, Brno Připravil: Vítězslav Vlček, Ph.D. Kvalita a zdraví půd. Přednáška č.5

Transkript

1 , Brno Připravil: Vítězslav Vlček, Ph.D. Kvalita a zdraví půd Přednáška č.5

2 Acidifikace

3 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 ). k acidifikaci nejvíce přispívají emise SO 2, NO x a NH 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.

4 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, do 2 kmol ha -1 rok -1 na bohatších substrátech. 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.

5 O 3 Emise Sox, Emise NOx H 2 SO 4 HNO 3 H + SO 4 H + NO 3 Mokrá depozice Suchá depozice sírany, vápník, hořčík úhyn živočichů reakce s křemičitanovými minerály obsahujícími hliník hliník

6

7 Zdroj: www2.mcdaniel.edu

8

9 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)

10 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 pufrovací kapacity 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.)

11 Roční depozice S a N na plochu ČR Zdroj: old.chmi.cz

12 Poškození půd okyselením zhoršení půdní struktury a provzdušněnosti tvorbou nekvalitního humusu pokles biologické aktivity snížení efektivnosti použitých hnojiv zhoršení úrodnosti snížení sorpční kapacity snížení pufrovitosti uvolnění kovů do prostředí

13 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

14 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

15 Vliv ph na mobilitu některých prvků

16 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 %)

17 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)

18

19 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

20 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 X černozem a černice X X šedozem, hnědozem, luvizem, kambizem X X andozem X X kryptopodzol a podzol X stagnoglej X X glej a pseudoglej, organozem X X X solončak, slanec X jílovitá karbonátová písčitá nekarbonátová

21 Zasolení/ alkalizace

22 definice zasolování půd je jedním z půdotvorných procesů. Jedná se o akumulaci vodo-rozpustných solí (problém zejména aridních oblastí). tento jev je spojen s vyšším obsahem solí v půdním roztoku, 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.

23 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

24 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

25 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

26 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

27 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

28 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.

29 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

30 Intoxikace cizorodými látkami a prvky

31 kontaminace nejčastěji lidskou činností (hnojiva, pomocné látky, kaly, sedimenty, úniky průmyslové výroby apod.). povolené limity obsahů rizikových prvků v půdě jsou uvedeny ve vyhlášce č. 13/1994 Sb. a 382/2001 Sb. 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.

32 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 Zn 1 %, Cd 0,01 % a Au 0,0001 %), pro rostliny používán termín metalofyty (základ fytoextrakce) organické látky radioaktivní látky

33 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 2,9 rozmezí varianty (min. bez přidání TK, max. nejvyšší dávka, 1.sklizeň)

34 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

35 Obsahy TK v daném typu média Hg Cd Pb atmosféra (mg/m 3 ) 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,

36 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

37 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

38 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.

39 Samostatnou kapitolou jsou pak spady radioaktivních látek Zdroj: nuclearfreeplanet.org

40

41 Zdroj: cs.wikipedia.org a play/toxipedia/ddt

42 Potenciální nebezpečí intoxikace půd nebezpečnými prvky 1. skupiny (Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mn, Ni, Pb, Zn) jílovitá karbonátová alkalická písčitá nekarbonátová kyselá 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 X 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

43 Ztráta půdní organické hmoty

44

45 Průměrný čas setrvání uhlíku v různých rezervoárech průměrně stráví atom uhlíku: 5 let v atmosféře, 10 let ve vegetaci (včetně stromů), 35 let v půdě, a 100 let v moři. u půd ve vyšších nadmořských výškách je tento čas delší

46 Půdní organická hmota (SOM) je pouze malou částí půdy, její význam je ale obrovský!!! organická hmota minerální část

47 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 %

48 Živé organismy Posklizňové zbytky Biologicky aktivní část humus

49 Proč dochází k akumulaci SOM Akumulace humusu u Anhydromorfních půd Akumulace humusu u hydromorfních půd

50 Vztah mezi minerální frakcí a organickou hmotou Adapted from Magdoff and Weil (2003)

51 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)

52

53 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

54 Efekt 20-letého rozdílného obdělávání půdy 2 % organické hmoty 4 % organické hmoty Zdroj MzJmN/Understanding_Soil_Organic_Matter_powerpoint_p pt_presentation

55 Půdní vzorky z osevních postupů pokusů Eda Stricklinga. 25 let konvenčního pěstování kukuřice 20 let pěstována lipnice a následně 5 let konvenčně kukuřice

56 Ale když přidáme vodu 25 yrs of conventional corn 20 yrs of bluegrass, then 5 yrs conventional corn

57 Efekt 20letého osevního postupu na SOM při pěstování kukuřice v Beltsville (silt loam) Maryland varianta s lipnicí nepřetržité pěstování kukuřice s orbou

58 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,

59 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.

60 Jaký je stav organického hnojení průměrná roční spotřeba organických látek je na orných půdách cca 4 t/ha (r. 1991) z 57 % se na ní podílely posklizňové zbytky, včetně kořenové hmoty a exudátů (2,35 t OL / ha) a cca 43 % měla uhradit org. hnojiva (1,76 t OL / 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). to znamená o cca 1 t/ha méně oproti potřebě

61 Organická hmota vs. CZ zemědělství významný pokles stavů hospodářských zvířat pokles ploch s víceletými pícninami tržně orientované osevní postupy tzv. zelená energetika (spalování slámy, řepka, kukuřice)

62 Schodková bilance organické hmoty aneb jaké jsou dopady půdě chybí kvalitní org.hmota mineralizace stávající, nová nevzniká poškození fyzikálního stavu rozpad struktury, omezení vododržnosti, rozvoj eroze omezení sorpce živin omezení mikrobiální aktivity (tj. omezení asanační fce půdy pomalejší rozklad např. pesticidů) horší kondice polních plodin => vyšší vstupy agrochemie

63 Existuje možnost zlepšení bilance půdní org. hm.? posílení živočišné výroby? ve větší míře nereálné osevní postupy zařazování VP a jejich alternativní využití využití vhodných meziplodin využití kompostů z BRKO

64 Shrnutí odolnosti půd vůči degradaci

65 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

66 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 v ČR u půd v horských oblastech je větší množství POH proč

67 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