Pedogeochemie. Zdroje prvků v půdě UHLÍK V PŮDĚ. Globální bilance C. 10. přednáška. Procesy ovlivňující obsahy prvků v půdě

HTML
DOWNLOAD

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Pedogeochemie. Zdroje prvků v půdě UHLÍK V PŮDĚ. Globální bilance C. 10. přednáška. Procesy ovlivňující obsahy prvků v půdě"

Božena Vacková
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 Pedogeochemie 10. přednáška CYKLUS CHEMICKÝCH PRVKŮ V PŮDĚ Zdroje prvků v půdě přirozené primární nerosty, horniny, ložiska přirozené druhotné produkty přírodních pochodů prachové bouře, sopečná činnost atmosférické srážky a spady antropogenní aplikace melioračních surovin, hnojiv pesticidy, popílky, kaly, závlahové vody apod. atmosférická depozice Procesy ovlivňující obsahy prvků v půdě geologický a biologický koloběh látek uvolňování z vazeb (zvětrávání) migrace vyluhování akumulace biologické procesy a akumulace UHLÍK V PŮDĚ Formy výskytu: CO 2 uhličitany organická hmota (stabilní humus i DOM) Hlavní přirozené zdroje: organismy (OH, CO 2 ) mateční horniny (uhličitany) atmosféra (CO 2 ) Globální bilance C Globální bilance a toky C (10 9 t) v preindustriálním období (Retallack 2003) údaje se mírně liší podle literárních pramenů Množství C v 10 9 t: Půda (org. C) Půda Atmosféra (anorg. C) Biomasa Oceány Ostatní souše

2 Oxid uhličitý Zdroje: dýchání organismů, atmosféra Formy: plynný v půdním vzduchu rozpuštěný v půdním roztoku Význam: fotosyntéza okyselování půdy (tvorba H 2 CO 3 ) Půdní uhličitany Zdroje: primární: mateční horniny sekundární precipitace vápnění depozice Význam: pufrační schopnost zásoba živin (Ca, Mg) sorpce půdotvorné procesy Nejběžnější: kalcit CaCO 3 dolomit CaMg(CO 3 ) 2 Nejbohatší půdy: rendziny a pararendziny černosoly vertisoly šedozemě a hnědozemě Ve světě: kaštanozemě Formy uhličitanového C ve vodě v závislosti na ph Pufrační schopnost půdy Uhlík v organické hmotě Obsahy C v různých ekosystémech Obsahy (g.m -2 ) a toky (g.m -2.rok -1 ) C v lesní půdě (Fahey et al., 2005) Pg (petagram) = g Celkové zapravení uhlíku Biomasa kořenů Celková respirace půdy (660) Dýchání kořenů Mortalita Tok rhizosférou Heterotrofní respirace Půdní organická hmota Opad Tropický prales Savana Travní porost Listnatý les Jehličnatý les Tundra Nadzemní biomasa Půda Vymývání 2

3 Obsah OH v půdě Kritéria hodnocení obsahu OH v půdě v ČR Skupina půd Tropické půdy (Oxisols, Ferralsols) Obsah OH (%) 1-2 Hodnocení Velmi nízký Obsah humusu (%) < 1 Písčité půdy (Psamments, Arenosols) < 1 Nízký 1-2 Zamokřené půdy (Aquepts, Gleys) 10 Střední 2-3 Typické prérijní půdy (Mollisols, Chernozems) 5-6 Vysoký 3-5 Velmi vysoký > 5 Obsah a kvalita OH v některých půdách ČR Rozložení organického C v půdním profilu Půdní jednotka Humus (%) HK : FK Černozem 2,6 2,4 Hnědozem 1,8 1,1 Luvizem 1,7 0,9 Pseudoglej 2,2 0,7 Kambizem eutrofní 2,5 0,7 Kryptopodzol 5,4 0,6 Množství OH z rostlin Bilance C Plodina Vojtěška Jetel luční Pšenice ozimá Ječmen jarní Brambory Cukrovka Suchá hmota rostlinných zbytků (t/ha) 8,2 5,2 3,1 2,5 0,9 0,9 3

4 Změny v různých frakcích půdní organické hmoty ve svrchních 25 cm po kultivaci panenské půdy Vliv lesní těžby na vývoj obsahu C v lesní půdě a v nadzemní biomase (Jandl et al., 2007) Vliv klimatu (teploty) na vytváření zásob půdního uhlíku maximum Vliv klimatu na zásoby půdního C v Evropě relativní rychlost produktivita rozklad (Buckman a Brady, 1960) maximální SOC zásoba chladné teplota horké Obsah organického C ve svrchních půdních horizontech v Evropě (Jones et al., 2003) Sekvestrace uhlíku = snaha dlouhodobě zvýšit obsah organické hmoty v půdě Způsoby: omezení mineralizace dodávka OH do půdy omezení eroze Problémy: nedostatek a ztráty OH pomalý proces přesvědčení společnosti 4

5 Důvody studia koloběhu C v agroekosystémech Vytváření zásob půdního uhlíku Zásoba půdního uhlíku C vstup >> Rozklad C vstup = Rozklad Akumulace C během tvorby půdy C vstup << Rozklad Přeměna na ornou půdu C vstup > Rozklad Zavedení opatření k sekvestraci C Janzen, 2004 Čas (měřítko není proporcionální) Vliv bezorebného způsobu zpracování půdy (NT no tillage) na zásobu půdního uhlíku Trvalé bezorebné zpracování Střídání tradičního a bezorebného zpracování půdy Conant et al., 2007 DUSÍK V PŮDĚ v půdách běžně 0,25 ( 0,02-0,5) %hm. Formy výskytu: anorganické formy: dusičnanový N NO - 3 dusitanový N NO 2 - amonný N NH 4 + organické formy (95-99 %) bílkoviny, peptidy, aminokyseliny nukleové kyseliny, chitin, aminosacharidy huminové látky aj. Globální bilance N (10 6 t) Bilance dusíku v půdě Zdroje: atmosféra plynný N fixace blesky suchá a mokrá depozice hnojiva organická pevná (hnůj) i kapalná (kejda, močůvka) průmyslová močovina, DA, DAM, SA aj. minerály omezeně Ztráty: vytěkání NH 3, N 2 a oxidů N (N 2 O, NO) odběr rostlinami aj. organismy vyplavení, eroze, smyv 5

6 Tvorba reaktivního N 10 6 t N.r -1 (1990) (Galloway et al., 2004) Kontinent Afrika Asie Evropa* L. Amerika S. Amerika Oceánie Celkem Blesky 1,4 1,2 0,1 1,4 0,2 0,2 4,5 Biol. fixace 27,7 35,1 18,7 31,5 17,9 7,6 138,5 Fosilní paliva 0,8 5,7 6,1 1,3 7,3 0,4 21,6 Výroba hnojiv 2,5 40,1 21,6 3,2 18,3 0,4 86,1 Import 1,2 13,8 9,6 2,5 5,0 0,6 32,7 Vstupy celkem 33,6 95,9 56,1 39,9 48,7 9,2 283,4 Koloběh dusíku * včetně zemí bývalého SSSR Přeměny dusíku v půdě Fixace molekulárního N redukce N 2 na amoniak N 2 + 8H + + 6e - (+energie, nitrogenáza) 2NH 3 + H 2 Přeměny dusíku v půdě Mineralizace organické hmoty: též amonifikace, amonizace uvolnění N z organických vazeb R-NH 2 + 2H 2 O NH 4+ + R-OH + OH - biologický proces symbiotické (zejména u bobovitých rostlin) i volně žijící organismy bakterie (Azotobacter, Clostridium, Rhizobium) aktinomycety (Frankia) sinice (Nostoc, Anabaena) snaha o zvýšení (inokulace aj.) mikroorganismy a extracelulární enzymy opačným procesem je imobilizace N v organické hmotě Volatilizace amoniaku: alkalické půdy, teplo, sucho, provzdušenost NH 4+ + OH - NH 3 + H 2 O Přeměny dusíku v půdě Nitrifikace: oxidace amonných forem N NH 4+ NH 2 OH (NOH) NO NO 2- NO - 3 sumárně: NH O 2 NO 3- + H 2 O + 2H + zvýšení mobility N v půdě okyselení prostředí uvolnění plynných oxidů N biologický proces bakterie (Nitrosomonas, Nitrococcus, Nitrobacter) Přeměny dusíku v půdě Denitrifikace: redukce oxidovaných forem N NO 3- NO 2- (NO) N 2 O N 2 uvolnění energie v hypo- a anoxických podmínkách nežádoucí uvolnění N 2 O do atmosféry ochuzení půdy o využitelný N biologický proces bakterie (Pseudomonas, Bacillus, Agrobacterium aj.) nerespirační denitrifikace v AE prostředí, nejasný význam 6

7 Přeměny dusíku v půdě Asimilační a disimilační redukce NO 3- na NH 4+ : redukce nitrátu pomocí cytoplasmatických enzymů rostlin a mikroorganismů Vývoj forem N v zaplavené půdě NO 3- NO 2- (NOH) NH 2 OH NH 4+ glutamát, glutamin aj. uvolnění energie (např. v anoxických podmínkách) biologický proces AN bakterie (Clostridium, Desulfovibrio, Bacillus aj.) Fixace NH 4+ : poutání ve struktuře jílových minerálů (až 19 mg NH 3 /kg) Přeměny N a oxidační stav Koloběh N v půdě Koloběh N v půdě Faktory přeměn dusíku v půdě zdroje N v půdě organické anorganické odběr rostlinami zrnitost půdy provzdušnění půdy vlhkost teplota složení mikroorganismů redox podmínky 7

8 Ztráty dusíku z půdy Hlavní cesty ztráty: vymývání (NO 3- ) denitrifikace NO 2, N 2 vytěkání (NH 3 ) Příčiny: nadměrné a nevhodné hnojení rozpustné formy hnojiv nízká sorpční kapacita půd pro N mikrobní aktivita vysoká propustnost půd (lehké půdy) vysoké srážky eroze, smyv, vyluhování Využití N z hnojiv Celkové vstupy N N z hnojiva Nadbytečný anorg. N Denitrifikovaný N N ve stéble N v zrnu Důsledky ztráty živin z půdy snížení produkce zvýšení nákladů znečištění vzduchu (N) znečištění podzemních a povrchových vod (N, P) eutrofizace vod Atmosférické emise a depozice N na počátku 90. let, 10 6 t N.r -1 (Galloway et al., 2004) Kontinent Afrika Asie Evropa* L. Amerika S. Amerika Oceánie Pevnina celkem Oceány celkem Emise NO x 6,8 10,7 7,9 5,3 8,5 1,1 40,4 4,2 Celkem 44,6 * včetně zemí bývalého SSSR Depozice NO x 5,0 6,5 5,0 3,1 4,7 0,5 24,8 21,0 45,8 Bilance NO x -1,9-4,2-2,9-2,2-3,8-0,6-15,6 16,8 Emise NH 3 7,0 22,1 8,0 7,8 3,6 1,0 49,5 5,6 55,1 Depozice NH x 5,6 16,1 5,6 5,8 3,0 0,5 36,5 18,3 54,8 Bilance NH x -1,4-6,0-2,4-2,1-0,6-0,5-13,0 12,7 Celkové depozice anorg. N (mg N.m -2 r -1 ) 1860 (Galloway et al., 2004) 1990 Celkové emise v ČR (x1000 t r -1 ) SO SO SO SO SO SO SO NOx 1980 NOx 1985 NOx 1990 NOx 1993 NOx NOx 1997 NOx

Podobné dokumenty

Odběr rostlinami. Amonný N (NH 4 )

Odběr rostlinami. Amonný N (NH 4 ) Složka N do půdy N z půdy Spady Export Atmosférický dusík Minerální hnojiva Stájová hnojiva Fixace N Organický dusík Rostlinné zbytky Amonný N + (NH 4 ) Odběr rostlinami Volatilizace Nitrátový N - (NO