Půdní reakce ph = - log konc.h +

Transkript

1 Půdní reakce ph = - log konc.h + řízeno: matečnou horninou stupněm zvětrávání a vyplavování činností člověka ph výměnné (ph KCl ) ph aktivní (ph H2O ) zásadité půdy - obvykle obsahují CaCO 3 a NaCO 3, výměnná kapacita saturována Ca 2+, Mg 2+, Na +, K + kyselé půdy -výměnná kapacita saturována H +, Al 3+

2 Hlavní zdroje kyselosti půd aktivní kyselost způsobená H + a Al 3+ v půdním roztoku výměnná kyselost způsobená vytěsněním výměnných H + a Al 3+ do půdního roztoku reziduání kyselost způsobená H + a Al 3+ na nevýměnných pozicích (nelze ji stanovit v rámci výměnné acidity, ale je ji možno neutralizovat vápencem) Při acidifikaci půd - vedle H + -významnárole i Al 3+ H 2 O H + H 2 O H + H 2 O H + Al 3+ AlOH 2+ Al(OH) 2 + Al(OH) 3 0 H 2 O H + H 2 O H + H 2 O H + 5,0 5,1 6,7

3 Vnitřek kořene Půdní roztok NH 4 + H + Ca 2+ 2 H + Příjem kationtů balancován uvolňováním H + - okyselování půdy Ca 2+ SO 4 2- Příjem kationtů balancován příjmem aniontů- nemávliv na ph NO 3 - HCO 3 - Příjem aniontů balancován výdejem bikarbonátových intů- alkalizující effekt

4 Skutečné ph - závisí na rovnováze mezi produkcí a spotřebou H iontů: Okyselující procesy (produkce H + ) tvorba k. uhličité disociace organických kyselin (RCOOH RCOO - + H + ) oxidace N,S a Fe sloučenin atmosférická depozice H 2 SO 4 a HNO 3 spotřeba kationtů rostlinami akumulace kyselé OH (fulvokyseliny) srážení kationtů v uhličitanech, Alkalizující procesy (spotřeba H + ) vstup karbonátů a bikarbonátů protonace kationtů (RCOO - + H + RCOOH) redukce N,S a Fe sloučenin atmosférická depozice Ca a Mg spotřeba aniontů rostlinami specifická adsorpce aniontů (hlavně SO 2-4 ) zvětrávání a uvolňování kationtů z hornin a hydroxidech a křemičitanech

5 Vztah mezi výměnnou a aktivní kyselostí Pufrační schopnost půd Schopnost půdy udržet si ph i když se do půdního roztoku uvolňují anionty nebo kationy čím větší CEC tím větší pufrační schopnost Význam: zaručuje stabilitu půdního prostředí ovlivňuje množství živin, které se musí do půdy přidat

6 ph x rostliny a organismy 1. Mění se dostupnost živin a toxicita prvků: Kyselé půdy: nízká dostupnost C,N,P.K,N a S, Mo, B zvýšená dostupnost Fe, Mn, Zn, Cu, Co (mikronutrientů) Alkalické půdy Mo a makronutrienty - dostupné, ale nízká dostupnost Fe, Mn, Zn, Cu a Co, také P a B Dostupnost P

7 2. Mění se enzymová aktivita a na prostupnost membrán 3. změna potravní nabídky pro půdní živočichy. 4. Změna rozpustnosti organické hmoty aktinomycety 10 tolerance ke zvyšující se alkalinitě většina bakterií většina hub 7 ph půdy bakterie oxidující S tolerance ke zvyšující se aciditě (Thiobacillus) 2

8 aerobní půdy ph není příliš ovlivněno oxidačně redukčními procesy respirace (H + = e - ) anaerobní půdy H + e -, vodíkové ionty, které vznikají v přebytku reagují s přítomnými látkami, ubývají ze systému a roste ph Okyselování půd činností člověka - hnojení dusíkem (síran amonný, fosforečnan amonný - organickými hnojivy (splaškové vody, hnůj) - kyselé depozice z atmosféry - drenážování pobřežních mokřadů - vykopání materiálů obsahujících pyrit Zvyšování ph činností člověka -vápnění - zaorávání posklizňových zbytků a mulčování

9 Hrubá primární produkce (HPP ) - respirace autotrofů (temnostní resp., kořeny) čistá primární produkce (NPP) - respirace heterotrofních organismů Nadzemní produkce: nadzemní části rostlin, mechy, řasy, lišejníky, Podzemní produkce: kořeny rostlin a rhizodeponie čistá produkce ekosystému (NEP) živá a mrtvá biomasa rostlin, živočichů a půdní org. hmota vytvořená za časovou jednotku Půdní organická hmota: celosvět. zásoba = 1,5 x g C 2-3 x více než v nadzemní biomase rostlin závisí na : NEP (NPP) abiotických faktorech (hlavně vlhkost a teplota) ekosystém produkce kořenů (% NPP) lesy mírného pásu louka mírného pásu step 50 polopoušť 12 zemědělské půdy: kukuřice, soja 25 produkce rhizodeponií: 1-30% HPP

10 Odhad NPP, ročního množství opadu a obsahu org. hmoty v půdě ekosystém čitá primární produkce gc m -2 rok -1 roční opad gc m -2 rok -1 obsah org. hmoty v půdě (gc m -2 ) dešťový prales les mírného pásu louka mírného pásu polopoušť tundra (lyšejníky, bylin.p.) poušť , zemědělská půda

11

12 půdní organická hmota (SOM soil organic mater) nezměněná rostlinný opad -nově do půdy vstupující nebo nezměněné komponenty starších zbytků, měřitelný jako lehká frakce půdní SOM,í 5-15% SOM -cytoplasmatické látky -strukturní rostlinné látky (primární a sekundární buněčné stěny) příčiny špatné rozložitelnosti strukturních látek: -nesnadná přístupnost krystalických částí celulózových a chitinových vláken -vysoký stupeň polymerace -stupeň hydratace polymerů, - propojení dvou a více různých polymerů (celulóza, hemicelulózy, pectin, lignin) v buněčných stěnách -fyzikální bariéra tvořená vosky (kutin, suberin), hydrofóbní vlastnosti -bakteriostatické vlastnosti některých rostlinných látek (hlavně komponenty ligninu, dále terpeny, alkaloidy, taniny)

13 kořeny rostlin 15-35% primární produkce (i 50% na loukách) v porovnání s nadzemními částmi rostlin obsahují větší podíl ligninu, vosků a suberinu kořenové exudáty 1-30 % primární produkce % nerozpustný materiál (polysacharidy hlavně hemicelulózy, pektin), zbytek jsou organické kyseliny, aminokyseliny a cukry přeměněná organická hmota odumřelí živočichové a zbytky živočichů, vpůdách dlouhodobě přetrvávají chitinové schránky

14 mikroorganismy a produkty jejich rozkladu - tvoří 2-4% SOM, - cytoplasmatické látky - buněčné stěny u bakterií tvoří cca 15% sušiny, u mikromycetů více -produkty metabolismu meziprodukty rozkladu slizy jejich tvorba ovlivněna: limitací P a N - zvyšuje se aerací půdy zvyšuje se po aeraci a v anaerob. podmínkách teplotou a vlhkostí zvyšuje se při nízkých teplotách a při snižování půdní vlhkosti humusové látky huminy, huminové kyseliny a fulvokyseliny většinou vysokomolekulární látky, o jejich vzniku se příliš neví, složité, nejednotné složení, komplexace s jílovými minerály a kationty

15 extrakce NaOH nebo Na 4 P 2 O 5 humin. extrakce silnou kyselinou sraženina = huminové kyseliny vroztoku = fulvokyseliny podíl jednotlivých extrahovaných komponent se mění s půdním typem Fulvokyseliny jsou nízkomolekulární látky (m.v ). Jsou složeny z aromatických jader s velkým množstvím postranních řetězců. Huminové kyseliny mají vyšší molekulovou hmotnost než fulvokyseliny ( ). Jsou složeny z aromatických jader, dusíkuv cyklické formě a peptidických řetězcích. Jsou tvořeny polykondenzací

16 Rostlinný materiál Snadno rozložitelný C Pomalu rozložitelný C Nesnadno rozložitelný C CO 2 CO 2 Aktivní půdní organická hmota (OH) Mikrobní biomasa CO 2 CO 2 Rostlinné a mikrobiální metabolity Pasivní půdní OH (humus) Stabilní a fyzikálně chráněný C CO 2 CO 2 Pomalu se rozkládající C

17 Podíl organické hmoty v půdě a její složení 3 Minerální podíl - 94% 6 Organická hmota 2 Mrtvá organická hmota - 84% 9 7 kořeny organismy 1 Bakterie včetně aktinomycet 3 45% 25% 14% 5 4 fungi houby 0% 20% 40% 60% 80% 100% mikrofauna mezofauna makrofauna megafauna Zodpovídají za transformaci více než 95% veškeré organické hmoty v půdě

18 Přenos energie z primárních producentů do heterotrofních organismů v dekompozičním potravním řetězci. Bacteria Fungi Microfauna Microflora Mezofauna Macrofauna 200 μm 2 mm 20 mm Nematoda Protozoa Acar Collembola Enchytraeidae Isoptera Isopoda Amphipoda Diplopoda Megadrili Coleoptera Mollusca μm mm Všichni heterotrofové nezávisle na velikosti či objemu se podílejí na spotřebě organické hmoty a živin v ní vázaných. Část spotřebovaného materiálu využívají ke stavbě svého těla a část je spotřebována (spálena) v katabolických procesech a přeměněna na oxid uhličitý

19 Závislost akumulace org. hmoty na teplotě a vlhkosti A = primární produkce B1 = rychlost dekompozice v aerobních podmínkách B2 = rychlost dekompozice v anaerobních podmínkách

20 Dusík v organické hmotě klimatická celkový N formy N (% celkového N) zóna (%) N * NH3** aminokyseliny aminocukry hydrolyzovatelný N arktická 0,02-0,16 13, ,1 4,5 16,5 mírný pás 0,02-1,06 13,5 27,5 35,9 5,3 17,8 subtropická 0,03-0,3 15, ,7 7,4 17,1 tropická 0,02-0,16 11, ,7 6,7 17,6 * N nerozpustný v kyselinách ** NH3 po hydrolýze, zahrnuje NH3 vázaný v jílových minerálech a z hydrolyzovaných kovalentních vazeb

21 N assimilation and mineralisation occur simultaneously. Whether mineralisation or immobilisation prevails during decomposition depends on C/N ratio of decomposed material Decomposed material, C/N = g C & 2 g N NO 3- NH 4 + N 2 CO 2 40 g Yield = 60% Produced microbial cell, C/N = g C & g N N mineralization can never be eliminated in healthy soil. But mineralized N can be used by plants, other microorganisms or bind on clay.

22 Soil profile description 5 cm bulk density (g cm-3) moisture (%H2O) ph (H2O) 20 cm Soil depth 100 cm Change of measured parameters with depth of soil profile (mean, median, 10th, 25th, 75th, 90th percentiles, n=36)

23 Microbial respiration and counts of bacteria in soil profile respiration rate (μg C g -1 h -1 ) bacteria (DC*10 9 g -1 ) 5 cm 20 cm Soil depth 100 cm % of respiration activity is concentrated in upper 20 cm respiration decreased with depth faster than bacterial counts

24 Velikostní rozdělení půdních organismů vychází z toho, že organismy podobné velikostí mají: podobnou generační dobu osídlují volné prostory podobné velikosti využívají podobnou velikostní škálu potravy s podobnou účinností (přímý podíl na toku energie může být důležitý pouze tam, kde organismus a zdroj potravy jsou podobné velikosti) Bacteria Fungi Nematoda Microfauna Microflora Protozoa Mezofauna Macrofauna 200 μm 2 mm 20 mm Acar Collembola Enchytraeidae Isoptera Isopoda Diplopoda Megadrili Amphipoda Coleoptera Mollusca μm mm

25 Mikrotrofní společenstva Mezotrofní společenstva Makrotrofní společenstva - vodní film na povrchu OH a pórů, povrch kořenů - hlavní zdroj potravy: mikroorganismy - generační doba: dny až týdny - velikost: od 10-7 do g 1. článek potravního řetězce - vzdušné prostory mezi a uvnitř OH a uvnitř pórů - hlavní zdroj potravy: houby, mikrofauna - generační doba: měsíce - velikost: od 10-2 do 10-7 g nedochází k mechanickému rozrušování profilu rozvoj založen na využití velkého množství zdrojů houbami - pohyb v půdním profilu - hlavní zdroj potravy: OH, mezofauna - generační doba: rok a více - velikost: řádově gramy mechanické rozrušování profilu a OH

26 Zásadité půdy