Kvalita a zdraví půd Přednáška č.5. zajímavé postřehy. Acidifikace

Transkript

1 , Brno Připravil: Vítězslav Vlček, Ph.D. Kvalita a zdraví půd Přednáška č.5 zajímavé postřehy. Zneužíváme půdu, protože ji považujeme za zboží, které nám patří. Pokud však vidíme zemi jako součást společenství, k němuž patříme, můžeme ji začít používatsláskouaúctou. Aldo Leopold, cca 1949 Acidifikace 1

2 definice acidifikace (=okyselování) patří k jedněm z nejvážnějších impaktů na půdu zejména v lesních ekosystémech a na minerálně chudých substrátech. příznaky byly poprvé popsány v r R. A. Smithem v Manchesteru(termín kyselý déšť ). kacidifikacinejvícepřispívajíemiseso 2,NO x anh 4, proces vede k vyplavování bazických kationtů do vod a vazebná místa pro kationty v půdě jsou nahrazována H + a Al 3+ s následkem toxického působení na rostliny a mikroorganismy. nejvíce postiženy jsou horské oblasti s vysokými srážkami, největší lesnatostí a převážně nízkou pufrační (tlumivou) kapacitou půd v důsledku pomalého zvětrávání minerálů a nízké nasycenosti půdy bazickými kationty. kapacita většiny našich půd neutralizovat kyseliny zvětrávacími procesy je v rozpětí od 0,5 kmol ha -1 rok -1 na chudých substrátech,do2kmolha -1 rok -1 nabohatšíchsubstrátech. vzhledem k tomu, že kyselá depozice byla v minulosti ještě vyšší a její působení se dá počítat na desetiletí, jsou výsledkem závažné změny v chemickém stavu půdy a její resilienci. 2

3 O 3 Emise Sox, Emise NOx H 2 SO 4 HNO 3 H + SO4 H + NO 3 Mokrá depozice Suchá depozice sírany, vápník, hořčík úhyn živočichů reakce s křemičitanovými minerály obsahujícími hliník hliník Zdroj: www2.mcdaniel.edu 3

4 ph se nemění v důsledku rozpouštění uhličitanu vápenatého ph rychlost acidifikace je určována obsahem humusu a jílu (KVK) Acidifikace zpomalována zvětráváním alumosilikátů došel dostupný hliník v půdě neutralizace rozpouštěním Al v půdě neutralizace Rozpouštěním Fe v půdě čas (např. roky ale i desetiletí, případně století) Proces acidifikace má několik vývojových fází: 1. hodnoty ph se zpočátku nemění, protože půda obsahuje zásobu bazických kationtů, které pufrují kyselé vstupy 2. po překročení pufrovacíkapacity půdy začíná půdní reakce rapidně klesat 3. hliník je při ph vyšším než 4,2 v půdě imobilní 4. mobilita hliníku prudce stoupá při poklesu ph pod 4,2 v půdě začíná proces jeho vyluhování 5. v poslední fázi se už dají jednoznačně dokázat škodlivé vlivy na ekosystém (poškození porostů, hynutí ryb apod.) 4

5 Roční depozice S a N na plochu ČR Zdroj: old.chmi.cz Poškození půd okyselením zhoršení půdní struktury a provzdušněnostitvorbou nekvalitního humusu pokles biologické aktivity snížení efektivnosti použitých hnojiv zhoršení úrodnosti snížení sorpční kapacity snížení pufrovitosti uvolnění kovů do prostředí Další důsledky kyselosti půdy na její hygienu aktivizace patogenních a jiných hub v půdě s následným rozvojem chorob rostlin, snížení počtu a aktivity hlízkových bakterií, snížení nitrifikační schopnosti půd, zpomalení uvolňování minerálního dusíku z organické hmoty a humusu v půdě snížení příjmu fosforu a bóru rostlinami petrifikace fosforu, tvorba variscitu a strengitu, deficience draslíku a jeho uvolňování do půdního roztoku 5

6 Další důsledky kyselosti půdy na její hygienu - pokračování zhoršení kvality humusu(převaha FK nad HK) zvýšená mobilita těžkých kovů a jejich zvýšená akumulace v rostlinách, toxicita hliníku a poškozování kořenů rostlin, destrukce půdy a zvýšená eroze rozpadem struktury snížení klíčivosti semen a snížení výnosu kulturních plodin Vliv ph na mobilitu některých prvků Vápnění kyselých půd má dvojí význam: zlepšení kvality půdy zlepšení výživy rostlin Kvalita půdy se po vápnění zlepšuje: tvorbou drobtovité struktury tvoří se kvalitní humus zlepší se činnost mikroorganismů zvýší se příjem kationtů (draslíku až o 92 %!!!) zvýší se příjem fosforu (až o 30 %) zvýší se výživa dusíkem (až o 21 %) 6

7 Potřeba a použití vápnění řídí se stupněm kyselosti a podle výsledků chemického rozboru jsou dva typy vápnění meliorační (upravuje reakci zásadním působem, odstraňuje poruchy) udržovací (uchovává půdní reakci na požadované úrovni) zásady vápnění vápnit v pozdím létě nebo na podzim dodržet odstup mezi vápněním a organickým hnojením CaO nepoužívat z jara pálené vápno rozmetat za suchého počasí slín rozhodit na podzim (Fe) louky a pastviny vápnit po poslední seči na lehkých a středních půdách zapravit podmítkou a potom orbou na těžkých půdách rozdělit celkovou dávku na dvě první zapravit podmítkou a druhou orbou 7

8 Potenciální odolnost půd vůči acidifikaci (z hlediska dosažení kritické hodnoty ph 4) půdní typ vysoká střední slabá litozem, X X X ranker X X regozem, fluvizem, koluvizem X X X rendzina, pararendzina, smonice černozem a černice X X šedozem, hnědozem, luvizem, kambizem X X andozem X X kryptopodzola podzol stagnoglej X X glej a pseudoglej, organozem X X X solončak, slanec X X X jílovitá karbonátová písčitá nekarbonátová Zasolení/ alkalizace definice zasolování půd je jedním z půdotvorných procesů. Jedná se o akumulaci vodo-rozpustných solí (problém zejména aridních oblastí). tentojevjespojensvyššímobsahemsolívpůdnímroztoku,či podzemní vodě se všemi nepříznivými dopady na půdu. zasolování půd vlivem lidské činnosti, je často spojováno s nadměrným použitím minerálních hnojiv či nevhodné závlahové vody. 8

9 rozsah zasolování půd se v Evropě týká asi 4 milionu hektarů, přičemž nejvíce je ohrožena Kampánie, údolí řeky Ebro a Velká uherská nížina. jako nezasolené se označují půdy s koncentrací pod 0,2 % v suš. škodlivost pro většinu zemědělských plodin se nebezpečnost snižuje v pořadí:mgcl 2,Na 2 CO 3,NaHCO 3,NaCl,CaCl 2,MgSO 4,Na 2 SO 4 soli CaSO 4, MgCO 3, a CaCO 3 škodlivé jen při vyšších koncentracích Pro škodlivost není podstatná koncentrace ale druh solí Kritické hodnoty některých prvků (mg/kg) prvek obsah metoda rozboru P 250 přístupný dle Egnera K 400 přístupný dle Schachtschabela S 60 v 1M HCl Cl 4 vodní výluh Na 15 max. 15 % Na (mmol/kg) z celkového T Klasifikace půd dle zasolení dle USDA třída obsah ve vodě rozpustných solí [%] elektrická vodivost v [ms/cm] slovní označení 0 0,00 0, nezasolená 1 0,15 0, slabě zasolená 2 0,35 0, středně zasolená 3 nad 0,65 nad 15 silně zasolená 9

10 Klasifikace snášenlivosti zemědělských plodin k salinitě podle koncentrace (Maas, 1990) snášenlivost koncentrace solí [ms/cm] plodina citlivé pod 1,5 fazol, jetel, mrkev, salát středně citlivé 1,5 3,0 kukuřice, vojtěška, brambory středně snášenlivé 3,0 6,0 sója, pšenice snášenlivé 6,0 10,0 ječmen, cukrovka Tolerance vybraných plodin k zasolení (podle Gupta, Abrol, 1990, upravil Šarapatka) plodina tolerance [ms/cm] 50% výnos [ms/cm] ječmen 8,0 18,0 cukrovka 7,0 15,0 pšenice 6,0 13,0 sója 5,0 7,5 rajčata 0,5 7,6 kukuřice 1,7 5,9 vojtěška 2,0 9,0 Dělení vodních zdrojů v závislosti na koncentraci solí (Carter, 1969) salinita vodivost (ms/cm) popis nízká 0,00 0,40 střední 0,40 1,20 vysoká 1,20 2,25 Lze použít pro závlahu většiny plodin, možnosti zasolení jsou nízké. V těchto podmínkách mohou být pěstovány plodiny se střední tolerancí k zasolení bez speciálních opatření. Tato voda nemůže být použita na půdy s omezeným drénováním. velmi vysoká 2,25 5,00 Tato voda může být použita pouze pro závlahy ve speciálních podmínkách. Nezbytná je odpovídající drenáž. 10

11 Potenciální nebezpečí sekundárního zasolení půd půdní typ slabé střední silné Litozem X Ranker, rendzina, pararendzina X Regozem X Fluvizem, glej, organozem X X X koluvizem, šedozem, hnědozem X Smonice X X Černozem a černice X X X Luvizem 0 Kambizem X Andozem, kryptopodzol, podzol 0 Pseudoglej a stagnoglej 0 Intoxikace cizorodými látkami a prvky kontaminace nejčastěji lidskou činností (hnojiva, pomocné látky, kaly, sedimenty, úniky průmyslové výroby apod.). povolené limity obsahů rizikových prvků v půdě jsou uvedeny ve vyhlášceč.13/1994sb.a382/2001sb. vyšší obsahy rizikových prvků v půdách mají negativní dopady na biologické a fyzikálně-chemické procesy v půdě, riziko kontaminace potravního řetězce a negativně působí na zdraví člověka/zvířat. 11

12 těžké kovy jsou označovány prvky o objemové hmotnosti vyšší než 5 g/cm 3 hyperakumulace schopnost rostlin vázat TK v koncentracích nad 0,1 hm. %v sušině (výjimkou Zn1 %, Cd 0,01 % a Au 0,0001 %), pro rostliny používán termín metalofyty(základ fytoextrakce) organické látky radioaktivní látky Transferové faktory půdních typů (obsah rostlina:půda) prvek Regozem (P) Luvizem (H) Černozem (H) Cd 2,30 1,1 2,9 Zn 3,57 1,7 6,2 Ni 0,75 0,1 1,2 Cu 0,21 0,16 0,5 2,26 1,0 2,6 1,76 0,9 3,1 0,22 0,05 0,6 0,18 0,16 0,4 1,09 0,9 1,4 1,74 0,5 1,0 0,07 0,03 0,1 0,14 0,1 0,3 KP (HP) 3,09 1,8 5,0 0,60 0,3 0,9 0,05 0,02 0,08 0,10 0,08 0,3 2,30 průměr všech variant 1,1 2,9rozmezí varianty (min. bez přidání TK, max. nejvyšší dávka, 1.sklizeň) Relativní toxicita některých rizikových prvků pro biotu prvek půdní fauna mikrobiota cévnaté rostliny terestrická fauna člověk Pb střední nízká střední vysoká Cd vysoká střední vysoká velmi vysoká Cu střední nízká střední střední Zn střední střední nízká nízká Ni nízká vysoká nízká nízká Cr nízká střední nízká nízká Hg střední střední vysoká velmi vysoká 12

13 Obsahy TK v daném typu média Hg Cd Pb atmosféra (mg/m 3 ) 0,0003 0,003 0,007 pitná voda (mg/l) 0,001 0,005 0,05 půda (návrh, mg/kg) potraviny (mg/kg) 0,01 0,05 0,5 nealko nápoje (mg/l) 0,002 0,05 0,3 objemná krmiva čerstvá (mg/kg) 0,1 0,30 2,0 průmyslové komposty (mg/kg) 1, Koncentrace chemických prvků (mg/kg) v různých hmotách (Hraško, Bedrna, 1988) chem. prvek Silikátové horniny půda vápenec superfosfát kaly ropa Cd 0,1 5 0,1 1 0,1 2 7, ,02 Cr As ,05 1,1 Hg 0,1 0,4 0,01 0,3 0,01 0, ,1 37 0,02 30 Ni Pb , , Sb 0,1 20 0,1 15 0,2 0,5 0, Cu 0,3 12 0,9 14 0,3 10 0,3 38 7, ,3 200 Zn 0, ,2 6 Rizikové prvky v půdách (obsah v mg/kg) zemědělského PF (vyhláška MŽP č. 13/1994 Sb.) prvek výluh v 2M HNO 3 (půda:roztok 1:10) Maximální přípustné hodnoty celkový obsah (lučavka královská) lehké půdy ostatní půdy lehké půdy ostatní půdy As 4,5 4,5 30,0 30,0 Be 2,0 2,0 7,0 7,0 Cd 0,4 1,0 0,4 1,0 Co 10,0 25,0 25,0 50,0 Cr 40,0 40,0 100,0 200,0 Cu 30,0 50,0 60,0 100,0 Hg - - 0,6 0,8 Pb 50,0 70,0 100,0 140,0 13

14 Stříbro v současnosti považováno za bezpečné ale při vyšších koncentracích v rostlinách pozorován např: oxidativní stres v rostlinách produkce fytochelatinů ovlivnění příjmu vody rostlinami inhibice enzymů vliv na signální dráhy rostlin, biosyntézu ethylenu apod. Samostatnou kapitolou jsou pak spady radioaktivních látek Zdroj: nuclearfreeplanet.org 14

15 Zdroj: cs.wikipedia.org a play/toxipedia/ddt Potenciální nebezpečí intoxikace půd nebezpečnými prvky 1. skupiny (Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mn, Ni, Pb, Zn) půdní typ slabé střední silné Litozem, glej X X X ranker X X regozem, fluvizem, koluvizem X X X rendzina a pararendzina X X smonice černozem a černice X X šedozem, hnědozem, luvizem, kambizem X X andozem X X kryptopodzol a podzol X X stagnoglej pseudoglej X X Organozem, solončak, slanec X X jílovitá karbonátová alkalická písčitá nekarbonátová kyselá Ztráta půdní organické hmoty 15

16 Průměrný čas setrvání uhlíku v různých rezervoárech průměrně stráví atom uhlíku: 5 let v atmosféře, 10 let ve vegetaci(včetně stromů), 35 letv půdě, a 100 let v moři. u půd ve vyšších nadmořských výškách je tento čas delší Půdní organická hmota (SOM) je pouze malou částí půdy, její význam je ale obrovský!!! organická hmota minerální část Proč dochází k akumulaci SOM Akumulace humusu u Anhydromorfních půd Akumulace humusu u hydromorfních půd 16

17 Poměr prvků v humusu a v posklizňových zbytcích poměr humus posklizňové zbytky C:N C:P C:S Vztah mezi minerální frakcí a organickou hmotou Adapted from Magdoffand Weil (2003) Neorejte nebo nepojíždějte po půdě když je vlhká!!! Ohrožení struktury Půdy s vyšším obsahem C jsou sice odolnější k poškození Struktury, ale (Watts and Dexter, 1997) 17

18 Rozdělení organické hmoty v půdě (hm. %) (Theng et al. 1989, cit. Wood 1995, upraveno) Půdní organická hmota živá < 4 % mrtvá > 90 % kořeny 5 10 % živočichové % mikroorganizmy % organické zbytky % humus % Živé organismy Posklizňové zbytky Biologicky aktivní část humus Na základě odolnosti vůči mikrobiálnímu rozkladu a rozpustnosti v kyselinách a louzích se humusové látky dělí na: Fulvokyseliny(FK), rozpustné ve vodě Hymatomelanové kyseliny rozpustné v ethanolu Humínové kyseliny(hk), rozpustné v louzích Humáty jsou soli humínových kyselin Humíny jsou látky vzniklé spojením anorganického podílu a humínové kyseliny Humusové uhlí konečný produkt kondenzace Kvalita humusu se hodnotí poměrem HK:FK a poměrem C:N 18

19 I když je nepravděpodobné, že by 2 humusové molekuly měli naprosto stejné složení, mají obecně tyto společné vlastnosti: extrémní chemické složitost odolnost vůči dalšímu rozkladu vysoký specifický povrch a záporný náboj tmavou barvu 2 % organické hmoty 4 % organické hmoty Zdroj MzJmN/Understanding_Soil_Organic_Matter_powerpoint_p pt_presentation Efekt 20-letého rozdílného obdělávání půdy 19

20 Půdní vzorky z osevních postupů pokusů Eda Stricklinga. 25 let konvenčního pěstování kukuřice 20 let pěstována lipnice a následně 5 let konvenčně kukuřice Ale když přidáme vodu 25 yrs of conventional corn 20 yrs of bluegrass, then 5 yrs conventional corn Efekt 20letého osevního postupu na SOM při pěstování kukuřice v Beltsville (silt loam) Maryland varianta s lipnicí nepřetržité pěstování kukuřice s orbou 20

21 Význam organických hnojiv zabezpečují přísun organických látek do půdy, jsou zdrojem energie a uhlíku pro půdní mikroorganismy, a tím pozitivně ovlivňují biologickou činnost půdy, chrání trvalý humus před rozkladem(degradací), zvyšují stabilitu půdních agregátů, příznivě působí na řadu fyzikálně-chemických vlastností půdy, Význam organických hnojiv - pokračování organická hnojiva jsou hnojivy univerzálními, obsahují všechny rostlinné živiny a zlepšují využití živin, zlepšují v půdě hospodaření s vodou (zvyšují vsak, vododržnost půdy aj.), omezují působení vodní a větrné eroze v půdě, příznivě ovlivňují obsah přístupného fosforu v půdě a mohou působit na vyvázání(imobilizaci) cizorodých prvků. půdní organická hmota (Soil Organic Matter) Kolik je tedy dost? 21

22 Jaký je stav organického hnojení průměrná roční spotřeba organických látek je na orných půdáchcca4t/ha(r.1991) z 57 % se na ní podílely posklizňové zbytky, včetně kořenové hmotyaexudátů (2,35tOL/ha)acca 43%měla uhraditorg. hnojiva(1,76tol/ha). dodáno však bylo pouze 1,26 t OL/ha (Škarda a Římanovský, 1991),a v r již jen 0,6 až 0,7 t organických látek na 1 ha orné půdy(richter et al. 2001). toznamenáocca1t/haméněoprotipotřebě Co brání vyššímu využívání organických hnojiv? cena náklady na hnojení tuhými průmyslovými hnojivy se dle použité technologie a výměry pohybují cca od 200 do 300 Kč/ha, náklady na hnojení hnojem se při dávce 30 tun/ha pohybují cca od do Kč/ha (Kovaříček 2002). nedokonalé ekonomické hodnocení přínosů organického hnojení. neexistující metodika pro oceňování organické hmoty v hnojivu dle kvalitativních ukazatelů Jak by šlo dosáhnout vyššího využívání organických hnojiv? dotační podporou hnojení organickými hnojivy (zrušená dotace MZe na využívání kompostů v zemědělství). dotační podpora na využívání biologických odpadů. opatření na straně farmáře(škarda 1992): kvalifikovaná volba systému organického hnojení, bilancování organických látek v zemědělství na bázi kvalitních a efektivně využívaných statkových hnojiv či kompostů. oceňování kompostů na základě kvalitativních parametrů 22

23 Shrnutí odolnosti půd vůči degradaci Kategorie půd v ČSFR podle odolnosti vůči poškození, Kategorie půd Půdní druh Půdní typ I. neodolné lehké KA, KAd, PZ, + mělké a silně skeletovité půdy II. silně náchylné lehké + střední III. náchylné IV. slabě náchylné střední těžké střední těžké CE, RN, FL, CC, KA, KAd, PZ, PG, GL, FLg, CCg, dále erozní formy půd na svazích nad 12 st. HN, LU, FL, CC, PG, KAq, KAd, (HNq, LUq, KAq) KA, KAd, GL, (FLq, CCq) a erozní formy půd na svazích 7-12 st. CE, RZ CC, FL, PG, (KAq) V. odolné těžké CE, SM, RZ Měli byste znát odpovědi na otázky: co je to acidifikace, salinizace a jak vzniká které sloučeniny mohou způsobovat zasolení co mohu udělat s půdou intoxikovanou TK čím je neutralizovaná půda při určitém ph jaký má vliv salinizace, acidifikace na půdu jaký má vliv snížení POH, jaký je průměrný obsah orných půd včr u půd vhorských oblastech je větší množství POH proč co brání většímu používání organických hnojiv v ČR opatření proti acidifikaci které půdy jsou obecně odolnější vůči acidifikaci (vyber z přiloženého seznamu) a proč 23

24 co brání většímu používání organických hnojiv v ČR opatření proti acidifikaci, salinizaci, intoxikaci TK které půdy jsou obecně odolnější vůči acidifikaci a proč které půdy jsou obecně náchylnější vůči intoxikaci TK a proč potřeba vápnění 24