Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav agrochemie, půdoznalství, mikrobiologie a výživy rostlin

Transkript

1 Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav agrochemie, půdoznalství, mikrobiologie a výživy rostlin Charakteristika reakce ornic zemědělského podniku Křenovice Bakalářská práce Brno 2008 Vedoucí práce: doc. Ing. Eduard Pokorný, CSc. Vypracovala: Hana Kašpaříková

2 2

3 3

4 PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Charakteristika reakce ornic zemědělského podniku Křenovice vypracovala samostatně a použila jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana AF MZLU v Brně. Souhlasím, aby práce byla uložena v knihovně Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně a zpřístupněna ke studijním účelům. V Brně dne 13. dubna 2008 Podpis zpracovatele 4

5 PODĚKOVÁNÍ V prvé řadě bych chtěla poděkovat doc. Ing. Eduardu Pokornému, CSc. za ochotu a pomoc při vypracovávání této práce od jejího počátku vzniku, při odebírání vzorků, konče zhodnocením. Také za jeho odborné výklady v hodinách půdoznalství. Dále Ing. Jiřímu Jandákovi, CSc. a RNDr. Lubici Pospíšilové, CSc. za odborné výklady na přednáškách, cvičeních a výjezdě z půdoznalství. Doc. Ing. Stanislavovi Jelínkovi, CSc. a Mgr. Aleši Bajerovi, Ph.D. za výuku geologie. A také celému kolektivu lidí z Ústavu půdoznalství za ochotnou pomoc při stanovování půdní reakce v laboratoři. Dále bych chtěla poděkovat Ing. Vladanovi Jarešovi za poskytnutí rady a pomoci při práci s programem AutoCAD. A v neposlední řadě rodičům a rodině za podporu při studiu na MZLU v Brně. Příspěvek byl zpracován s podporou Výzkumného záměru č. MSM Biologické a technologické aspekty udržitelnosti řízených ekosystémů a jejich adaptace na změnu klimatu uděleného Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy České republiky. 5

6 ABSTRACT This work aims to define the active and exchange soil reaction of arable land of the agribusiness Křenovice and to recommend rectification in case of imperfections. The first part is dedicated to the literary overview in which the term soil reaction, its forms, the terms acidification and alkalinization, buffering of soil and soil reaction adjustment are determined. The second part includes the methods used when defining the soil reaction, the characteristics of the examined area and the results of this work. In autumn, 48 samples of topsoil were taken. Their soil reaction was defined and subsequently processed with the programs MS Excel and AutoCAD. It was found out that under the influence of intensive farming on arable land, a gradual acidification of the land has occurred and the rectification in the form of liming was suggested. The problem of acidification is quite common in the Czech Republic in the view of a fact that the necessity for liming is not adequately taken into account. Key words: soil reaktion, acidifikation, buffering, liming, Křenovice, black soil ABSTRAKT Tato práce má za úkol stanovit aktivní a výměnnou půdní reakci ornic zemědělského podniku Křenovice a v případě nedostatků doporučit nápravu. První část je věnována literárnímu přehledu, ve kterém je charakterizován pojem půdní reakce, její formy, pojmy acidifikace a alkalizace, pufrovitost půd a úprava půdní reakce. Druhá část zahrnuje metody použité při stanovování půdní reakce, dále charakteristiku zkoumaného území a výsledky práce. V podzimním období bylo odebráno z orniční vrstvy 48 vzorků, u kterých byla stanovena půdní reakce, která se následně zpracovala pomocí programů MS Excel a AutoCAD. Bylo zjištěno, že vlivem intenzivního hospodaření na orné půdě dochází k postupné acidifikaci pozemku a byla navržena náprava ve formě vápnění. V České republice je problém acidifikace poměrně značný vzhledem k tomu, že se potřeba vápnění nebere dostatečně v potaz. Klíčová slova: půdní reakce, acidifikace, pufrovitost, vápnění, Křenovice, černozem 6

7 OBSAH 1. Úvod Literární přehled Půda jako dynamický přírodní útvar Reakce půdy a její definice Zdroje iontů H + a OH - podle ŠIMKA (2007) Formy půdní reakce Aktivní půdní reakce Potenciální půdní reakce Acidifikace a alkalizace Příčiny a důsledky acidifikace Alkalizace a zasolení půd Pufrovitost půd Úprava reakce půdy Funkce vápníku a vápnění v rostlinné výrobě Potřeba vápnění analytické metody a interpretace výsledků Analytické metody ke stanovení potřeby vápnění Hlavní zásady vápnění orných půd Vápenatá hnojiva Hnojiva k otupení kyselé půdní reakce Možné pozitivní účinky vápnění Možné negativní účinky vápnění Cíl práce Materiál a metody zpracování Metody Odebrání vzorků Stanovení aktivní půdní reakce Stanovení výměnné půdní reakce Použité statistické metody Aritmetický průměr Střední hodnota Rozptyl výběru a směrodatná odchylka Histogram četností 45 7

8 4.3 Bioklimatologická, geologická, geomorfologická, hydrologická charakteristika území Poloha a základní údaje Klimatologické podmínky podle ZZ KPP Geologicko-petrografické poměry podle ZZ KPP Geomorfologie území Hydrologické poměry Rostlinstvo Vliv člověka na půdotvorný proces Základní geneticko-agronomická charakteristika půd Výsledky práce Výsledky měření Výsledky aktivní půdní reakce Statistika aktivní půdní reakce Výsledky výměnné půdní reakce Statistika výměnné půdní reakce Porovnání výsledků se ZZ KPP Stanovení potřeby melioračního vápnění výměnné půdní reakce Diskuse Závěr...61 Přílohy. 62 8

9 Seznam obrázků v textu Obr. 1 Schématické znázornění kyselosti, neutrality a zásaditosti Obr. 2 Schématické znázornění hydrolýzy hliníku snižující ph půdy Obr. 3 Schéma znázornění hydrolýzy hliníku u mírně kyselých půd Obr. 4 Vztah mezi ph půdy a kationty sorbovanými půdními koloidy Obr. 5 Aktivní půdní reakcí nejsou stanoveny vodíkové ionty poutané na pevnou fázi půdy Obr. 6 Výměnnou půdní reakcí jsou stanoveny vodíkové ionty poutané na pevnou fázi půdy Obr. 7 Schématické znázornění půdních reakcí Obr. 8 Změny ph půdy v čase způsobené acidifikací Obr. 9 Emise SO 2 a NO x v Evropě Obr. 10 Titrační křivky Obr. 11 Vliv půdní textury na množství vápence potřebného k úpravě ph půdy z původního stavu na ph 6,5 Obr. 12 Závislost přístupnosti prvků (živin) na ph půdy. Obr. 13 Vápnění zemědělské půdy mechanickým způsobem aplikace s kontrolou úletu materiálu Obr. 14 Síť odebíraných vzorků Obr. 15 Zpracované výsledky měřeného ph H2O pomocí programu AutoCAD Obr. 16 Zpracované výsledky měřeného ph KCl pomocí programu AutoCAD 9

10 Seznam tabulek v textu Tab. 1 Přehled hlavních kyselých a bazických složek v půdách Tab. 2 Změny ph půdy vlivem hnojení dusičnanem amonným v modelovém experimentu Tab. 3 Podíl půd podle potřeby vápnění v % analyzovaných vzorků v cyklech agrochemického zkoušení půd Tab. 4 Změny zásobenosti orné půdy v České republice přístupným vápníkem podle údajů AZZP (%) Tab. 5 Optimální hodnoty ph KCl u minerálních orných půd Tab. 6 Roční ztráty Ca (CaO) z půdy, podklad pro udržovací vápnění Tab. 7 Hodnocení výsledků aktivní půdní reakce Tab. 8 Hodnocení výsledků výměnné půdní reakce Tab. 9 Průměrná teplota vzduchu (ºC) a průměrný úhrn srážek (mm) v období Tab. 10 Průměrná teplota vzduchu (ºC) a průměrná úhrn srážek (mm) v období Tab. 11 Porovnání celkového výskytu černozemí a ČM typické v okresu Vyškov Tab. 12 Výsledky prvého měření aktivní půdní reakce Tab. 13 Výsledky druhého měření aktivní půdní reakce Tab. 14 Aritmetický průměr výše uvedených hodnot aktivní půdní reakce Tab. 15 Výsledky prvého měření výměnné půdní reakce Tab. 16 Výsledky druhého měření výměnné půdní reakce Tab. 17 Aritmetický průměr výše uvedených hodnot výměnné půdní reakce Seznam grafů v textu Graf 1 Klimadiagram průměrných měsíčních teplot a srážek pro období Graf 2 Klimadiagram průměrných měsíčních teplot a srážek pro období

11 1. ÚVOD Člověk se skutečně nestará, po čem šlape; žene se někam jako blázen a nanejvýš kouká, jaká jsou tuhle nahoře krásná oblaka nebo tamhle vzadu krásný horizont nebo krásné modré hory; ale nepodívá se pod své nohy, aby řekl a pochválil, že tu je krásná půda. Měl bys mít zahrádku jako dlaň; měl bys mít aspoň jeden záhonek, abys poznal, po čem šlapeš. Pak bys, holenku, viděl že ani oblaka nejsou tak rozmanitá, tak krásná a hrozná jako půdy pod tvýma nohama. (ČAPEK, 1959) I tímto poetickým čapkovským vyjádřením je možné ukázat na úzký vztah člověka k půdě, a také to, že půda je velice složitý přírodní útvar a ne jen kousek hlíny, co se tu vyskytuje odpradávna, a kterou můžeme využívat bez jakéhokoliv uvážení a následků. Tak to vypadalo i v dávných dobách, za vzniku osad a civilizace, která se rozvíjela v oblastech s úrodnými půdami a příznivými klimatickými podmínkami, a kde půdy vyčerpané sklizní plodin získávaly úrodnost díky pravidelným náplavám na živiny bohatého materiálu přinášeného řekou. Díky tomuto cyklu tyto půdy zabezpečovaly dlouhodobě dostatek potravy, a tím i vývoj sídel a měst. S příchodem zemědělského využívání půd a ostatních aktivit spojených s lidskou činností došlo i k mnoha negativním dopadům. Postupem času se dostavila eroze, svrchní vrstvy půdy byly postiženy akumulací solí a nemalý význam mělo i zhoršení strukturních vlastností půdy. To všechno vedlo k destrukci a degradaci půdy, která přestala poskytovat obživu stále rostoucímu počtu obyvatel, čímž došlo následně i k zániku měst a osidlování nových lokalit. Tato situace je v podstatě zachována dodnes. Stále je lidstvo naprosto závislé na půdě, na její schopnosti vytvářet a zabezpečovat příhodné podmínky pro růst rostlin, pro život živočichů. Nesmíme také opomenout význam půdy z hlediska mimoprodukčních funkcí. Proto musíme na půdu nahlížet jako na přírodní útvar, který pokud do něj zasáhneme nevhodným způsobem, může natrvalo změnit své charakteristické vlastnosti. Mnoho lidí hospodařících na půdách zapomíná na význam půdní reakce, proto bych chtěla touto prací upozornit na jednu z nejvýznamnějších vlastností charakterizujících půdu a přinutit tyto k zamyšlení. 11

12 2. LITERÁRNÍ PŘEHLED 2.1 Půda jako dynamický přírodní útvar Ruský geolog V. V. Dokučajev již v 19. století zdůrazňoval, že půda se vyvíjí a definoval ji jako samostatný přírodně-historický útvar, který vzniká a vyvíjí se zákonitým procesem působením půdotvorných činitelů. Pan profesor Novák ji charakterizoval ještě výstižněji; půda je přírodní útvar vyvinutý z povrchových zvětralin zemské kůry a z organických zbytků. Jeho stavba a složení jsou výsledkem působení klimatu a živých organismů žijících v půdě i na ní. Existuje mnoho dalších definic, které charakterizují půdu a její utváření. Je však potřeba klást důraz v definici pana prof. Nováka na organické látky, které mají obrovský vliv na půdu, na její kvalitu, na půdní úrodnost. Neméně důležitý je i fakt, že půda vzniká a vyvíjí se po velmi dlouhou dobu a za poměrně velmi krátkou dobu může být ireverzibilně poškozena. Vzhledem k tomu, že jsou půdy na Zemi velmi rozšířené, zabírají 67 % plochy kontinentu, jsou hlavním zdrojem obživy lidí. Je jim potřeba věnovat dostatek času a pozornosti, aby i nadále byly schopny poskytovat lidem suroviny. Půda má své vlastnosti. Je jich mnoho, a pro lepší porozumění se člení do základních 3 skupin, a to na fyzikální, chemické a biologické. Jednotlivé vlastnosti však mají mezi sebou velice úzkou souvislost a jedna bez druhé by nefungovaly. Tato práce je zaměřená na chemické vlastnosti půdy, na půdní reakci. K chemickým vlastnostem můžeme zařadit elementární a minerální složení půdy, složení půdního roztoku a půdního vzduchu, obsah a složení půdní organické hmoty, stav půdních koloidů a půdního sorpčního komplexu. 2.2 Reakce půdy a její definice Půdní reakce je jednou z nejdůležitějších chemických charakteristik půdy. Je to vlastnost půdy, která disociuje (štěpí) v rozdílném poměru do půdního roztoku vodíkové kationty H + a hydroxylové anionty OH -. Pro půdní reakci je tedy rozhodující poměr H + ku OH -. Z tohoto vztahu můžeme usuzovat, jestli se půda, půdní roztok nebo jeho výluh chová jako kyselina, zásada nebo neutrální látka (viz obr. 1 ). 12

13 Obr. 1 Schématické znázornění kyselosti, neutrality a zásaditosti. Při ph = 7 jsou ionty H + a OH - v rovnováze, jejich počet je stejný. Při ph = 6 jsou dominantní ionty H +, je jich 10x více, zatímco iontů OH - je 10x méně než při ph = 7. Při ph = 8 je tomu naopak.(upraveno podle: Brady, 1990; in: ŠIMEK, 2007) Ve skutečnosti se vodíkové kationty H + nacházejí v půdním roztoku v hydratované formě, tedy H 3 O +, ale pro zjednodušení se používá formální zápis H + či se označuje hranatou závorkou [H + ]. Aktivita H 3 O + v roztoku je velmi vysoká. Nejrozšířenějším rozpouštědlem v přírodě je voda. Ta je schopna v čistém stavu disociovat na H + a OH -. Aktivita těchto iontů se v půdním roztoku určuje stanovením půdní reakcí. Základní jednotkou půdní reakce je hodnota ph, kterou zavedl Sörensen a definoval ji jako záporný dekadický logaritmus koncentrace vodíkových iontů. Značí se ph = -log 10 H + (JANDÁK et al., 2004) a je zkratkou latinského pondus hydrogenii, ve francouzštině pouvoir hydrogéne, což v překladu znamená síla vodíku. Jednotka ph je odvozená od disociace destilované vody, která reaguje neutrálně, ale vykazuje elektrickou vodivost, čímž dokazuje, že obsahuje stejné množství iontů H +, které způsobují kyselou reakci, a stejné množství iontů OH -, které způsobují zásaditou reakci. Čistá neutrální voda obsahuje v jednom litru 0, (10-7 ) gramekvivalentních iontů H +, a to stejné množství iontů OH -. Pak tedy platí, že čím je koncentrace H + vyšší (10-6, 10-5, ), tím je prostředí kyselejší a hodnota ph se snižuje a naopak, když se koncentrace vodíkových iontů sníží (10-8,10-9, ), zvýší se koncentrace hydroxylových aniontů OH - a prostředí je zásaditější, hodnota ph se zvýší. (MASARYK a kol., 1980) Jakékoliv okyselení vody nebo půdního roztoku znamená zvýšení koncentrace vodíkových iontů a snížení hodnoty ph. Každé zvýšení zásaditosti roztoku znamená 13

14 snížení koncentrace vodíkových iontů a zvýšení koncentrace OH -. Z toho vyplývá, že součin koncentrací obou iontů je vždy konstantní: [H + ] * [OH - ] = K [H 2 O] (MASARYK a kol., 1980) Vztah mezi koncentrací vodíkových iontů H + a hodnotou ph znázorňuje následující MASARYKOVO a kol. (1980) schéma: H ph H ph Obecně můžeme říct, že pokud je hodnota: H + = 10-7, ph = 7 a reakce je neutrální, H + > 10-7, ph < 7 a reakce je kyselá, H + <10-7, ph >7 a reakce je zásaditá. (MASARYK a kol., 1980) Takto jsme charakterizovali půdní reakci spíše po výzkumné stránce. Je však důležité mít na mysli, že znalost půdní reakce je velice důležitá pro praxi, ve které je často opomíjená. Je totiž důležitým ukazatelem půdní úrodnosti, a přímo ovlivňuje mnoho chemických a biologických procesů v půdě. A naopak jsou hodnoty ph dány mnoha různými faktory, které na ně působí. Tyto faktory můžeme rozčlenit na dvě skupiny, a to: 1. na endogenní neboli vnitřní činitele sem patří například chemismus a textura horniny, z které půda vzniká, tedy souhrnně vzato jako geologické poměry, 2. na exogenní neboli vnější činitele, které můžeme dále rozčlenit na atmosférické a biologické činitele a činnost člověka. Tyto faktory mají mezi sebou velice úzký vztah. Např. k atmosférickým činitelům můžeme zařadit atmosférické srážky, které se dostávají do půdy a vyluhují v ní. S nimi souvisí průmyslové emise a imise činnost člověka s okyselujícím účinkem oxidu siřičitého, který se dostává do půd vlivem již zmiňovaných srážek. K biologickým činitelům patří chemický rozklad zbytků a exsudáty kořenů. Největší a také nejhorší je vliv člověka na půdu, který používá chemicky a fyziologicky kyselá průmyslová hnojiva, případně vápenatá hnojiva, k přeměně horniny, z které půda vzniká. 14

15 Znalost půdní reakce je tedy velice důležitá nejen pro výzkumné pracovníky, ale zejména pro zemědělce, kteří půdu obdělávají, aby si byli vědomi toho, že množství vodíkových iontů ovlivňuje rozpustnost živin, a tím jejich dostupnost pro rostliny a mikroorganismy, čímž se opět vracíme k půdní úrodnosti Zdroje iontů H + a OH - v půdě podle ŠIMKA (2007) Kyselost půdního roztoku způsobují hlavně dva kationty: vodík a hliník. V silně kyselých půdách s ph pod 5,0 však způsobuje aciditu zejména hliník, který je buď vázán na organickou hmotu, nebo se vyskytuje ve formě kationtů Al 3+ a Al(OH) + 2. Tyto kationty, sorbované půdními koloidy, jsou v rovnováze s ionty hliníku v půdním roztoku: koloid-al 3+ Al 3+ (v půdním roztoku) Ionty Al 3+ v půdním roztoku hydrolyzují, a tím se uvolní kationty H +, které snižují ph (viz obr. 2): Al H 2 O Al(OH) H + Obr. 2 Schématické znázornění hydrolýzy hliníku v silně kyselých půdách Popsaným mechanismem jsou uvolněné ionty H + hlavním zdrojem kyselosti v silně kyselých půdách. Adsorbované (pohlcené) ionty H + také přispívají ke kyselosti půdního roztoku, ale v mnohem menší míře, neboť jsou silně vázány organickými a minerálními koloidy. Jen část takto vázaných iontů H + se může desorbovat (uvolnit) a přejít do půdního roztoku: koloid-h + H + (v půdním roztoku) 15

16 V mírně kyselých půdách s ph 5,0 6,5 způsobují kyselost také ionty hliníku a vodíku, ale odlišným mechanismem. V těchto půdách jsou koloidy částečně nasyceny bazickými kationty. Ionty Al nemohou existovat ve formě Al 3+, ale reagují s ionty OH - : Al 3+ + OH - AlOH 2+ AlOH 2+ + OH - + Al(OH) 2 Část iontů Al(OH) + 2 je adsorbována koloidy a stává se výměnnými kationty. Ty pak jsou v rovnováze s ionty v půdním roztoku (stejně jako ionty Al 3+ v silně kyselých půdách). V půdním roztoku pak vznikají ionty H + hydrolýzou podle reakce (viz obr. 3): Al(OH) H 2 O Al(OH) 3 + H + Obr. 3 Schéma znázornění hydrolýzy hliníku u mírně kyselých půd Další ionty H + se podobně jako v silně kyselých půdách dostávají do půdního roztoku desorpcí z koloidů (tj. fungují jako výměnné ionty H + ). Jestliže se do kyselé půdy dodá Ca(OH) 2 (hydroxid vápenatý, neboli hašené vápno) nebo jiná podobná sloučenina na úpravu ph, pak jsou ionty H + a Al 3+ na výměnných místech půdních koloidů nahrazeny ionty Ca 2+. Současně se sníží koncentrace H + a Al v půdním roztoku a zvýší se koncentrace iontů OH -, neboť ve vodných roztocích je inverzní vztah mezi ionty H + a OH -. 16

17 V neutrálních a alkalických půdách s ph nad 7 dominují na výměnných místech půdních koloidů ionty Ca +, Mg 2+ a další bazické kationty, které nahradily původní ionty Al a H (viz obr. 4). V těchto půdách byla většina iontů Al v průběhu zvětrávacích procesů uložena do nerozpustného minerálu gibsitu (hydroxidu hlinitého): Al(OH) OH - Al(OH) 3 V neutrálních a zásaditých půdách mají kationty Ca +, Mg 2+ nebo Na + přímo vliv na koncentraci aniontů OH - v půdním roztoku. Alkalická reakce je důsledkem hydrolýzy koloidů nasycených výměnnými bazickými kationty: koloid-ca H 2 O koloid-2h + + Ca OH - V půdě nasycené bazickými kationty je proto vysoká koncentrace hydroxylových iontů, tedy OH -. Výsledné ph potom závisí na relativním zastoupení bazických kationtů na jedné straně a iontů H + a Al na straně druhé. Dalším zdrojem hydroxylových aniontů jsou uhličitany. Například uhličitan vápenatý, CaCO 3, hydrolyzuje podle vztahu: CaCO 3 + H 2 O Ca 2+ + HCO OH - Výsledné ph v půdách s vysokým obsahem CaCO 3 může být až 8,3. Obsahuje-li půda mnoho Na 2 CO 3, tedy uhličitanu sodného, který je rozpustnější a hydrolýzou produkuje více iontů OH -, může ph dosáhnout až 10 i více. 17

18 Obr. 4 Vztah mezi ph půdy a kationty sorbovanými půdními koloidy. V kyselých půdách dominují na výměnných místech půdních koloidů pevně vázané ionty H + a Al a výměnné ionty H + a Al 3+. V zásaditých půdách jsou tato místa obsazena bazickými kationty. (ŠIMEK, 2007) 2.4 Formy půdní reakce V půdě se vodíkové ionty nacházejí buď v půdním roztoku, pak udávají aktivní půdní reakci a nebo jsou výměně sorbovány půdními koloidy a tvoří potenciální půdní reakci. (JANDÁK et al., 2004) Aktivní půdní reakce Nazývána také aktivní půdní kyselost, je způsobena volnými ionty H + v půdním roztoku. Stanovujeme ji nejčastěji potenciometrickým měřením H + ve vodním výluhu a z toho důvodu ji značíme ph H2O. Toto ph je během roku výrazně proměnlivé, a to v důsledku povětrnostního počasí, obdělávání, hnojení apod., proto není tolik využíváno, jako ph KCl, které je stabilnější a neprodělává během roku tak výrazné změny. Aktivní půdní reakce má zejm. význam fyziologický. Velmi výrazná aktivní půdní reakce bývá vzácností a vyskytuje se u nezúrodněných podzolových půd nebo u rašelin (ph v H 2 O = 4,0 4,5). (MASARYK a kol., 1980) Aktivní půdní reakci ale nacházíme běžně v půdách odvápněných, v půdách sorpčně nenasycených bazickými kationty. 18

19 Obr. 5 Aktivní půdní reakcí nejsou stanoveny vodíkové ionty poutané na pevnou fázi půdy. (JANDÁK a kol., 2003) Potenciální půdní reakce Neboli potenciální půdní kyselost se zjišťuje vyluhováním půdy v neutrálním solném výluhu, nebo ve výluhu hydrolyticky zásaditém. Podle toho, o jaký výluh se jedná dělíme potenciální půdní reakci na výměnnou a hydrolytickou. Výměnná půdní reakce (kyselost) Je způsobena adsorbovanými ionty H + z kyselých složek půdy, ale i sorbovanými nebo výměnnými ionty vodíku. Pokud vytěsníme tyto ionty ze sorpčního komplexu neutrálními solemi, pak bude ph roztoku představovat výměnnou kyselost, která se značí ph KCl. Sloučeniny, které podmiňují tento druh kyselosti se vyznačují nerozpustností ve vodě. Jako příklad uvádím huminové kyseliny, které jen postupně vyměňují část vodíku z karboxylových skupin za kationty neutrálních solí. Na výměnnou půdní reakci má vliv také minerální část půdy, a to hliník jako Al 3+ a železo ve formě Fe 3+. Výměnnou půdní reakci lze znázornit následujícím schématem: koloid-h +, Al KCl koloid-4k + AlCl 3 + HCl Z hlediska dostupnosti prvků pro rostliny má největší význam určení výměnné půdní reakce, která se stanovuje nejčastěji elektrometricky. Obecně platí, že výměnná půdní reakce má nižší hodnotu ph než aktivní reakce. Je to dáno tím, že se při stanovování ph KCl se berou v úvahu jak volné vodíkové ionty, tak vodíkové ionty, které jsou vázány v sorpčním komplexu. Rozdíl hodnot ph ve vodě a v roztoku KCl se pohybuje průměrně kolem 0,5 ph. Tato hodnota se však může 19

20 pohybovat v rozmezí 0,2 1,0 ph a více, z čehož můžeme usuzovat na nasycenost sorpčního komplexu, ve kterém jsou nahrazeny některé dvojmocné kationty za vodíkové ionty. Obr. 6 Výměnnou půdní reakcí jsou stanoveny vodíkové ionty poutané na pevnou fázi půdy. (JANDÁK a kol., 2003) Hydrolytická půdní reakce (kyselost) Kromě výměnných iontů vodíku se v půdě nachází ještě vodík, který se pomocí předchozí metody vytěsnění neutrální solí vytěsnit nedá. Takovéto ionty vodíku se nachází např. v organických a minerálních sloučeninách, kde tvoří spolu s ostatními prvky nerozpustné organické kyseliny či nerozpustné soli minerálních sloučenin. Tento druh vodíku se uvolňuje pouze v alkalickém prostředí. Abychom tohoto dosáhli, používáme 1N roztok hydrolyticky zásadité soli, např. CH 3 COONa (octan sodný) nebo (CH 3 COO) 2 Ca (octan vápenatý), které mají větší ph než KCl, které se používá při stanovování výměnné reakce. Název hydrolytická kyselost je tedy odvozen od způsobu, kterým se vodík vytěsňuje. Například při hydrolýze octanu sodného, jako soli silné zásady a slabé kyseliny, je zásaditá reakce podmíněná disociací: CH 3 COONa + H 2 O = CH 3 COOH + NaOH I když stupeň hydrolytické disociace takového roztoku, než se dostane do styku s půdou, není veliký (0,0032 %), jeho zásaditost (ph = 8,5) stačí na to, aby při vzájemném působení s půdou reagovaly ionty vodíku s takovými sloučeninami, které jsou v neutrálním prostředí pasivní. (MASARYK a kol., 1980) 20

21 Vzhledem k tomu, že hydrolytická reakce představuje méně pohyblivou část vodíkových iontů, je pro rostliny méně škodlivá, než výměnná půdní reakce. (MASARYK a kol., 1980) Dříve se používala pro určení potřeby vápnění. Její hodnota se udává v mmol H + na 0,1 kg půdy. V hodnotách hydrolytické půdní reakce je zahrnuta aktivní a výměnná reakce, zatímco výměnná půdní reakce zahrnuje i aktivní reakci. Aktivní Aktivní Výměnná reakce reakce reakce Výměnná Hydrolytická reakce reakce Obr. 7 Schématické znázornění půdních reakcí 2.5 Acidifikace a alkalizace Acidifikace a alkalizace půdy je definovaná jako pokles kyselinové, respektive zásadové neutralizační kapacity půdy. Postupná acidifikace půd vede k poklesu obsahu uhličitanů, snadno zvětratelných primárních silikátů a výměnných bazických kationtů. Na druhé straně acidifikace může způsobit akumulaci kationtových kyseli (Al 3+, Fe 3+ ), anebo síranů. Alkalizace se naproti tomu projevuje zvýšením obsahu bazických kationtů (Na +, K +, Ca 2+, Mg 2+ ) a jejich solí v půdě. Přehled hlavních kyselých a bazických složek, které se vyskytují v půdách, je uveden v tab. 1. (ŠARAPATKA et al., 2002) 21

22 Tab. 1 Přehled hlavních kyselých a bazických složek v půdách (zpracování podle Ulricha, 1991; in: ŠARAPATKA et al., 2002) Zásadité složky (schopné disociovat Kyselé složky (schopné asociovat vodíkový ion) vodíkový ion) Pevné fáze uhličitany sulfidy silikáty nedisociované kyselé skupiny jílových minerálů a organické hmoty kationty alkalických kovů a kovů kationty kovů, tvořící slabé hydroxidy alkalických zemin (bazické kationty) (Al, Mn, Fe, těžké kovy kyselé kationty ± výměnné, vázané na slabě kyselé pozice Ma), ± výměnné, vázané na kyselé pozice na povrchu minerálů a organické hmoty na povrchu minerálů a organické hmoty + výměnný a fixovaný NH 4 hydroxosírany hliníku a sírany sorbované na hydroxidy hliníku organicky vázaný dusík (N org nevratná reakce HNO 3 ) organicky vázaná síra (S org nevratná reakce H 2 SO 4 ) V roztoku OH - (OH - + H + H 2 O) H 3 O + (H 3 O + + OH - 2H 2 O) HCO - 3 (HCO H + CO 2 + H 2 O) H 2 CO 3 (H 2 CO 3 H + + HCO - 3 ) NO - 3 (NO H + nevratná reakce NH + 4 (NH + 4 NH 3 + H +, N org, ½ N 2 O, ½ N 2 ) SO 2-4 (SO H + nevratná reakce S org, H 2 S v plynné formě) NH + 4 nevratná reakce N org + H + ) kyselé kationty (Ma + nh 2 O Ma(OH) n + nh + ) organické kyseliny Obrázek 8 schematicky znázorňuje vztah mezi postupující acidifikací půdy a hlavními neutralizačními procesy v čase, který je možné odvodit z dynamických modelů acidifikace půdy (Dlapa, 1994). V půdách, které obsahují uhličitan vápenatý, bude rozpouštění uhličitanů hlavním procesem, který neutralizuje vodíkové ionty a zabraňuje poklesu ph půdy. Proto bude ph půd obsahujících uhličitany zpravidla v intervalu 7,0 až 8,3. V kyselejších půdách bez obsahu uhličitanů bude až do ph 5,0 hlavním neutralizačním procesem zvětrávání primárních silikátů. Při postupující acidifikaci půdy a poklesu ph pod 5,0 bude kyselost neutralizovaná procesy kationtové výměny a bude docházet k postupnému snižování obsahu výměnných bazických kationtů (Na +, K +, Ca 2+, Mg 2+ ), které jsou nahryzovány kyselými kationty (hlavně Al 3+, H +, Fe 3+ ). V nejzávaznějších případech se pokles ph zastaví na hodnotách okolo 4,0, kdy je hlavním neutralizačním procesem rozpouštění hydratovaných oxidů hliníku. Zastavení poklesu hodnot ph v této oblasti ale nepřestavuje pozitivní jev, protože se 22

23 objeví projevy přímé toxicity hliníku, objevuje se deficit makroživin (Ca, Mg, K, P) a dochází k inhibici mineralizace půdní organické hmoty (Dlapa et al., 1997, 2002; in: ŠARAPATKA et al., 2002) Obr. 8 Změny ph půdy v čase způsobené acidifikací. (ŠARAPATKA et al., 2002) Příčiny a důsledky acidifikace K acidifikaci (případně k alkalizaci) může docházet vlivem dvou procesů, a to přirozených půdních nebo antropogenně podmíněných. Přirozené příčiny acidifikace podle ŠIMKA (2007): Kořeny rostlin a půdní organismy produkují oxid uhličitý, který se částečně rozpouští v půdní vodě a vytváří se kyselina uhličitá (H 2 CO 3 ). Ta hydrolyzuje a přispívá ionty H + do půdního prostředí. Při obsahu 0,3 % CO 2 v půdním vzduchu je ph 5,22 a při obsahu 1 % CO 2 činí ph roztoku 4,95. (JANDÁK et al., 2004) 23

24 Kořeny rostlin produkují velké množství metabolitů v kořenových exsudátech. Část exsudátů tvoří organické kyseliny. V procesu příjmu živin uvolňují kořeny ionty H + i OH -. Při mineralizaci půdní organické hmoty se vytvářejí organické kyseliny. Kromě toho se mineralizovaný dusík a síra oxidují na kyselinu dusičnou a sírovou. Kyseliny jsou opět zdrojem H +. Zvětráváním mnoha půdotvorných minerálů se uvolňuji ionty H + do půdního prostředí. Příkladem může být pyrit (FeS 2 ) nebo jiné sulfidy. Zvětráváním pyritu a oxidací síry se tvoří kyselina sírová a ph půdy se může snížit i pod 2. FeS ½ O H 2 O 8 H SO Fe(OH 3 ) Působením srážkové vody se z půdy vyluhují a vymývají bazické kationty, a tím se půda okyseluje. Srážková voda reaguje s oxidem uhličitým v atmosféře a tvoří se kyselina uhličitá. Srážky a suchý spad (oxidy N a S, NH + 4 ) představují externí zdroj podporující okyselování půdy (tzv. kyselé srážky). Antropogenní příčiny acidifikace Zvýšené okyselování půd způsobuje soustavné používání některých minerálních hnojiv, protože rostliny preferují odběr některých iontů. Například ze síranu nebo chloridu draselného a vápenatého adsorbují rostliny kationty K + a Ca + 2 a zbývající ionty poskytují silné minerální kyseliny, které okyselují půdu disociací H + iontů. Dalším příkladem jsou amonné formy hnojiva. Po vnesení většího množství těchto hnojiv do půdy se část amonných iontů oxiduje v procesu nitrifikace nejprve na dusitanovou formu dusíku a uvolňují se při tom ionty H +, které okyselují půdu (viz tab. 2). Dále pak dusitany oxidují na dusičnany: 2 NH O 2 2 NO H 2 O + 4 H + + energie (ŠIMEK, 2007) Z této rovnice je zřejmé, že okyselující účinek dusíkatých hnojiv je značný, pokud se těmito hnojivy půda přehnojuje. 24

25 Tab. 2 Změny ph půdy vlivem hnojení dusičnanem amonným v modelovém experimentu. (Hnojivo bylo aplikováno po dobu 4 roků na trvalý travní porost.) (ŠIMEK, 2007) Celková roční dávka hnojiva (kg.ha -1 ) Průměrné ph půdy po 4 letech 6,9 6,4 6,1 6,0 5,6 5,4 I fosforečná hnojiva přispívají k okyselování půdy, a to hydrolýzou fosforečnanů za vzniku kyseliny fosforečné, která následně disociuje a uvolněné ionty H + snižují ph: Ca(H 2 PO 4 ) 2 CaHPO 4 + H 3 PO 4 ( 3H + + PO 3-4 ) Antropogenní příčinou okyselování půd jsou samozřejmě také výše zmiňované srážky, a to v podobě kyselých dešťů. Doc. ŠARAPATKA et al. (2002) ve své knize uvádí, že bez přičinění člověka, díky přirozené koncentraci především CO 2 v atmosféře, se průměrné hodnoty ph srážek pohybují okolo 5,6. Přítomnost přirozených koncentrací NO x a SO 2 může způsobit okyselení dešťové vody na hodnoty ph 4,8 5,3 (obr. 9). V Evropě ale poklesly hodnoty dešťových srážek v letech dokonce na 3,0 4,5. Dodatečné vstupy sloučenin N a S do atmosféry z průmyslových a komunálních zdrojů jsou jednoznačně nejvýznamnější příčinou antropogenní acidifikace prostředí kyselou atmosférickou depozicí. Obr. 9 Emise SO 2 a NO x v Evropě. (ŠARAPATKA et al., 2002) 25

26 Antropogenními zdroji oxidu siřičitého (SO 2 ) jsou spalovací procesy, rafinérie, metalurgie neželezných kovů, papírny (zdroj H 2 S, dříve sirovodík, dnes sulfan) a jiná průmyslová výroba. Oxid siřičitý se v atmosféře rozpouští ve vodních kapénkách a vzniká kyselina siřičitá: SO 2 + H 2 O H 2 SO 3 H + + HSO 3- Kyselina siřičitá může být dále oxidována, v plynné i kapalné podobě, různými oxidanty a vzniká kyselina sírová. Tato reakce probíhá v atmosféře během několika hodin, případně dnů: SO 2 (+ oxidant) SO 3 SO 3 + H 2 O H 2 SO 4 H + + HSO - 4 2H HSO 4 Antropogenním zdrojem oxidů dusíku (NO x ) jsou nejvíce výfukové plyny automobilů (asi 30 %) a jiné spalovací procesy. V přírodě vznikají oxidy dusíku při řadě přirozených procesů přeměn dusíku v půdách, vodách i sedimentech. Z těchto sloučenin se v atmosféře tvoří kyselina dusičná a kyselina dusičitá. jako oxidant se uplatňuje hydroxylový radikál OH - a atomární kyslík O: 2NO 2 + H 2 O (+ oxidant) HNO 3 + HNO 2 Kromě oxidu siřičitého, který se dostává do půdy se srážkami se může dostat tato sloučenina do půdy i za sucha, jak jsem již naznačila výše (viz Přirozené příčiny acidifikace). Doc. ŠIMEK (2007) jej ve své knize nazývá fenoménem suchých depozic a uvádí, že většina SO 2 není ve vzduchu oxidována, ale je deponována jako suché depozice a oxidace a přeměna na H 2 SO 4 proběhne až po uložení z atmosféry na povrch Země. Na suchých depozicích se často významně podílí (NH 4 ) 2 SO 4, neboli síran amonný vznikající v atmosféře reakcí: 2 NH 3 + H 2 SO 4 (NH 4 ) 2 SO 4 Dále pak pan docent uvádí, že protože je často obtížné stanovit formu okyselujících látek, jeví se vhodnější než kyselé srážky termín kyselé depozice zahrnující jak mokré, tak suché depozice. Kromě kyselých dešťů a promyvného typu vodního režimu půd v humidním klimatu se u zemědělských půd prosazují též další acidifikační faktory: omezené použití hnoje a kompostu, 26

27 vysoké dávky kejdy (zejména prasat), vysoké zastoupení obilovin v osevním postupu, nízké zastoupení víceletých pícnin na orné půdě, kompakce půdy těžkými mechanismy se zvyšováním koncentrace CO 2 v půdním vzduchu, zrychlená vodní eroze půdy s odkrýváním kyselé spodiny, nedostatečné vápnění přirozeně kyselých zemědělských půd. (ŠARAPATKA et al., 2002) Důsledky acidifikace půd Důsledky kyselosti půd na její hygienu, jak uvádí doc. ŠARAPATKA et al., 2002 jsou následující: aktivizace patogenních a jiných hub v půdě s následným rozvojem chorob rostlin, snížení nitrifikační schopnosti půd, snížení počtu a aktivity hlízkových bakterií, zpomalení uvolňování minerálního N z organické hmoty a humusu v půdě, snížení příjmu P a B rostlinami, toxicita hliníku a poškozování kořenů rostlin, petrifikace P v půdě do sloučenin: Fe 3 (PO 4 ) 2. 8 H 2 O (vivianit), AlPO 4. 2 H 2 O (variscit) a FePO 4. 2 H 2 O (strengit), z nichž není P rostlinám přístupný, defixace K a jeho uvolňování do půdního roztoku, snadnější vyluhování z půdy, zhoršení kvality humusu (převaha fulvokyselin, méně huminových kyselin) zvýšená mobilita těžkých kovů (Cd, Co, Hg, Pb, Cu) a jejich zvýšená akumulace v rostlinách, destrukce půdy a snížení její odolnosti vůči erozi rozpadem struktury vlivem změny ph, snížení klíčivosti semen vápnomilných rostlin, jejich horší růst a vývoj, snížení výnosů většiny kulturních rostlin, které vyžadují v písčité a hlinité půdě ph > 5,5 a v jílovité ph > 6, Alkalizace a zasolení půd Je opakem acidifikace a vyplývá z toho, že půdy mají ph vyšší než 7,5. Podle ph se dělí na půdy slabě alkalické, půdy alkalické a půdy silně alkalické. Tento jev u nás není příliš častý, proto se zmíním pouze okrajově. (ŠARAPATKA et al., 2002) 27

28 Slabě alkalické půdy mají ph 7,2 8,0 a alkalitu způsobuje CaCO 3. Zástupci půd jsou například černozemě, rendziny nebo nivní půdy na vápenitých uloženinách. Půdy alkalické mají ph 8,5 9,5, kde alkalitu způsobuje NaCl, Na 2 SO 4, z půd sem můžeme zařadit například chloridové a sulfátové solončaky a slance. A půdy silně alkalické mají ph nad 9,5, alkalitu způsobuje například Na 2 CO 3. Z půd jsou to sodné půdy, slance a solončaky. Výše uvedené hodnoty jsem převzala od ŠIMKA, Škodlivost alkalizace půd způsobuje řadu změn půdních vlastností, zejména fyzikálně-chemických, například dispergaci koloidů. Výsledkem jsou půdy slévavé a nepropustné. Dalším negativním vlivem je při vysokém obsahu Na a Cl iontů jejich nepřímá toxicita: působí osmotickým jevem, kdy je voda z koncentrovanějších roztoků hůře přístupná pro rostliny. A jako poslední zmíním měnící se dostupnost vápníku a dalších iontů, což vede k jejich nedostatku ve vztahu k rostlinám. 2.6 Pufrovitost půd Pufrovitost, česky ústojnost nebo tlumivost půd, je její schopnost bránit se změnám půdní reakce, tedy udržovat víceméně stálou koncentraci vodíkových iontů v půdním roztoku. Ústojnost půdy spočívá v přítomnosti ústojných systémů, které jsou vytvářeny v půdním roztoku směsí slabé kyseliny a její soli nebo směsí slabé zásady a její soli. Jako kyselá složka ústojných systémů se v půdě uplatňují zejména huminové kyseliny, kyseliny uhličitá, fosforečná a křemičitá a koloidní alumosilikáty acidoidní povahy. Závisí na chemickém a zrnitostním složení půd (obsahu jílových minerálů, hydratovaných sesquioxidů, humusu, karbonátech), sorpční kapacitě i stupni nasycenosti půd bazickými kationty. (JANDÁK et al., 2004) Na ústojné schopnosti humózních půd se nejvíce podílí adsorpčně nasycený humus. Je-li silně nasycen výměnnými bazemi (Ca 2+, Mg 2+ ), snadno odstraňuje vznikající kyselost výměnou bází za ionty vodíku půdního roztoku. Alkalitu naopak neutralizuje tím, že disociací svých kyselých skupin uvolní H + do půdního roztoku, kde spolu s OH - vytvoří málo disociovanou vodu. (JANDÁK et al., 2004) Podobně působí i jílové minerály, i když jejich vliv na ústojnou schopnost půd je menší než u humusu. Pro vysoký obsah jílových minerálů mají těžší půdy i vysokou ústojnou schopnost. (JANDÁK et al., 2004) Půdy s nízkou ústojnou schopností, jsou to půdy písčité, hlinitopísčité, půdy bez obsahu karbonátů, nebo s nízkým obsahem 28

29 humusu, velmi citlivě reagují na každý zásah do půdy a vykazují velké výkyvy hodnot ph. Tyto půdy je nutné pravidelně hnojit organickými hnojivy a dostatečně vápnit. Zajímavé informace uvádí kniha doc. ŠARAPATKY et al. (2002), ve které se zmiňuje, že Ulrich vyčlenil hlavní pufrační mechanismy, které dominují v jednotlivých intervalech ph půdy: pufrační oblast uhličitanu vápenatého, ph 8,6 6,2 pufrační oblast silikátů, bez uhličitanů ph > 5,0 pufrační oblast kationtové výměny, ph 5,0 4,2 pufrační oblast hliníku, ph 4,2 3,8 pufrační oblast hliníku a železa, ph 3,8 3,2 pufrační oblast železa, ph < 3,2. Počáteční pufrovací schopnost spolu s intenzitou vstupu kyselých dešťů má vliv na rychlost acidifikace půd a následnou mobilizaci hliníku. Půdy s nízkou pufrovací schopností a s vysokými kyselými vstupy se okyselují jako první, a naopak až nakonec může dojít k acidifikaci půd s vysokou pufrovací schopností a nízkými kyselými vstupy. 2.7 Úprava reakce půdy Kyselost půdy se běžně odstraňuje vápněním, které sníží množství adsorbovaných vodíkových iontů, zvýší ph a sorpčně nasytí půdu vápníkem. Potřebu vápnění definujeme jako množství vápenaté hmoty, kterou musíme do půdy dodat, aby se její reakce upravila na optimální hodnotu. (JANDÁK et al., 2004) Aktivní půdní reakce není vhodným kritériem potřeby vápnění, protože se nebere v úvahu potenciální výměnná kyselost, ani ústojná schopnost půdy. Ke stanovení potřeby vápnění je využívána metoda titračního stanovení výměnné půdní reakce k požadované hodnotě ph. Používaná korektiva: mletý vápenec, dolomitický vápenec, saturační kaly, hašené vápno atd. Úprava reakce alkalických půd je mnohem obtížnější a nákladnější něž u kyselých půd. Zvětšení koncentrace H + je ztíženo přítomností iontů OH -, které se s nimi slučují na vodu. Nadbytečné OH - nejsou z půdního roztoku při alkalické reakci prakticky vůbec adsorbovány, protože většina půdních adsorbentů jsou acidoidní povahy, tj. adsorbují H + a nikoliv OH -. Množství hmot k snížení alkality závisí na stupni nasycení půdy výměnným sodíkem. Používaná korektiva: mletý sádrovec, síra, kyselina sírová. (JANDÁK et al., 2004) 29

30 2.7.1 Funkce vápníku a vápnění v rostlinné výrobě Vápník je nepostradatelnou složkou rostlinných a živočišných organismů. V rostlinné výrobě se uplatňuje mnohostranně a plní řadu agronomicky a ekologicky důležitých funkcí. Správné použití vápenatých hnojiv zejména: upravuje nepříznivou půdní reakci na požadované rozmezí ph a celkově upravuje aciditní poměry v půdě, jako biogenní prvek je vápník nepostradatelnou živinou ve výživě rostlin, spolurozhoduje o dostupnosti a úrovni využití dalších živin rostlinami, zejména zvyšuje přijatelnost fosforu z půdy i dodaných hnojiv, podporuje tvorbu účinného humusu, zlepšuje pufrační schopnost půdy, její biologickou aktivitu a podporuje biologickou fixaci dusíku hlízkovými bakteriemi, zlepšuje půdní strukturu, fyzikální a technologické vlastnosti půdy, a tím i její obdělavatelnost a zakořeňování rostlin, vápnění a alkalická půdní reakce posiluje hygienickou a ekotoxickou funkci půdy, imobilizací těžkých kovů ztěžuje jejich přijatelnost rostlinami, na půdách s nepříznivou půdní reakcí u plodin dobře reagujících na vápnění přispívá ke zvyšování výnosů. (VANĚK et al., 1991) Ing. Penk (VANĚK et al.,1991) uvádí, že vápnění zemědělských půd má u nás svoji tradici; odborné poznatky o něm byly publikovány před 90 lety a zmiňuje doporučení Fr. Cicvárka: vápnit půdu podle skutečné potřeby s tím, že je třeba upřednostňovat půdy vzniklé zvětráním hornin na vápník chudých, vápnit přednostně k plodinám na vápník náročným, zvláště k luskovinám a jetelovinám (s poznámkou, že některé plochy se staly způsobilé pro pěstování jetelů až po vyvápnění), vápnit v intervalu 4 (- 6) let, raději však menšími dávkami a častěji, pro aplikaci cukrovarnických Ca kalů připomíná, že ekonomika jejich použití je limitována přepravní vzdáleností Potřeba vápnění analytické metody a interpretace výsledků Z hlediska definice potřeby vápnění rozlišujeme vápnění udržovací a meliorační. Udržovacím vápněním rozumíme dodání takového množství vápenatých hmot, které nahrazuje ztráty vápníku z orničního profilu vlivem vymývání do spodních horizontů a vlivem vlastního odběru rostlinnou produkcí. Potřebu vápnění ke kompenzaci této 30

31 složky nelze laboratorně určit, ale lze ji dopočítat na základě lyzimetrických měření a kalkulace odběru rostlinami. Jako meliorační potřebu vápnění označujeme analyticky stanovitelnou potřebu báze (a přepočtem i vápenatých materiálů) nutnou na změnu ph dané půdy na optimální, popřípadě cílovou hmotu. (VANĚK et al., 1991) Analytické metody ke stanovení potřeby vápnění Metody založené na měření hodnoty výměnného ph Potřebu vápnění nelze stanovit pouze na základě měření hodnoty výměnného ph. Důvodem je různý obsah jílových částic a půdní organické hmoty v půdách. Tento rozdíl znázorňují titrační křivky na obr. 10. Obr. 10 Titrační křivky (VANĚK et al., 1991) Ke stanovení potřeby vápnění je tedy potřeba zohlednit tyto složky půdy, přičemž přesnost postupu je dána způsobem hodnocení všech tří analytických parametrů. Variantou tohoto postupu je metoda pro agrochemické zkoušení půd založená na určení potřeby vápnění z hodnoty výměnného ph půd rozlišených do tří kategorií podle obsahu jílových částic. Metody založené na stanovení titrační spotřeby do optimální (cílové) hodnoty ph Tento postup je založen na měření titrační křivky postupným přidáváním roztoku báze a měření ph dosaženého v určitých časových intervalech (interval 1 2 dny mezi jednotlivými dávkami při občasném promíchání). Dostatečně dlouhý interval reakce půdy a báze umožňuje titraci hydroxoniových iontů z půdního roztoku, 31

32 z výměnných míst anorganické a organické složky sorpčního komplexu i iontů vzniklých hydrolytickými reakcemi. Potřeba báze k dosažení cílové hodnoty půdní reakce se stanovuje interpolací. Metody stanovení potřeby vápnění založené na změně ph pufračních roztoků K měřenému vzorku po stanovení výměnného ph se přidává pufrovaný roztok o hodnotě ph 7,5 až 8,0. Po dostatečně dlouhé době dojde k vazbě volných i výměnných hydroxoniových iontů i k vazbě vodíku vznikajícího hydrolytickými reakcemi, a tím ke změně ph přidaného pufru. Potřeba vápnění se stanoví na základě této změřené změny ph pufru a s ohledem na cílovou hodnotu ph dané půdy. (VANĚK et al., 1991) Jako pufr se využívá například octan vápenatý 0,5 mol/l. Tab. 3 Podíl půd podle potřeby vápnění v % analyzovaných vzorků v cyklech agrochemického zkoušení půd (VANĚK et al., 1991) Kraj Jihomoravský Česká republika Roky vysoká střední malá žádná vysoká střední malá žádná ,8 25,5 40,6 29, ,5 26,9 36,0 32,6 7,9 36,9 40,5 14, ,9 27,8 32,9 34,4 8,0 36,9 40,2 14, ,3 15,4 47,3 35,0 5,1 20,9 53,0 21,0 Tab. 4 Změny zásobenosti orné půdy v České republice přístupným vápníkem podle údajů AZZP (%) (Čermák, 2003, in: SÁŇKA et al., 2004: Kategorie zásob nízká vhodná dobrá vysoká velmi vysoká ,8 29,0 37,5 18,1 12, ,8 35,9 32,3 32,3 12, Hlavní zásady vápnění orných půd Optimální půdní reakce, jejíž dosazení a udržení je cílem vápnění, je podmíněna způsobem využití půdy, nároky pěstovaných plodin, půdním druhem a obsahem humusu. Při vápnění orných půd nelze vzhledem k osevnímu postupu v plné míře respektovat požadavky jednotlivých plodin, lze však pouze přizpůsobit jeho aplikaci 32

33 tomu, aby na půdní reakci náročné plodiny byly zařazovány v době maximální účinnosti aplikovaného vápnění. U půd s obsahem humusu vyšším než 5 % možno uvažovat s hodnotami optimální reakce nižšími o 0,2 až 0,4 ph, než jsou běžně považované hodnoty.(vaněk et al., 1991) Vzhledem k tomu, že hlavní příčinou ztrát vápníku z půdy je jeho vymývání dešťovými srážkami, které narůstá se stupněm nasycení půd vápníkem, budou s ohledem na účelnost nákladů vynaložených na vápnění půd hodnoty ph, kterých chceme u půd vápněním dosáhnout, ve vlhčích a chladnějších oblastech poněkud nižší, než průměrné optimální hodnoty ph uvedené pro jednotlivé půdní druhy viz tab. 5. (VANĚK et al., 1991) 1991) Tab. 5 Optimální hodnoty ph KCl u minerálních orných půd. (VANĚK et al., Půdní druh ph KCl písčitá 5,5 ± 0,2 hlinitopísčitá 6,0 ± 0,2 písčitohlinitá 6,5 ± 0,2 hlinitá až jíl 7,0 ± 0,5; kde horní hodnoty platí pro půdy karbonátové Potřeba dávkování, tedy dávka alkalicky účinného CaO, je určena udržovací dávkou u půd s optimální hodnotou ph, kde obsah uhličitanů je nižší než 0,3 % nebo součtem dávek udržovací a meliorační potřeby u půd, které nedosahují optimálních hodnot ph. Přičemž hodnoty udržovacího vápnění nelze analyticky přímo zjistit. Pro jejich stanovení se vychází z předpokládaných průměrných ročních ztrát CaO z 1 ha půdy, které jsou vyvolávány vymytím z půdy, odběrem plodinami, působením fyziologicky kyselých hnojiv a kyselých atmosférických spadů (viz tab. 6). 33

34 Tab. 6 Roční ztráty Ca (CaO) z půdy, podklad pro udržovací vápnění. (Šilar 1985 in Neuburg a kol. 1985; in: VANĚK et al., 1991) Ztráta Ca (CaO) Půdní druh v kg/ha/rok písčitá + hlinitopísčitá písčitohlinitá + hlinitá + jilovitá Vymývání z půdy 131 (185) 110 (155) Vliv průmyslových hnojiv 71 (100) 71 (100) Vliv atmosférických srážek 35 (50) 35 (50) Odběr plodinami 18 (25) 25 (35) Celkem 255 (360) 241 (40) V závislosti na ekologických podmínkách a používaném sortimentu průmyslových hnojiv se tyto ztráty pohybují u lehkých půd od 300 kg v suchých oblastech do 500 kg ve vlhkých a chladných oblastech, u středně těžkých až těžkých půd se předpokládají ztráty kg. Vynásobením těchto hodnot délkou cyklu vápnění a výměrou pozemku zjistíme aplikační dávku udržovacího vápnění. Cyklus vápnění by měl být pro lehké půdy 3 roky, pro ostatní 4 roky. V suchých oblastech je možno tento cyklus prodloužit o 1 2 roky, naopak ve vlhkých oblastech je žádoucí jeho zkrácení. (VANĚK et al., 1991) Meliorační vápnění. Aciditní podmínky v půdě mohou být charakterizovány více hodnotami, pro jednoduchost stanovení je v rámci agrochemického zkoušení půd používána hodnota výměnné půdní reakce (ph KCl ). Této hodnoty, při zohlednění půdního druhu, lze použít pro určení velikosti melioračního vápnění (viz Příloha 1) (VANĚK et al., 1991) Zásady aplikace vápenatých hnojiv podle VAŇKA et al. (1991): Nejvhodnější termín aplikace je co nejdříve po sklizni předplodiny. Úspěch vápnění závisí na rovnoměrnosti aplikace a následném, nejlépe vícenásobném zpracování půdy. Výsledek vápnění je rovněž ovlivňován vlhkostí půdy a povětrností v období, kdy bylo rozmetání a zapravení hnojiva prováděno. Proto nejvhodnějším obdobím pro vápnění je pozdní léto a raný podzim, kdy je půda suchá a většinou i stabilní období bez srážek. S ohledem na možnosti homogenizace vápenatých hnojiv s půdou se nedoporučuje překračovat výši jednorázových dávek, a to v závislosti na půdním druhu u půd písčitých 1,0 t CaO/ha, u hlinitopísčitých půd 1,5 t, u písčitohlinitých 2,0 t, 34

35 u hlinitých 3,0 t a u jílovitohlinitých a jílovitých půd 0,5 t. Překračuje-li vypočtená dávka vápnění uvedené hranice jednorázových dávek, je účelné ji rozdělit do dílčích dávek a aplikovat v co možná nejkratším časovém intervalu po prvé dávce (maxim. do 2 let) nebo u jarních kultur rozdělit celkovou dávku na část aplikovanou na podzim a část aplikovanou před jarní přípravou půdy. Překročování optimálních hodnot ph je spojeno jen s malým nebo žádným výnosovým efektem, popř. efekt je omezen jen na některé na půdní reakci náročné plodiny. Ve svém důsledku to znamená, že dochází k neúměrnému nárůstu spotřeby vápenatých hnojiv a zejména ve vlhčích oblastech se pak nadměrně zvyšují ztráty vápníku vyplavováním z půdy. Důsledkem toho je pak celkové snižování ekonomické efektivnosti vápnění. Při nedostatku vápenatých hnojiv se přednostně vápní pouze melioračními dávkami, a to postupně pozemky s hodnotami ph, které se nejvíce liší od hodnot optimálních. Vychází se z poznatku, že přírůstky výnosů plodin dosažené vápněním jsou zpravidla tím vyšší, čím je stávající hodnota ph vzdálenější od optima Vápenatá hnojiva Vápenatá hnojiva se od ostatních průmyslových hnojiv odlišují svým působením. Mohou být zdrojem vápníku pro rostliny, ale většinou se používají za účelem zlepšení půdních vlastností, a to pro úpravu půdní reakce a sycení koloidů Ca. Mají tedy především meliorační charakter a svým působením v půdě vytvářejí předpoklady pro lepší výživu rostlin ostatními živinami a celkově zlepšují podmínky pro pěstované rostliny. Nelze opominout ani jejich příznivý vliv na stabilitu půdních vlastností, především v oblastech s vysokým zatížením exhalacemi. (VANĚK et al., 1991) Podle působení a použití je možné vápenatá hnojiva rozdělit do dvou skupin (VANĚK et al., 1991): 1. Vápenatá hnojiva přímá, která jsou zdrojem Ca pro rostliny, např. chlorid vápenatý (CaCl 2. 6 H 2 O). Používáme je v případech omezeného příjmu a zásobování rostlin Ca, hlavně mimokořenovou aplikací. 2. Vápenatá hnojiva nepřímá, která slouží především k úpravě půdních vlastností sycení sorpčního komplexu Ca a odstranění nevyhovující půdní reakce, nejčastější otupení půdní kyselosti. Podle vazby Ca rozlišujeme tyto formy (VANĚK et al., 1991): oxidová, hydroxidová CaO nebo Ca(OH) 2, 35

36 uhličitanová CaCO 3, CaMg(CO 3 ) 2, křemičitanová Ca 2 SiO 4, síranová CaSO 4. První 3 formy představují vápenatá hnojiva mající alkalický charakter a jsou používána k vápnění kyselých půd, případně k udržení optimální hodnoty ph. Sádra se naopak používá k odstranění Na ze sorpčního komplexu, a tedy ke snížení alkalické reakce a zasolení půd. Vývoj spotřeby vápenatých hnojiv v ČR v letech shrnuje Příloha Hnojiva k otupení kyselé půdní reakce Se vyznačují neutralizačním účinkem, který závisí na obsahu Ca a Mg, ale i jejich vazbách a jemnosti mletí. Při porovnání neutralizační schopnosti je možné počítat s těmito hodnotami (indexy): uhličitan vápenatý 100, uhličitan hořečnatý 119, dolomitický vápenec 108, oxid vápenatý 178, oxid hořečnatý 250, struska 85. (VANĚK et al., 1991) (viz Příloha 3) S ohledem na vzrůstající podíl alkalických půd, zvláště v sušších oblastech, je zapotřebí se také zmínit o využití síranu vápenatého (sádry). Tato sloučenina působí alkalicky, ale je používána k melioraci alkalických a zasolených půd, u kterých je zastoupení Na vyšší než 10 % sorpční kapacity v sorpčním komplexu. Složitá je otázka využití různých odpadních vápenatých hmot. Jedny z nejčastěji využívaných hnojiv jsou uhličitanová vápenatá hnojiva, zejm. vápence. Neutralizační efekt vápence spočívá v jeho reakci vodou, při níž se uvolňují ionty OH - : CaCO 3 + H 2 O Ca 2+ + HCO OH - Ionty reagují s nadbytečnými ionty H +, a tak je neutralizují. Při úplné neutralizaci acidity dosáhne ph půdy hodnoty kolem 8,3. Po aplikaci vápenatých hmot do půdy tyto také postupně reagují s CO 2 v půdním vzduchu za vzniku rozpustné formy kyselého uhličitanu: CaO + H 2 O + 2 CO 2 Ca(HCO 3 ) 2 Ca(OH) CO 2 Ca(HCO 3 ) 2 CaCO 3 + H 2 O + 2 CO 2 Ca(HCO 3 ) 2 (ŠIMEK, 2007) 36

37 Obr. 11 Vliv půdní textury na množství vápence potřebného k úpravě ph půdy z původního stavu na ph 6,5. Velké množství vápence je třeba na úpravu ph půd s velkou pufrační kapacitou. Jednorázová dávka vápence by však neměla být vyšší než 7 9 t/ha. (upraveno podle: Brady a Weil, 1999; in ŠIMEK, 2007) Kromě použití vápenatých hnojiv na eliminaci půdní acidity je také vhodným opatřením ke zlepšení kvality kyselých půd přídavek organické hmoty, např. kvalitního hnoje. Organické látky váží volné ionty Al 3+ do komplexů, a tím výrazně snižují toxicitu Al. Většině rostlin vyhovuje ph půdy kolem 6 7, neboť při tomto ph je přiměřená přístupnost většiny důležitých živin včetně mikroživin (viz obr. 12). Mírně kyselá až neutrální půdní reakce je také příznivá pro většinu důležitých mikrobiálních procesů v půdě. (ŠIMEK, 2007) 37

38 Obr. 12 Závislost přístupnosti prvků (živin) na ph půdy. Biologická přístupnost většiny živin je největší při ph mírně kyselém až neutrálním. Výjimkou jsou např. železo a mangan, přístupné při nízkém ph. (upraveno podle: Foth a Ellis, 1988, cit. in Ellis a Mellor, 1995; in: ŠIMEK, 2007) Možné pozitivní účinky vápnění deacidifikace půdy a vody, snížení pohyblivosti toxických sloučenin Al a těžkých kovů, zvýšení zásobnosti Ca a Mg zlepšení kvality humusu Možné negativní účinky vápnění zvýšení koncentrace nitrátových iontů v prosakující vodě, zvýšená mineralizace půdní organické hmoty, mobilizace mědi a olova ve formě organických komplexů, snížení dostupnosti bóru, redistribuce kořenů v půdním profilu do svrchnějších vrstev půdy, a tím následně vyšší zranitelnost (sucho, mrazy, vítr vývraty), 38

39 vyšší infekce patogeny, změny ve společenstvech půdních organismů. Při převápnění půd může dojít k závažným změnám mikrobních společenstev. Snížení využitelnosti fosforu, vytěsnění kationtů do půdního roztoku a tím jejich ztrátě. Potřebu vápnění ovlivňuje stupeň zvětrávání, obsah jílu, organické hmoty a její kvalita, forma acidity apod. Tuto hodnotu lze vypočítat nebo stanovit z tabulek podle výměnné půdní reakce, hydrolytické reakce, z titračních metod, tlumivosti atd. (JANDÁK a kol., 2003) Obr.13 Vápnění zemědělské půdy mechanickým způsobem aplikace s kontrolou úletu materiálu (ŠARAPATKA et al., 2002) 39

40 3. CÍL PRÁCE Vlivem intenzivního využívání zemědělské půdy dochází ke snižování její nasycenosti bazickými kationty, důležitými pro rostliny, půdní strukturu, ale také půdní reakci, která ovlivňuje to, jestli je půda kyselé, neutrální nebo zásadité povahy. Lidé, obhospodařující půdu, si tento problém většinou neuvědomují a dodávají pouze organická hnojiva, zejm. NPK, tedy dusík-fosfor-draslík. Vznikne tedy situace, kdy je z půdy odebrán veškerý vápník, ať už rostlinami nebo vlivem erozní činnosti vody, a začne se měnit půdní reakce půdy z alkalické, případně neutrální na kyselou. V této se rostlinám pěstovaným na zemědělské půdě nedaří, protože obsahují formy těžko dostupných prvků, ale zejména toxický hliník. Bakalářská práce, jenž držíte v rukách, má dva cíle. Prvním je sepsání literárního přehledu, který by měl čtenáři poskytnou dostatečné a pokud možno srozumitelné informace o problematice půdní reakce a druhým je názorný příklad zhoršování stavu půdy, původně kvalitní úrodné černozemě na pozemku Křenovice a následné hledání možností nápravy formou dodávání Ca 2+ vápněním. 40

41 4. MATERIÁL A METODY ZPRACOVÁNÍ 4.1 Metody Odebírání vzorků Půdní vzorky byly odebrány v podzimním období (říjen) z pozemku o výměře 0,343 ha, na které se vytvořila pomyslná síť souřadnic (viz obr. 14), která se kontrolovala pomocí zaměřování GPS (viz Příloha 4). Síť souřadnic, kterou bylo nutno vyrovnat, posloužila pro statistické vyhodnocení a také pro vyhodnocení dat pomocí programu AutoCAD. Zmiňovaná síť má obdélníkový tvar a sondy jsou v ní rozmístěny tak, že tvoří 3 samostatné celky po 2 řadách o 8 vzorcích v každé řadě. Vzorky byly odebrány z orniční vrstvy (0 30 cm) pomocí lopatky a značily se číslicemi od 1 48 a byly zaznamenávány do nákresu. Odebraná zemina se nechala asi 1,5 měsíce vyschnout (bylo odebráno větší množství pro opakování měření) v otevřených igelitových sáčcích. Po vysušení vzorků se zemina přesila přes síto o velikosti oka 2 mm. Následovalo vlastní vážení zeminy a následně měření ph aktivního a výměnného. Obr. 14 Síť odebíraných vzorků 41

42 4.1.2 Stanovení aktivní půdní reakce potenciometricky Princip metody: hodnota aktivní reakce se stanoví změřením ph vodní suspenze zeminy pomocí kombinované elektrody (v našem případě pomocí ph-metru). Reagencie: destilovaná voda zbavená oxidu uhličitého. Pomůcky: hmoždíř a síto (jemnozem), váhy, lžíce, zemina, ph-metr, kádinky, tyčinka. Postup stanovení: do kádinky o objemu 50 cm 3 se naváží 10 g zeminy na vzduchu vyschlé (jemnozem) a přidá se 25 ml destilované vody, zbavené CO 2 povřením 5 min. a vychladlé. Suspenze se 5 min. intenzivně míchá tyčinkou, pak se v kádince změří hodnota ph, která se odečte z ph-metru po ustálení měřených hodnot a označí se jako ph H2O. Po 30 minutách se půdní výluh změří ph metrem podruhé. Tab. 7 Hodnocení výsledků aktivní půdní reakce (JANDÁK a kol., 2003) ph H2O hodnocení zeminy < 4,9 silně kyselá 5,0 5,9 kyselá 6,0 6,9 slabě kyselá 7,0 neutrální 7,1 8,0 slabě alkalická 8,1 9,4 alkalická > 9,5 silně alkalická Stanovení výměnné půdní reakce Princip metody: ionty vodíku, poutané půdními koloidy, se vytěsní draselnými ionty a elektrometricky se změří výměnná půdní reakce půdy. Reagencie: chlorid draselný, roztok c(kcl) = 1 mol/l (74,56 g KCl se rozpustí v destilované vodě a doplní po rysku v odměrce na 1 litr). Pomůcky: hmoždíř a síto (jemnozem), váhy, lžíce, zemina, ph-metr, kádinky, tyčinka, destilovaná voda na opláchnutí ph metru. Postup stanovení: Do skleněných kádinek se naváží 10 g jemnozemě, přelije se 25 ml roztoku KCl, suspenze se míchá pomocí tyčinky po dobu 5 minut a ph-metrem se měří ph, dokud se hodnoty neustálí. Ustálená hodnota se odečte a zaznamená jako ph KCl. Po 30 minutách se půdní výluh změří ph metrem podruhé. 42

43 Tab. 8 Hodnocení výsledků výměnné půdní reakce (JANDÁK a kol., 2003) ph KCl hodnocení zeminy < 4,5 silně kyselá 4,6 5,5 kyselá 5,6 6,5 slabě kyselá 6,6 7,2 neutrální > 7,3 alkalická 4.2 Použité statistické metody Aritmetický průměr Aritmetickým průměrem charakterizujeme hodnotu, okolo níž kolísají jednotlivé prvky souboru. Pro neroztříděný soubor používáme jednoduchý aritmetický průměr. x N N x i i= = 1 1 ; (DRÁPELA et al., 1999) kde N x i i= 1 = x 1 + x x n = x + x x = nx (MINAŘÍK, 2006) Střední hodnota Střední hodnoty jsou číselné charakteristiky, které nahrazují jednotlivé hodnoty sledovaného statistického znaku. Zevšeobecňují tak jedním číslem velikost zkoumaného jevu v daném souboru. Význam středních hodnot spočívá hlavně v tom, že umožňují jednoduché a přesné srovnání obecné úrovně sledovaného jevu u dvou a více statistických souborů. (TŘETINA, 2007) Vzhledem k tomu, že je několik druhů středních hodnot, rozdělují se do dvou skupin. Do první skupiny patří aritmetický průměr prostý nebo vážený. Druhá skupina středních hodnot není závislá na všech hodnotách zjištěných u souboru statistických jednotek, ale jsou to takové hodnoty znaku, které jsou typické svojí polohou uvnitř souboru. Jsou to např. medián a modus. 43

44 Medián prostřední hodnota vzestupně uspořádané řady hodnot kvantitativního statistického znaku, tzn. že rozděluje statistický soubor z hlediska četností na dvě stejně velké části tak, že na jedné straně jsou hodnoty znaku nižší a na druhé vyšší než je medián. (TŘETINA, 2007) ~ 1 x = x + N x N pro N sudé ~ x = x pro N liché N (DRÁPELA et al., 1999) Modus nejčetnější hodnota kvantitativního znaku sledovaného souboru, nelze mu tedy určit takový soubor údajů, u nichž nedochází k opakování četnosti jednotlivých hodnot. (KUBÍČEK, DUFEK, 1974; in TŘETINA, 2007) h p 1 x ) = x0 + ; 2 2s p 1 kde: x 0 střed třídy s největší četností, s četnost třídy s největší četností, p četnost třídy vpravo od třídy s největší četností, l četnost třídy vlevo od třídy s největší četností (DRÁPELA et al., 1999) Rozptyl výběru a směrodatná odchylka Rozptyl je definován jako aritmetický průměr ze čtverců odchylek jednotlivých hodnot znaku od jejich aritmetického průměru. Z neuspořádaných hodnot znaku se počítá rozptyl formou prostého průměru. (TŘETINA, 2007) S 2 = var X = N j= 1 ( x j N x) Směrodatná odchylka je druhou odmocninou rozptylu. U skupinového rozdělení četností hodnot znaku se určuje rozptyl a směrodatná odchylka formou aritmetického průměru. (KUBÍČEK, DUFEK, 1974; in TŘETINA, 2007) 2 S = var X = N j= 1 ( x j N x) 2 (DRÁPELA, 1999) 44

45 4.2.4 Histogram četností Jedná se o plošný graf, který zobrazuje jednotlivé intervaly pomocí obdélníků. Jejich základna je rovna délce příslušného intervalu a jejich výška je dána četností téhož intervalu. Plocha obdélníku určitého intervalu se má k celé ploše histogramu. (KUBÍČEK, DUFEK, 1974; in: TŘETINA, 2007) 4.3 Bioklimatologická, geologická, geomorfologická, hydrologická charakteristika území Místo odběru vzorků se nachází mezi obcemi Prace a Křenovice, blíže k nim. Obec Křenovice spadá pod okres Vyškov, kraj Jihomoravský. Nacházíme se v nadmořské výšce 205 m. n. m. (viz Příloha 5 a 6) Poloha a základní údaje Podle CULKA a kol. (1995) spadá oblast do podprovincie panonské Lechovického bioregionu, který leží ve středu jižní Moravy. Bioregion je tvořen štěrkopískovými terasami s pokryvy spraší a ostrůvky krystalinika. Představuje část severopanonské podprovincie, ovlivněné srážkovým stínem. Převažuje zde 1. dubový vegetační stupeň, na severních svazích pak 2. bukovo-dubový stupeň. Bioregion je starosídelní oblastí, proto je dnes biodiverzita nízká, je zde však přítomna řada mezních prvků a probíhá tudy řada okrajů areálů. V bioregionu dnes dominují pole, travinobylinná lada jsou vzácná, lesíky téměř výhradně akátové, v luzích vrbové a topolové Klimatické podmínky podle ZZ KPP (BRHEL et al., 1971) Na území okresu Vyškov jsou zastoupeny 2 klimatické oblasti, a to teplé a mírně teplé. Pozemek Křenovice se nachází v oblasti teplé, značené A s klimatickým okrskem A3, což znamená teplý, mírně suchý okrsek, s mírnou zimou. Hodnoty hlavních meteorologických faktorů klimatického okrsku A3 jsou uvedeny v následujícím přehledu: Roční úhrn atmosférických srážek (v mm) Počet dní v roce se srážkami 1,0 až 10 mm 90 Počet dní v roce se srážkami 10 mm a více 15 45

46 Počet dní se sněžením za rok 35 Počet dní se sněhovou pokrývkou za rok 57 První den se sněhovou pokrývkou Poslední den se sněhovou pokrývkou Průměrná roční teplota vzduchu (ve ºC) 8,5 Počet dní letních za rok 43 Počet dní ledových za rok 40 Počet dní mrazových za rok 110 Počet hodin slunečního svitu za rok Nejčastější směr větru SZ, Z 1) Počet dní vegetačního období 2) 225 Počet dní hlavního vegetačního období 3) 165 Vysvětlivky: 1) severozápadní, západní, 2) tj. průměrné teploty vyšší než 5 ºC, 3) tj. průměrné teploty vyšší než 10 ºC Tab. 9 Průměrná teplota vzduchu (ºC) a průměrný úhrn srážek (mm) v období , naměřeno v hydrometeorologické stanici Slavkov u Brna, 212 m.n.m. Měsíc MPT 4) -2,2-0,8 3,8 8,8 14,3 17,1 18,9 18,1 14,4 9,0 3,8-0,2 MÚS 5) Průměrná roční teplota činí 8,8 ºC a průměrný roční úhrn srážek činí 544 mm. Tab. 10 Průměrná teplota vzduchu (ºC) a průměrná úhrn srážek (mm) v období , naměřeno v hydrometeorologické stanici Tuřany, 241 m.n.m. Měsíc MPT -2,5-0,3 3,8 9,0 13,9 17,0 18,5 18,1 14,3 9,1 3,5-0,6 MÚS 24,5 23,8 24,1 31,5 61,0 72,2 63,7 56,2 37,6 30,7 37,4 27,1 Průměrná roční teplota činí 8,2 ºC a průměrný roční úhrn srážek činí 490,1 mm. Vysvětlivky: 4) MPT měsíční průměry teplot, 5) MÚS měsíční úhrny srážek 46

47 Průměrné měsíční teploty a srážky T ( o C) 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0-5,0 I. II. III. IV. V. VI. VII. VIII. IX. X. XI. XII. Měsíc 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 R (mm) teplota srážky Graf 1 Klimadiagram průměrných měsíčních teplot a srážek pro období Průměrné měsíční teploty a srážky T ( o C) 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0-5,0 I. II. III. IV. V. VI. VII. VIII. IX. X. XI. XII. Měsíc 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 R (mm) teplota srážky Graf 2 Klimadiagram průměrných měsíčních teplot a srážek pro období Podle výše uvedené klimatické charakteristiky okresu Vyškov a podle rekognoskačního průzkumu terénu je možno učinit tyto stručné závěry z hlediska zemědělského a půdního. Atmosférické srážky splňují na převážné části okresu nároky zemědělských plodin na vláhu. Charakter srážek je převážně krajinný, v místech výraznějších výstupných proudů mají deště někdy krátkodobých charakter. 47

48 Ve střední a jižní části okresu Vyškov splňuje teplota vzduchu nároky na ni kladené obilovinami, hlavně v klimatických okrscích A3 a B2. Klima, jako jeden z půdotvorných faktorů, se uplatňuje při genezi půd. Z meteorologických faktorů jsou pro vznik půd nejdůležitější atmosférické srážky a teplota vzduchu. V klimatických okrscích A3 a B2 se uplatňuje vyšší teplota a nižší srážky, což umožňuje černozemní půdotvorný proces. Srážkové poměry pak v komplexu dalších půdotvorných činitelů umožňují proces illimerizace v různě intenzivním projevu. Na kvartérních pokryvech se vyvinuly černozemě, hnědozemě a místy illimerizované půdy. Na neogenních jílech nebo píscích převážně rendziny a černozemě, místy hnědé půdy. Protože je reliéf terénu na okrese Vyškov členitý, uplatňuje se prakticky ve všech klimatických okrscích, hlavně na prudších svazích bez drnového krytu, narušení půdotvorného procesu smyvem humusového horizontu a akumulací v depresních polohách Geologicko petrografické poměry podle ZZ KPP (BRHEL et al., 1971) Vyškovský okres budují dva významné geologické celky: na západě v oblasti Drahanské vrchoviny je to Český masiv a na východě Karpatská soustava. Na Slavkovsko zasahuje severovýchodní část Dyjskosvrateckého úvalu. Geologická stavba okresu je velmi pestrá a setkáváme se zde kromě druhohor se všemi geologickými útvarnými skupinami. Jsou zde zastoupeny: prvohory spodní karbon (kulm) třetihory paleogén a neogén čtvrtohory pleistocén, holocén Pro námi zkoumané území jsou z hlediska půdotvorného důležité čtvrtohory, kdy se v pleistocénu vytvořily spraše a sprašové pokryvy, terasy z převážně kyselého materiálu, svahoviny z převážně karbonátového materiálu, svahoviny z převážně kyselého materiálu. V holocénu vznikaly nevápnité (místy slabě vápnité) nivní uloženiny a vápnité nivní uloženiny. Pod těmito vrstvami se nachází břidličná, drobová a pískovcová souvrství z období kulmu, slínité horniny a silně vápnité pískovce karpatského flyše a jílovité a písčité sedimenty mořského neogénu. Geologická stavba okresu je tvořena nezpevněnými a zpevněnými sedimenty. 48

49 Ze zpevněných jsou pro náš výzkum významné především spraše, které zabírají podstatnou část území okresu, a to buď v mocných pokryvech nebo jako překryvy různých hornin útvarné skupiny třetihor a čtvrtohor. Souvislé plochy těchto spraší se uplatňují zejména v úvalu Vyškovském, úvaly Dyjsko-svrateckém, pahorkatině Hustopečské a pahorkatině Morkovické. Jsou pleistocenního stáří, hlinitostního zrnitostního složení a příznivých fyzikálních vlastností. Jsou to nejhodnotnější půdotvorné substráty, bohaté na uhličitan vápenatý, na nichž vznikají velmi hluboké půdy typu černozemí a hnědozemí, dobře zásobené rostlinnými živinami. V erozních reliéfech bývají však velmi často obnaženy Geomorfologie území Území okresu Vyškov přísluší ke geomorfologickému celku Českého masivu a soustavy Karpatské. (BRHEL et al., 1971) Na webových stránkách Portálu veřejné správy ČR ( jsem dohledala, že Křenovice, tedy oblast odběru vzorků, je zařazena následovně: Systém: Alpsko-himalájský Provincie: Západní Karpaty Subprovincie: Vněkarpatské sníženiny Oblasti: Západní vněkarpatské sníženiny Celky: Dyjsko-svratecký úval Podcelky: Pratecká pahorkatina Okrsky: Šlapanická pahorkatina Geomorfologická oblast Dyjsko-svratecký úval Zasahuje na území okresu jen malou částí při jihozápadní hranici poblíž Křenovic, Šaratic, Zbýšova a Hostěrádek-Rešovice. Je tvořen mírně zvlněným terénem o průměrné nadmořské výšce m. Tato geomorfologická oblast navazuje na východě na úval Vyškovský a na jihu na pahorkatinu Hustopečskou. Geologickým podkladem jsou v severní části této oblasti pleistocénní spraše a neogenní jílové sedimenty, v jižní části pak paleogénní slínité horniny karpatského flyše a poblíž Litavy nivní uloženiny (více viz Geologicko petrografické poměry). Hydrologické poměry jsou takové, že podzemní vody se při genezi půd příliš neuplatňují. Na spraších vznikly převážně černozemě a hnědozemě, na jílovitých 49

50 sedimentech mořského neogénu rendziny a černozemě a poblíž Šaratic, Zbýšova, Hostěrádek Rešova a Otnic, kde je půdotvorný substrát bohatý na sírany, také půdy solončakované. Poblíž toků na nivních uloženinách se vytvořily lužní půdy, místy nivní půdy s různě výrazným glejovým procesem Hydrologické poměry Z hlediska rostlinné výroby má půdní voda funkci základního činitele jak pro půdní organismy, tak pro rostliny. Přirozenými zdroji půdní vody jsou vodní toky, srážková vody a dále podzemní vody. Hydrologické poměry půd úzce souvisejí s celkovou geologickou stavbou území, s vertikálním geomorfologickým utvářením zemského povrchu, s klimatickými poměry a rozložením hydrografické sítě. Celkově je okres Vyškov charakterizován malou vydatností podzemních vod a pramenů. Také nemá velké vodní toky. Drobné potoky jsou odváděny říčkami Hanou do Moravy a Litavou do Svratky. Pro nás mají z hydrologického hlediska význam potok Rakovec, který protéká Křenovicemi a pod obcí Hrušky ústí do Litavy, a potok Romza, který zasahuje do polí mezi Křenovicemi a Prací. (Příloha 7) Obecně vzato vykazují hluboké spraše, sprašové hlíny a středně těžké svahoviny dobré hospodaření s půdní vláhou. Vlivem jemnější pórovitosti půdní vrstvy se lépe udrží půdní voda z podílu dešťových srážek, která působením gravitace zasákla hrubšími půdními póry. Spraše jsou poměrně dobře pro vodu propustné se středními hodnotami vododržnosti, umožňující dynamický pohyb půdní vody vzlínáním i všesměrně. V letních horkých periodách dochází však k vyššímu proschnutí půdní vrstvy do větších hloubek, takže se často uplatňuje kritický obsah půdní vody, způsobující nástup stadia prudkého vadnutí rostlin následkem nedostatku dynamicky přístupné vody Rostlinstvo Flóra v okresu Vyškov je nejen bohatá a rozmanitá, ale i značně složitá. V rámci fytogeografického členění ČR se stýkají na Vyškovsku oblasti: Drahanská vrchovina, Dyjsko-svratecký úval a Chřiby a Žďánický les. V rámci vegetačních stupňů spadá oblast do 1. vegetačního stupně, který je charakterizován geobiocenózou nejteplejších a nejsušších oblastí České republiky, vysokými průměrnými ročními teplotami, nízkým průměrem ročních srážek a dlouhým vegetačním obdobím. V tomto dubovém, tedy 50

51 1. vegetačním stupni je vůdčí rostlinou dub, např. dub zimní (Quercus petraea agg.), dub pýřitý (Quercus pubescens), dub cer (Quercus cerris), dalšími zástupci stromů, charakterizující tuto krajinu jsou javor babyka (Acer campestre), jeřáb břek (Sorbus torminalis), lípa srdčitá (Tilia cordata), habr obecný (Carpinus betulus). Z keřového pásma zde můžeme najít dřín obecný (Cornus mas), mahalebku (Prunus mahaleb, višeň turecká), višeň křovitou (Prunus fruticosa), ptačí zob obecný (Ligustrum vulgare), růži trnitou (Rosa spinosissima), mandloň nízkou (Prunus tenella) aj. A samozřejmě poblíž niv se vyskytující vrbu bílou (Salix alba) a introdukované topoly černé (Populus nigra) aj. Dominantním podrostem jsou neofyty netýkavka žláznatá (Impatiens glandulifera), slunečnice hlíznatá (Helianthus tuberosus), hvězdnice (Aster), zlatobýl obecný Soligado virgaurea L.) aj. Vzhledem k tomu, že se nacházíme v oblastech úrodných s dlouhým vegetačním obdobím, je samozřejmé, že zde převládá orná půda (pěstování pšenice, kukuřice a speciálních plodin), sady (pěstování meruněk, broskví, mandlí) a vinice, proto výše zmíněné rostliny můžeme spíše nacházet v podobě remízků či liniových prvků - v okolí cest, řek a rybníků, případně solitérní stromy Vliv člověka na půdotvorný proces Umělým půdotvorným faktorem, který ovlivňuje podstatně průběh půdotvorných pochodů, podmíněných přirozenými činiteli, je vliv lidské činnosti. Kulturní zásah člověka do půdotvorného vývoje se projevuje jak příznivě, tak i nepříznivě. Činnost člověka se projevuje zejména udržováním a postupným zvyšováním půdní úrodnosti. V oblasti černozemí, která byla odedávna osídlená a obdělávaná (pleistocén, od neolitu trvalé osídlení), je vývoj půd již dlouho ovlivňován polními kulturami a jejich agrotechnikou. Černozemě se tak zachovaly až do dnešní doby, i když současné klima neodpovídá klimatu té doby, v níž vznikaly. Zásah člověka se projevil také příznivě v některých oblastech hydromorfních půd, a to odvodněním a v oblastech sušších závlahami. Člověk také zvyšoval úrodnost půd, a to úpravou reakce vápněním, která je však v dnešních dobách velice opomíjená, zvýšením obsahu přístupných živin hnojením průmyslovými hnojivy, v mnoha případech nevhodnými, zvětšením biologické činnosti v půdách hnojenými statkovými hnojivy, zvětšením mocnosti ornice, kultivací a melioracemi apod. Na druhé straně se však činnost člověka projevila nepříznivě. Povrch půdy byl vystaven erozi, příčinou bylo rozorávání mezí, scelování pozemků do velkých lánů a ponechání půdy delší dobu 51

52 bez vegetačního krytu. Špatný vliv na půdní strukturu mají také pojezdy těžkou technikou za nevhodné vlhkosti; nakypřená půda je stlačována a dochází k porušení dobrých fyzikálních vlastností. Stejný dopad, ale ve větší míře, má používání okrajů polí, místo polních cest, ke komunikačním účelům. Všechny tyto záporně se projevující zásahy člověka je možno odstranit vhodnými protierozními zákroky, správným a účinným hnojením statkovými a průmyslovými hnojivy, vyzdvihuji potřebu vápnění, používáním vyhovujících mechanizačních prostředků a sjízdností zemědělských komunikací Základní geneticko-agronomická charakteristika půd Třídění a hodnocení půd spočívá na genetickém základě. Genetický vývoj současně odráží a zdůrazňuje agronomicky důležité znaky a vlastnosti půd. (BRHEL et al., 1971) Na poli Křenovice, kde byly na podzim odebrány vzorky, se nachází půdní typ černozem typická (luvická). Tab. 11 Porovnání celkového výskytu černozemí a ČM typické v okresu Vyškov Černozemě patří k nejrozšířenějším půdním představitelům na území okresu Vyškov a zaujímají celkem 22,227 ha, t.j. 44,31 % zemědělské půdy okresu. (BRHEL et al., 1971) Půdní druh Označení Výskyt v ha % zastoupení Černozemě ČM 22,227 44,31 Černozem typická ČM 16,787 33,47 52

53 5. VÝSLEDKY PRÁCE A DISKUSE Tato kapitola zahrnuje, jak zhodnocení výsledků naměřených v laboratoři, pro přehlednost znázorněných do tabulek a grafů, tak statistické zhodnocení výsledků. 5.1 Výsledky měření Jak již bylo zmíněno v kapitole 4.1 Metody, vzorky půdy byly měřeny 2krát, v rozmezí 30 minut, pro každé ph zvlášť. Tyto hodnoty jsou uvedeny v tabulkách Každá hodnota má své dané místo, podle toho odkud byla odebrána a očíslována (viz Příloha 8). Pro názornost uvedu příklad: Jako první byl odebrán vzorek s hodnotou ph KCl : 8,37 a 7,88. Z těchto hodnot byl vypočítán průměr 8,13 (viz tab. 14) a s těmito výsledky bylo nadále pracováno Výsledky aktivní půdní reakce Tab. 12 Výsledky prvého měření aktivní půdní reakce 8,64 8,14 7,90 7,85 6,81 8,78 8,76 8,61 7,52 7,44 6,71 6,49 8,53 8,36 6,83 6,98 6,52 6,66 8,45 8,18 7,26 6,82 6,83 6,72 8,89 8,07 7,29 6,83 7,15 6,31 8,48 7,89 7,41 6,91 6,48 6,63 8,51 8,26 7,44 7,18 7,15 6,47 8,37 7,76 7,64 7,64 7,38 7,28 Tab. 13 Výsledky druhého měření aktivní půdní reakce 8,48 8,23 7,99 7,95 6,82 6,78 8,60 8,66 7,21 7,36 6,65 6,62 8,30 8,31 6,89 6,97 6,65 6,75 8,18 8,08 7,14 6,87 6,92 6,82 8,64 8,07 7,28 6,82 7,24 6,42 8,10 7,96 7,41 6,91 6,50 6,72 8,00 8,23 7,37 7,27 7,28 6,61 7,88 7,81 7,64 7,68 7,49 7,36 53

54 Tab. 14 Aritmetický průměr výše uvedených hodnot aktivní půdní reakce 8,56 8,19 7,95 7,90 6,82 6,78 8,68 8,64 7,37 7,40 6,68 6,56 8,42 8,34 6,86 6,98 5,59 6,71 8,32 8,13 7,20 6,85 6,88 6,77 8,77 8,07 7,29 6,83 7,20 6,37 8,29 7,93 7,41 6,91 6,49 6,68 8,26 8,25 7,41 7,23 7,22 6,54 8,13 7,79 7,64 7,66 7,44 7,32 Zhodnocením výše uvedených výsledků bylo vypočítáno, že na pozemku o zkoumané výměře 0,343 ha je 33,3 %, tj. 16 půdních vzorků kyselé povahy. Z těchto 16 je 1 vzorek (2 %) kyselé povahy a 15 vzorků (31,3 %) slabě kyselé povahy. 2 %, tedy 1 půdní vzorek, je neutrální půdní reakce. 18 vzorků je slabě alkalické půdní reakce, což činí 37,5 % a 13 půdních vzorků je alkalické reakce, což je 27,1 %. Dále byla zhodnocena změna aktivní půdní reakce směrem od krajů pozemku do středu. Průměrné hodnoty, vypočítané z rozčlenění pozemku do 3 částí, jsou následující: 1. část 7,45; 2. část 7,31; 3. část 6,75 ph H2O 7,6 hodnota ph 7,4 7,2 7 7,45 7,31 6,8 6,75 6, směr klesajícího ph (m) Graf 3 Změna aktivní půdní reakce směrem od cesty do pole 54

55 Obr. 15 Zpracované výsledky měřeného ph H2O pomocí programu AutoCAD Statistika aktivní půdní reakce Aktivní půdní reakce má tyto statistické hodnoty: aritmetický průměr 7,45 medián 7,39 modus 6,68 směrodatná odchylka 0, rozptyl výběru 0, rozdíl max-min 3,18 maximum 8,77 minimum 5,59 součet 357,71 počet 48 Histogram aktivní půdní reakce Četnost nad 8 7,99-7,5 7,49-7,0 6,99-6,5 pod 6,49 Třídy ph Graf 5 Histogram aktivní půdní reakce 55

56 5.1.2 Výsledky výměnné půdní reakce Tab. 15 Výsledky prvého měření výměnné půdní reakce 8,13 8,27 7,81 7,66 6,65 6,40 8,05 8,19 7,43 7,33 6,44 6,43 8,07 8,25 7,03 7,00 6,39 6,47 8,05 8,16 7,08 6,73 6,61 6,49 8,17 8,06 7,11 7,76 6,95 6,23 8,07 8,00 7,32 6,83 6,71 6,56 7,87 8,11 7,31 7,14 7,15 6,52 7,77 7,88 7,56 7,56 7,36 7,20 Tab. 16 Výsledky druhého měření výměnné půdní reakce 8,09 8,17 7,73 7,70 6,64 6,33 8,11 8,11 7,41 7,31 6,46 6,36 8,00 8,14 6,98 6,91 6,35 6,52 7,93 8,05 7,04 6,71 6,66 6,46 8,08 7,92 7,01 6,74 6,95 6,20 7,92 7,95 7,21 6,81 6,54 6,55 7,73 7,94 7,44 7,16 7,08 6,48 7,33 7,77 7,57 7,56 7,35 7,22 Tab. 17 Aritmetický průměr výše uvedených hodnot výměnné půdní reakce 8,11 8,22 7,77 7,68 6,65 6,37 8,08 8,15 7,42 7,32 6,45 6,40 8,04 8,20 7,01 6,96 6,37 6,50 7,99 8,11 7,06 6,72 6,64 6,48 8,13 7,99 7,06 6,75 6,95 6,22 8,00 7,98 7,27 6,82 6,63 6,56 7,80 8,03 7,38 7,15 7,12 6,50 7,55 7,83 7,57 7,56 7,36 7,21 Zhodnocením výše uvedených výsledků bylo vypočítáno, že na pozemku o zkoumané výměře 0,343 ha je 22,9 %, tj. 11 půdních vzorků kyselé povahy. Z těchto 11 jsou 3 vzorky slabě kyselé povahy, 4 vzorky kyselé a 4 vzorky silně kyselé povahy. Hodnota 27,1 %, 13 půdních vzorků, je u neutrální půdní reakce. 24 vzorků je alkalické půdní reakce, což činí 50 %. Dále byla zhodnocena změna výměnné půdní reakce směrem od krajů pozemku do středu. Průměrné hodnoty, vypočítané z rozčlenění pozemku do 3 částí, jsou následující: 1. část 8,01; 2. část 7,22; 3. část 6,65 56

57 ph KCl 8,00 8,01 hodnoty ph 7,00 7,22 6,65 6, směr klesajícího ph (m) Graf 6 Změna výměnné půdní reakce směrem od cesty do pole Obr. 16 Zpracované výsledky měřeného ph H2O pomocí programu AutoCAD Statistika výměnné půdní reakce Výměnná půdní reakce má tyto statistické hodnoty: aritmetický průměr 7,29 medián 7,30 modus 6,50 směrodatná odchylka 0, rozptyl výběru 0, rozdíl max-min 2,00 maximum 8,22 minimum 6,22 součet 350,12 počet 48 57