Půdní reakce ph = - log konc.h + řízeno: matečnou horninou stupněm zvětrávání a vyplavování činností člověka ph výměnné (ph KCl ) ph aktivní (ph H2O ) zásadité půdy - obvykle obsahují CaCO 3 a NaCO 3, výměnná kapacita saturována Ca 2+, Mg 2+, Na +, K + kyselé půdy -výměnná kapacita saturována H +, Al 3+
Hlavní zdroje kyselosti půd aktivní kyselost způsobená H + a Al 3+ v půdním roztoku výměnná kyselost způsobená vytěsněním výměnných H + a Al 3+ do půdního roztoku reziduání kyselost způsobená H + a Al 3+ na nevýměnných pozicích (nelze ji stanovit v rámci výměnné acidity, ale je ji možno neutralizovat vápencem) Při acidifikaci půd - vedle H + -významnárole i Al 3+ H 2 O H + H 2 O H + H 2 O H + Al 3+ AlOH 2+ Al(OH) 2 + Al(OH) 3 0 H 2 O H + H 2 O H + H 2 O H + 5,0 5,1 6,7
Vnitřek kořene Půdní roztok NH 4 + H + Ca 2+ 2 H + Příjem kationtů balancován uvolňováním H + - okyselování půdy Ca 2+ SO 4 2- Příjem kationtů balancován příjmem aniontů- nemávliv na ph NO 3 - HCO 3 - Příjem aniontů balancován výdejem bikarbonátových intů- alkalizující effekt
Skutečné ph - závisí na rovnováze mezi produkcí a spotřebou H iontů: Okyselující procesy (produkce H + ) tvorba k. uhličité disociace organických kyselin (RCOOH RCOO - + H + ) oxidace N,S a Fe sloučenin atmosférická depozice H 2 SO 4 a HNO 3 spotřeba kationtů rostlinami akumulace kyselé OH (fulvokyseliny) srážení kationtů v uhličitanech, Alkalizující procesy (spotřeba H + ) vstup karbonátů a bikarbonátů protonace kationtů (RCOO - + H + RCOOH) redukce N,S a Fe sloučenin atmosférická depozice Ca a Mg spotřeba aniontů rostlinami specifická adsorpce aniontů (hlavně SO 2-4 ) zvětrávání a uvolňování kationtů z hornin a hydroxidech a křemičitanech
Vztah mezi výměnnou a aktivní kyselostí Pufrační schopnost půd Schopnost půdy udržet si ph i když se do půdního roztoku uvolňují anionty nebo kationy čím větší CEC tím větší pufrační schopnost Význam: zaručuje stabilitu půdního prostředí ovlivňuje množství živin, které se musí do půdy přidat
ph x rostliny a organismy 1. Mění se dostupnost živin a toxicita prvků: Kyselé půdy: nízká dostupnost C,N,P.K,N a S, Mo, B zvýšená dostupnost Fe, Mn, Zn, Cu, Co (mikronutrientů) Alkalické půdy Mo a makronutrienty - dostupné, ale nízká dostupnost Fe, Mn, Zn, Cu a Co, také P a B Dostupnost P
2. Mění se enzymová aktivita a na prostupnost membrán 3. změna potravní nabídky pro půdní živočichy. 4. Změna rozpustnosti organické hmoty aktinomycety 10 tolerance ke zvyšující se alkalinitě většina bakterií většina hub 7 ph půdy bakterie oxidující S tolerance ke zvyšující se aciditě (Thiobacillus) 2
aerobní půdy ph není příliš ovlivněno oxidačně redukčními procesy respirace (H + = e - ) anaerobní půdy H + e -, vodíkové ionty, které vznikají v přebytku reagují s přítomnými látkami, ubývají ze systému a roste ph Okyselování půd činností člověka - hnojení dusíkem (síran amonný, fosforečnan amonný - organickými hnojivy (splaškové vody, hnůj) - kyselé depozice z atmosféry - drenážování pobřežních mokřadů - vykopání materiálů obsahujících pyrit Zvyšování ph činností člověka -vápnění - zaorávání posklizňových zbytků a mulčování
Hrubá primární produkce (HPP ) - respirace autotrofů (temnostní resp., kořeny) čistá primární produkce (NPP) - respirace heterotrofních organismů Nadzemní produkce: nadzemní části rostlin, mechy, řasy, lišejníky, Podzemní produkce: kořeny rostlin a rhizodeponie čistá produkce ekosystému (NEP) živá a mrtvá biomasa rostlin, živočichů a půdní org. hmota vytvořená za časovou jednotku Půdní organická hmota: celosvět. zásoba = 1,5 x 10 18 g C 2-3 x více než v nadzemní biomase rostlin závisí na : NEP (NPP) abiotických faktorech (hlavně vlhkost a teplota) ekosystém produkce kořenů (% NPP) lesy mírného pásu 13-46 louka mírného pásu 50-75 step 50 polopoušť 12 zemědělské půdy: kukuřice, soja 25 produkce rhizodeponií: 1-30% HPP
Odhad NPP, ročního množství opadu a obsahu org. hmoty v půdě ekosystém čitá primární produkce gc m -2 rok -1 roční opad gc m -2 rok -1 obsah org. hmoty v půdě (gc m -2 ) dešťový prales 1035 833 8000 les mírného pásu 630 383 12000 louka mírného pásu 540 405 30000 polopoušť tundra (lyšejníky, bylin.p.) poušť 68 56 8000 39 37 6500 14 6,8 2500 zemědělská půda 563 135 8000
půdní organická hmota (SOM soil organic mater) nezměněná rostlinný opad -nově do půdy vstupující nebo nezměněné komponenty starších zbytků, měřitelný jako lehká frakce půdní SOM,í 5-15% SOM -cytoplasmatické látky -strukturní rostlinné látky (primární a sekundární buněčné stěny) příčiny špatné rozložitelnosti strukturních látek: -nesnadná přístupnost krystalických částí celulózových a chitinových vláken -vysoký stupeň polymerace -stupeň hydratace polymerů, - propojení dvou a více různých polymerů (celulóza, hemicelulózy, pectin, lignin) v buněčných stěnách -fyzikální bariéra tvořená vosky (kutin, suberin), hydrofóbní vlastnosti -bakteriostatické vlastnosti některých rostlinných látek (hlavně komponenty ligninu, dále terpeny, alkaloidy, taniny)
kořeny rostlin 15-35% primární produkce (i 50% na loukách) v porovnání s nadzemními částmi rostlin obsahují větší podíl ligninu, vosků a suberinu kořenové exudáty 1-30 % primární produkce 50-90 % nerozpustný materiál (polysacharidy hlavně hemicelulózy, pektin), zbytek jsou organické kyseliny, aminokyseliny a cukry přeměněná organická hmota odumřelí živočichové a zbytky živočichů, vpůdách dlouhodobě přetrvávají chitinové schránky
mikroorganismy a produkty jejich rozkladu - tvoří 2-4% SOM, - cytoplasmatické látky - buněčné stěny u bakterií tvoří cca 15% sušiny, u mikromycetů více -produkty metabolismu meziprodukty rozkladu slizy jejich tvorba ovlivněna: limitací P a N - zvyšuje se aerací půdy zvyšuje se po aeraci a v anaerob. podmínkách teplotou a vlhkostí zvyšuje se při nízkých teplotách a při snižování půdní vlhkosti humusové látky huminy, huminové kyseliny a fulvokyseliny většinou vysokomolekulární látky, o jejich vzniku se příliš neví, složité, nejednotné složení, komplexace s jílovými minerály a kationty
extrakce NaOH nebo Na 4 P 2 O 5 humin. extrakce silnou kyselinou sraženina = huminové kyseliny vroztoku = fulvokyseliny podíl jednotlivých extrahovaných komponent se mění s půdním typem Fulvokyseliny jsou nízkomolekulární látky (m.v. 1000 30 000). Jsou složeny z aromatických jader s velkým množstvím postranních řetězců. Huminové kyseliny mají vyšší molekulovou hmotnost než fulvokyseliny (10 000-100 000). Jsou složeny z aromatických jader, dusíkuv cyklické formě a peptidických řetězcích. Jsou tvořeny polykondenzací
Rostlinný materiál Snadno rozložitelný C Pomalu rozložitelný C Nesnadno rozložitelný C CO 2 CO 2 Aktivní půdní organická hmota (OH) Mikrobní biomasa CO 2 CO 2 Rostlinné a mikrobiální metabolity Pasivní půdní OH (humus) Stabilní a fyzikálně chráněný C CO 2 CO 2 Pomalu se rozkládající C
Podíl organické hmoty v půdě a její složení 3 Minerální podíl - 94% 6 Organická hmota 2 Mrtvá organická hmota - 84% 9 7 kořeny organismy 1 Bakterie včetně aktinomycet 3 45% 25% 14% 5 4 fungi houby 0% 20% 40% 60% 80% 100% mikrofauna mezofauna makrofauna megafauna Zodpovídají za transformaci více než 95% veškeré organické hmoty v půdě
Přenos energie z primárních producentů do heterotrofních organismů v dekompozičním potravním řetězci. Bacteria Fungi Microfauna Microflora Mezofauna Macrofauna 200 μm 2 mm 20 mm Nematoda Protozoa Acar Collembola Enchytraeidae Isoptera Isopoda Amphipoda Diplopoda Megadrili Coleoptera Mollusca 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1024 2 4 8 16 32 64 μm mm Všichni heterotrofové nezávisle na velikosti či objemu se podílejí na spotřebě organické hmoty a živin v ní vázaných. Část spotřebovaného materiálu využívají ke stavbě svého těla a část je spotřebována (spálena) v katabolických procesech a přeměněna na oxid uhličitý
Závislost akumulace org. hmoty na teplotě a vlhkosti A = primární produkce B1 = rychlost dekompozice v aerobních podmínkách B2 = rychlost dekompozice v anaerobních podmínkách
Dusík v organické hmotě klimatická celkový N formy N (% celkového N) zóna (%) N * NH3** aminokyseliny aminocukry hydrolyzovatelný N arktická 0,02-0,16 13,9 32 33,1 4,5 16,5 mírný pás 0,02-1,06 13,5 27,5 35,9 5,3 17,8 subtropická 0,03-0,3 15,8 18 41,7 7,4 17,1 tropická 0,02-0,16 11,1 24 40,7 6,7 17,6 * N nerozpustný v kyselinách ** NH3 po hydrolýze, zahrnuje NH3 vázaný v jílových minerálech a z hydrolyzovaných kovalentních vazeb
N assimilation and mineralisation occur simultaneously. Whether mineralisation or immobilisation prevails during decomposition depends on C/N ratio of decomposed material Decomposed material, C/N = 50 100 g C & 2 g N NO 3- NH 4 + N 2 CO 2 40 g Yield = 60% Produced microbial cell, C/N = 4-15 60 g C & 15-3.6 g N N mineralization can never be eliminated in healthy soil. But mineralized N can be used by plants, other microorganisms or bind on clay.
Soil profile description 5 cm bulk density (g cm-3) moisture (%H2O) ph (H2O) 20 cm Soil depth 100 cm 0 1 2 0 40 80 4 6 8 Change of measured parameters with depth of soil profile (mean, median, 10th, 25th, 75th, 90th percentiles, n=36)
Microbial respiration and counts of bacteria in soil profile respiration rate (μg C g -1 h -1 ) bacteria (DC*10 9 g -1 ) 5 cm 20 cm Soil depth 100 cm 0 40 0 1 40 80 100 95% of respiration activity is concentrated in upper 20 cm respiration decreased with depth faster than bacterial counts
Velikostní rozdělení půdních organismů vychází z toho, že organismy podobné velikostí mají: podobnou generační dobu osídlují volné prostory podobné velikosti využívají podobnou velikostní škálu potravy s podobnou účinností (přímý podíl na toku energie může být důležitý pouze tam, kde organismus a zdroj potravy jsou podobné velikosti) Bacteria Fungi Nematoda Microfauna Microflora Protozoa Mezofauna Macrofauna 200 μm 2 mm 20 mm Acar Collembola Enchytraeidae Isoptera Isopoda Diplopoda Megadrili Amphipoda Coleoptera Mollusca 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1024 2 4 8 16 32 64 μm mm
Mikrotrofní společenstva Mezotrofní společenstva Makrotrofní společenstva - vodní film na povrchu OH a pórů, povrch kořenů - hlavní zdroj potravy: mikroorganismy - generační doba: dny až týdny - velikost: od 10-7 do 10-15 g 1. článek potravního řetězce - vzdušné prostory mezi a uvnitř OH a uvnitř pórů - hlavní zdroj potravy: houby, mikrofauna - generační doba: měsíce - velikost: od 10-2 do 10-7 g nedochází k mechanickému rozrušování profilu rozvoj založen na využití velkého množství zdrojů houbami - pohyb v půdním profilu - hlavní zdroj potravy: OH, mezofauna - generační doba: rok a více - velikost: řádově gramy mechanické rozrušování profilu a OH
Zásadité půdy