Kvalita a funkce půd ve vztahu k udržitelnému vývoji a ochraně půdního pokryvu

Transkript

1 Závěrečná zpráva o řešení výzkumného záměru Kvalita a funkce půd ve vztahu k udržitelnému vývoji a ochraně půdního pokryvu Identifikační kód MSM Vykonavatel Agronomická fakulta ČZU Praha Řešitel: Prof. Ing. Josef Kozák, DrSc., dr.h.c. Spoluřešitelé: Prof. Ing. Jiří Balík, CSc., Prof. RNDr. Miroslav Barták, CSc., Doc. Dr. Ing. Luboš Borůvka, Ing. Dr. Václav Brant, Ing. Ondřej Drábek, Ing. Jaroslava Janků, CSc., Ing. Lukáš Kalous, Ing. Martin Kočárek, Ing. Radka Kodešová, CSc., Ing. Dana Kolihová, CSc., RNDr. Josef Kurfürst, CSc., Prof. RNDr. Pavel Mader, DrSc., Prof. Ing. Jiří Mareček, CSc., Prof. Ing. Svatopluk Matula, CSc., Ing. Daniela Miholová, CSc., Ing. Lenka Mládková, Prof. RNDr. Jan Němeček, DrSc., Ing. Karel Němeček, Ing. Vít Penížek, Ing. Eva Popelářová, Ing. Marcela Rohošková, Doc. Ing. Luboš Růžek, CSc., Doc. Ing. Josef Soukup, CSc., Doc. Ing. Miluše Svobodová, CSc., Ing. Jiřina Száková, CSc., Prof. Ing. Jaromír Šantrůček, CSc., Ing. Rastislav Šíša, CSc., Ing. Jan Táborský, CSc., RNDr. Oldřich Vacek, CSc., Doc. RNDr. Miloš Valla, CSc., RNDr. Aleš Vaněk, Prof. Ing. Václav Vaněk, CSc., Prof. Ing. Karel Voříšek, CSc., Mgr. Vladimír Vrabec Praha únor 2005

2 Obsah Úvod 3 ETAPA 1. VYTVOŘENÍ PROFILOVÝCH I AREÁLOVÝCH DATABÁZÍ PŮD 6 1. Dosažené cíle a uplatněné výsledky Splnění cílů řešení Stručná souhrnná charakteristika dosažených cílů řešení, přínos řešení výzkumného záměru Aplikace pedometrických metod Vytváření digitální formy databáze půdních charakteristik Půdní mapa České republiky 1: v systému SOTER Struktura elektronického klasifikačního systému půd ČR Základní technická charakteristika digitální formy systému TKSP 24 ETAPA 2. POSOUZENÍ VLIVU ORGANICKÉ HMOTY NA RETENČNÍ, ŽIVINNÉ, STRUKTUROTVORNÉ POMĚRY V RŮZNÝCH SLOŽKÁCH PŮDNÍHO POKRYVU ČR PRO ÚČELY PREDIKCE VÝVOJE Dosažené cíle a uplatněné výsledky Splnění cílů řešení Stručná souhrnná charakteristika dosažení cílů řešení, přínos řešení výzkumného záměru Analýza půdní organické hmoty metodou DRIFT Hodnocení stability půdní struktury Acidifikace půdy Kontaminace půdy rizikovými prvky Modelování chování pesticidů ve vybraných půdách 45 ETAPA 3. VZTAH ORGANICKÉ HMOTY PŮDY, JEJICH FYZIKÁLNÍCH A CHEMICKÝCH VLASTNOSTÍ A ANTROPOGENNÍ ZÁTĚŽE K ROZVOJI A DRUHOVÉMU SLOŽENÍ PŮDNÍCH ORGANISMŮ Dosažené a uplatněné výsledky Splnění cílů řešení Stručná charakteristika dosažených cílů a přínos záměru Uvádění půdy do klidu a vliv variantního hospodaření Rekultivace půdy a její biologické hodnocení Monitoring biologické zátěže různých genetických půdních druhů Biodiagnostika kvality, změn a antropogenní zátěže prostředí 55 ETAPA 4. VLIV TECHNOLOGIÍ ZPRACOVÁNÍ A TYPU POROSTŮ NA PŮDNÍ VLASTNOSTI, ZEJMÉNA NA MNOŽSTVÍ A KVALITU PŮDNÍ ORGANICKÉ HMOTY A NA TRANSPORT LÁTEK V PŮDNÍM PROFILU Dosažené cíle a uplatněné výsledky Splnění cílů řešení Stručná souhrnná charakteristika dosažených cílů řešení, přínos řešení výzkumného záměru Nejvýznamnější výsledky řešení výzkumného záměru Výsledky dosažené výhradně řešením výzkumného záměru 58 1

3 ETAPA 5. KOMPLEXNÍ ZHODNOCENÍ PŮDNÍHO POKRYVU Z HLEDISKA RETENČNÍCH VLASTNOSTÍ KRAJINY Dosažené cíle a uplatněné výsledky Splnění cílů řešení Stručná souhrnná charakteristika dosažených cílů řešení, přínos řešení výzkumného záměru Vliv preferenčních cest na transport vody a rozpuštěných látek Koncepce zeleně ve venkovských sídlech a jejich krajinném prostředí 68 ETAPA 6. ZHODNOCENÍ ŽIVINNÝCH REŽIMŮ HLAVNÍCH PŮDNÍCH JEDNOTEK Z HLEDISKA PRINCIPŮ TRVALE UDRŽITELNÉHO VÝVOJE Dosažené cíle a uplatněné výsledky Využití krátkodobých a dlouhodobých omezení vstupu rizikových prvků z půdy do rostlin Výživa sírou 75 ETAPA 7. VÝVOJ A METROLOGICKÉ ZHODNOCENÍ ANALYTICKÝCH POSTUPŮ PRO ZHODNOCENÍ ANTROPOGENNÍ ZÁTĚŽE PŮD, VČETNĚ BIOCHEMICKÝCH TESTŮ Zhodnocení výsledků a plnění cílů výzkumného záměru Příspěvek stopové laboratoře k řešení výzkumného záměru 77 Nejdůležitější výstupy řešení 79 Náklady na řešení výzkumného záměru 82 2

4 Závěrečná zpráva o řešení výzkumného záměru Identifikační kód MSM Název výzkumného záměru Kvalita a funkce půd ve vztahu k udržitelnému vývoji a ochraně půdního pokryvu Příjemce ČZU v Praze Vykonavatel Agronomická fakulta Řešitel Prof. Ing. Josef Kozák, DrSc. Řešení výzkumného záměru probíhalo v letech 1999 až Poté bylo schváleno jeho prodloužení o jeden rok, tedy i na období roku Řešení výzkumného záměru probíhalo ve dvou rovinách- v rovině detailního výzkumu, která se zaměříla na vypracování dílčích výsledků (metodiky, získání potřebných analytických údajů apod.) a v rovině zobecňující dílčí výsledky. Záměr měl dva integrující faktory- studium organické hmoty půdy a geografický informační systém o půdě. Z tohoto přístupu byly i navrhovány následující jednotlivé dílčí cíle: 1. Vytvoření profilových i areálových databází, interpretovaných v GIS 2. Posouzení vlivu organické hmoty na retenční, transformační, živinné, strukturotvorné poměry v různých složkách půdního pokryvu ČR pro účely predikce vývoje. 3. Vztah organické hmoty půdy, jejich fyzikálních a chemických vlastností a antropogenní zátěže k rozvoji a druhovému složení půdních organismů. 4. Vliv technologií zpracování a typu porostu na půdní vlastnosti, zejména na množství a kvalitu půdní organické hmoty a na transport látek v půdním profilu. 5. Komplexní zhodnocení půdního pokryvu z hlediska retenčních vlastností krajiny. 6. Zhodnocení živinných režimů hlavních půdních jednotek z hlediska principů trvale udržitelného vývoje. 7. Vývoj a metrologické zhodnocení analytických postupů pro zhodnocení antropogenní zátěže půd, včetně biochemických testů. Detailněji byly formulovány takto: 1. Vytvoření profilových i areálových databází, interpretovaných v GIS V rámci tohoto cíle budou převedeny do digitální formy, uspořádány a statisticky vyhodnoceny údaje o půdních profilech, získané v rámci průzkumu a mapování půd, jakož i v následném výzkumu. Jedná se přibližně o 3000 půdních profilů, které budou geograficky lokalizovány.. Současně dojde k přejmenování půdních horizontů podle nomenklatury FAO, aby se tak dosáhlo možného propojení těchto databází s příslušnými databázemi EU. Dále bude připravena digitální forma půdní syntetické půdní mapy v měřítku 1: , a její verse s legendou podle dle směrnic FAO. Pro vybraná území budou připraveny digitální formy půdních map v měřítku 1: Jednotlivé polygony výše zmíněných map budou propojeny s příslušnými databázemi profilových charakteristik. V rámci tohoto cíle bude též dopracována elektronická forma klasifikačního systému půdního pokryvu ČR a zpřístupněna na síti Internetu. 2. Posouzení vlivu organické hmoty na retenční, transformační, živinné, strukturotvorné poměry v různých složkách půdního pokryvu ČR pro účely predikce vývoje. 3

5 V rámci tohoto cíle VZ bude studovány a aktualizovány údaje o množství a kvalitě půdní organické hmoty v hlavních složkách půdního pokryvu ČR, a to jak v půdách zemědělských, tak i lesních a antropogenních. Bude přitom využito přístroje pro stanovení C,H,N,a S, jehož pořízení je plánováno v rámci předkládaného VZ. Současně bude posouzen vliv jednotlivých frakcí půdní organické hmoty na vazbu a degradaci pesticidních látek v půdách, na vazbu a mobilitu toxických forem iontů Al v lesních půdách a na tvorbu struktury a na její kvalitu v antropogenních půdách. Výsledky budou zhodnoceny geostatistickými metodami a interpretovány formou GIS. Zvýšená pozornost bude věnována vodorospustné složce půdní organické hmoty. 3. Vztah organické hmoty půdy, jejich fyzikálních a chemických vlastností a antropogenní zátěže k rozvoji a druhovému složení půdních organismů. V rámci tohoto cíle VZ bude sledován vliv různého stupně antropogenně ovlivněného půdního prostředí na změny ve společenstvech bezobratlých, které budou využívány jako jeden z indikátorů stupně narušení půdního prostředí. Bude vypracována metoda k odlišení antropogenních a geogenních obsahů rizikových prvků. Sledována bude rychlost sukcese, kvalita zúčastněných druhů, parametry biocenózy. Tyto procesy budou sledovány v návaznosti na sledování množství a kvality půdní organické hmoty, prováděné v rámci cíle č.2. Bude prováděno monitorování parametrů mikrobiální aktivity vybraných lokalit a navržena opatření pro optimalizaci mikrobiálních procesů ve stresovaných a narušených půdách. 4. Vliv technologií zpracování a typu porostu na půdní vlastnosti, zejména na množství a kvalitu půdní organické hmoty a na transport látek v půdním profilu. V rámci tohoto cíle bude sledován vliv moderních způsobů zpracování půd na kvalitu půdních charakteristik a na zachování jejích ekologických funkcí. Pozornost bude věnována zejména ekologicky šetrným způsobům zpracování půdy. Sledován bude vliv na snížení erodovatelnosti území, omezení zhutnění půd a na zachování množství a kvality půdní organické hmoty. Současně bude sledován vliv ukládání půdy do klidu Bude zkoumán výběr vhodného složení travních porostů pro jednotlivé půdněklimatické podmínky, vertikální distribuce kořenové biomasy, transformační procesy půdní organické hmoty pod travními porosty, založenými za účelem dočasného či trvalého uložení půdy do klidu., jakož i možné ovlivnění hydrosféry. 5. Komplexní zhodnocení půdního pokryvu z hlediska retenčních vlastností krajiny. V rámci tohoto cíle předkládaného VZ bude řešen vliv půdního pokryvu jak vybraných povodí na retenci srážkové vody s cílem na vrhnout opatření k jejímu zvýšení. V detailním pohledu bude studován transport vody a obecně půdních roztoků půdním profilem a matematické modelování tohoto procesu. Výsledky budou interpretovány metodou GIS. Nedílnou součástí tohoto cíle bude posouzení významu krajinné zeleně a zpracování vzorového etalonu metodických postupů. 6. Zhodnocení živinných režimů hlavních půdních jednotek z hlediska principů trvale udržitelného vývoje. V rámci tohoto cíle bude věnována pozornost bilanci organické hmoty při aplikaci průmyslových i organických hnojiv ve vybraných půdněklimatických podmínkách a na stanovení opodstatněných hladin hlavních živin v půdě v podmínkách setrvale udržitelného zemědělství. Studována bude i možnost snížení rizika vstupu rizikových prvků do potravního řetězce při aplikaci odpadních látek do půdy. Výsledky budou interpretovány metodou GIS. 4

6 7. Vývoj a metrologické zhodnocení analytických postupů pro zhodnocení antropogenní zátěže půd, včetně biochemických testů. V rámci tohoto cíle budou dopracovány a vyvíjeny příslušné analytické postupy pro stanovení antropogenní zátěže. Bude se jednat zejména o vypracování metodik pro rozklad biologických materiálů pro stanovení rizikových prvků. Dále budou rozvíjeny metody stanovení rizikových prvků metodou AAS a pro stanovení polutantů organického původu chromatografickými metodami. Budou vypracovány metody pro posouzení enzymatické aktivity půd. Nedílnou součástí tohoto cíle bude metrologické zajištění všech analytických postupů používaných. Pro rok 2004 byly cíle řešení záměru rozšířeny takto: Bude vypracována nová verze elektronické formy klasifikačního systému půd ČR (respektující nový klasifikační systém). Dále bude provedeno propojení nově vytvořených databázových souborů s polygony digitální formy půdní mapy v systému SOTER, v měřítku 1: , respektující normy EU. Budou vytvořeny nové metody interpretace výsledků chemických a fyzikálních analýz v systému GIS. Pro přesnější odhad chování organických polutantů (zejména pesticidů) bude dokončena nová verze matematického modelu. Půdní struktura na nově vytvářených půdách na rekultivovaných plochách bude studována s použitím nových metod, které by měly umožnit lepší posouzení rekultivačních technik na vývoj tohoto klíčového parametru antropogenních půd. V této souvislosti bude věnována též pozornost interakcím mezi organickou hmotou a jílnatými částicemi studium bude prováděno metodou IČ spektroskopie. Bude dopracován a publikován etalon metodických postupů pro posuzování krajinné zeleně. Zvláštní pozornost bude věnována speciaci iontů Al v lesních půdách s možností predikce jejich toxických účinků a možných opatření k jejich zmírnění. Bude provedeno posouzení vhodnosti rekultivačních zásahů na základě nově použití nově vypracovaných metod hodnotících biologickou aktivitu a osídlení půd živými organismy. V následující části závěrečné zprávy jsou prezentovány hlavní výsledky dosažené při řešení jednotlivých etap. Pozn. Literární prameny citované v textu jsou k dispozici v publikovaných pracech uvedených na konci této zprávy. 5

7 ETAPA 1. VYTVOŘENÍ PROFILOVÝCH I AREÁLOVÝCH DATABÁZÍ PŮD 1. Dosažené cíle a uplatněné výsledky 1.1. Splnění cílů řešení Předpokládané cíle byly dosaženy, navíc bylo řešení rozšířeno o zkoumání možností zpracování údajů KPP moderními pedometrickými metodami (geostatistika, fuzzy metody, umělé neuronové sítě) a o využití údajů digitálního modelu terénu jako doplňkových dat pro mapování půd. Na příkladu okresu Tábor byly ověřeny možnosti zpracování údajů KPP moderními metodami. Byly ukázány možnosti výběru dat pro získání variogramů půdních charakteristik s nižším podílem zbytkového rozptylu při co nejnižší ztrátě informací, což umožňuje spolehlivější geostatistickou interpolaci. Dále byly testovány možnosti numerické klasifikace půd na základě údajů půdních profilů s použitím metody spojité prostorové klasifikace fuzzy metody. Rovněž byla ověřována možnost využití metody umělých neuronových sítí pro klasifikaci půd s využitím údajů KPP a základních parametrů terénu. Dále byly porovnávány různé metody predikce (běžný kriging, vzájemný kriging, regrese, regrese-kriging) pro odhad půdních vlastností. V další části byly ověřovány možnosti upřesnění půdních map KPP s využitím digitálního modelu terénu. Byla vypracována digitální mapa půd ČR v měřítku 1: v systému SOTER, připraena digitální forma databáze půdních charakteristik a byla vytvořena digitální forma klasifikačního systému půd. Jednotlivé výsledky byly široce publikovány na českých i mezinárodních konferencích a ve vědeckých časopisech Stručná souhrnná charakteristika dosažených cílů řešení, přínos řešení výzkumného záměru Aplikace pedometrických metod Problematika zpracování údajů KPP moderními pedometrickými metodami byl řešen na příkladu okresu Tábor v rámci výzkumného záměru a navazujícího projektu GAČR 526/02/1516: Aplikace různých pedometrických metod na výsledky pedologického průzkumu a jejich srovnání. Bylo zdigitalizováno více než 600 výběrových půdních sond KPP okresu Tábor. Vytvořené variogramy půdních charakteristik vykazovaly ale vysoký podíl zbytkového rozptylu (Borůvka et al., 2002). Jako hlavní problém se jeví skutečnost, že původní průzkum nepoužíval náhodné rozmístění vzorků. V souboru je tak relativně velké množství lokálně podmíněných půd, zejména fluvizemí a hydromorfních půd, které nevykazují podobnost s okolními půdami a zvyšují tak hodnotu zbytkového rozptylu variogramů půdních vlastností (Penížek a Borůvka, 2003). Tento problém byl podrobně sledován na vybraném souboru 257 půdních sond. Odstranění azonálních půd, tj. fluvizemí a glejů, nevedlo k očekávanému zlepšení, navíc tento krok znamenal velkou ztrátu informací (83 sond). Při podrobném zkoumání semivariance v jednotlivých vzdálenostech bylo zjištěno, že její vysoké hodnoty při krátkých vzdálenostech jsou způsobeny několika výrazně odlišnými sondami. Po odstranění těchto 14 sond ze souboru se výrazně snížil podíl zbytkového rozptylu. Při malé ztrátě informací se tak podařilo zjistit poměrně dobrou prostorovou závislost, kterou je možné využít v krigingu. Tyto výsledky byly publikovány v časopise Plant, Soil and Environment (Penížek a Borůvka, 2004). 6

8 Na údajích KPP okresu Tábor byly také porovnávány různé metody prostorové predikce půdních charakteristik, konkrétně hloubky půdy jako modelové charakteristiky. Z metod byly posuzovány běžný kriging, vzájemný kriging (cokriging), vícenásobná regrese a hybridní metoda regrese-kriging. Jako vstupní veličiny byly použity základní parametry terénu (nadmořská výška, sklonitost, expozice). Vzhledem k poměrně slabé korelaci mezi parametry terénu a hloubkou půdy se jako nejlepší metody ukázaly vzájemný kriging se svažitostí jako pomocnou proměnnou a běžný kriging. Výsledky byly předloženy k publikaci (Penížek a Borůvka, 2005). Další část zpracování údajů KPP okresu Tábor se věnovala možnostem numerické klasifikace půd a jejich srovnání s tradiční klasifikací půd. Nejprve byla použita neřízená klasifikace metodou fuzzy k-means with extragrades. Půdní charakteristiky samotné jako vstupní hodnoty neposkytly příliš dobré výsledky, lepších výsledků z hlediska přiblížení se tradiční klasifikaci půd poskytla míra projevu hlavních půdotvorných procesů a výskytu hlavních morfologických znaků půdních profilů. Bylo vytvořeno 6 tříd. Podle hodnot příslušností u jednotlivých sond a podle jejich prostorového rozložení byla určena podobnost těchto tříd k půdním typům (HN, LU, GL, PG, 2 x KA). Fluvizemě patřily z důvodu jejich různorodosti ve většině případů mezi nezařazené. V případě kambizemí je shoda poměrně dobrá. V případě glejů a fluvizemí došlo interpolací hodnot příslušností k určitému zkreslení ve srovnání s úzkými pruhy skutečného výskytu těchto půd. Výsledky této studie byly publikovány na 17. světovém pedologickém kongresu v Bangkoku (Borůvka et al., 2002). S podobným cílem byla aplikována metoda umělých neuronových sítí. V tomto případě se jednalo o řízenou klasifikaci. Byl vytvořen model umělých neuronových sítí s jednou mezivrstvou neuronů; jako vstupní údaje byly použity obsahy I. zrnitostní kategorie a ph v ornici a v podorničí, tedy údaje dostupné i pro hustou síť tzv. základních sond KPP, doplněné o údaje terénu nadmořskou výšku a expozici z digitálního modelu terénu (systému Zabaged). Model poměrně dobře predikoval hnědozemě a kambizemě. V případě fluvizemí a glejů byla shoda se skutečnými půdními typy u jednotlivých profilů poměrně dobrá, při interpolaci ale opět došlo ke zkreslení prostorového rozložení. Horší výsledky predikce byly získány u luvizemí, protože použité vstupní charakteristiky nejsou pro ně zřejmě dostatečně určující (nezachycují texturní diferenciaci mezi eluviálním a iluviálním horizontem). Zařazením ukazatelů terénu došlo ke zlepšení úspěšnosti predikce. Výsledky této studie byly publikovány na konferenci Eurosoil 2004 (Borůvka et al., 2004) a na workshopu o digitálním mapování půd v Montpellier (Borůvka a Penížek, 2004). Poslední část zpracování části souboru výsledků KPP okresu Tábor se týkala možnosti podrobnějšího vymezení fluvizemí s pomocí digitálního modelu terénu. Cílem bylo zhodnotit možnost využití digitálního modelu terénu (DMT) jako doplňkových dat pro popis půd aluvií, tedy především fluvizemí a glejů. Hlavní cíl je zaměřen na možnost prostorového vymezení aluviálních půd při použití dat DMT. Jako vstupní data DMT byla použita Základní geodetická báze ZABAGED s vertikálním rozlišením vrstevnic 2 metry. Jako zájmové území byl vybrán horní tok Chotovinského potoka jako typického představitele menšího vodního toku (Obr. 1). Data DMT byla převedena do rastrové formy (Obr. 2). 7

9 Obr. 1. Půdní mapa zájmového území horního toku Chotovinského potoka (okres Tábor) Byly sledovány dva parametry mající vliv na použitou analýzu modelu terénu. Nejprve byl testován vliv rozmezí, které bylo použito pro překlasifikování primárně vygenerovaného rastru (Obr. 3) na převzorkovaný rastr. Překlasifikování primárně vygenerovaného rastru sloužilo k rozdělení tvaru svahů na tři skupiny rovné svahy, konvexní a konkávní svahy. Pro vytyčení rozhraní mezi těmito typy svahů byla použita hranice zakřivení 0,4, 0,5 a 0,6. Převzorkované rastry nevykazovaly výrazné odlišnosti a pro další zpracování dat byla použita střední hodnota 0,5. Mimo sledování použití limitů pro rozdělení tvaru svahu byl testován i vliv velikosti pixelu na úspěšnost zvolené metody. Analýza terénu byla provedena pro tři různé velikosti pixelu (buňky) 10 x 10 m, 25 x 25 m a 50 x 50 m. Rastr s velikostí pixelu 10 x 10 metrů poskytl nejlepší výsledek (Obr. 4). Rastry o velikosti pixelu 25 x 25 metrů, respektive 50 x 50 metrů se ukázaly pro další práci jako nepoužitelné. 8

10 Obr. 2. Vrstevnicová mapa zájmového území převedená do rastrové podoby Rastr o velikosti 10 x 10 metrů dovedl nejlépe zachytit relativně výrazné přechody z údolní nivy do okolního terénu, jak se ukázalo při podrobnějším hodnocení příčných transektů (Obr. 5 a 6). To se projevilo především na přechodu v levobřežní části Chotovinského potoka, což je patrné i z Grafu 8 v Obr. 6, kde je zachyceno i dalších sedm transektů, na kterých byla sledována úspěšnost použité analýzy. Samotné vytyčení oblasti výskytu aluviálních půd na základě analýzy DMT bylo provedeno vektorizací rastrové mapy. Takto vymezená oblast výskytu aluviálních půd je zakreslena v Obr. 7. 9

11 Obr. 3. Překlasifikovaný rastr zájmového území podle zakřivení svahů Vyhodnocení úspěšnosti použité metody bylo provedeno na základě porovnání vykreslené oblasti aluvia s digitalizovanou půdní mapou KPP v měřítku 1: (Obr. 8). Srovnání bylo komplikované faktem, že půdní mapa KPP zachycuje pouze zemědělskou půdu, a tak byla možnost srovnání ochuzena o plochy aluvií v oblastech intravilánu obcí a lesních ploch. I přes tyto problémy se území s aluviálními půdami předpovězené (odhadnuté) použitou analýzou terénu podél toku Chotovinského potoka shodovalo s mapou KPP z více než 72%. Pro další zlepšení výsledků bude třeba zkoumat i další terénní ukazatele, jako je např. index převlhčení. Tato studie zatím nebyla publikována, s její publikací se počítá po dalším ověření. 10

12 Obr. 4. Rastrová mapa zakřivení svahů s velikosti pixelu 10 x 10 m 11

13 Obr. 5. Umístění ověřovacích transektů v zájmovém území 12

14 Obr. 6. Příčné řezy reliéfem terénu na vybraných transektech 13

15 Obr. 7. Výsledné vymezení aluviálního území 14

16 Obr. 8. Porovnání hranic vymezeného aluviálního území s půdní mapou KPP Vytváření digitální formy databáze půdních charakteristik V 60. letech minulého století probíhal na území ČR Komplexní průzkum půd (KPP). V závěru půdoznaleckého průzkumu byly vypracovány, mimo jiné, průvodní zprávy pro jednotlivé okresy. KPP se týkal zemědělské půdy. Od sklonku 90. let probíhá převod dat z KPP do digitální podoby. Výstupem je půdní mapa a databáze půd ČR. Tento proces je možné rozčlenit na několik spolu souvisejících etap: 1. Přepis údajů z průvodních zpráv 2. Lokalizaci sond 3. Převod z Geneticko-agronomické klasifikace půd (používané pro KPP) do Taxonomického klasifikačního systému půd ČR (Němeček a kol., 2001) 4. Převod z Taxonomického klasifikačního systému půd ČR (Němeček a kol., 2001) do WRB a klasifikace FAO 15

17 1. Přepis údajů z průvodních zpráv Komplexní průzkum půd zahrnuje tyto údaje: 1.1. Identifikace, lokalizace a přírodní podmínky a) Označení sondy (číslo profilu) Průvodní zprávy KPP evidují především sondy výběrové, označené písmenem V, dále sondy speciální S a sondy základní Z. Sondy jsou číslovány pro každý okres zvlášť, za číslovkou následuje číselné označení V (nebo S, Z) sondy. Pro zjednodušení evidence v přepisu sond toto bylo částečně pozměněno, a sice před číslovku byl vsunut kód okresu, zpravidla odpovídající kódu tehdejší SPZ, další označení je vynecháno. b) Místo výkopu sondy (specifikováno obecně v rámci území JZD, či SS) c) Okres d) Klimatický region (podle Končeka) e) Nadmořská výška ( v m nad mořem) f) Datum odběru (měsíc a rok) 1.2. Klasifikace půdy a) Označení půdního typu, subtypu, případně variety je uvedeno slovně a symbolem. KPP používá GAKP. b) Substrát (v průvodní zprávě uvedeno slovně, na mapách kódem dle metodiky Průzkum zemědělských půd ČSSR, 1967 ). Při sestavování půdní mapy 1: bylo použito 72 petrografických kategorií mapy minerální síly hornin, které jsou rovněž vyneseny v kartogramu substrátů v měřítku 1:50 000, tzv. substrát I. Při sestavování půdní mapy 1: bylo použito 33 kategorií skupin substrátů, tzv. substrát II. c) Označení horizontu je uvedeno dle GAKP. d) Hloubka Hloubka půdy vyjadřuje mocnost půdního profilu nad pevnou horninou nebo kamenitým rozpadem, či sedimentem. Vyjadřuje se slovně, či symbolem. Hloubka I označuje hloubku v cm (horní hranice), hloubka II označuje hloubku v cm (spodní hranice), v které se nachází příslušný horizont. 1.3.Laboratorní údaje výběrových sond a) Zrnitost Frakce zrnitostního složení se vyjadřují v %. Hodnotí se tyto frakce: <0.01mm, <0.001 mm, 0,01-0,05 mm, 0,05-0,25 mm, 0,25-2,00 mm. Zrnitost je zároveň hodnocena slovně (nebo zkratkou) dle Novákovy klasifikace půdních druhů. b) Skeletovitost a štěrkovitost je určena symbolem dle metodiky. c) Nasycení sorpčního komplexu V (%) d) Kationtová výměnná kapacita T (mval/100g) e) Půdní reakce phkcl, phh 2 O f) Obsah humusu ( %) g) Obsah CaCO 3 ( %) h) Přístupné živiny - K 2 O, P 2 O 5 (mg/100g) 16

18 Údaje byly přepsány z průvodních zpráv do tabulkového programu Microsoft Excel, pro další zpracování databáze je vhodnější použití databázového programu Microsoft Access, do kterého byla data načtena. 2. Lokalizace sond Vzhledem k tomu, že v KPP není lokalizace sond zcela přesně určena, definování XY souřadnic se provádí dodatečně s použitím dostupných informací a digitální půdní mapy omezené měřítkem 1: V důsledku toho se v průběhu práce vyskytlo několik problémů, kvůli kterým nebylo možné některé sondy lokalizovat. Nejčastější potíže vznikly především díky použitému měřítku půdní mapy. Nebylo např. možné nalézt půdní typ, či příslušný subtyp. Mapa substrátů byla k dispozici v měřítku pouze 1: Také nebylo možné najít některé obce. Předpokládá se však další doplnění za použití podrobnějších map, které v době lokalizování sond nebyly v digitální podobě k dispozici. Nicméně v současné době je lokalizována většina půdních profilů. Při lokalizaci bylo nutné vyloučit nezemědělskou půdu (KPP se zpracovával pouze pro zemědělskou půdu), řeky, jezera, rybníky, silnice, obce, zastavěné plochy apod. Pak se načetl příslušný okres, sídla, substrát, půdní typ a subtyp. Tam, kde všechny tyto hladiny vzájemně souhlasily, byla umístěna sonda. Pro další zpřesnění, či kontrolu byla rovněž využita nadmořská výška. Pro lokalizaci sond se používal program AutoCAD nebo ARCView. Oba programy vyznačí sondu na mapě a zároveň načtou XY souřadnice v JTSK systému do připojené tabulky. 3. Převod z Geneticko-agronomické klasifikace půd (používané pro KPP) do Taxonomického klasifikačního systému půd ČR (Němeček a kol., 2001) Komplexní tvorba půdní databáze vyžaduje překlasifikování z GAKP do TKSP. TKSP, jak již je v úvodu naznačeno, daleko lépe vyhovuje harmonizaci materiálů s obdobnými půdními materiály EU. Poněvadž klasifikační systémy, GAKP a TKSP, vyšly z jiného pojetí, nelze jednoduše nahradit název názvem. Pro každý jednotlivý případ, je zapotřebí znovu posuzovat půdní charakteristiky, důležité pro klasifikaci půd. Je to především zrnitost, nasycenost sorpčního komplexu, ph, obsah CaCO 3, obsah humusu, substrát, na kterém se půda vyvinula a samozřejmě zastoupení horizontů. V rámci používání jiného klasifikačního systému je nutné překlasifikovat nejen půdní typy, subtypy, variety atd., ale také horizonty. Tento úkol je poměrně obtížný, poněvadž musí brát v úvahu již dříve zmiňované charakteristiky, ale také hloubku, v které se horizont nachází. Kromě toho řada horizontů uváděných v KPP jsou horizonty přechodné, některé krátké úseky půdního profilu ani za horizont považovat nelze. V budoucnu se bude muset tedy tomuto úkolu věnovat pozornost a v rámci TKSP sladit horizonty s mocností půdního profilu, respektive s hloubkou, v které se nachází. 4. Převod z Taxonomického klasifikačního systému půd ČR (Němeček a kol., 2001) do WRB a klasifikace FAO Pro mezinárodní spolupráce je nezbytný převod z Taxonomického klasifikačního systému půd ČR (Němeček a kol., 2001) do WRB a klasifikace FAO. Přesto, že tyto klasifikační systémy 17

19 vychází z obdobných principů, není převod názvů vždy zcela snadný. Jedná se o případy, kdy mezinárodní klasifikace neuvádí názvy půdních typů běžných v české klasifikaci (např. pseudoglej). Mezinárodní výstupy vyžadují zařadit substrát pod jiným kódem, odpovídajícím předepsané metodice EU. Zápis souřadnic je udáván ve stupních. Vzhledem k množství a povaze dat, je budování databáze půd dlouhodobý úkol. Nemůže se tedy stát pouhým historickým reliktem půdních dat minulého století. Databáze bude sloužit dalšímu pedologickému výzkumu v rámci ČR, ale i EU, jak se již děje. V rámci dalšího využívání by měla být dále doplňována a aktualizována Půdní mapa České republiky 1: v systému SOTER ÚVOD Vypracování prvé české verze půdní mapy v měřítku 1: v systému SOTER bylo stimulováno návrhem projektu této mapy pro území celé Evropy (Finke et al. 2001). Originální systém SOTER staví na prvé místo fyziografická kriteria, na další substráty a na poslední půdní asociace (Batjes, van Engelen, 1997). Tento systém nepředstavuje pouze přístup ke konstrukci půdních map, ale i informační systém o půdě a krajině (část EUROSOILS). Jako českou verzi ji označujeme proto, že modifikuje výše uvedený hierarchický princip systému SOTER (Batjes, van Engelen 1997). Prováděné změny vyplývají z geomorfologické a litologické pestrosti ČR a ze skutečnosti, že zemědělský i lesní fond ČR byl podrobně půdoznalecky prozkoumán. Jako první tuto verzi nazýváme proto, - a) že i v české verzi bude v budoucnu nutné provést korekce, zejména mezi geomorfologií a půdním pokryvem ( očištění od malých ploch vzniklých kombinací těchto složek se provádí), - b) bude nezbytné vypracovat verzi uzpůsobenou podmínkám metodického postupu pro území celé Evropy. METODY ŘEŠENÍ Vlastní půdní mapa v měřítku 1: vznikla transformací publikované (Novák et al ) a posléze na katedře pedologie a geologie ČZU digitalizované půdní mapy v měřítku 1: Při této transformaci byl použit jednotný taxonomický klasifikační systém zemědělsky a lesnicky využívaných půd ČR (Němeček, et al. 2001), korelovatelný bezproblémově s WRB (1998). Pro každý polygon digitalizované mapy, označený symbolem dominantní půdní formy (např.cem05) lze vyvolat složení pedoasociace (dominanta, subdominanta, doprovodná, akcesorická složka, při doplnění o zrnitost, stupeň hydromorfismu). Dosavadní zkušenosti svědčí o tom, že pro mezinárodní korelaci půdních map nečiní problém systematika půd (pedonů), ale absence třídění půdních společenstev chorické i regionální dimenze. Určité překonání tohoto problému mají umožnit systémem SOTER zaváděné vztahy mezi jednotkami půdního pokryvu a geomorfologií, které podle Dudala, Breghta a Finkeho (1993) přibližují půdní mapy i potřebám uživatelů. Systém SOTER byl modifikován pro území ČR v rovinách a plochých pahorkatinách (zčásti i vysočinách) s hlubokými pokryvy sedimentárních substrátů. Preference těchto území je dána půdnímu pokryvu již z toho důvodu, že pedoasociace jsou tu přesně vymezeny mapováním. V pahorkatinách, vrchovinách a hornatinách většinou se středně hlubokými transportovanými zvětralinami (svahovinami) pevných a zpevněných hornin byla použita původní koncepce metody SOTER v sledu geomorfologie, substráty, půdní pokryv. 18

20 Při vypracování půdní mapy v systému SOTER bylo nutné se též vypořádat s geomorfologickým tříděním. Pro vymezení morfometrických typů georeliéfu bylo použito modifikace členění Kuchaře a Kudrnovské (Demek 1987) při respektování některých kritérií SOTER (Finke et al. 1991). VÝSLEDKY A JEJICH DISKUSE Půdní mapa 1: a databáze SOTER zahrnuje: - vrstvy GIS mapu asociací půdních forem mapu jednotek SOTER mapu geomorfologických regionů (morfometrických typů georeliéfu) s dílčími vrstvami intenzity reliéfu, sklonitosti a vrstevnic - atributy jednotek půdního pokryvu a jednotek SOTER - databázi půdních profilů. V menším měřítku jsou k dispozici vrstvy klimatických faktorů a regionů, vegetace a některých vlastností půd, korelujících s klimatem a substráty (humus v ornici, nasycenost sorpčního komplexu v horizontu B). V dalším se zabýváme pouze polygonovými údaji. K vypracování geomorfologických regionů ve smyslu morfometrických typů georeliéfu byly použity údaje o: - svažitosti v o : 0 1, 1-3, 3 5, 5 8, 8 15, 15 25, 25 35, >35 (Finke et al. 1991) - intenzity reliéfu v m /2km: 0 30, 31-50, 51-75, , , , , , , > 600 (Demek 1987) - nadmořské výšce mnm: 0 200, , , , , , > 1200 (Demek, 1987) Na základě kombinace uvedených faktorů lze odvodit 17 kategorií, s možností redukce na 7. K zjednodušení bylo použito kombinace intenzity reliéfu a nadmořské výšky. Kombinací dvou faktorů vznikly v tab. 1 uvedené geomorfologické celky (svažitost přispívá k vymezení přechodných jednotek). Svažitost sama o sobě umožňuje prohloubený pohled na geomorfologii krajiny a její vztahy k půdnímu pokryvu uvnitř morfometrických typů georeliéfu. Intenzita reliéfu m/2km PL PL PL PL PL PL Typy reliéfu LL LL LL HL HL HL HL HL HL - (ML) ML LF LF LF HF MF HF LF/LD LF/LD LF/LD HF/HD MF/MD HF/HD LF/LD LD LD MD 19

21 LD LD LD (LD) LD LD (LD) LD > (LD) mnm (hypsometrie) HD HD HD HD HD HD HD HD (HD) (HD) MD MD MD (MD) >900 Tab. 1 Morfometrické typy georeliéfu Morfometrické typy georeliéfu jsou označeny těmito symboly: PL roviny (plains) LL plošiny (level areas in lowlands) LF ploché pahorkatiny (flat lowlands) LD členité pahorkatiny (dissected lowlands) HL plošiny ve vrchovinách (level areas in higlands) HF ploché vrchoviny (flat highlands) HD členité vrchoviny (dissected highlands) ML plošiny v hornatinách (level areas in mountains) MF ploché hornatiny (flat mountains) MD členité hornatiny (dissected mountains) Přechodné regiony jsou označeny LF/LD, HF/HD, MF/MD. Jednotky SOTER jsou označeny symbolem, zahrnujícím - soubory jednotek SOTER (18 kategorií) - seskupení substrátů (21 kategorií) - seskupení půd (19 kategorií) např. AV 06 f aluviální údolí, nivní sedimenty, fluvisoly PA 02 c roviny, sprašové pokryvy, černozemě. Bylo vymezeno celkem 141 jednotek SOTER. Jak již bylo uvedeno, v rovinách a plošinách (včetně vhloubených tvarů) až plochých pahorkatinách s hlubokými pokryvy sedimentů je v českém systému CZESOTER preferován půdní pokryv. Patří sem část souborů jednotek SOTER: AV aluviální údolí (alluvial valleys) s nivními sedimenty (fluvisoly, černice a gleje fluvické), TE aluviální terasy (terraces) s terasovými štěřky, štěrkopísky a písky s event. zahliněním či mělčími eolickými překryvy (regozemě arenické, arenické subtypy černosolů, luvisolů, kambisolů resp. i modální subtypy uvedených půd z eolických překryvů teras), PA roviny až ploché pahorkatiny se středně těžkými eolickými a polygenetickými pokryvy (černozemě, hnědozemě, luvizemě), PW obdobné jako PA, se semihydromofním vývojem (pseudogleje), 20

22 PC roviny až ploché pahorkatiny se slíny a jíly (černozemě, pelozemě), CW obdobné jako PC, se semihydromorfním vývojem (pseudogleje pelické, černozemě černice pelické). V převážné oblasti pahorkatin (zejména členitých), vysočin a hornatin, kde dominují kambisoly ze středně hlubokých svahovin pevných a silně zpevněných hornin bylo vymezeno 10 souborů jednotek SOTER, klasifikovaných na prvém místě podle geomorfologie (viz morfometrické typy georeliéfu), dále podle seskupených substrátů. Je to v souladu s průzkumem půd, který vymezil subtypy a variety kambizemí, kryptopodzolů velmi difúzně vzhledem k nutnosti uplatnit laboratorně stanovená kritéria. Dva další soubory hydromorfních (HY) a antropogenních půd mají lokální výskyt. 141 jednotek SOTER je representováno celkem 262 pedoasociacemi půdní mapy 1: Obr. 9. Ukázka půdní mapy v systému SOTER 21

23 ZÁVĚRY A DALŠÍ POSTUP Byla vypracována prvá česká verze půdní mapy v měřítku 1: v systému SOTER. Další postup zahrnuje: - vymezení megaregionů (českých i smíšených), - korelaci jednotek SOTER a pedoasociací, - úpravy systému z hlediska potřeb v rámci ČR i mezinárodní spolupráce Struktura elektronického klasifikačního systému půd ČR Nově vytvořený elektronický klasifikační systém půd ČR má tuto strukturu: ÚVOD stránka textu KLASIFIKAČNÍ SYSTÉM - Taxonomické kategorie - Charakteristiky půdních jednotek - Systematický soupis půd Taxonomické kategorie referenční třídy půdní typy půdní subtypy půdní formy půdní variety ekologické fáze degradační a akumulační fáze popis Charakteristiky půdních jednotek - základní část díla referenční třídy vyjmenování třída (popis) půdní typy vlastnosti mapy popis typů půdní typ popis subtypy (variety) popis subtypů (redukovány na kyselé a podzolované z) subtyp popis půdní profily mikromorfol. znaky rentgenové režimy difraktogramy, vlhkostní a tepelné režimy 22

24 Systematický soupis půd důsledně jsou opsány z Taxonomického systému v navržené podobě, a to pouze názvy, nikoliv charakteristiky SKUPINA PŮD PŮDNÍ TYP SUBTYP VARIETA DIAGNOSTIKA PŮD - Diagnostické horizonty - Diagnostické vlastnosti - Formy humusu - Půdotvorné substráty Diagnostické horizonty organické nadložního humusu hydrogenií rašelinné :charakteristiky v rámci uvedených skupin organominerální, povrchové humusové (epipedony) anhydromorfní hydrogenií antropogenní :charakteristiky v rámci uvedených skupin podpovrchové vysvětlené, ochuzené kambické, metamorfické spodické- podzolové humseskvioxidické luvické mramorované glejové akumulace karbonátů, rozpustných solí :charakteristiky v rámci uvedených skupin substrátové horizonty Diagnostické znaky - stadia vyluhování, debasifikace, acidifikace - hydromorfismus - fluvické znaky - vertické znaky - znaky eroze, akumulace, překrytí - entropické ovlivnění - kontaminace, intoxikace : charakteristiky v rámci uvedených skupin; tropismus vynechat 23

25 Formy nadložního humusu - mor - moder - mul : charakteristiky; detaily subforem nebudou uvedeny Půdotvorné substráty - seskupení (třídy substrátů) - seskupené substráty (označení použito v tabulkách vlastností a v mapě 1: ) :kategorie substrátů v rámci uvedených skupin POROVNÁNÍ TAXONOMICKÝCH KLASIFIKAČNÍCH SYSTÉMŮ - porovnání s mezinárodními systémy - porovnání s dřívějšími klasifikačními systémy v ČR : v každé skupině 1 tabulka Základní technická charakteristika digitální formy systému TKSP Internetový klasifikační systém TKSP byl vyvinut jako nástroj pro editaci a komplexní správu obsahu Taxonomického klasifikačního systému půd v ČR. Při jeho tvorbě byl kladen důraz na široké možnosti editace, snadnou ovladatelnost a přehlednost pro uživatele. Obsluha systému TKSP nevyžaduje žádné znalosti tvorby stránek WWW a práci s ním tak může zvládnout i průměrný uživatel počítače. Díky přehlednému uživatelskému prostředí systému TKSP můžeme prostřednictvím internetového prohlížeče rychle a efektivně vkládat na stránky nové informace a aktualizovat stávající systém půd. To vše je navíc možné z jakéhokoliv počítače připojeného k Internetu. Systém využívá inter/intranetové technologie založený na straně serveru: na databázi SQL - skriptovacím programovacím jazyku - web serveru a na straně klienta(uživatele) www prohlížeči. - serverová část běží na operačním systému Linux - pro ukládání dat byla vybrán SQL server MySQL - systém je naprogramován objektově v jazyku PHP - jako web server byl zvolen Apache Požadavky na počítačové vybavení Hardware Internetový systém TKSP je provozován na stejném webovém serveru, na kterém máme uloženu internetovou prezentaci. Na základě požadavků uživatele provádí všechny potřebné operace vedoucí ke zobrazení výstupů pro návštěvníky stránek i správce systému TKSP. Na hardware počítače proto nejsou kladeny téměř žádné nároky. Pro správce i návštěvníky stránek postačí běžná konfigurace potřebná pro připojení k internetu. 24

26 Software Pro veřejnou část prezentace (front office), která se zobrazuje návštěvníkům stránek: - můžeme použít všechny aktuální verze běžně používaných internetových prohlížečů (Internet Explorer, Mozilla, Opera,...). Pro administrační část (back office): - pro správné zobrazení tohoto prostředí se všemi dostupnými funkcemi je nutné používat prohlížeč Internet Explorer od verze 5.5 výše se zapnutou podporou javascriptů. Základní pojmy systém - systém TKSP prezentace - internetové stránky TKSP správce správce prezentace (osoba s přístupem k administrační části systému) návštěvník - návštěvník prezentace Práce s moduly V administrační části je 7 modulů: Administrace Slouží k vytváření nových osob, jejich rolí, uživatelských skupin a přiřazování oprávnění k akcím pro jednotlivé moduly. Redakce Slouží ke psaní, členění a publikaci dokumentů v prezentaci. Umožňuje třídění dokumentů do hierarchické struktury kategorií. Půdní typy Slouží ke vkládání, editaci a organizaci půdních typů v prezentaci. Diagnostické horizonty Slouží ke vkládání, editaci a organizaci diagnostických horizontů v prezentaci. Diagnostické znaky Slouží ke vkládání, editaci a organizaci diagnostických znaků v prezentaci. Formy nadložního humusu Slouží ke vkládání, editaci a organizaci forem nadložního humusu v prezentaci. Dictionary Slouží ke vkládání, editaci a organizaci položek nápovědy ('kontextová nápověda' v pravém horním rohu prezentace). Pojmy pro práci s moduly: kořenová kategorie - základní položka ve stromu položek. Zpravidla nese jméno vybraného modulu. kategorie - složka ve stromu položek, která slouží k přehlednému členění dokumentů Do kategorie lze vkládat další položky stromu (podkategorie a dokumenty). dokument - v jednotlivých modulech nalezneme několik typů dokumentů (položek), které jsou tříděny v souladu s klasifikačním systémem půd v ČR. 25

27 Textový wysiwyg editor Pro snadnější editaci a formátování dokumentů používáme editační textové pole tzv. 'wysiwyg editor', ve kterém lze upravovat text podobně jako v klasických textových editorech (např. MS Word, OpenOffice a pod). Pokročilá práce s moduly - vkládání a editace obrázků (např. půdní mapy), úprava údajů o obrázku, výměna obrázku za jiný Modul Redakce - vložení a editace článku Dokumenty se na stránkách zobrazují podle jejich pořadí v rámci kategorie (pořadí ve stromu položek). Systém TKSP nabízí možnost změnit pořadí dokumentů v rámci kategorie. Navigace Pro rychlý přesun do nadřazené kategorie v rámci stromu položek můžeme využít také odkazů v poli Navigace v editační ploše. Zde se zobrazuje cesta od kořenového adresáře až k místu (kategorii nebo dokumentu), kde se právě nacházíme. Tato cesta nám usnadňuje orientaci ve stromu položek. Kliknutím na odkaz se dostaneme do prostředí pro editaci vybrané nadřazené kategorie. 26

28 ETAPA 2. POSOUZENÍ VLIVU ORGANICKÉ HMOTY NA RETENČNÍ, ŽIVINNÉ, STRUKTUROTVORNÉ POMĚRY V RŮZNÝCH SLOŽKÁCH PŮDNÍHO POKRYVU ČR PRO ÚČELY PREDIKCE VÝVOJE. 2. Dosažené cíle a uplatněné výsledky 2.1. Splnění cílů řešení Jednotlivé cíle řešení této části výzkumného záměru byly splněny, v řadě případů i rozšířeny oproti původnímu návrhu. Byly sledovány možnosti analýzy půdní organické hmoty moderními analytickými technikami, zejména infračervenou spektroskopií (metoda DRIFT), a to jednak na příkladu lesních půd postižených acidifikací, jednak na příkladu rekultivovaných půd důlních výsypek. Byla hodnocena stabilita půdní struktury. Byly ověřovány metody stanovení stability půdních agregátů, vliv délky skladování vzorků na získané výsledky. Metoda byla aplikována na vzorky antrozemí rekultivovaných výsypek a tyto výsledky byly porovnány s přirozenými půdami. Dále byl sledová vliv půdních vlastností, zejména obsahu a složení půdní organické hmoty, na tvorbu a stabilitu půdní struktury. Antropogenní půdy rekultivovaných důlních výsypek byly sledovány rovněž z hlediska vlivu způsobu rekultivace na jejich vlastnosti a z hlediska možností aplikace geostatistických metod pro popis jejich variability. Dále byl sledován obsah potenciálně nebezpečných forem hliníku v lesních půdách postižených acidifikací, konkrétně na území Jizerských hor jako oblasti silně ovlivněné atmosférickou depozicí a na území Novohradských hor jako oblasti relativně málo ovlivněné. Byl stanoven obsah výměnných a organicky vázaných forem Al. Byl hodnocen vliv půdní reakce, obsahu C, S, N, Ca a Mg v půdě a dalších půdních charakteristik. Ze stanovištních podmínek byl hodnocen vliv nadmořské výšky, lesních vegetačních stupňů, druhového složení porostů, geologického podloží, půdních typů, vápnění a porostů třtiny chloupkaté na imisních holinách. Výsledky byly zpracovány statistickými i geostatistickými metodami. V další části byla studována kontaminace půdy rizikovými prvky, rozložení těchto prvků mezi hlavní frakce huminových látek a rozložení rizikových prvků v půdním profilu jako jeden z ukazatelů jejich původu Stručná souhrnná charakteristika dosažených cílů řešení, přínos řešení výzkumného záměru Analýza půdní organické hmoty metodou DRIFT Cílem bylo rozšíření znalostí o organické hmotě v lesní půdě a jejím ovlivnění druhovou skladbou porostu a o nových metodách zjišťování kvality organické hmoty. Projekt byl zaměřen na nově používanou metodu podrobného posouzení kvality organické hmoty pomocí DRIFT (diffuse reflectance infrared Fourier transform) spektroskopie. Vzhledem k časové náročnosti metody šlo především o návrh jejího teoretického popisu a vyhodnocování naměřených spekter. Byly analyzovány vzorky půd z bukových a smrkových porostů v Jizerských horách. Kvalita organické hmoty byla nejprve stanovena spektroskopicky v oblasti UV-VIS (barevný kvocient Q 4/6 ). Na vybraných vzorcích byla studována podrobně kvalita organické hmoty metodou frakcionace huminových látek a infračervené spektroskopie. Bylo vybráno 8 vzorků z horizontu O lesních půd (kambizemí) z lokalit s nadmořskou výškou od 400 do 550 m n. m. Čtyři pocházely z bukového porostu a čtyři z porostu smrkového. U nich byla provedena 27

29 frakcionace půdní organické hmoty podle (Piccolo et al., 2002). Byly rozlišeny tři frakce: huminové kyseliny, fulvokyseliny a humin. Vzorky neobsahovaly karbonáty, proto nebylo třeba provádět počáteční promývání HCl. Směs humusových látek mohla být přímo extrahována roztokem obsahujícím 0,5 M NaOH a 0,1 M Na 4 P 2 O g jemnozemě se nejprve protřepávalo s 0,5 l této směsi po dobu 24 h. Suspenze se odstředila a supernatant odlil do srážecí nádoby. Oddělená zemina se po rozmíchání ještě dvakrát po dobu 1 h protřepala vždy s dalšími 0,5 l směsi. Supernatant se pokaždé přilil do srážecí nádoby. V ní se pak okyselil na ph 1 pomocí koncentrované HCl a přes noc se nechaly vysrážet huminové kyseliny. Nerozpuštěná část zeminy se ponechala na extrakci huminu. Vysrážené huminové kyseliny se od rozpuštěných fulvokyselin oddělily odstředěním. Poté byly obě frakce humusových látek dočištěny. Od směsi fulvokyselin byly odděleny koextrahované organické molekuly, jako jsou například peptidy. K tomuto účelu byla použita kolona s hydrofobním resinem Supelite TM DAX-8. Směs huminových kyselin byla dočištěna od koextrahovaného minerálního podílu pomocí několikanásobného znovurozpuštění pomocí 1M NaOH a opětovného sražení koncentrovanou HCl. Toto dočištění bylo doplněno dvoudenním protřepáním sražených huminových kyselin s roztokem obsahujícím 0,5 % (v/v) HCl a 0,5 % (v/v) HF. Po dočištění byly oba typy humusových kyselin umístěny do dialyzačních vaků, v nichž se ze směsí uvolnil chlór. Takto připravené kyseliny byly vymraženy lyofilizátorem Telstar Cryodos. Humin byl vyextrahován ze zbytku původní zeminy. Ta se nejprve promyla destilovanou vodou do neutrálního ph a pak se nechala 24 h třepat s 200 ml 10% roztoku HF. Kyselý roztok se odlil a zbytek se po promíchání třepal s destilovanou vodou. Suspenze se opět odstředila. Tato operace se prováděla, dokud supernatant neměl ph 7. Poté se přidalo 0,5 l již zmiňovaného směsného roztoku NaOH a Na 4 P 2 O 7 a postup pokračoval podle modelu separace huminových kyselin včetně dočištění, dialýzy a lyofilizace. Vymražené suché vzorky byly analyzovány pomocí DRIFT spektrofotometru Nicolet Nexus bez ředění KBr. Pro detailnější posouzení vlivu lesního porostu na kvalitu půdní organické hmoty byly vybrány lokality s nadmořskou výškou do 800 m n. m. Tímto krokem byl omezen vliv nadmořské výšky. Tabulka 1 uvádí základní statistické charakteristiky studovaného souboru dat horizontu O z vybraných 41 lokalit. Tab. 1: Základní statistické charakteristiky pro soubory dat Q 4/6 a HK:FK. Proměnná Q 4/6 HK:FK Průměr 7,55 0,22 Medián 7,57 0,20 Rozptyl 0,844 0,004 Minimum 5,65 0,13 Maximum 9,43 0,39 Var. koef. % 12,17 27,76 Pomocí jednocestné analýzy rozptylu byl zjištěn průkazný rozdíl mezi poměrem HK:FK v horizontu O bukových porostů a smrkových porostů na hladině významnosti α = 0,05 (obr.1). V bukových porostech byla zjištěna vyšší kvalita humusu než u porostů smrkových. 28

30 Means and 95,0 Percent LSD Intervals 0,28 0,26 HKFK 0,24 0,22 0,2 0,18 bk sm Obr. 10.: Závislost poměru HK:FK v horizontu O na druhovém složení lesního porostu. V druhé části projektu byly vybrány vzorky horizontu O z osmi lokalit (4 s porostem buku a 4 s porostem smrku). U těchto vzorků byla provedena frakcionace humusových látek - viz postup a způsob řešení. Metodická část byla prezentována v podobě posteru na konferenci Eurosoils 2004 a abstrakt byl publikován ve sborníku: Naměřená spektra fulvokyselin se ukázala jako poměrně nevhodný ukazatel kvalitativních charakteristik organické hmoty, neboť jejich relativně široké pásy v sobě zahrnují řadu méně výrazných pásů, které jsou z hlediska posouzení kvality důležité. Pomocí druhé derivace spektra (Obr. 11) je možno odlišit polohy těchto pásů, nikoli však jejich intenzity. Určení těchto intenzit je podmíněno získáním dalšího softwaru. Tab. 2. Základní statistické charakteristiky souborů intenzit nejvýznamnějších pásů (cm -1 ) infračervených spekter huminových látek (HA huminové kyseliny, HU humin) HA Průměr 5,350 10,783 10,328 10,380 9,864 9,479 10,926 14,866 18,024 Medián 5,445 10,176 10,360 10,397 9,891 9,520 11,075 14,942 17,894 Rozptyl 0,279 1,955 0,021 0,012 0,025 0,222 0,258 0,224 0,335 Sm.odch. 0,528 1,398 0,144 0,110 0,157 0,471 0,508 0,473 0,579 Minimum 4,442 9,812 10,106 10,140 9,639 8,780 10,218 14,0 17,334 Maximum 6,061 13,805 10,495 10,468 10,088 10,067 11,439 15,376 19,091 Var. koef. % 9,87 12,97 1,39 1,06 1,59 4,97 4,65 3,18 3,21 HU Průměr 7,684 10,627 10,269 10,442 10,383 10,165 10,843 15,543 14,043 Medián 7,422 10,643 10,413 10,304 10,614 9,973 10,334 15,512 14,001 Rozptyl 1,107 0,733 0,321 0,291 0,219 0,584 1,216 0,930 5,905 Sm.odch. 1,052 0,856 0,567 0,539 0,468 0,764 1,103 0,965 2,430 Minimum 6,572 9,101 9,501 9,680 9,424 9,096 9,959 14,121 10,497 Maximum 9,317 11,795 11,074 11,108 10,689 11,220 12,873 17,002 16,999 Var. koef. % 13,69 8,058 5,521 5,162 4,507 7,515 10,169 6,206 17,304 29