1,2 bar 4 5 6 počet přejezdů 10 60-letý smrkový porost, 7-10 cm surového humusu, horní minerálni půda písečná, obsah půdní vody 33%. Referenční šlepr: HSM-Forstspezialschlepper Typ 704 (60 kW) Hmotnost s nákladem: 7 490 kg Zátěž zadní osy: 4 420 kg J. Schlaqhamerskv: 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) [g/m2] Obr. 11.3 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. Schlaqhamerskv: Pedobioloqie: 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 (cca 1990) ZemS, oblast | SQ4-S \ NOj-N j NH4-N [ (NQ3+ NH4).N česká pohorí česká města Celková depozice SRN i. 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 Rcígie 16,8 7,6 14,4 22,0 Holandsko 8,0 5,7 13,1 18,7 Švédsko 1111 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 Krkonoše 13,0 8,8 10,9 19,7 Šumava 10,0 6,3 8,5 14,8 'so Siná 12,7 6,1 7,8 13,9 Mokrá depozice , Praha- Libuš :: M 8,0 3,1 4,9 8,0 Hradec Králové , 8,9 3,7 6,2 ^ 9,9 KoSetíce 5,3 3,0 3,3 6,6 : Svraíouch 6,4 3,2 3,í> 7,1 Ústfn.L. 16,2 4,8 9,3 14,1 Zdroj: ČHMÚ(podle Bnchlem -1990, Škody-1992, Šantmcha -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 EmJ^JM 200 I................. ... . , ......-......;......,2.................. ,................................ .....i............ 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 Zdroj: EM EPf EEA J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Acidifikace ekosystémů - ~**t-f -y- ..i Citlivost vůči kyselé depozici (čím tmavší odstín na mapě, tím vyšší). Oblasti kde byla překročena 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.) 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. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Acidifikace ekosystémů 180 000 „ 160 000 140 000 S 120 000 CD .y ioo ooo 80 000 -O 60 000 c 40 000 ° 20 000 -U 0 CD CD O t— CM 70 000 =■ 60 000 'm U 'Š Q. CĽ "D 50 000 40 000 30 000 - 20 000 *3 10 000 p 1- T- T- (M ] suchá depozice | mokrá depozice | celková depozice S? S S CN / S. v 1 ---S. / // Zóstice///Aj* (Nq) ■ / / / / /■ J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Acidifikace půdy (i celého ekosystému) sírany (SO|) dusičnany i NOj amoniak ( vápnik (Ca;*) © e půdní částice &_Ca>- ijhimuuj N03 \ \ hliník (Al**) MQJ hořčík (Mg3*) l\\ pohyblivost a toxicita hlmkuvpude snižovaní cH (acidifikace) vyplavování živin a hliníku vyplavování živin a hliníku V pude jsou koloidní částice (jílové minerály, hydroxyoxidy a organická hmota), které maji na svém povrchu negativní náboj. Na základe elektrostatických sil tak přitahuji kladně nabité ionty í kat ion ty) a udržuji je v tesné blízkosti častice. Tyto takzvané výmenné vazby jsou méně pevné nez vazby chemické. Kořeny tak mohou kati on ty vápniku (Ca2*), horčíku (Mg3*), draslíku (K*), amoniaku (mh*) i jiné živiny z pudy snadno získávat, pncemz kationty nejsou z pudy vyplavovány. Stejný mechanismus v pudě zadržuje trojmocné kationty hliníku jAl1", viz rámeček 32). Kationty vázané na půdních častiach mohou být také vyměněny za vodíkové ionty (H*) v pôdni m roztoku. Tím se snižuje kyselost vody vytékající z pudy a mluvíme o 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(N03) čpavek (NH4+) Vápnik (Ca2+) Hliník (Al3+) Hořčík (Mg2+) A , , Pohyblivost a toxicita ?oz.Pustne hliníku v půdě dusičnany voda Vyplavování živin a hliníku Snižování pH_ acidifikace) Vyplavování živin a hliníku Zdroj: H. Šantrůčková J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Acififikace půdy Rozpustnost kovů ve vodě v závislosti na pH J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Acidifikace půdy: příklad půd povodí Plešného jezera (Šumava) 21 .století m 5\—► 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) Acififikace půdy Výzkum vlivu kyselých dešťů v severoněmeckém středohoří Solling 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 50 100 250 500 760 1 000 2 000 5 000 Source: Galloway et 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. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Eutrofizace - obohacení ekosystému živinami: suchozemské ekosystémy 6 5 Racomitríum ianuginosum Current mean UK deposition 10 20 30 40 N input (kg N/ha/y r) N removal N addition 50 50 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 ng/m3), odumřelý mech vpravo byl vystaven roční průměrné koncentraci 65 ng/m3 Zdroj: lan Leith, Centre for Ecology and Hydrology in Edinburgh, UK. J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: 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? 3M 100 Vysoké úhrny srážek - vyluhování živin v .'-i -..iK:i B»ith L'ľto ;■ OriguiillyliDmRH /ciri.ilx Mcdftod tram RE FticKati T7m Ěcofxmry ofNMhjrv 3KB 30 20 10 0 Average Temperature (*C) -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) Distribution of FERRALSOLS Basůd on WRB and thů FAO/Unô&ää Söll Map cf (ho Worte! I Dominant [_| Associated Inclusions ftad Pilar Ouate Pioiecttm M^ctHan«ou6 lands J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Clayey Ferralsol derived from basalt, China; residual iron gives the soil its dark reddish brown colour (Rhodi-Geric Ferralsol; ISRIC reference soil CN 018) Ferralsol with accumulation of plinthite in the lower part of the profile, Brazil (Endoplinthic Ferralsol) J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Lateritová půda na okraji Manausu (Amazonie) - foto: jín scniagnamersky J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Lateritová půda na okraji Manausu (Amazonie) - foto: jm scniagnamersky J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Lateritová půda severně od Manausu (Amazonie) - foto: jiříschiagnamersky J. Schlaqhamersky: 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) SÍ-0 .....•**■••••••**• tetraedrová vrstva ~ ■:• o o o 7 0 o o c ~ Montmorillonit Molekulární struktura montmorillonitu (zdroj: Andreas Třepte) 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. Schlaqhamerskv: 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 Al2°3 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. 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. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Povrch půdy s opadem v tropickém deštném pralese - organická vrstva může takřka chybět (Presidente Figueiredo, Amazonie) - foto: j. scniagnamersky 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 půdy • 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. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Kořeny stromů v tropickém deštném lese jsou rozprostřené při půdním pOVrchU (ManaUS, AmaZOnie) - foto Jiří Schlaghamerský J. Schlaqhamersky: 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) Tropické pudy Důsledek zemědělství klučením a žďářením (slash and burn): Mobilizace živin z popela Částečné zničení humusu ohněm ► Ztráta živin vyluhováním V době druhé sklizně bývá zbytek humusu rozložen, malý přísun, žádná regenerace humusu. V případě hnojení hnojivo půdou „proteče" (nízká kationtová výměnná kapacita). J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Žďáření tropického pralesa J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Mýtina v tropickém lese J. Schlaqhamerskv: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Paseka s pokácenými dřevinami (Balbina, Amazonie) - foto j. scniagnamersky J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Vypalovaná paseka (Iranduba, Amazonie) - foto: jinscniagnamerský J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Vypalovaná paseka (Iranduba, Amazonie) - foto: jinschiaghamerský J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Banánovníky na mýtině (Balbina, Amazonie) - foto: jinscniagnamerský J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Banánovníky na mýtině J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Pastvina na místě bývalého deštného pralesa (Balbina, Amazonie) - foto: J. Schlaghamerský J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Stará mýtina s obnaženou lateritovou půdou (Balbina, Amazonie) - foto: Jiří Schlaghamerský 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) - foto: jm schiaghamerský J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Erodovaná a vyluhovaná tropická půda (Presidente Figueiredo, Amazonie) - foto: Jiří Schlaghamerský J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Erodovaná krajina po odlesnění - Madagaskar) J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Lateritová tropická půda odplavovaná za deště do „černé" řeky (Presidente Figueiredo, Amazonie) - foto: jiříscniagnamerský 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) Tropické pudy J. Schlaqhamerskv: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Náplavové hlíny na břehu Amazonky (= Rio Solimoes) - foto: Jiří Schlaghamerský J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Náplavové hlíny na břehu Amazonky (= Rio Solimoes, Iranduba) - foto: Jiří Schlaghamerský obfoloqie: půda II (ohrožení, ochrana) ,a* J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Černá voda říčky (přítoku Rio Negra) u Presidente Figuereido (Amazonie) - foto: Jiří Schlaghamerský J. Schlaqhamerskv: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Černá voda Rio Negra blízko Manausu s písčitým břehem (Amazonie) - foto: j. Scniagnamersky J. Schlaahamerskv: Pedobioloaie: půda II (ohrožení, ochrana) Nálezy půdy terra preta v Amazonii) Umé|y profj| terry prety (model) - foto: Jiří Schlaghamerský J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Profil půdy terra preta v Amazonii blízko Manausu - foto: jiříscniagnamerský J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Zemědělství (lesnictví) a ochrana půdy Roční ztráta živin z pudy: srovnání obilí - smrk 20:1 20:1 10 :1 I í 4 7 CaO kg/ha CaO + MgO 1:1 Na základě ročních hodnot: 5000 kg obilí (bez slámy), resp. 14 plnometrů dřeva (hroubí s kůrou) na hektar J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Zemědělství a ochrana půdy Průměrné ztráty živin v důsledku sklizně (odstranění biomasy) v polním a lesním hospodářství (kg ha1 a1) 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 sklizně 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 a energetickou náročností jak při výrobě, tak při distribuci výrobku 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 70-00 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. Schlaqhamersky: 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 jednu jednotku. J. Schlaqhamersky: 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 Zneškodňování kalu z čistíren odpadních vod v tis. t sušiny 1986 1987 1988 1989 20 40 60 80 lil určené pro další upotřebení fH ukládané na skládkách 100 J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Zemědělství a ochrana půdy IMPORT Mineralizace EXPORT Příjem N rostlinami Hnojení Koncentrace N v půdním roztoku ■► Denitrifikace (mikroorganismy) Vyluhování Atmosférická depozice —1- Hlavní faktory ovlivňující koncentraci dusíku v půdě Nitrifikace: 2 NH4+ + 3 02 2 NOo' + 2 0, 2 NOo" + 2 H20 + 4 H+ (Nitrosomonas spp.) Denitrifikace: 2 Corg + 2 N03 2 N03' (Nitrobacter spp.) 2 C02 + 2 H20 + N2 {Pseudomonas, Agrobacterium, Bacillus spp.) J. Schlaqhamersky: 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 NO,' 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 /1 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. rezidua 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 100 -v dnů Rozklad fungicidu Iprodion v půdě, na kterou ještě nikdy nebyl aplikován (•) resp. po opakované aplikaci (o). J. Schlaqhamersky: 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 rozpad pudní roztok půda vyluhování chemický rozklad mikrobiálni rozklad filtrace pevných častíc adsorpce a chemické srážení podzemní voda Chování polutantů v půdním prostředí