Dílčí metodika Bilance organických látek, tvorba humusu, struktura půdy, respirace půdy, sequestrace uhlíku Autoři: Ing. Procházková Blanka, CSc., Ing. Sedlák Pavel, Ph.D., Prof. RNDr. Tesařová Marta, CSc., Prof. Ing. František Toman, CSc., Ing. Jaroslav Záhora, CSc. Doc. Ing. Eduard Pokorný, CSc.
Uhlík v biosféře Uhlík lze považovat za faktor udržitelnosti života v půdě a přírodě vůbec. Slouží jako energetický zdroj a je esenciální součást ekonomického stavu a růstu. Jaké jsou hlavní okruhy zájmu při výzkumu uhlíku na Zemi?
Distribuce uhlíku: půda Země obsahuje cca 2000 Pg (1Pg = 10 15 g), z toho v ornici 128 168 Pg, pastviny, louky 303 359 Pg (ve vodách světa je až 39 000 Pg ten je však velmi málo účinný). Bilance uhlíku: - asimilací se váže cca 120Pg C/rok z toho se asi 1/2 vrátí do ovzduší - respirací čistá asimilace je cca 60 Pg C/rok, emise C (v CO 2 ) z půdy do vzduchu je 60 Pg (včetně požárů).
Podíl půdních procesů na nárůstu oxidu uhličitého v atmosféře: půda se na nárůstu CO 2 podílí z 8%, za období 1850 2000 bylo z půdy do ovzduší transportováno136+-55pg C Zvýšení produkce oxidu uhličitého v zemědělství je způsobeno: hnojením dusíkem, erozí, odvodněním, vápněním. Jak zvýšit obsah uhlíku v půdě: zalesněním, redukovaným zpracováním půdy, zatravněním, změnou osevních postupů (víceleté pícniny, leguminózy).
Hodnocení změn vývoje obsahu uhlíku v půdě: vývoj musí být hodnocen bilančně, musí být sledována produkce CO 2 z půdy, limity CO 2 v půdě, kvalitativní změny C-látek v půdě jako hlavní stavební jednotky humusu Ostatní nutné podklady pro hodnocení změn: databáze půd, databáze počasí,databáze využívání půdy
Sequestrace dlouhodobé ukládání C do určitých kompartmentů ekosystému, zejména do půdy. Jako příklad je uvedena sequestrece C v USA. Ročně je tam sequestrováných 17 Tg (10 12 )/rok. Potenciál je 60-70 Tg/rok. Náklad 10-25 USD na 1t C (v Evropě 20Euro). Možnosti zvýšení sequestrace: konverze orných půd na louky 7 t C/rok, obnova mokřadů 17 t/c rok
Klimatické scénáře a možný dopad na půdy a obsah půdní organické hmoty Největší dynamické změny se dají očekávat v obsahu organického uhlíku. Tím dojde ke změně struktury,erodibility, kompakce, infiltrační schopnosti, salinitě a oběhu rostlinných živin. Předpokládá (lo) se, že negativní vlivy na tvorbu půdní organické hmoty při vyšších teplotách by mohly být plně kompenzovány větším množstvím organické hmoty z vegetace plodin tvořené díky fertilizačnímu efektu CO 2.
Dva alternativní scénáře popisující klimatické podmíněné změny (Kimble, Lal, Grossmann 1998)
Odolnost půd vůči klimatické změně z pedologického pohledu - mezi nejodolnější půdy vůči klimatické změně budou patřit nejkvalitnější zemědělské půdy s černickým (mollickýn) horizontem, jako jsou černozemě (na nekonvexních lokalitách) a černice, - nejvíce mohou být měněny půdy texturně lehké s nestabilní půdní strukturou, nízkou kationtovou výměnnou kapacitou, nízkou infiltrační schopností a mělkým humusovým horizontem (regozemě, litozemě a arenické subtytpy)
Časové dimenze změn V důsledku klimatické změny bude dominovat velmi pomalý retrogradální vývoj půd a půdních katén. Nelze očekávat změnu půdních jednotek a zásadní změny pedogenetických procesů. Identifikovat bude možné změny hydrologického režimu, částečné změny fyzikálně chemického režimu (zvláště obsah a kvalita půdní organické hmoty). Morfologické změny bude možno pravděpodobně identifikovat v průběhu tohoto století. Vliv klimatických změn na epipedony zemědělských půd budou velmi obtížně postižitelné. Obdělávání půd je svým historickým principem snahou o eliminací povětrnostních a klimatických faktorů.
Vazba na ekosystémové služby: Indikátor humus a jeho bilance, struktura půdy, půdní respirace a sequestrace má bezprostřední vazbu na tyto ekosystémové služby: bilance živin, protierozní ochrana, udržování půdní úrodnosti
Indikátory Půdní organický uhlík (% a kvantitativně - t/ha) Kvalita humusu (poměrem HK/FK a stanovením C hw ) Respirační aktivita půdy (mg CO 2 /100g/hod a mg CO 2 /m 2 /den) - metody v laboratorních podmínkách - metody v polních podmínkách Stanovení strukturního stavu (tabulkové hodnoty a výpočty dalších vlastností jsou uvedeny v metodice)
Metody dosahování požadovaných hodnot indikátorů Vlastní odběr vzorků na analýzy by měl na vybraných stanovištích probíhat ve dvou termínech: první odběrový termín je na začátku jara (počátek vegetace), druhý odběrový termín je v letním období (po sklizni obilnin). Odběr na jednotlivých stanovištích bude volen podle metodik pokusů a podle zásad polního pokusnictví tak, aby mohly být výsledky statisticky vyhodnocovány. Odběrovým prostorem v agroekosystémech je orniční horizont v ostatních epipedon
Hlavním navrhovaným opatřením pro dosažení hodnot indikátorů bude snaha o zvýšení akumulace uhlíku v půdě a vytvoření podmínek pro tvorbu stabilního humusu a tím vytvoření příznivých půdních vlastností (struktura, zásoba živin, vláhové podmínky atd.) Za hlavní cesty zvyšování obsahu uhlíku v zemědělských půdách lze považovat tyto dvě: změny zemědělských technologií (zpracování půdy, systémy hospodaření), změna (konverze) jednoho typu využití krajiny na jiný (např. orná půda na pastviny nebo lesy)
Specifika využití indikátorů v jednotlivých řízených ekosystémech Navrhované indikátory a metody jejich stanovení je možno využít pro zpřesnění limitních hodnot ve všech agroekosystémech. Ke komplexnímu vyhodnocování výsledků bude nutno některé limitní hodnoty (pro travinné ekosystémy, ekosystémy rychle rostoucích dřevin atd.) vytvořit
Vazba na klima a změnu klimatu Hypotéza: ekosystém s vyšším množstvím kvalitnějšího humusu má vyšší schopnost retence vstupující energie a tím umožňuje živým složkám lépe vzdorovat nahodilým klimatickým výkyvům. Ke sledování lze doporučit: - zásobu organických látek, kvalitu humusu, množství lehce využitelných organických látek, fyziologický poměr C/N a stabilitu organických látek. Z meziročníkových rozdílů zásoby půdních organických látek bude vypočtena míra sequestrace. Změna kvality struktury bude rovněž posuzována meziročníkově.
Závěr Práce si klade za cíl: - stanovit aktuální a potenciální změny uvedených půdních parametrů v konkrétních podmínkách, - (?)z výsledků statistické anylýzy se pokusit odvodit limitní hodnoty pro dynamickou vyváženost půdního prostředí, Výsledky bude možno využít v ekosystémových službách: bilance živin, ohrožení erozí a udržování půdní úrodnosti.