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 * ÚSTAV S BOTANIKY A J y > ZOOLOGIE ^ * o 2 ar U I . i? MINISTERSTVO ŠKOLSTVÍ, OP Vzdělávání %^í^ w INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNI J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Větrná eroze ( *~\ turbulentní >__^ proudění > _^ laminární —► ® —► proudění Půdní částice v laminárním proudění, nedochází k pohybu částic. Větrná půdní eroze na poloostrově Fife, Skotsko (zdroj: Jim Beam, Wikimedia Commons) Půdní částice v dosahu turbulentního proudění: může nastat pohyb částic. Vlnky naváté půdy Z přilehlého pšeničného Malé, slepené částice jsou nárazem větších poskakujících částic pole - důsledek tZV. Saltation drift, vymršťovány do dosahu turbulentního proudění. Dickinson County, Kansas, březen 1996 (Skidmore, Wind Erosion Research, USDA) J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Větrná eroze Půda odvátá z pole osetého pšenicí (vlevo) byla navátá na balíky sena (vpravo), Pratt County Kansas, 18. 3. 1996 (Skidmore, Wind Erosion Research, USDA) „The dust bowl" - 400 000 km2 postižených prašnými bouřemi v sev. Americe v 30. letech 20. století: Vpravo viz popisek na fotografii (zdroj: Wikimedia Commons), vlevo Stratford, Texas, 18. 4. 1935 (zdroj: NOAA George E. Marsh Album) J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Větrná eroze Pomník ztracené půdě v lowě („The dust bowľ - 400 000 km2 postižených prašnými bouřemi v sev. Americe V 30. letech 20. Století) - foto: Jiří Schlaghamerský J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Větrná eroze ■ J. Schlaqhamerskv: Pedobioloqie: půda Větrná eroze (ohrožení, ochrana) WINDSCHUTZ * '.'49 "S *c zo í j/rana návštrni WurW ZWŕwírtiQ "S K ¥0 i , .. trohm ■ -í ' ■ ; >- * "r ' ^ * ■ M > bi * * 'A • "# • ■ ■ ■ • - • rvTTinm/ísi. »I» IV li *. UNGESCHÜTZT /S r i Východněmecký propagační leták z 50. let 20. stol. zdůrazňující pozitivní vliv vetrolamu na zemědělskou úrodu (krmná řepa, červené a bílé zelí, obilí a sláma) 24 Ji 4« Setí kulturních plodin v užších pásech, případně jejich proložení pásy trvalé zeleně (zatravněných), Účinek vetrolamu na snížení rychlosti větru: a) nepropustný, kolmo na převládající směr větru b, c) polopropustný (různé typy), d) propustný snižuje větrnou erozi J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Pastva a eroze I J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Pastva a eroze Narušení travního drnu po přechodu stáda ovci - naštěstí v pásech vedoucích po vrstevnicích, Omšená, Slovensko (foto: J. Schlaghamerský) J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Vodní eroze: plošná na svahu Erozní struha v pšeničném poli, stát Washington, USA (zdroj: Jack Dykinga, Wikimedia Commons) Vodní kapky při dopadu odmršťují půdní částice é J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Vodní eroze v jižním Portugalsku (Algarve) - foto: Jiří schiaghamerský J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Erozní struhy sahající po vrstvu zhutnělou orbou (angl. plough/plow sole, něm. Pflugsohle) na Zimním Úhoru, kanton Bern, Švýcarsko (zdroj: Volker Prasuhn, Wikimedia Commons) Pílugsbhjle" Půdní profil do hloubky cca 30 cm s vytvořenou zhutnělou vrstvou v důsledku opakované orby. Na půdní povrch bylo rozprostřeno modré barvivo, poté byl zavlažen vodou v množství 38 l/m2. Voda pronikla do půdy poměrně rovnoměrně až po hloubku do které sahá pluh při orbě. Kompaktní vrstva vytvořená na této hranici zabránila průnik VOdy dO Větší hloubky (zdroj: Sächsisches Landesamtfúr Umwelt, Landwirtschaft und Geologie (LfULG), http://www.smul. sachsen.de/de/wu/Landwi rtschafťlfl/inhalt/9960_9962. htm j Příklad konturové orby (zdroj: usda) J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochranaW Konturová orba, resp. výsadba na svahu: pěstování jahod v Monterey County, Kalifornie (zdroj: usda- nrcs) Konturová orba: protierozní pruhy s vojtěškou mezi pruhy kukuřice, Winneshiek County, lowa, USA (zdroj: usda-nrcs) o, Rise Slope% = — Rychlost odtoku vody po svahu stoupá s délkou svahu. Zakládání teras či orba a výsadba rostlin napříč svahu (podél vrstevnic) délku zkracuje a tím snižuje rychlost odtoku i riziko vodní eroze (zdroj: UNL) Terasování a bezorební hospodaření na farmě v Montgomery County, lowa, USA (zdroj: usda - nrcs) Pedobioloqie: Ohrožení a ochrana půdy Příklady opatření proti vodní erozi J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Dezertifikace Ničení vegetačního pokryvu půdy (vypalování, kácení dřevin - stromů a keřů - za účelem získávání krmiva pro dobytek a dřeva na otop či jako stavebního materiálu, narušování až odstranění bylinné vegetace, resp. travinného drnu, příliš intensivní pastvou) vede ke vzniku či postupu pouští, především v aridním klimatu. J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: püda II (ohrozeni, ochrana) Odlesnoväni v tropech a subtropech PERCENTAGE FOREST LOSS IN SELECTED DEVELOPING COUNTRIES, 19S0-1990 |amika Bangladesh Thailand C;>Mii Rir;i Dürrn Iii L.in ftep. Ecuador Myanmar Tanzania Bolivia Sudan Indonesia Cöte d'lvoire Madagascar Nigeria Brji; il Zairv -si <2*e) 6 m -12(4|0«) m -12 (4 331) % -11 (6 247} h -10 (4 ai7} -10 (12 120) -10 (1 193) -3 (1 346) -7 (t 1*7) -6 (3 390) -6 (36 70?) -6 (7 322) Figures In bracket* indicate ares lost in thousand hectar/ei -10 -20 -30 -40 -50 Where have alt the forests gone? Analysis of data reveals regional differences m the nature and causes of deforestation Change;; in farcsh; in Africa —c.i i:-.:- :: by 1njn*i1inn1parn dOBWJforwt, through inlgrrrarjierv Stflgw nf-dflpjrjtion. 10 Shnjb ?nd shijft fyWrfltf* This woua indicate m extension of aubatatcnH larmrig under iho pr-assure of jural population 'grawlh, Ghahdea In far«ta Ih Latin Ajnerleaare dornnaled by n rnrjr*-abrup1 change- irv.^Jijipg ds'^rcaCalinn rrnrn closed farce;! In other land ■TJOV^r, sijrjh EB ngrrTYinGnl sqriwjUiJie, CflttlG ranchng or wafer raMrvora. The rjpcrcjrc bo nsflect wrt^lly'i^HWi^opwTilinrra such as g^Kjrnmflnt wrjetllerrient SOhfjmw, fcirrjrj.&enlg SBrttla randiing and liydr-MlMtni reaemsire.. ForsBls in A-siaais mcerqeins Iwo types of chajüse-sr iwarly äqual msaauie: ia-adual i.'lii'h-rtjs a reaulL of rural papulanimi pr*esi*e; and abrupt ahrjngHS dje lo ccnlrdlv-planned operalione, including goL'Bfnmcr.l resaHlen-renl Whames end Ifirgo plnntslion programmes. Main categories of forest cover change by geographic regions. 19&0-&O fchsrg&s percentages of I SBC1 ragbnal forest area; cosed and ocen bresd; pfrrceniiag* ol 1^60 Icrart arcs. 4JU 9.5 3.0 2.5 2ft 1.5 1.0 Q.6 L Ll LalLII ArtlCNCS ASId deforestation to other land covti (include p?m»*»?nt agriculture, «rt.tr« ranching, water reservoire., ate J Looflwan&lon to long follow shifting cJuvallori Lfftf(jK!Siat!urL tu QtllL'r Uicodrjtl land (shnibs and short fallow] I hagniAiibilian Urnelieralwn pnerease r?f density) frprr ijfun N>-rinsed lpr«( conwrtarj it? plantnSons I (ltgadailcni Jusa uf dtnslly} from clowd to open far-, st J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Odlesňování 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 |—| acute risk of I—I desertification j—I 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 (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 k org. meziproduktům rozkladu a jejich hromadění (surový humus, rašelina). Vyluhování solí průsakovou vodou Zasolení půdy vlivem odparu voda-T.l Difúze sloučenin železa a mangánu v podmáčené pude hrudky železa a mangánu půdní resp. podzemní voda nepropustná jílová vrstva Inhibice odbourávání humusu podmáčením půdy O^r^0O<^MRPQ humusová vrstva— Q^QQOOqQ^J[^>q 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 4§|lWr: vniká vzduch i odvodněno ú** ě £53 m neodvodněno Vliv odvodnění na půdu J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Zhutňování půdy volumo oř solid phaseH equivalenr póre size > 800,u-H 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. Schlaqhamersky: 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 piůda kyprá půda zamokrená půda Vytváření stop v závislosti na vlhkosti půdy Hluboká stopa po pojezdu traktorem (NPR Zahrady pod Hájem, Bílé Karpaty) - foto: Jiří Schlaghamerský J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Zhutňování půdy 10 9 7 6-- 5 -- 4 B o > o +-> 00 ctí M £> O 2 --1 -- Vytváření stop při přejezdu standardními a širokými pneumatikami smrkový porost L široké pneumatiky Nokia 600 - 55 - 26,5 12 PR 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 minerální 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. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Acififikace půdy Odumřelý smrkový les v Jizerských horách J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Acidit ikace ekosystémů mokrá depozice Obn 11.1 Procesy vedoucí k atmosférické depozici (Porteous, 2000) Zdroj: Hunova a Janoušková (2004): Úvod do problematiky znečištění venkovního ovzduší, nakladatelství Karolinum, Praha. J. Schlaqhamersky: 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: 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 (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 Bcíeie 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 , Praba-Mbu£ É 8,0 3,1 4,9 8,0 Hrádeo 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 Ústím L. :v:';:.:::.v.;.:.:.:;:.:;:;: v:*.*.*.-.*:*:*;-. 16,2 4,8 9,3 14,1 Zdroj: ČHMÚ (podle Bmchlem -1990, Škody -1992, Šantrvcha -1993) J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Acidifikace půdy Trend měrných emisí S02 (v kg/os.rok) v České republice a v EU 15 v letech 1990-2002 200 i mmmm ,: m 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 Zdroj: EMEP, EEA J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Acidifikace ekosystémů ľ. u ----- O vr ■ 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 ekosystému w O! O '§ Q. QJ "O "Č o o 180 000 160 000 140 000 120 000 100 000 80 000 60 000 40 000 S 8 S S § 8 § S S 8 8 8 >-^^>-,-HINPIlMMC>|lN 70 000 =■ 60 000 ^ 50 000 0> Q. T3 40 000 30 000 - 20 000 =5 10 000 O m (ľ> r- od d) Oi O) Cí Ľ) Ol O) g S B 3 ai en o o o ^ ^ (M O-J CJ m 3 un to o ů a Q q o a o cm cm cm T3 O > L) 'n 2 000 ] suchá depozice | mokrá depozice | celková depozice ^■^^í-tNCNtMtMCNCMCM Vývoj roční depozice síry (SO|- -S, S02-S), oxidovaných forem dusíku (NO5 -N, NOx-N) a vodíku na plochu České republiky, 1995-2006 J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Acidifikace půdy v ČR Mírně narušené půdy Zdroj: Hruška a Kopáček: Kyselý déšť stále s námi - zdroje, mechanismy, účinky, minulost a budoucnost. MŽP ČR, Praha, 2005 J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: 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) CaC03 + H2S04 —-Ca2+ + S042- + C02 + H20 silikátová 5,0 - 6,2 [(-Si°4)Alľ + 4 H+ + 6 H20 ' ' —► (-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) Pudní koloidy (jílové a humusové částice) jsou podstatou sorpčního komplexu půdy - význam pro pufrovací kapacitu půdy a retenci živin A|3+ H+ (Š) :(////////M., + {>///' koloidní'///,\ + I / / t u > / / vi ---S. ■r t • / // Zóstice///Aj* (Nq) ■ / / / / /■ J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) V púde jsou koloidní částice (jílové minerály, hydroxyoxidy a organická hmota), které mají na svém povrchu negatívni náboj. Na základe elektrostatických sil tak přitahuji kladně nabité ionty (kationty) a udržuji je v tesné blízkosti častice, ivto takzvané výmenné vazby jsou méně pevné než vazby chemické. Kořeny tak mohou kationty vápniku (Ca7*), horáku (Mg3*), draslíku (K*), amoniaku (mh4*) i jiné živiny z pudy snadno získávat, přičemž kationty nejsou z pudy vyplavovány. Stejný mechanismus v pudě zadržuje troj mocné kationty hliníku (Al*\ viz rámeček 32). Kationty vázané na půdních častiach mohou být také vyměněny za vodíkové ionty (H*) v půdním roztoku. Tím se snižuje kyselost vody vytékající z pudy a mluvíme o neutralizační kapacitě 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) Atmosféra dusičnany(N03) čpavek (NH4+) Vápnik (Ca2+) Hliník (Al3+) Hořčík (Mg2+) A , , Pohyblivost a toxicita R°zPustne hliníku v půdě dusičnany 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 J\ 5\—► pH 19.století 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 Zdroj: H. Šantrůčková (upraveno) J. Schlaqhamersky: Pedobioloaie: půda II (ohrožení, ochrana) Přímé príčiny chřadnutí smrku v důsledku acidifikace půdy (vpravo) ve srovnání se situací bez pokročilé acidifikace (vlevo) 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 Early 1990s 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 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-drv-in-1860-earlv-1990s-and. (staženo 8.11. 2011). J. Schlaqhamerskv: 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 N removal N addition 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 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 [ag/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? Vysoké úhrny srážek - vyluhování živin C 300 .e "ä. 100 v .'-i -..iK: i B»rm Diagram Oiginally fromftH WhrrJikH Ccfrvr.urvbBZ mm? Erozyatmrm 1»S; Uodrmilríjrn FíE Ftk*Mi ľŕM Ěccfxmry afNMhjrv 30 20 10 0 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) Distribution of FERRALSOLS Safiůd on WRB and lhs FAÜ/Unöscö Son Map of the World FW PWar QiHitfc piflecttm F^CKJrS. ffciVuBvy läöff J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: puda II (ohrozeni, 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: jm schiaghamerský J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Lateritová půda na okraji Manausu (Amazonie) - foto: jm schiaghamerský J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy 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, illity, vermikulity, montmorillonity (mimo tropy) Si-0 Dvouvrstvé AI-OH kaolinity (v tropech) 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. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Charakteristické složení zvětralé vrstvy nad matečnou horninou v tropickém pásmu (Západní Ghát) 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 AloOo 17,4 18,5 15,5 34,9 22,2 50,5 z. o 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 — p2o5 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 svrchní 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. scmaghamerský 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. Schlaqhamerskv: 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) 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 Žďáŕení tropického pralesa J. Schlaqhamersky: 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) - foto j. schiaghamerský J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Vypalovaná paseka (Iranduba, Amazonie) - foto: jinschiaghamerský J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Vypalovaná paseka (Iranduba, Amazonie) - foto: jm schiaghamerský J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Vypálená paseka (Balbina, Amazonie) - foto: jinscniagnamerský J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Banánovníky na mýtině (Balbina, Amazonie) - foto: jinschiaghamerský J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) 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 vč. ortsteinu (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 na Madagaskaru J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Lateritová tropická půda odplavovaná za deště do „černé" řeky (Presidente Figueiredo, Amazonie) - foto: jiříschiaghamerský 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) DUtok bílé řeky Amazonky (= Rio Solimoes) a černé řeky Rio Neqro - foto: Jiří Schlaqhamersky J. Schlaqhamersky: 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 J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Černá voda říčky (přítoku Rio Negra) u Presidente Figuereido (Amazonie) - foto: Jiří Schlaghamerský J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické půdy Černá voda Rio Negra blízko Manausu s písčitým břehem (Amazonie) - foto: j. schiaghamerský J. Schlaqhamerskv: Pedobioloaie: půda II (ohrožení, ochrana) Nálezy půdy terra preta v Amazonii) Umě|y profM, prety {modei) - foto: Jiří Schlaghamerský J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Tropické pudy Profil pudy terra preta v Amazonii blízko Manausu - foto: jm schiaghamerský J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) J. Schlaqhamersky: 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. 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 vstupů 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 1986 1987 1988 1989 192.771 134.60 1164.61 47.191 0 20 40 60 80 určené pro další upotřebení H ukládané na skládkách 100 J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Zemědělství a ochrana půdy Alternativní pěstování rýže: hnojení mulčovaným plevelem, umožnění vytvoření přirozenějšího půdního profilu (omezení antropogenní turbace) - japonská metoda která nadchla japonské půdní biology, ne však agronomy. J. Schlaqhamersky: Pedobioloqie: půda II (ohrožení, ochrana) Zemědělství a ochrana půdy IMPORT Mineralizace Hnojení Koncentrace N v půdním roztoku EXPORT Příjem N rostlinami ■► Denitrifikace (mikroorganismy) Atmosférická depozice Vyluhovaní 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 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