STABILITA PŮDNÍ ORGANICKÉ HMOTY BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

Transkript

1 - 1 - MENDELOVA ZEMĚDĚLSKÁ A LESNICKÁ UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA ÚSTAV AGROCHEMIE, PŮDOZNALSTVÍ, MIKROBIOLOGIE A VÝŽIVY ROSTLIN STABILITA PŮDNÍ ORGANICKÉ HMOTY BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Brno 2006 Vedoucí bakalářské práce : Vypracovala : RNDr. Lubica Pospíšilová Andrea Štochelová

2 - 2 - Prohlášení Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma : Stabilita půdní organické hmoty vypracovala samostatně a použila jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém soupisu literatury. Souhlasím, aby práce byla uložena v knihovně Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně a zpřístupněna ke studijním účelům. V Brně dne : Podpis : Andrea Štochelová

3 - 3 - Děkuji srdečně paní RNDr. Pospíšilové za odborné vědění a za velmi kladný přístup a pomoc při vypracování bakalářské práce. V Brně dne : Andrea Štochelová

4 - 4 - ANOTATION Agricultural soils that have been under constant management for long enough time are able to assume steady stable-state conditions. Up to 80% of the CEC of the soil may be caused by organic matter and the binding and exchange of cations by the soil organic fraction is of importance in soil fertility because of the supply of nutrients to plants. The literature data and our results of long - term field experiments are given. We would like to compare stability and quality of soil organic matter under different types of soil management. Long-term stationary field experiments concerning soil quality with continuous spring barley (Monoculture) and crop rotation system (Norfolk, 50% crop) were followed on Fluvi-Eutric Gleysol. The criteria used to assess quality of soil colloidal complex were: (1) CEC (cation exchange capacity), (2) TEB (sum of basic cations, exchangeable bases), (3) H + (exchangeable hydrogen) and (4) Degree of Saturation. The criteria used to assess humus quality were: (1) Total carbon content (C org, %), (2) Labile carbon content (3) Fractional composition of humus, (4) Ratio HA/FA (Humic Acids / Fulvic Acids) and (5) soil reaction ph KCl. Data obtained from 1975 to 2004 showed statistically significant differences between different variants of soil management. Total C org content, C labile content and sum of HA under Monoculture of barley decreased steadily. So did the quality and saturation degree of soil colloidal complex. We can conclude that quality and stability humus was higher under crop rotation system Norfolk.

5 - 5 - OBSAH 1. ÚVOD LITERÁRNÍ PŘEHLED Stabilizace půdní organické hmoty Faktory stabilizace Klima a atmosférické depozice Fyzikální vlastnosti půdy Chemické vlastnosti půdy Biologické vlastnosti půdy Vegetační pokryv Způsob hospodaření na půdě Mechanismy stabilizace Chemická rekalcitrace Interakce organických a minerálních látek v půdě Fyzikální stabilizace Formy uhlíku v půdě Volný uhlík Stabilní uhlík Aktivní uhlík Metody izolace a identifikace uhlíku v půdě Stanovení za sucha Elementární analýza Stanovení na mokré cestě Stanovení obsahu aktivního uhlíku CÍL PRÁCE MATERIÁL A METODY VÝZKUMU Popis zkoumané lokality Stanovení celkového obsahu organického uhlíku Stanovení celkového obsahu aktivního uhlíku Stanovení frakčního složení humusu Stanovení parametrů půdního sorpčního komplexu Stanovení hydrolytické acidity podle Kappena... 33

6 Stanovení výměnné půdní reakce VÝSLEDKY A VYHODNOCENÍ Celkový obsah organického uhlíku Celkový obsah aktivního uhlíku Frakční složení humusu Půdní sorpční komplex Hodnoty výměnné půdní reakce ZÁVĚRY LITERATURA PŘÍLOHY. 43

7 - 7 - SEZNAM PŘÍLOH Schéma č.1 : Schéma polních pokusů, ŠZP Žabčice Příloha č. 1 : Přírodní podmínky na lokalitě Žabčice Příloha č. 2 : Popis půdního profilu fluvizemě glejové Příloha č. 3 : Stanovení celkového obsahu organického uhlíku Příloha č. 4 : Stanovení celkového obsahu aktivního uhlíku Příloha č. 5 : Stanovení frakčního složení humusu Příloha č. 6 : Stanovení parametrů půdního sorpčního komplexu Příloha č. 7 : Stanovení hydrolytické acidity podle Kappena Příloha č. 8 : Stanovení výměnné půdní reakce SEZNAM TABULEK Tabulka č. 1a : Průměrné hodnoty celkového obsahu uhlíku na daných variantách pokusu, Žabčice ( ) Tabulka č. 1b : Statistické vyhodnocení dat (A-nova,jeden faktor) Tabulka č. 2a : Průměrné hodnoty celkového obsahu humusu na daných variantách pokusu, Žabčice ( ) Tabulka č. 2b : Statistické vyhodnocení dat (A-nova, jeden faktor) Tabulka č. 3a : Průměrné hodnoty obsahu aktivního uhlíku na daných variantách pokusu, Žabčice ( ) Tabulka č. 3b : Statistické vyhodnocení dat (A-nova, jeden faktor) Tabulka č. 4a : Průměrné obsahy HK na daných variantách pokusu, Žabčice ( ) Tabulka č. 4b : Statistické vyhodnocení dat (A-nova, jeden faktor) Tabulka č. 5a : Poměr HK/FK na daných variantách pokusu, Žabčice, ( ) Tabulka č. 5b : Statistické vyhodnocení dat (A-nova, jeden faktor) Tabulka č. 6a : Průměrné hodnoty obsahu výměnných bází na daných variantách pokusu, Žabčice, ( ) Tabulka č. 6b : Statistické vyhodnocení dat (A-nova, jeden faktor)

8 - 8 - Tabulka č. 7a : Průměrné hodnoty kationtové výměnné kapacity na daných variantách pokusu, Žabčice ( ) Tabulka č. 7b : Statistické vyhodnocení dat (A-nova, jeden faktor) Tabulka č. 8a : Průměrné hodnoty nasycenosti sorpčního komplexu na daných variantách pokusu, Žabčice ( ) Tabulka č. 8b: Statistické vyhodnocení dat (A-nova, jeden faktor) Tabulka č. 9a : Průměrné hodnoty obsahu výměnného vodíku na daných variantách pokusu, Žabčice( ) Tabulka č. 9b : Statistické vyhodnocení dat (A-nova, jeden faktor) Tabulka č. 10a : Průměrné hodnoty výměnné půdní reakce na daných variantách pokusu, Žabčice ( ) Tabulka č. 10b : Statistické vyhodnocení dat (A-nova, jeden faktor) SEZNAM OBRÁZKŮ Graf č. 1 : Průměrné roční teploty na lokalitě Žabčice Graf č. 2 : Průměrné roční srážky na lokalitě Žabčice Graf č. 3 : Průměrné hodnoty celkového obsahu uhlíku na daných variantách pokusu, Žabčice ( ) Graf č. 4 : Průměrné hodnoty celkového obsahu humusu na daných variantách pokusu, Žabčice ( ) Graf č. 5 : Průměrné hodnoty obsahu aktivního uhlíku na daných variantách pokusu, Žabčice ( ) Graf č. 6 : Průměrné obsahy HK na daných variantách pokusu, Žabčice ( ) Graf č. 7 : Poměr HK/FK na daných variantách pokusu, Žabčice, ( ) Graf č. 8 : Průměrné hodnoty obsahu výměnných bází na daných variantách pokusu, Žabčice, ( ) Graf č. 9 : Průměrné hodnoty kationtové výměnné kapacity na daných variantách pokusu, Žabčice ( )

9 - 9 - Graf č. 10 : Průměrné hodnoty nasycenosti sorpčního komplexu na daných variantách pokusu, Žabčice ( ) Graf č. 11 : Průměrné hodnoty obsahu výměnného vodíku na daných variantách pokusu, Žabčice ( ) Graf č. 12 : Průměrné hodnoty výměnné půdní reakce na daných variantách pokusu, Žabčice ( )

10 ÚVOD Půdní organická hmota plní důležitou environmentální funkci a je základním faktorem půdní úrodnosti (Hatcher, 2003). Stabilizace půdní organické hmoty je zvláště významná v orných půdách a je známo, že degradace půdy obvykle začíná degradací půdní organické hmoty. Půdní organická hmota představuje komplex organických, minerálních a organo-minerálních sloučenin, které při své mineralizaci nepřetržitě uvolňují do půdy značné množství živin a aktivně se podílí na stavbě půdního sorpčního komplexu (sorpce omezuje ztráty živin vyplavením). Změny chemických vlastností (půdní sorpční komplex) a fyzikálních vlastností (textura) vedou často k narušení stability a k úbytku organické hmoty. Při stanovení souboru ukazatelů ovlivňujících stabilitu humusu se vychází ze skutečnosti, že každý půdní typ má charakteristickou zásobu humusu, specifické frakční složení a rozmístění humusu jak ve fyzikálních frakcích, tak i v půdním profilu. Každý půdní typ má vlastní dynamickou rovnováhu mezi obsahem minerální a organické části, mezi stabilizací a aktivací organických a minerálních látek (Prax a kol, 1995). Princip stabilizace humusu proto úzce souvisí jak s kvalitou organické hmoty a půdního sorpčního komplexu, tak i s půdní texturou. Úbytek humusu a jeho destabilizace je u orných půd často způsoben nesprávným hospodařením a narušením chemických, fyzikálních a biologických vlastností půdy. Zvláště v 90 letech minulého století (po transformaci zemědělství) došlo u nás na orné půdě k podstatným změnám v hospodaření. Jedná se jak o změny v osevních postupech, omezení organického a minerálního hnojení, pokles výnosů, pokles vstupů primární organické hmoty do půdy a jiné. Tyto změny ovlivnily koloběh látek v agroekosystémech a také úrodnost orných půd. Existují relativně spolehlivé metody kontroly zásobenosti půd minerálními živinami (agrochemické zkoušení půd). Kontrola optimálního obsahu humusu a jeho kvality je daleko složitější z důvodu náročných chemických analýz i z finančních důvodů. Proto je současný výzkum orientován na zjednodušení metod kontroly kvality humusu a na stabilizaci obsahu organické hmoty v půdě (Kubát et al., 2005, Korschens, 1996, 1999).

11 LITERÁRNÍ PŘEHLED 2.1 STABILIZACE PŮDNÍ ORGANICKÉ HMOTY Organická hmota v půdě příznivě ovlivňuje veškeré její vlastnosti, zejména sorpční schopnost, tvorbu strukturních agregátů, vzdušný a tepelný režim, využitelnost živin, biologické vlastnosti apod. Množství a kvalita organických látek značně ovlivňuje složení půdní mikroflóry, rozvoj působení biochemických procesů jako translokace a transformace živin důležitých pro zachování stability daného ekosystému. Aktivně se podílí na stavbě půdního sorpčního komplexu. Zvýšení sorpční schopnosti umožňuje utvořit větší zásoby živin a omezit ztráty živin vyplavením. Kvalitní organická hmota je schopna poutat až sedmkrát více vody než sama váží a významným způsobem eliminovat nepříznivé fyzikální a hydrofyzikální vlastnosti texturálně extrémních půd a přibližovat je optimálnímu prostředí půd hlinitých (Čermák a Hora, 2001). Kvalita půdy má tedy přímý vliv i na kvalitu lidského života, protože pouze zdravá půda může plnit všechny své funkce v agroekosystému při daném způsobu využití. Podle Hraška (2003) vymezujeme tyto produkční a mimoprodukční (=environmentální) funkce půdy: Produkce biomasy (schopnost půdy zabezpečovat nároky rostlin na živiny, vodu, vzduch a růst kořenového systému, a tím utvářet podmínky pro tvorbu úrod plodin, produkci užitkové biomasy, fytomasy rostlin a biomasy živočichů) Filtrační a akumulační funkce (půda zachovává různé látky vstupující do půdy a zabraňuje jejich nežádoucímu transportu do podzemních vod) Transformační funkce (přeměna látek) Asanační funkce (eliminace toxických látek a infekčních mikroorganismů) Pufrační funkce (schopnost půdy tlumit vliv chemických látek) Prostředí pro organismy, genová rezerva (představuje životní prostor pro velký počet různých organismů, zhoršení kvality půd všeobecně vede ke snížení biodiverzity) Organické látky v různém stupni přeměn tvoří půdní humus, který má zásadní význam pro úrodnost půdy. Při mineralizaci humusu se uvolňuje značné

12 množství živin pro potřeby rostlin, CO 2, organické kyseliny a další látky, které ještě zintenzivňují zvětrávání minerální složky. Podle chemického složení a způsobu extrakce rozdělujeme humus na specifické humusové látky a na nespecifické humusové látky. Specifické humusové látky dělíme na následující : Humínové kyseliny Hymatomelanové kyseliny Fulvokyseliny Humíny a humusové uhlí Humínové kyseliny (HK) jsou tmavé barvy a většinou se hromadí na místě vzniku. Jsou charakteristické dobrou rozpustností v louhu a roztocích hydrolyticky zásaditých solí. Ve vodě jsou jen částečně, nebo velmi slabě rozpustné. Základní složkou HK je aromatické jádro fenolického, nebo chinoidního typu s účastí alifatických a cyklických dusíkatých sloučenin. Elementární složení HK je závislé na půdním typu, chemickém složení rostlinných zbytků a podmínkách humifikace a kolísá v rozmezí: uhlík 52-62%, vodík 2,8-5,8%, kyslík 31-39% a dusík 1,7-4,9%. HK jednotlivých půdních typů, nacházející se v různých klimatických podmínkách, mají poměrně rozdílné elementární složení. Kyselinový charakter těchto sloučenin je dán přítomností kyselých funkčních skupin, ze kterých jsou nejdůležitější karboxylové (COOH) a fenol hydroxylové (OH) skupiny. HK mají porézní stavbu a vyznačují se vysokou sorpční schopností (průměrně mmol/0,1 kg HK). Molekulová hmotnost se pohybuje od 5000 do (Orlov, 1974). Předpokládá se, že HK představují organické supra-molekuly s cyklickou stavbou a vlastnostmi kyselin, které vznikají transformací rostlinných biopolymerů (Hatcher, 2003). Pojem hymatomelanové kyseliny (HMK) zavedl Hoppe - Seyber a označil jím látky, které se izolují z nově vytvořených HK alkoholovou extrakcí (cit. Orlov, Grišina, 1981). HMK představují složitou směs látek, které mohou vznikat z HK, nebo při syntéze lehce rozložitelných organických zbytků, resp. při oxidačně - redukčním rozkladu humusových látek, za přítomnosti kyslíku a při určité vlhkosti.

13 Dále obsahují více než 60% uhlíku a tyto funkční skupiny: -OCH 3, -COOH, -OH. Fulvokyseliny (FK) jsou žluté až hnědé barvy, velmi pohyblivé a lehce se přemísťující v půdním profilu. Jsou charakteristické dobrou rozpustností ve vodě, minerálních kyselinách, louzích i v roztocích hydrolyticky zásaditých solí. Od HK se liší jednodušší stavbou makromolekuly i celkovým složením. Obsahují asi 40 52% uhlíku, 4 6% vodíku, 40 48% kyslíku a 2 6% dusíku. Obsah popelovin je 2 8%. Kyselinový charakter FK je dán především karboxylovými skupinami, jejichž výměnný vodík představuje hodnotu mmol/100 g FK. Vodné roztoky FK jsou silně kyselé (ph 2,6 2,8). Molekulová hmotnost kolísá od 200 do FK jsou v důsledku silně kyselé reakce a dobré rozpustnosti ve vodě velmi agresivní na minerální část půdy, kterou zároveň ochuzují o živiny a koloidní látky. Humíny a humusové uhlí představují silně karbonizovanou organickou hmotu, pevně vázanou na minerální podíl půdy, a proto se nedá získat ani mnohonásobnou extrakcí alkáliemi z dekalcinované (zbavené vápníku) půdy. Humíny jsou často charakterizovány jako nerozpustné formy humínových kyselin. Humusové uhlí se vyskytuje v půdním humusu jako nejstarší, vývojově kulminující složka produktů humifikace, jedná se o tmavou, zuhelnatělou, na uhlík a dusík bohatou hmotu, která nepeptizuje, nerozpouští se, nehydrolyzuje, nezúčastňuje se půdotvorného procesu, a proto ztratila funkci pravého humusu. Stabilita (či labilita) organického uhlíku v půdě závisí na chemickém a frakčním složení humusových látek, jejich struktuře, na fyzikálním stavu půdy (půdní textuře) a na biologických vlastnostech půdy, které přímo ovlivňují rychlost koloběhu uhlíku (Christensen, 1996). Stabilita humusových látek v půdě může být ovlivněna i celou řadou dalších faktorů, které podrobněji charakterizujeme v dalších kapitolách.

14 FAKTORY STABILIZACE Obsah humusu v půdě vykazuje velkou heterogenitu a prostorovou variabilitu, proto jsou jeho vlastnosti závislé na mnoha faktorech. K nejdůležitějším faktorům ovlivňujícím množství a stabilitu půdní organické hmoty podle Verheijena (2003) patří : Klima (vlhkost, teplota, ph, hloubka půdy, nadmořská výška) Atmosférické depozice Fyzikální vlastnosti půdy Chemické vlastnosti půdy Biologické vlastnosti půdy Vegetační pokryv Způsob hospodaření na půdě (management) KLIMA A ATMOSFERICKÉ DEPOZICE Globální změny klimatu způsobené emisemi skleníkových plynů ovlivňují i půdní agroekosystémy. Značný podíl nárůstu oxidu uhličitého (CO 2 ) v atmosféře v posledním století připadá na spalování fosilních paliv a konverzi tropických pralesů na zemědělskou půdu. V současnosti narůstá obsah CO 2 v atmosféře ročně o 3,5Pg (Pg = g resp. bilion tun/ročně). Jako negativní důsledek zvyšování koncentrace CO 2 a dalších skleníkových plynů v atmosféře můžeme uvést zvyšování teploty (globální oteplování), vyšší frekvence výskytu období sucha, záplavy, tornáda, nestabilita počasí a jiné globální změny klimatu (Caldwell et al., 2003). Emitované sloučeniny (především oxidy síry, dusíku a CO 2 ) procházejí v ovzduší celou řadou chemických reakcí, jejichž konečným produktem jsou síranové, dusičnanové a uhličitanové anionty. Je-li přítomen dostatek kationtů, jsou tyto neutralizovány za vzniku solí. Pokud je ve znečištěném ovzduší naprostá převaha aniontů a stálý dostatek vody pak vznikají silné minerální kyseliny (sírová, dusičná) a slabá kyselina uhličitá. Vznikají tak kyselé deště, kyselost která ve střední Evropě za poslední čtyři desetiletí vzrostla 10 až 100krát. Kyselé depozice vykazují v důsledku dálkového přenosu velkoplošnou distribuci (Pokorný, 1996).

15 Určitý rozsah acidifikace je zákonitým důsledkem existence ekosystémů, neboť biologickými procesy vznikají slabé kyseliny. Vyluhování a acidifikace jako přírodní procesy probíhají velice pomalu, ale k narušení rovnováhy může dojít i bez lidského vlivu. Klimatické poměry v různých nadmořských výškách podmiňují v půdách různé hydrotermální režimy a tím i různou intenzitu půdotvorného procesu. Území střední Evropy a zejména oblast České republiky je výrazně výškově čili vertikálně členěno a nadmořské výšky se pohybují od 100 do 1600m. Se stoupající nadmořskou výškou se rovněž mění kvantitativní působení půdotvorných faktorů a tím i celá dynamika půdotvorného procesu. Geografické rozšíření určitého půdního typu je dáno zejména výškovou a šířkovou pásmitostí s rozdílnou dynamikou, vlhkostí, teplotou, biologickou aktivitou a tím rozdílnou tvorbou humusu. Tím se taky výrazně mění vlastnosti půdy, jež vytvářejí podmínky pro růst vegetace. V případě zemědělství jsou kulturní pěstované plodiny sestaveny do pásem výrobních typů. V přirozených lesních ekosystémech je zonální rozšíření jednotlivých dřevin uspořádáno do vegetačních stupňů (Zlatník, 1963) FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI PŮDY Fyzikální vlastnosti půdy charakterizuje stupeň disperzity, uložení půdních částic a vzájemné vztahy mezi pevnou, kapalnou a plynnou fází půdy. Pevná fáze půdy představuje disperzní podíl, kapalná a plynná fáze tvoří disperzní prostředí. Fyzikální parametry půdy přímo ovlivňují vodně - vzdušné poměry, chemismus půdy a biologické vlastnosti půdy. K těmto parametrům patří textura, struktura, stabilita agregátů a další. Pro účely zemědělství je především významný strukturní stav humusového horizontu a jeho hloubka. Textura (zrnitost zemin) má mimořádný význam nejen pro pedogenetické procesy, ale i pro obdělávání a chemické vlastnosti půdy. Půdní částice (zrna) třídíme podle velikosti na frakce (kategorie). Základní velikostní hranicí je průměr zrna 2 mm. Částice větší než 2 mm patří do skeletu a menší nazýváme jemnozem. Podle procentického zastoupení jílnatých částic (<0,001 mm) dělíme půdy na jednotlivé půdní druhy. Zastoupení částic různé velikosti stanovíme zrnitostními rozbory.

16 Prachové (0,05 0,001mm) a jílnaté částice (<0,001 mm) mají koloidní charakter a jsou součástí půdního sorpčního komplexu. Zvýšený obsah prachových a jílnatých částic v půdě vede k vazbě organického uhlíku v těchto frakcích a k tzv. fyzikální stabilizaci organického uhlíku (tj. stává se hůře dostupným pro mikrobiální rozklad). Jednotlivé fyzikální částice mohou existovat odděleně, nebo vytváří shluky (agregáty), které vytváří půdní strukturu. Vznik půdní struktury je vázán na existenci mikroagregátů, které vznikají v procesu zvětrávání hornin (Prax et al., 1995). K vytváření a obnově půdní struktury přispívá kypření, organické hnojení, vápnění a vhodné osevní postupy. Dobrá struktura a stabilní drobtové agregáty (1-10 mm) jsou důležitým znakem zralosti půdy, která představuje optimální stav fyzikálních, chemických a biologických vlastností. Stabilita agregátů se zvyšuje v přítomností organických látek, vápníku a příznivého zrnitostního složení. Schopnost minerálního podílu vázat organický uhlík se označuje jako fyzikální stabilizace uhlíku. Tato probíhá jak na povrchu agregátů, tak v meziagregátovém prostoru a vede k jeho ochraně před rozkladem mikroorganismy a ztrátami vyplavením (Korschens, 1999, Jasinska et al., 2003) CHEMICKÉ VLASTNOSTI PŮDY Půdní sorpční komplex (PSK) je nositelem tzv. fyzikálně chemických pochodů v půdě. Zásadně ovlivňuje fyzikální stav půdy, biologickou aktivitu a procesy mineralizace a humifikace (Horáček, 2002). Sorpční schopnost půdy je definována jako její schopnost poutat různé látky z disperzního prostředí. Podílejí se na ní koloidy, jejichž podstatná část je součástí pevné fáze půdy. Mají rozměr od 1µm do 1nm a vznikají při chemickém a fyzikálním zvětrávání dispergací, polymerací, kondenzací, precipitací aj. K minerálním koloidům patří jílové minerály, jiné těžko zvětratelné primární silikáty, nerozpustné fosfáty hliníku a železa, polymérní koloidní kyselina křemičitá a hydratované polymérní oxidy hliníku, železa a manganu. Organické půdní koloidy jsou tvořeny převážně humusovými sloučeninami, bílkovinami, ligninem aj. Spolu s minerálními koloidy vytvářejí organo-minerální koloidní komplex. V něm je centrální krystalické jádro alumosilikátů pokryto

17 vrstvou hydratovaných sesquioxidů spolu s organickými koloidy. Jílové minerály a humusové koloidy představují většinu půdních koloidů, mají většinou záporný náboj, a proto poutají ve výměnné formě především kationy. Existence organominerálních komplexů v půdě potvrzuje působení PSK na dynamiku tvorby humusu a na reakce rozkladu a syntézy organických látek. Tyto vysoce disperzní minerální, organické a organo-minerální složky se významně podílí na sorpci látek z vnějšího prostředí, a to hlavně z půdního roztoku. Z hlediska funkčnosti rozeznáváme u sorpčního komplexu dvě části: Aktivní část tj vlastní komplex (u našich půd je tvořen aniontovou částí, která působí na volné ionty v půdním roztoku a vyvolávají sorpci Pasivní část kationty, sorbované na aktivní části sorpčního komplexu Základní parametry charakterizující stav sorpčního komplexu budou podrobně charakterizovány v další kapitole 4.5 Metody výzkumu a v příloze č BIOLOGICKÉ VLASTNOSTI PŮDY Nositelem biologické aktivity půdy je půdní organická hmoty, která vznikla dlouhodobým procesem jako funkce matečného substrátu, reliéfu, teploty, vlhkosti, činností člověka a času. Přeměn organických látek se účastní půdní mikroorganismy. Jen malá část půdních mikroorganismů se nachází v aktivním stavu, zatímco převažující podíl teprve na svou příležitost čeká (Káš, 1964). Procesy rozkladu organických látek se označují jako mineralizace, humifikace a biologické poutání organických a anorganických látek. Půdní mikroorganismy tímto také přispívají ke stabilizaci půdní struktury a organického uhlíku a to více způsoby. Například rozkladem nespecifických humusových látek (polysacharidů, lipidů, pigmentů, škrobů apod.) se tvoří sliz, který vede ke stmelování minerálních částic a umožňují tzv. fyzikální stabilizaci (Bossuyt et al., 2001). Biologická aktivita půdy se posuzuje podle obsahu nespecifických humusových látek. Jako zdroj energie mohou mikroorganismům sloužit i některé skupiny specifických humusových látek.

18 Množství a kvalita těchto látek (specifických i nespecifických) ovlivňuje složení půdní mikroflóry, rozvoj působení biochemických procesů a rychlost transformace živin. Z živočichů žijících v půdě (edafon) mají na drobení půdy a následnou agregaci vliv dešťovky, které svými exkrementy zpevňují agregáty. Jejich odumřelá těla jsou součástí humusového materiálu VEGETAČNÍ POKRYV Rostlinný kryt chrání půdu před neproduktivním výparem, přehříváním, erozí a degradací půdní struktury. Ovlivňuje tím do jisté míry režim vodní a teplotní. Zbytky rostlin (původní, nebo posklizňové) v různém stupni rozkladu tvoří základní humusotvorný materiál, ze kterého se v průběhu humifikace tvoří půdní organická hmota (humus). Tím vegetace přímo ovlivňuje jakost humusu, chemické vlastnosti půdy a biologický koloběh živin. Na zemědělských půdách ovlivňuje přímo člověk dodržování osevních postupů, v nichž jsou v určitém cyklu pěstovány víceleté pícniny, a je možné ponechat posklizňové zbytky, které mohou zlepšit kvalitu humusových látek a zvýšit jejich obsah a stabilitu. Kořenové výměšky a meziprodukty rozkladu posklizňových zbytků působí příznivě na půdní mikroflóru. Víceleté pícniny působí v půdě fytosanitárně, protože negativně ovlivňují některé patogeny. Svým hlubokým kořenovým systémem jeteloviny jednak provzdušňují půdu a jednak přijímají a vracejí do vyšších vrstev fosfor a vápník (Kostelanský, 2000). Vzniklé humusové látky dále stimulují rozvoj kořenového systému a růst celé rostliny. Kořenový systém rostlin zvláště při velké hustotě kořeněnírozdrobuje celistvou půdní hmotu a vzniklé útvary působením tlaku zhutňuje. Tlak je vyvolán jak rostoucími kořínky samotnými, tak i bobtnáním organické hmoty již odumřelých kořínků. Při dostatečné hustotě a pravidelnosti kořenového systému vznikají optimální agregace o velikosti 1-5 mm. Vegetační pokryv má tak přímý vliv na stabilitu struktury (agregátů). Nejvyšší stabilitu agregátů vykazují půdy pod trvalými travními porosty. Po rozorání půdy stabilita agregátů okamžitě klesá. I krátkodobý travní porost zvyšuje stabilitu agregátů v porovnání s konvenční orbou. Celoroční vegetační pokryv s velkou kořenovou masou u luk tvoří dobré předpoklady pro biologickou stabilizaci agregátů. Na lukách vzniká široké spektrum

19 jak rostlin, tak i mikroorganismů a dalších půdních živočichů (Aichinger, 1996). V naší republice je převod zemědělské půdy do dlouhodobého klidu zatravněním, bez zemědělského využití (konzervační program) vymezen pouze na půdy nevhodné k obdělávání, či jinak specifikované z hlediska životního prostředí ZPŮSOB HOSPODAŘENÍ NA PŮDĚ Hospodářská činnost člověka ovlivňuje různý stupeň zkulturnění půdy. Zpracování půdy by mělo být stabilizující složkou systému hospodaření na půdě a základní podmínkou pro příznivý počáteční i celkový růst a vývoj rostlin. Při hospodaření na půdě by proto mělo být trvale v popředí zájmu uchování půdní úrodnosti. Zvolené postupy zpracování půdy spolu s hnojením a vybraným osevním postupem mohou významně ovlivnit strukturní stav půdy i ostatní půdní vlastnosti a zejména úrodnost půdy. Při zpracování půdy je třeba se vyhnout narušování struktury, tím že vykonáváme jednotlivé zásahy za příznivé půdní vlhkosti. Intenzita mechanického rozrušování agregátů je vyšší u půd, které jsou pouze krátké období v roce zastíněny vegetací. Toto vede k uvolnění organického uhlíku vázaného ve fyzikálních frakcích půdy a k jeho ztrátám. (Kostelanský, 2000). Výsledky výzkumu vlivu dlouhodobé minimalizace zpracování půdy, (která pomáhá odstraňovat některé často se objevující nedostatky tradiční agrotechniky tj. opožděné zpracování půdy, nižší kvalita předseťové přípravy, nekvalitní uložení osiva do půdy, nebo setí po agrotechnické lhůtě) nedokázaly negativní dopad použití nových technologických postupů ve zpracování půdy na změnu obsahu a kvality humusu (Suškievič, 1983). Byly zkoušeny tři systémy zpracování půdy : běžná orba minimální zpracování půdy setí do nezpracované půdy Výsledky byly takové, že obsah celkového uhlíku v půdě (C ox ) nebyl působením uvedených systémů zpracování půdy průkazně ovlivněn. Obsah HK se pohyboval na stejné úrovni u všech systémů zpracování půdy. Při hodnocení dále nebyly

20 stanoveny významnější rozdíly v obsahu a kvalitě humusu. Ukazuje se, že při správném výběru předplodin, odpovídající úrovni výživy a ochrany a na půdách v kulturním stavu je minimální zpracování půdy i setí do nezpracované půdy vhodné a doporučitelné (Suškievič, 1983). K podobným výsledkům přišel Sternberg (2000), který uvádí, že při mělkém obdělávání půdy dochází k nárůstu obsahu organického uhlíku, zvětšuje se biomasa mikroorganismů a proto se často dává přednost mělčímu způsobu kultivace.rovněž bezorebně obhospodařovaných ploch neustále přibývá, což je dáno převažujícími výhodami těchto technologií (Horáček et al. 2001). Poněvadž zavedení technologií s úplným vynecháním orby a jejich akceptace zemědělskou praxí do jisté míry předběhly teoretický výzkum, proto je zjišťování jejich vlivu na půdní vlastnosti důležité. Rovněž aplikace slámy, která je důležitým ústrojným hnojivem patří mezi důležité agrotechnické zásahy. Když je sláma pečlivě zapravená do půdy, velmi kladně působí na fyzikální vlastnosti půdy, půdní strukturu i na obsah vody v půdě. Spalování slámy přímo na poli vyvolává přímé účinky ve vrstvě 5 cm, jako je například poškození některých dílčích populací mikroflóry, zatímco nepřímé důsledky se projevují v úrodnosti půdy snižováním obsahu humusu, což je ovšem patrné až po delší době bez výrazného vlivu na výnosy. Aplikace slámy a její spalování vedou k intenzivnějšímu snížení fulvokyselin. Proto se také poměr C HK : C FK nápadněji rozšířil. Takže humínové kyseliny již podstatněji převažují nad fulvokyselinami. To tedy znamená, že organickým hnojením slámou se zlepšuje i kvalita humusu. Podle výzkumu Korschense et al., (1999) je však i nadbytek organické hmoty v půdě ekonomicky nevýhodný a ekologicky škodlivý.

21 MECHANISMY STABILIZACE Mechanismy stabilizace půdní organické hmoty můžeme rozdělit do tří hlavních kategorií : chemická rekalcitrace interakce organických a minerálních látek v půdě fyzikální stabilizace CHEMICKÁ REKALCITRACE Jedná se o chemické zakomponování uhlíku vstupujícího do půdy do frakcí půdní organické hmoty. Tato fáze je velmi krátká, obyčejně trvá 3 5 týdnů od vstupu uhlíku do půdy. Představuje hlavně vzájemné chemické reakce vstupujícího uhlíku a organické hmoty a zahrnuje rovněž sorpci uhlíku půdní organickou hmotou INTERAKCE ORGANICKÝCH A MINERÁLNÍCH LÁTEK V PŮDĚ Jílové minerály představují nejvýznamnější složku minerálního podílu půdy. Vynikají vysokými sorpčními schopnostmi a schopností reagovat s humusovými látkami za vzniku humínů. Reakcí s bazickými kationty vytváří soli humáty. Jílové minerály společně s humátem vápenatým vytváří humuso-jílové micely, které tvoří základ půdního koloidního komplexu (=půdního sorpčního komplexu) a stabilní půdní struktury. Humát vápenatý je jedinou složkou humusu, která s jílovými minerály vytváří nerozpustné komplexní sloučeniny. Možnosti vytváření rozpustných komplexů vícemocných kationtů je omezeno proto, že vyšší koncentrace vícemocných kationtů vede ke koagulaci humátů a ztrátě pohyblivosti humátů. Vzniku humátu vápenatého předchází tvorba rozpustných fulvokyselin, které jsou vysoce pohyblivé, agresivní a mají vysokou schopnost chelatizace. Tyto

22 procesy jsou označovány jako fyzikálně-chemická retence organického uhlíku na povrchu pevné fáze jílových minerálů FYZIKÁLNÍ STABILIZACE Fyzikální vlastnosti půdy (textura, struktura, agregátová stabilita a další), jak je uvedeno již dříve, přímo ovlivňují stabilizaci C org v jednotlivých fyzikálních frakcích a zabezpečují tak jejich ochranu (jak formou sorpce na povrchu, nebo ve vnitro agregátovém prostranství). Golchin (1994) a Christensen (1994, 1996) uvádějí, že jednou z efektivních metod studia obsahu uhlíku v půdě je proto fyzikální frakcionace tj. rozdělení fyzikální frakce půdy podle asociace s minerálními částicemi. Autoři vyčleňují po fyzikální frakcionaci následující frakce: Volné lehké frakce (F-LF, hustota <1,7g.cm -3 před disagregací) Poutané (okluzní) lehké frakce (O-LF, ρ s <1,7g.cm -3 po disagregaci) Těžké frakce (HF, > 1.7g.cm -3 ) Jasinska et al. (2003) uvádí, že přímý vliv na množství C org vázaného ve fyzikálních frakcích má stabilita agregátů, velikost agregátového povrchu, jeho tvar a důležitou roli hraje i charakter meziagregátového prostoru. Tímto způsobem vázaný C org je chráněný v pórech agregátů před mikrobiálním rozkladem. Zde je ovšem potřeba zdůraznit specifiku každého půdního typu a výsledky výzkumu nelze mechanicky zobecnit jak uvádějí Hassink et al., 1994 a Jasinska et al., Změny v obsahu uhlíku v lehkých frakcích odráží lépe změny ve způsobu hospodaření na půdě, než změny u celkového obsahu C org v půdě. Např. Tisdall J.M. (1996) uvádí, že uhlík obsažen v jemných zrnitostních frakcích je stabilnější, než vazba na hrubší zrnitostní frakce. Vysvětluje to tím, že kromě fyzikální vazby na jílové minerály působí i chemická (=organo - minerální) vazba, která zvyšuje stabilitu uhlíku v jemné frakci. Množství uhlíku vázaného v jemných frakcích je tedy dán (=kontrolován) půdní texturou a změny v jeho obsahu indikují vlivy na půdu způsobené intensivním obhospodařováním. K podobným závěrům přišli i Barančíková et al., (2000) a John et al. (2003) a potvrzují, že změny v lehkých

23 volných frakcích a okluzních volných frakcích, přímo souvisí se stabilizací a sequestrací uhlíku v půdě. Dále Barančíková et al. (2000) uvádí, že destrukce půdních agregátů a separace do zrnitostních frakcí je jednou z metod studia koloběhu uhlíku a distribuce organické hmoty v půdě. Stupeň vazby a distribuce uhlíku v jednotlivých zrnitostních frakcích je rozdílný a v celkovém koloběhu se uplatňují ty složky uhlíku, které jsou nejméně poutány (např. na hrubou zrnitostní frakci). Nejnižší obsah uhlíku stanovili ve frakci hrubého písku ( µm) a naopak nejvyšší zastoupení v nejjemnějších frakcích (<2µm) jak uvádí Christensen (1994, 1996). Oba zdůrazňují, že vliv způsobu hospodaření na půdě se nejvíce projevuje u uhlíku vázaného v jílové frakci. Rovněž zjistili vyšší obsah uhlíku v jílové frakci u půd pod TTP, nižší obsah byl na orné půdě FORMY UHLÍKU V PŮDĚ Stabilita (či labilita) organického uhlíku v půdě závisí na chemickém složení humusových látek, jejich struktuře, na fyzikálním stavu půdy (půdní textuře) a na biologických vlastnostech půdy, které přímo ovlivňují rychlost koloběhu uhlíku. Rychlost koloběhu u aktivního uhlíku jak uvádí (Christensen, 1996) trvá roky, resp. dekády. U stabilních forem uhlíku se jedná o pasivnější (pomalejší) koloběh v průběhu staletí a tisíciletí. Jako výsledek dosavadních prací mohou být formulovány premisy, že organický uhlík v půdě se dělí na tři základní frakce: Volný uhlík Stabilní uhlíku Aktivní uhlík

24 VOLNÝ UHLÍK Jedná se o část uhlíku, který není vázán na žádné minerály a není asociován s minerálními agregáty. Dosud není přesně zjištěno a stanoveno, jak a kde se volný uhlík v terénu hromadí (laterálně, či vertikálně). Ani metody jeho stanovení nejsou ve světe jednotné (Stevenson, 1982, Gregorich, 2003). Jestli se účastní humifikace a půdotvorných procesů a jak tyto procesy probíhají je rovněž předmětem dalšího výzkumu STABILNÍ UHLÍK Definice stabilního uhlíku (lehce metabolizovatelný uhlík, C lm ) v půdě není v literatuře jednotná. U nás se považuje za stabilní uhlík ta část půdní organické hmoty, která vstupuje do reakcí při standardních metodách užívaných k určení jeho obsahu. Stabilní uhlík se příliš neúčastní mineralizačních procesů a jeho obsah závisí na způsobu hospodaření, na kvalitě organického a minerálního hnojení a na vápnění půdy. Důležitou roli hrají i podmínky stanoviště tj. závisí na hydro-termických podmínkách a erozně-akumulačních procesech v půdě. Jeho věk se radiokarbonovou metodou ( 14 C) odhaduje na několik tisíc let. Je zastoupen specifickými humusovými látkami a koreluje s obsahem jílu v půdě (Korschens, 1999, Kubát a Lipavský, 2005). Podle chemického složení a způsobu extrakce rozdělujeme specifické humusové látky do skupin a na jednotlivé frakce, které jsme uvedli již dříve (humínové kyseliny, hymatomelanové kyseliny, fulvokyseliny, humíny a humusové uhlí).

25 AKTIVNÍ UHLÍK Aktivní uhlík bývá označován i jako uhlík labilní, nebo lehce rozložitelný, či lehce metabolizovatelný (C lm ). Jedná se o organický uhlík v půdě, který snadno podléhá oxidaci, což vede k úbytku celkového obsahu humusu v půdě. Protože snadno podléhá mikrobiálnímu rozkladu, má přímý vliv na uvolňování důležitých živin do půdy a zodpovídá za tzv. dočasnou stabilitu humusu (Tisdall et al.,1982). Ovlivňuje rovněž i další transformační procesy v půdě (např. pohyb živin a polutantů). Je známá jeho vysoká afinita k těžkým kovům a k vazbě hydrofóbních polutantů (Berggren et. al., 1990). Obsah aktivního uhlíku úzce souvisí s obhospodařováním půdy a veškeré změny obsahu humusu se týkají téměř výlučně jeho rozložitelného podílu. Tyto změny však probíhají velmi pomalu a dosažení nové dynamické rovnováhy může trvat i více než padesát let (Korschens, 1996, 1999, Schulz et al., 1998). Stavba, struktura a chemické složení labilního uhlíku není dosud podrobně známá. Nejmodernější chemické a analytické metody ukazují, že se jedná o organické látky komplexní povahy tzv. kovové komplexy (cheláty), na které se vážou uhlovodíky, proteiny, amidy, hydroxylové a karboxylové skupiny (Johns et al., 1994, Liang et al., 1998) METODY IZOLACE A IDENTIFIKACE UHLÍKU V PŮDĚ Kromě základních, níže uvedených metod, můžeme v současnosti využít nejmodernější analytické metody ke stanovení a identifikaci uhlíku v půdě. Např. elementární analýzu a následné stanovení spekter 13 C metodami NMR = nukleomagnetické resonance, UV-VIS, FTIR, fluorescenční a rentgenové stanovení spekter, nebo pyrolýzu a hmotnostní analýzu (Golchin et al., 1994). Standardní mezinárodní postupy zjištění obsahu organického uhlíku v půdě dělíme na: spalování za sucha (ztráta žíháním, elementární analýza) spalování za mokra (oxidimetricky)

26 STANOVENÍ ZA SUCHA Ztráta žíháním představuje oxidaci organického uhlíku v muflové či kelímkové peci. Aby se zabránilo rozkladu uhličitanů, žíhá se maximálně při 530 o C. Výsledky mohou být zkresleny úbytkem konstituční vody u jílů (není vhodná pro jílovité půdy a jíly). Tato metoda se používá pro vzorky s vysokým obsahem organických látek (>15%), kde je chyba stanovení relativně nižší (organozemě) ELEMENTÁRNÍ ANALÝZA Elementární analýza patří do skupiny nepřímých metod, kdy se obsah uhlíku (resp.vodíku, dusíku, síry) a případně i jiných prvků stanoví na tzv. suché cestě. Princip spočívá ve spalování vzorku v proudu helia s přídavkem vysoce čistého kyslíku při teplotě 1030 o C. Spálené produkty N 2, CO 2, H 2 O se kvantitativně analyzují po separaci na GC koloně s detekcí (tepelno vodivostní detektor TCD). Jako účinný katalyzátor se používá oxid wolframový. Procentický obsah prvků se stanoví výpočtem pomocí kalibračního faktoru, který se zjistí při analýze vysoce čistého standardu. Jako standard se používá sulfonylamid vysoké čistoty STANOVENÍ NA MOKRÉ CESTĚ Nejčastější u nás používanou metodou stanovení celkového obsahu organického uhlíku (C org ) v půdě je stanovení na mokré cestě, které má řadu modifikací. V podstatě se jedná o oxidaci C org kyslíkem oxidantu (dvojchromanu draselného) v prostředí kyseliny sírové. Zoxidovaný uhlík se stanoví buď z kvanta vyprodukovaného CO 2, nebo se vypočte z oxidačního činidla, spotřebovaného při titraci. Jedna z řady variant oxidimetrického stanovení je oxidačně - redukční titrace podle Walkley - Blacka v modifikaci Nováka - Pelíška (Jandák a kol., 2003). V experimentální části práce jsme postupovali podle této metody a podrobně ji uvedeme v kapitole 4. 2 Metody výzkumu a v příloze č. 3.

27 STANOVENÍ OBSAHU AKTIVNÍHO UHLÍKU Metody izolace a stanovení obsahu aktivního uhlíku (= lehce metabolizovatelného uhlíku, C lm ) jsou různé. Např. Johns a Skogley (1994) považují za C lm ten uhlík, který izolovali sorpcí na uhlíkovo - pryskyřicové kapsule Liang et al., (1995). Jiní jako Korschens et al. (1996,1999) považují za C lm ten uhlík, který se rozpouští ve vodě a vyextrahuje se z půdy horkou vodou. Další autoři jako Degens a Sparling (1996) za C lm považují uhlík obsažený v mikrobiální biomase. Existují práce (Gregorich and Janzen, 1996), které za C lm považují tzv. lehkou frakci ( light fraction ) specifických humusových látek. V naší práci je uveden podrobný metodický postup stanovení C lm podle Korschense (1996,1999) ve výluhu v horké vodě viz. kapitola 4.3 a příloha č.4.

28 CÍL PRÁCE Půda je nedílnou součástí agroekosystémů. Je základem produktivity, ale zároveň i oživenou složkou, dynamickou a životně důležitou pro fungování ekosystému. Základním faktorem půdní úrodnosti je množství a hlavně kvalita humusových látek. Cílem bakalářské práce je vypracovat literární rešerši o faktorech, které mají vliv na stabilitu půdní organické hmoty. V experimentální části, na základě výsledků monitoringu na dlouhodobě vedených pokusech ŠZP v Žabčicích, se bude hodnotit vliv způsobu hospodaření (Monokultura ječmene jarního a Norfolk, 50% obilnin) na obsah, kvalitu a stabilitu humusových látek v půdě. Ve vzorcích se stanoví celkový obsah organického uhlíku, obsah aktivního uhlíku, frakční složení humusu, základní parametry půdního sorpčního komplexu a půdní reakce. Stanovení celkového obsahu uhlíku představuje potenciální odhad energetické zásoby pro půdní mikroflóru. Frakční složení humusu indikuje kvalitu organických látek. Půdní sorpční komplex a půdní reakce přímo ovlivňují aktivitu půdní mikroflóry a množství živin v půdě.

29 MATERIÁL A METODY VÝZKUMU 4.1 POPIS ZKOUMANÉ LOKALITY Sledovaná lokalita ŠZP MZLU v Žabčicích se nachází jižně od města Brna, v nížině řek Svratky a Jihlavky. Nadmořská výška kolísá v mezích od m. n. m. Hladina podzemní vody leží v hloubce více než 2 m. Jedná se o oplocené území, které tvoří 6 honů o výměrách od 1 do 1,1 ha. Na pokusné plochy navazují ze dvou stran třícestní pásy vegetace všech velikostních stupňů viz schéma č. 1. Průměrná denní teplota vzduchu za rok činí 9,2 C. Nejnižší roční průměr byl 7,9 C. Nejteplejším měsícem roku je červenec (19,3 C). A naopak za nejchladnější měsíc roku se považuje leden (-2,0 C). Průměrný roční úhrn srážek je 480 mm. Nejbohatší měsíc na srážky je červen s průměrným úhrnem 69 mm. Nejméně srážek je průměrně 23,9 mm v měsíci březnu. Podrobný popis přírodních podmínek je uveden v příloze č. 1 a na grafech 1,2. Půdní typ byl klasifikován jako fluvizem glejová (Němeček, 2001), bezkarbonátová, středně těžká až těžká s obsahem jílnatých částic od 55-65%, výměnná reakce půdy slabě kyselá. Vzorky byly odebrány z ornice (0-15cm) na variantě Norfolk 50 % obilnin a Monokultura jarního ječmene v průběhu monitoringu Podrobný popis profilu je uveden v příloze č. 2 Množství, kvalita a stabilita půdní organické hmoty byla hodnocena podle níže uvedených parametrů a výsledky za sledované období byly vyhodnoceny analýzou variace: Celkový obsah C org Frakční složení humusu Celkový obsah C lm Parametry půdního sorpčního komplexu Půdní reakce

30 STANOVENÍ CELKOVÉHO OBSAHU ORGANICKÉHO UHLÍKU Celkový obsah organického uhlíku byl stanoven podle Walkley Blacka (modifikace Novák-Pelíšek, In: Jandák a kol., 2003, Nelson and Sommers, 1982). Princip metody spočívá ve stanovení obsahu C org v půdě po oxidaci kyselinou chromovou za přítomnosti nadbytku kyseliny sírové. Nespotřebovaná kyselina chromová se stanoví titrací Mohrovou solí buď za použití dead stop metody k určení konce titrace, nebo za pomoci oxidačně redukčního indikátoru o fenantrolinu. Podrobný postup stanovení je uveden v příloze č.3. Ke statistickému vyhodnocení dat jsme použili analýzu variace a hodnotili jsme data, které byly naměřeny v průběhu let STANOVENÍ CELKOVÉHO OBSAHU AKTIVNÍHO UHLÍKU Za aktivní uhlík (C lm ) považujeme ten, který se rozpouští ve vodě a vyextrahuje se z půdy horkou vodou. Jak je uvedeno v literárním přehledu, metody stanovení mohou být různé. My uvádíme v příloze č. 4 podrobný postup stanovení C lm, který vychází z prácí Liang et al. (1995) a Korschens et al. (1996, 1999). Podle tohoto postupu jsme zjišťovali obsahy C lm na jednotlivých variantách pokusu. Analýzou variace jsme statisticky hodnotili data za roky STANOVENÍ FRAKČNÍHO SLOŽENÍ HUMUSU Frakcionace HL zahrnuje rozdělení humusu na skupiny, které se od sebe liší svými vlastnostmi a formami vazeb na minerální podíl půdy. Frakční složení, tj. obsah veškerých humusových látek (HL veškeré) a volných humusových látek (HL volné) jsme stanovili podle Kononové Bělčikové (1963). Princip spočívá v rozrušování stabilních sloučenin humátů vápenatých, hořečnatých (resp. železitých) pufrovaným roztokem pyrofosforečnanu sodného. Přitom dochází k tvorbě nerozpustných sloučenin pyrofosfátů Ca, Mg, Al, Fe a k uvolnění rozpustných humátu sodných, které jsou extrahovány ze vzorku. Stanovíme tak

31 veškeré HL (tj. sumu HL volných a HL vázaných v půdě ve formě humátů dvojmocných bází a nesilikátových forem železa a hliníku). Vhodným postupem (srážením a odstřeďováním) jsou dále HL rozděleny na HK a obsah FK se dopočítává. Ze zjištěných hodnot se vypočítá suma volných a vázaných HK, suma volných a vázaných FK a poměr HK/FK. Poměr HK/FK je nejvíce užívaným ukazatelem kvality půdní organické hmoty. Kvalitní, humátní humus (kde převládají HK nad FK) má hodnoty tohoto poměru větší než 2. Podrobný postup frakcionace HL je uveden v příloze č. 5. Analýzou variace jsme hodnotili data, které byly naměřeny v průběhu STANOVENÍ PARAMETRŮ PŮDNÍHO SORPČNÍHO KOMPLEXU Stanovit kvalitu půdního sorpčního komplexu můžeme celou řadou chemických metod (Zbíral, 1997, Jandák a kol., 2003). Např. princip Kappenovy metody spočívá v tom, že stanovíme okamžitý obsah výměnných bází. Bazické kationy vytěsníme nadbytkem 0,1 M HCl a spotřebovaná HCl, která odpovídá okamžitému obsahu bází v půdě, se stanoví titrací louhem sodným (0,1M). Maximální kationtová výměnná kapacita se vypočítá, jako suma okamžitého obsahu bází a hydrolytické acidity. Postup stanovení hydrolytické acidity (Ha) je uveden dále. Kappenova metoda není vhodná pro karbonátové a zasolené půdy. My jsme kvalitu sorpčního komplexu posuzovali podle Kappena i podle Mehlicha (viz. Jandák a kol.,2003). Podrobný postup stanovení dle Mehlicha je uveden v příloze č. 6. Parametry půdního sorpčního komplexu jsme sledovali v průběhu tří let ( ) a analýzou variace jsme hodnotili na obou variantách pokusu tyto ukazatele: Obsah výměnných bází (S) - je to množství výměnných bazických kationů, které jsou poutány půdním sorpčním koloidním komplexem v době stanovení (tj. okamžité množství ), udává se v mmol.0,1kg -1 zeminy.

32 Maximální sorpční kapacita (T) jedná se o maximální množství výměnných bází, kationů, které půda může poutat, udává se v mmol.0,1kg -1 zeminy. Hodnocení půd podle výměnné sorpční kapacity je uvedeno v následující tabulce (Prax, Jandák, Pokorný, 2001) : Výměnná sorpční kapacita T (mmol/0,1kg) Velmi vysoká > 40 Vysoká Střední Nízká 8-12 Velmi nízká < 8 Stupeň sorpčního nasycení (V) udává nám poměr okamžitého obsahu výměnných bazí k maximálně možnému obsahu výměnných bazí v procentech, následovně: V = S/T * 100 ( % ) Hodnocení půd podle stupně sorpčního nasycení ( Prax, Jandák, Pokorný, 2001): Nasycenost půdy V (%) Plně nasycená Nasycená Slabě nasycená Nenasycená Extrémně nenasycená < 30

33 STANOVENÍ HYDROLYTICKÉ ACIDITY PODLE KAPPENA Hydrolytická acidita (Ha) je definována jako schopnost půdy měnit reakci při přidání hydrolyticky zásaditých solí. Stanovení tohoto půdního parametru je spojeno se stanovením výše uvedených ukazatelů půdního sorpčního komplexu. Hydrolytická acidita se stanoví v octanu sodném (resp. vápenatém), kdy se nadbytkem octanu sodného vytěsní H + ionty. Množství spotřebovaného octanu sodného (odpovídající hodnotě parametru Ha) se stanoví titrací 0,1M NaOH (Jandák a kol., 2003). Podrobný postup je uveden v příloze č. 7. Analýzou variace jsme hodnotili data, které byly naměřeny v průběhu let STANOVENÍ VÝMĚNNÉ PŮDNÍ REAKCE Výměnná půdní reakce (ph/kcl) je určována jak koncentrací vodíkových iontů v půdním roztoku, tak i vodíkových iontů výměně sorbovaných půdními koloidy. Obecně může být kyselá půdní reakce způsobena organickými kyselinami, aplikací některých průmyslových hnojiv, nedodržováním osevních postupů, či kyselými dešti. Upravujeme ji výhradně melioračním vápněním. Většina rostlin nemůže růst na půdách s hodnotou ph pod 3,5 a nad 9 (Prax a kol. 2001). Půdní reakce ovlivňuje všechny půdně-biologické, chemické a fyzikální pochody. Pro potřeby zemědělské praxe jsou hodnoty výměnné půdní reakce důležité při posuzování potřeby vápnění půdy. Výměnnou půdní reakci můžeme stanovit potenciometricky, nebo titračně. Princip metody spočívá v tom, že stanovíme jednak volné vodíkové ionty a jednak ionty vytěsněné do extrakčního činidla (Zbíral, 2001, Jandák a kol. 2003). Postup potenciometrického stanovení je uveden v příloze č. 8. Statisticky jsme hodnotili výměnnou půdní reakci na daných variantách pokusu za období

34 VÝSLEDKY A VYHODNOCENÍ 5.1 CELKOVÝ OBSAH ORGANICKÉHO UHLÍKU Za sledované období byl u fluvizemě glejové zjištěn nízký obsah celkového organického uhlíku (C org ) pod Monokulturou ječmene jarního. Střední obsah C org byl na variantě Norfolk. Zjištěné hodnoty obsahu C org (%) ukazují, že nejvyšší hodnota 1,66% byla zjištěna roku 2003 pod Norfolkem a nejnižší hodnota 0,91% byla v roce 1998 na osevním postupu Monokultura (tab. č. 1a, graf č. 3). Průměrné hodnoty obsahu C org pod Norfolkem byly 1,47% a pod Monokulturou 1,19%. Rozdíl mezi variantami je statisticky průkazný (viz tab.č.1b). Obsah humusu byl vypočítán jako: Humus (%) = 1,724 x Corg (%) Nejnižší hodnota (1,57%) u obsahu humusu byla naměřena roku 1998 na osevním postupu Monokultura. Průměrná hodnota obsahu humusu fluvizemě glejové na osevním postupu Monokultura je 2,06%. Nejvyšší hodnota 2,93% humusu byla naměřena roku 2001 na osevním postupu Norfolk a průměrná hodnota obsahu humusu na osevním postupu Norfolk je 2,54%. Porovnání zjištěných hodnot obsahu humusu na sledovaných variantách pokusu je dáno v tab. č. 2a. a v grafu č. 4. Rozdíly mezi variantami jsou statisticky průkazné viz. tab. č. 2b (A-NOVA, hladina průkaznosti = 95 %). Z uvedených výsledků vyplývá, že prokazatelně vyšší obsah organického uhlíku a humusu je na variantě Norfolk, 50% obilnin.