Jiří Schlaghamerský: Pedobiologie – jaro 2017
MODULARIZACE VÝUKY EVOLUČNÍ A EKOLOGICKÉ BIOLOGIE
CZ.1.07/2.2.00/15.0204
Půda I: pedogenese, textura, struktura, půdní horizonty a typy, humusové formy
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Půdy – jedna z posledních hranic poznání (pedologie, pedobiologie, ekologie)
Osnova 2017
1) Úvod; půda: pedogenese, textura, struktura, půdní horizonty, hlavní půdní typy,
humusové formy. 21. 2.
2) Půda: hlavní půdní typy, humusové formy 28. 2.
3) Ohrožení a ochrana půdy (degradace půdy (eroze, zasolení, zhutnění) , acidifikace,
pufrovací kapacita, eutrofizace, půdní koloidy, tropické půdy a paradox nedostatku
živin; úrodnost půdy, pesticidy, polutanty 7. 3.
4) Dekompozice a saprotrofní potravní řetězec: potravní řetězce, potravní sítě, 14. 3.
trofické pyramidy, dekompoziční subsystém (kompartment) ekosystémů (terestrických).
5) Společenstva půdních organismů (edafon) – distribuce v prostoru a čase, funkce,
členění půdní fauny (velikost, trofie) 21. 3.
6) Půdní mikroorganismy a jejich funkce 28. 3.
7) Mesofauna a makrofauna (žížaly) 4. 4.
8) Makrofauna a megafauna 11. 4.
9) Rozklad organické hmoty (dekompozice)
a dekompoziční subsystém (kompartment) ekosystémů (terestrických). 18. 4.
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Osnova 2012
10) Pravěpodobně vypadne (přednášející se bude vracet z konference) 25. 4.
11) Tlející dřevo: rozklad, degradativní sukcese, saproxylická společenstva 2. 5.
12) Rozklad výkalů a koprofágové; rozklad mršin a mrchožrouti 9. 5.
13) Hlavní pedobiologické metody; tradiční a moderní metody výzkumu 16. 5.
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
„Půda je svrchní, zvětralá vrstva zemské kůry, pozměněná klimatickými a
chemickými vlivy a činností organismů.
Je to komplikovaný oživený systém (biologický útvar) se specifickými znaky
a vlastnostmi.“
„Půda je přírodnina diferencovaná v genetické horizonty, vzniklá na
rozhraní různých sfér, více nebo měně snadno rozpojitelná a oživená.“
Bez organismů není půda půdou, jedná se pouze o mrtvý substrát.
Bez živých organismů ani žádná půda nevzniká!
Co je půda?
V. V. Dokučajev (1846-1903;
zakladatel moderní ruské pedogenetické školy):
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Na vznik a charakter půdy má vliv
- litosféra (matečná hornina),
- hydrosféra,
- atmosféra
- biosféra.
Není ostře ohraničená, neboť představuje hraniční fenomén zemského
povrchu – pedosféru.
Smolíková (1982):
Půda je výřez pedosféry, zahrnující vše mezi extrémy čerstvá hornina –
surový opad.
Co je půda?
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Co je půda?
E. A. Mitscherlich (1905):
„Půda je směsí jemnozrnných pevných částic,
vody a vzduchu, která je při přiměřeném obsahu
rostlinných živin nositelem vegetace.“
Jsou tedy přítomny tři fáze (skupenství):
- pevná – pevné častice (minerální i organické);
větší částice (kameny) tvoří tzv. skelet
- tekutá – půdní voda/roztok
- plynná – půdní vzduch
Druhá a třetí fáze se nacházejí v prostorech mezi pevnými částicemi, tzv.
půdních pórech (průduších). V nich se také nachází organismy: kořeny rostlin
a edafon (půdní organismy jako celek).
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
matečná hornina
pedosféra
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Půdní horizonty
Soil horizons
L: čerstvý opad
F a H: organické horizonty z opadu (fermentační a humusová vrstva)
A: minerální horizont na či blízko povrchu, charakteristický
obsahem humifikované organické látky; zpravidla
illuviální – toto je chyba: eluviální!
B: minerální podpovrchový horizont nemající charakter
Horniny, charakteristický hromaděním křemičitých jílů,
železa a hliníku; zpravidla eluviální – chyba: illuviální!
C: Nezpevněný či slabě spevněný minerální horizont
zachovávající si strukturu horniny.
Označení horizontu písmenem C se užívá, pokud se
jedná o výchozí půdotvorný materiál (matečnou horninu).
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Schematická klasifikace vyvřelinových hornin a výsledných půd
(procenta na ose y odpovídají zastoupení daného typu minerálů v půdě při dané kyselosti
či zásaditosti substrátu – vyznačené na horní ose x, resp. výchozí hornině – na dolní ose x)
živce
křemen
FeMg křemičitany (olivín)
žula/ryolit
andezity
čedič/gabro hadec/pyroxenit
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Zobecněné efekty dlouhodobého zvětrávání a vývoje půdy na rozmístění a dostupnost
fosforu v půdě
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Složení tříd textury půdy založené na podílu písku, prachu a jílu. Napr. půda s 60 % písku,
10 % prachu a 30 % jílu je písčitá jílová hlína.
Půdní textura
Soil texture
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Klasifikace textury podle různých systému v USA
Rozdíl klasifikace textury mezi
systémem USDA (US Department
of Agriculture) – barevná pole –
a UK-ADAS (Spojené království
Velké Británia a Sev. Irska) – černé
čáry.
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Schéma určení půdní textury rukou podle Nortcliffa a Langa (z Rowell, 1994)
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Půdní struktura
Soil structure
Drobtovitá struktura u luční půdy – ideální struktura
Smíšená struktura z 50 % drobtů a 50 % hrudek
Středně až hrubě polyedrická struktura – u jílových
půd polyedrická struktura indikuje zhutnění půdy
Zrnitá struktura: nespojená minerální zrna,
nízká retence vody
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Malé (jemné) póry
Středně velké póry
Velké (hrubé) póry
jílovitá půda
písečná půda
jíl
písek
nevyužitelná voda voda dostupná rostlinám gravitační voda
Desorpční křivky písečné
a jílovité půdy s příslušnými
rozsahy dostupnosti vody
a třídami půdních pórů.
Vodní napětí je uváděno jako
hodnota pF nebo záporná
výška stoupání hc.
PWP – stálý bod vadnutí,
FK – polní kapacita,
mWHK – maximalní vodní
kapacita
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Roční průběh půdních teplot v třech různých hloubkách
(zdroj:Geiger, 1961 in Brauns, 1968)
leden duben červenec říjen
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Půdotvorné procesy
Vyluhování solí, iontů: dochází k němu pokud srážky > evaporace. Rozpustné součásti
půdního sloupce jsou odnášeny vodou do větších hloubek (soli, ionty, např. vápník, držené
jako výměnné ionty v jílovo-humusových komplexech, jejich náhrada ionty vodíku vede
k acidifikaci. Vymývané ionty se buďto akumulují ve větší hloubce (B-horizont), kde se mohou
vysrážet, nebo se dostávají do podzemní vody.
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Lessivace, illimerizace: Půdní částice nacházející se v suspenzi, především
frakce koloidálního a velmi jemného jílu (< 0,2 μm) jsou vymývány (eluviace)
a přemísťovány do nižších horizontů, kde se akumulují (illuviace). K přemísťování
jílu dochází v půdách ve kterých se střídají suchá a vlhká období, a dochází
k němu až poté, co došlo vyluhováním k ztrátě CaCO3, při optimalním pH o hodnotě
5,5 – 6,5. Pukliny vzniklé během suchých období společně s kořínkovými
kanálky a chodbami živočichů slouží jako drenážní kanály pro vodu, která jíl odnáší.
Na stěnách těchto kanálů vytváří jíl oranžově-hnědé až červeno-hnědé
usazeniny.
Půdní profil středoevropské
parahnědozemě ze spraše
Soil profile of a Central
European luvisol from loess;
Zdroj: Gerd Hintermaier-Erhard
ex de.wikipedia.org
Parahnědozem / luvisol (Ah-AlBv-BtBv-C) na slínu.
Dolní říční terasa Rýna u Rastattu (Německo)
Luvisol on marlstone. Rhine Valley near Rastatt (Germany);
Foto: U. Burkhardt
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Illimerizovaná půda (alfisol, něm. Fahlerde,
Lessivé) na poloostrově Conower Werder,
Carwitzer See, Mecklenbursko-Přední
Pomořansko (Německo).
Alfisol at the peninsula „Conower Werder“ in
the lake Carwitzer See, Mecklenburg
-Vorpommern (Germany).
Zdroj: Patrice77 ex Wikipedia
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Podzolizace: Dochází k ní v (semi-)humidním klimatu když velmi kyselý půdní roztok (pH < 5)
způsobí rozpad jílových minerálů. V důsledku vytvářejí křemík, hliník a železo komplexy
s organickými látkami obsaženými v půdě. Tyto minerály jsou odstraňovány ze svrchní vrstvy
půdy a mohou se hromadit v nápadných, tmavých, podpovrchových vrstvách. Podzoly často
nacházíme pod vřesovišti a rašeliništi (typickou humusovou formou je surový humus neboli mor).
Zola (rusky) = popelavá barva vymytých horizontů
Podzol s ortsteinem, vřesoviště Lüneburger
Heide, sev. Německo (foto: Nikanos)
Železitý podzol na glaciofluviálních sedimentech
(písku) čelní morény viselského glaciálu, sev.
Německo (?)
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Stagnopodzol na vysočině Walesu
(Velká Británie)
Stagnopodsol (pseudopodsol)
in upland Wales (UK)
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Oglejení: Dochází k němu tam, kde se půda nachází v (takřka)
stálém kontaktu s podzemní vodou. V takto zamokřených půdách
s anaerobními podmínkami jsou sloučeniny železa redukovány
a buďto odstraněny z půdy, nebo vysráženy ve formě hrudek.
Také mangan – Mn (IV) a Mn (VII) – a polyadní síra jsou redukovány.
Dekompozice půdní organické hmoty je zpomalena. Oglejené
půdy nacházíme často v mokřadech.
Pokud k zamokření dochází periodicky, je Fe II (přítomné
v sloučeninách) opět oxidováno na Fe III – rezivé skrvny.
Je-li zamokření trvalé, vznikají zelené alumosilikáty, které obsahují
Fe (II), modravé fosfáty a šedo-černé sulfity. Výsledkem je modrošedý
G-horizont. Na styku oxidační a redukční zóny nacházíme
rezavé skrvny (konkréce).
Glej (rusky) = mazlavá hlína
Kapilární vzlínání
podzemní vody
s rozpůštěným
železem a manganem
Proudění
podzemní vody
Nepropustná
vrstva
Vysrážení oxidů
železa a manganu
na stěnách velkých
pórů
Akumulace humusu,
difuze kyslíku ve
velkých pórech Ah
Go
Gr
Sd
Glejový půdní profil
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Stagnohumic gley soil in upland Wales (UK), foto:
Richard Hartnup (Pseudogley, surface-water gley)
„Stagnohumická glejová půda“ ve vyšších polohách
Walesu (Velká Británie): rašelinný svrchní horizont,
pod ním sled horizontů typický pro pseudogleje
(„stagnogleje“ dle britské terminologie).
Pseudoglej ze sprašové hlíny: Světlá vrstva s černými,
tvrdými, kulatými konkrecemi v svrchní části půdního
profilu indikuje střídání vysychání a zamokření; rezavé
zbarvení a šedé mramorování jsou charakteristické pro
hutnou spodní vrstvu nepropustnou pro vodu.
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Pseudogley = stagnosol, Ah-Sw-Skw-Sd.
Na pozdně triasové spraši, jižní Černý les, Německo
On Late Triassic loess, Southern Black Forest, Germany
Foto: U. Burkhardt
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Brunifikace (hnědnutí): Dochází k ní v průběhu zvětrávání minerálů s obsahem dvoumocného
železa - Fe (II), tj. železosilikátů. Železo je ve větší míře uvolňováno pouze pokud je pH < 7,
tzn. poté, co byly vymyty karbonáty, pokud byly přítomny (např. ve spraši). Ionty Fe2+ se srážejí
jako hnědé hydroxidy (FeOH2), které vytvářejí povlaky na půdních částicích, což vede k hnědému
zbarvení půdy. Přitom se utvářejí jílové částice.
Typické pro půdy vysoké biotické aktivity s humusovou formou mull (pH 4,5 – 7).
Podzolová kambizem
(Ah-Ae-Bvt-C-Cbt).
v Berlínském Grunewaldu
(Německo).
Podsolized cambisol in
the Berlin Grunewald
forest (Germany)
Foto: SupapleX
Hnědá lesní půda = kambizem
(Ah-AhBv-Bv-IIBv-C) v ochranem
lese Conventwald u Kirchzarten,
jižní Černý les (Německo).
Cambisol near Kirchzarten,
Southern Black Forest (Germany).
Foto: U. Burkhardt
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Groundwater
table
Gley soil
Gleyic brown earth
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
a) Řez svahem a dnem údolí s hydrologickou půdní sekvencí a
b) změny v morfologii půdního profilu.
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Mull rendzina
Brown rendzina
Brown loam rendzina
Rendzinic brown loam
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Raw humus
Humous sand
Bleached sand
Ironpan
Rustbrown sand
(iron hydroxides)
Yellow-brown sand
Raw humusl
Humous sand
Bleached sand
Ironpan
Rustbrown sand
(with iron hydroxide)
Yellow-grey sand
Raw sand
Podsolized
brown forest soil
Weak podsol Moderate
podsol
Strong
podsol
Raw sand
Podsol ranker
Weakly / stronger developed podsol
Typical podsol
Odlišná prezentace stejné skutečnosti
dvěma autory(nahoře: Smolíková,
1982; dole: Klimo, 1996) na základě
prací Mückenhausena (1977, 1975)
Vývoj podzolu z písku
Development of podsol from sand
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Vývoj půdy na písku
(nahoře) a spraši
(dole) podle
Mückenhausena (1975)
Brown earth Illimerized soil
Raw sand
Podsolized
brown forest soil
Weak podsol
Moderate podsol Strong podsol
Raw humus
Humous sand
Bleached sand
ironpan
Rustbrown sand
(with iron hydroxide)
Yellow-grey sand
Pedobiologie: Půda
US Soil Taxonomy (Brady & Weil, 1999 in Bardgett, 2005)
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Protoranker on granite Tangel ranker on gneiss
Brown soil ranker on
limestone with shale layers
Podsol ranker on quartzite
Rankery – mělké silikátové půdy / Ranker – shallow soils on calcium-poor, silicate bedrock
(WRB: leptosols (regosols, arenosols)
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Hnědozemní ranker v lese Schiffenberger Wald u města Gießen (Německo)
Brown soil ranker in the Schiffenberger forest near Gießen (Germany)
Zdroj: Hausmaus ex de.wikipedia
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Protorendzina on limestone Alpine rendzina on
limestone
Tangel rendzina on
dolomite
Mull rendzina on dolomite
Rendziny – mělké karbonátové půdy / Rendzinas – shallow soils on calcium-rich bedrock
(WRB: Rendzic Leptosols)
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Rendzina na dolomitu (L-Ah-AhmC/lC-mC/lC);
Dinkelberg západně Dossenbachu, již. Černý les (Německo)
Rendzina on dolomite. Dinkelberg, Southern Black Forest (Germany).
Foto: U. Burkhardt
Rendzina na vápenci v bukovém lese, Sentrup
v Teutenburgském lese
Rendzina on limestone in a beech forest, Sentrup in
the Teutenburger forest
Foto: Begonia
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Podsol on terrace gravel-sand
sediments
Humus (humic) podsol
on aeolian sand
Iron humic podsol
on sandstone
Podzoly / Podsols (= WRB: Podzols, USDA: Spodosols)
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Para-brown soil on loess
Oligotrophic brown soil on
quartzite shales
Calcareous brown soil on loess
Kambisoly, Kambizemě / WRB: Cambisols
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Chernozem on loess Slightly degraded chernozem on
loess loam
Degraded chernozem on
loess loam
Černozemě / Chernozems – steppe soils
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Pseudogley on loess loam Gley on a slope loam (C) above
shale (D)
Solonchak
Pseudogleje a gleje / Pseudogleys and gleys – (temporary) waterlogged soils
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Terra fusca on limestone
(Chromic Cambisols)
LateriteTerra rosa on limestone
(Rhodic Cambisols)
Crust
Red Zone
Freckled
Zone
Decomposition
Zone
Substrate
Půdy v teplém klimatu (vč. fosilních půd) / Soils of warm climates (incl. fossile soils)
Pedobiologie: Půda
Kambizem – Terra fusca (Ah-IIBvT(C)-IIIBvT) na keuperu, Dinkelberg západně Niederdossenbachu,
již. Černý les (Německo)
(Cambisol) Terra fusca on Keuper, west of Niederdossenbach, Dinkelberg region, Southern Black
Forest (Germany).
Foto: U. Burkhardt
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Ferralsoly (oxisoly podle americké půdní taxonomie),
lateritové půdy
Tropické půdy
Tvrdá pokrývka ortsteinu (Ortstein, ironstone)
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Vertisoly – vysoký obsah montmorillonitu – druhu
jílu, který se extrémně roztahuje a smršťuje v závislosti
na obsahu vody; půda typu A/C, B-horizont chybí
v důsledku „samomulčování“ (self-mulching).
Vzniká na zasaditých horninách jako je čedič.
Travinné porosty, lesy s trávou v podrostu.
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Profile of an alluvial
soil on alluvial loam
sediments (C)
above gravel (D)
Rambla on alluvial
sand Paternia on alluvial
sediments
Allochtonnous vega
on alluvial sediments
Nivní půdy – fluvisoly / fluvisols - alluvial (floodplain) soils
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Vega (Hnědá nivní půda) na nivních hlínách (Ah-AhBv-Bv-GoCv-IIC). Údolí horního Rýna
u Rastattu (Německo).
Vega Fluvisol on alluvial loam. Middle Upper Rhine Plain near Rastatt (Germany)
Foto: Onychiurus
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Rambla (surová nivní půda) (aAi-alC-aG). Údolí horního Rýna u Elchesheimu (Německo)
Rambla Fluvisol near Elchesheim, Upper Rhine Valley (Germany)
Foto: U. Burkhardt
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Rašelinné půdy = histosoly (histosols)
• minimálně 20 % organické hmoty v horních 40 cm
• nízká celková hustota
• špatný odvod vody
• většinou kyselé
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Humusové formy
Humus forms
mor, surový humus
mor, raw humus
mul
mull
moder
moder
nadložní humus
minerální půdní
horizonty
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Humusové formy
Humus forms
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Walter Ludwig Konstantin Ritter von Kubiëna
(* 30. 6. 1897 Nový Jičín (Morava), † 28. 12. 1970
Klagenfurt (Korutany), zakladatel mikropedologie
= půdní mikromorfologie, využití tenkých půdních výbrusů
Humusové formy
Humus forms
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Tangel: na tvrdé, pomalu zvětrávající, vápnité hornině, za chladného klimatu (vysokohorské
podmínky): sezonálně omezená aktivita rozkládačů, makrofauna nemůže migrovat do
hloubky, proto ochuzená, důsledkem je akumulace sypkého nadložního humusu
Amphi(mull): „twin humus“, na vápencích; vlastností mullu i moderu - kombinace drobtovité
struktury organo-minerálního horizotu (A) a moderu (akumulace nadložního humusu)
vlivem vysoké sezonality biologické aktivity v půdě (vysokohorské a mediteránní půdy)
Humusové formy
Humus forms
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I
Humusové formy
Humus forms
J. Schlaghamerský: Pedobiologie: půda I