Metodika hodnocení množství a kvality půdní organické hmoty v orných půdách

Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i., Praha - Ruzyně Jaromír Kubát, Dana Cerhanová, Olga Mikanová, Tomáš Šimon Metodika hodnocení množství a kvality půdní organické hmoty v orných půdách Metodika pro praxi Praha 2008

Jaromír Kubát, Dana Cerhanová, Olga Mikanová, Tomáš Šimon Metodika hodnocení množství a kvality půdní organické hmoty v orných půdách Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i., Praha 2008 ISBN: 978-80-87011-65-2 Tato metodika vznikla v rámci řešení výzkumného záměru MZe 0002700601, Principy vytváření, kalibrace a validace trvale udržitelných a produktivních systémů hospodaření na půdě.

Obsah Strana 1. Cíl metodiky 3 2. Vlastní popis metodiky 3 2.1. Význam půdní organické hmoty 3 2.2. Změny v hospodaření na půdě v uplynulých létech. 3 2.3. Množství půdní organické hmoty v orných půdách České republiky 4 2.3.1. Definice půdní organické hmoty 4 2.3.2. Množství organického C, N a S ve vrchní vrstvě orných půd (0 20 cm) 4 2.3.3. Obsah půdní organické hmoty podle půdních a klimatických podmínek 8 2.3.3.1. Obsah půdní organické hmoty podle typu půdy 8 2.3.3.2. Obsah půdní organické hmoty podle druhu půdy 10 2.3.3.3. Obsah půdní organické hmoty podle nadmořské výšky 10 2.3.4. Vliv systémů organického a minerálního hnojení na obsah půdní organické hmoty 11 2.3.4.1. Dynamika půdní organické hmoty a význam dlouhodobých polních pokusů 11 2.3.4.2. Vliv organického a minerálního hnojení na hladinu půdní organické hmoty 12 2.4. Kvalita půdní organické hmoty 16 2.4.1. Kvalita půdní organické hmoty podle obsahu humusových látek, podílu 16 huminových kyselin a fulvokyselin, barevný koeficient Q 4:6. 2.4.2. Kvalita půdní organické hmoty podle IR spekter, alifatická C-H infračervená 19 pásma, index hydrofobnosti 2.4.2.1. Alifatická pásma IR spekter a indexy hydrofobnosti půdních vzorků podle 20 půdních typů 2.4.2.2. Alifatická pásma IR spekter a indexy hydrofobnosti půdních vzorků podle 21 půdních druhů 2.4.2.3. Alifatická pásma IR spekter a indexy hydrofobnosti půdních vzorků podle 22 nadmořské výšky 2.4.2.4. Alifatická pásma IR spekter a indexy hydrofobnosti ve dlouhodobých polních 23 pokusech podle organického a minerálního hnojení 2.4.2.4. Alifatická pásma IR spekter a indexy hydrofobnosti ve dlouhodobých polních 24 pokusech podle organického a minerálního hnojení 2.4.2.5. Vztah mezi plochami alifatických pásem IR spekter a indexy hydrofobnosti. 25 2.4.3. Koncept rozložitelné a inertní části půdní organické hmoty a jeho agronomický 26 význam 2.4.3.1 Rozložitelná část půdní organické hmoty jako diference mezi obsahem C ve 27 hnojených a nehnojených variantách dlouhodobých polních pokusů 2.4.3.2 Rozložitelná část půdní organické hmoty odvozena ze vztahu mezi podílem 28 jemných částic a obsahu celkového organického C 2.4.3.3. Rozložitelná část půdní organické hmoty odvozená z obsahu horkou vodou 30 extrahovatelného C 2.5. Optimální hladina půdní organické hmoty 31 2.6. Shrnutí 31 3. Srovnání novosti postupů 32 4. Popis uplatnění metodiky 33 5. Seznam použité související literatury 33 6. Seznam publikací, které předcházely metodice 34 2

1. Cíl metodiky Cílem metodiky je poskytnout základní informace pro hodnocení množství a kvality organické hmoty v orných půdách v České republice. Je zpracována na základě výsledků sledování množství a kvality půdní organické hmoty ve dlouhodobých polních pokusech prováděných v různých půdních a klimatických podmínkách a také na provozních plochách, běžně obhospodařovaných a zařazených do Basálního monitoringu zemědělských půd, resp. monitorovaných v rámci hodnocení bilance organické hmoty v oblasti Ústí nad Orlicí. 2. Vlastní popis metodiky 2.1. Význam půdní organické hmoty Význam půdní organické hmoty pro půdní úrodnost a obecně pro kvalitu půdy je dlouhodobě známý a dlouhodobě oceňovaný. Není pochyb o tom, že půdní organická hmota příznivě ovlivňuje fyzikální a chemické vlastnosti půdy, je základním faktorem půdní úrodnosti a v převážné míře je podmínkou existence velmi bohaté a diversifikované půdní bioty (funkce biotopu). V odborné literatuře lze najít mnoho dokladů o příznivém účinku půdní organické hmoty na produktivitu půdy, tj. výnosy pěstovaných plodin (hlavního produktu nebo hlavního a vedlejšího produktu), přičemž míra a účinnost tohoto příznivého působení se podstatně liší v závislosti na půdních a klimatických podmínkách, v závislosti na pěstovaných plodinách (osevním postupu) a v závislosti na systému zpracování půdy a hnojení. Stejně významná je také role půdní organické hmoty pro stabilitu výnosů. Půdy dobře zásobené organickou hmotou mají vyšší schopnost vyrovnávat výkyvy počasí, nebo jiných biotických a abiotických faktorů. Vedle agronomického významu půdní organické hmoty se v poslední době zvlášť oceňuje její význam pro životní prostředí, a to zejména z hlediska akumulace organického C a jeho sekvestrace do půdy a dále také z hlediska zachování ekologických funkcí půdy. Požadavek na udržování vhodné (místně specifické) hladiny půdní organické hmoty se postupně stává součástí legislativy v sousedních zemích (např. německý zákon o ochraně půdy) a také v Evropské Unii. Předmět Organická hmota v půdě a cíl udržení obsahu organické hmoty v půdě je součástí požadavků správné zemědělské praxe podle Nařízení Rady ES 1782/2003 (článek 5 a příloha IV) i Nařízení Komise ES 2199/2003, určeného pro nově přistupující státy. Organický C, jeho akumulace v půdě a tok ekosystémem byl zařazen mezi Agro-environmentální indikátory v rámci přípravy politických dokumentů JWP (Joint Working Party) OECD. Tento vývoj probíhá a bude se dále uplatňovat také v České republice, kde navíc, ve srovnání se zeměmi západní Evropy, probíhají mnohem hlubší a intenzivnější změny hospodaření na zemědělské půdě. 2.2. Změny v hospodaření na půdě v uplynulých létech. Změny hospodaření na zemědělské a zvláště na orné půdě mají mnoho příčin, zejména ekonomických a majetkoprávních. Projevují se mimo jiné v následujících oblastech, které mají bezprostřední vliv na množství a kvalitu půdní organické hmoty: Struktura pěstovaných plodin a osevní postupy jsou méně příznivé z hlediska reprodukce půdní organické hmoty (snížení podílu víceletých pícnin ve prospěch tržních plodin, změny osevních postupů podle ekonomických a méně již agronomických potřeb). 3

Pokles spotřeby minerálních hnojiv, s tím související stagnace nebo pokles primární produkce pěstovaných rostlin a snížený vstup organických látek do půdy. Pokles stavů hospodářských zvířat, zejména skotu a v důsledku toho snížená produkce statkových hnojiv. Další diferenciace v hustotě chovu dobytka mezi jednotlivými okresy nebo regiony, rozsáhlé plochy orné půdy bez živočišné výroby. Všechny tyto vlivy představují rizika pro vývoj půdní úrodnosti a kvalitu půdy z hlediska agronomického. Kromě toho ale mohou také ovlivnit další ekologické funkce půdy, jako např. funkci transformační, pufrační a filtrační, které jsou významné pro kvalitu podzemních a povrchových vod. Právě v ochraně vod nastaly v uplynulém období velmi radikální změny, které se samozřejmě dotýkají i kvality půdy a půdní organické hmoty 2.3. Množství půdní organické hmoty v orných půdách České republiky 2.3.1. Definice půdní organické hmoty Organická hmota v půdách je neobyčejně heterogenní. V odborné literatuře lze najít velké množství různých definic půdní organické hmoty a jejího vymezení vedle pojmu humus, který je mnohem starší a obecně rozšířenější. Baldok a Nelson (2000) definují půdní organickou hmotu jako sumu všech přírodních a termálně změněných látek biologického původu, které se nacházejí v půdě nebo na půdním povrchu, jakéhokoli původu, živých nebo odumřelých organismů v jakékoli fázi rozkladu, s výjimkou nadzemních částí živých rostlin. Definice tedy zahrnuje živé organismy, jako kořeny rostlin, mikroorganismy, odumřelé mikro a makroorganismy a jejich části, rozpustné organické látky, humus, včetně nehumusových biopolymerů (identifikovatelné organické struktury), hlavně však humusové látky jako huminové kyseliny, fulvokyseliny, humin a konečně zuhelnatělé organické látky. Tato v podstatě univerzální definice půdní organické hmoty má tu výhodu, že neomezuje objekt studia (veškeré organické látky v půdě) a vyhovuje nejčastěji používaným metodám stanovení množství půdní organické hmoty, tj. stanovení celkového organického C, N nebo S. Obsah celkového organického C, N nebo S v půdě jsou nejčastěji používaná kritéria množství půdní organické hmoty. V následujícím textu jsou používána jako synonyma. 2.3.2. Množství organického C, N a S ve vrchní vrstvě orných půd (0 20 cm) V uplynulých létech jsme sledovali množství organického C a N ve vrchní vrstvě orných půd (0-20 cm) ve vybraných variantách dlouhodobých polních pokusů VÚRV, v.v.i., ve stacionárních pokusech ÚKZÚZu, na vybraných lokalitách Basálního monitoringu zemědělských půd (ÚKZÚZ) a na vybraných lokalitách v oblasti Ústí nad Orlicí. Půdní vzorky z polních pokusů byly odebírány a analyzovány opakovaně, takže máme k dispozici časové řady, delší u pokusů VÚRV, v.v.i. (až 42 let), kratší u pokusů ÚKZÚZ (3 roky) a lokalit Basálního monitoringu zemědělských půd (6 roků). Dále budeme používat průměrné hodnoty z těchto časových řad. Půdní vzorky z jednoletých stanovišť v oblasti Ústí nad Orlicí byly odebírány a analyzovány jednorázově. Pro zpracování této metodiky máme tedy relativně velmi obsáhlý soubor dat týkajících se obsahu a kvality půdní organické hmoty, získaných na cíleně vybraných 601 lokalitách dlouhodobých polních pokusů i běžně obhospodařovaných orných půd. Následující obrázky (Obr. 1 3) ukazují, že výběr hodnocených lokalit je representativní pro orné půdy v České republice. Množství organického C v půdě se v souboru našich údajů pohybuje v širokém intervalu od 0,60 % C do 3,23 % C. Velká většina z nich (téměř 85%) se však nachází v intervalu od 1 % 4

C do 2 % C (Obr. 1a). Soubor dat tedy zahrnuje prakticky celé spektrum orných půd ČR z hlediska jejich obsahu organického C ve vrchní vrstvě (0-20cm), přičemž četnost zjištěných hodnot přibližně odpovídá normálnímu rozdělení (Obr. 1b). Obr. 1a: Obsah organického C v orných půdách ČR (% C, n=601) 3,50 3,00 Obsah organického C (%C) 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 0 100 200 300 400 500 600 700 Obr. 1b: Obsah organického C v orných půdách ČR. Četnost podle intervalů (% C, n=601) 100 80 Četnost 60 40 20 0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 Obsah organického C (%C) Podobně je tomu také u celkového obsahu organického N, který se pohybuje od 0,067 % N do 0,362 % N a více než více než 85 % hodnot se nachází v intervalu od 0,1 % N do 0,2 % N (Obr. 2a). Rovněž poměr C/N se pohybuje v širokém intervalu od 6,4 do 13,1. Většina údajů (více než 83 %) se nachází v intervalu od 8,5 do 10,5 (Obr. 2b). 5

Obr. 2a: Obsah organického N v orných půdách ČR (% C, n=601) 0,400 Celkový obsah N (%N) 0,300 0,200 0,100 0,000 0 100 200 300 400 500 600 700 Obr. 2b: Poměr C/N v orných půdách ČR (% C, n=601) 14,0 12,0 Poměr C/N 10,0 8,0 6,0 0 100 200 300 400 500 600 700 Celkový obsah S v půdních vzorcích a poměr C/S je znázorněn na Obr. 3a,b. Podobně jako celkový obsah C a N, také obsah S se pohybuje v širokém intervalu od 50 mgs/kg do 764 mgs/kg, téměř 90 % vzorků se však nachází v intervalu od 100 mgs/kg do 300 mgs/kg. Poměr C/S u téměř 90% půdních vzorků spadá do intervalu 50 až 150 (Obr. 3b). 6

Obr. 3a: Obsah organického S v orných půdách ČR (% C, n=600) 800,0 Celkový obsah S (mgs/kg) 600,0 400,0 200,0 0,0 0 100 200 300 400 500 600 700 Obr. 3b: Poměr C/S v orných půdách ČR (% C, n=600) 350,0 300,0 250,0 Poměr C/S 200,0 150,0 100,0 50,0 0,0 0 100 200 300 400 500 600 700 Celkový obsah organického C, N nebo S v půdě tedy vykazuje podobné rozpětí hodnot a relativně úzký interval poměrů C/N, resp. C/S. Také vzájemné vztahy mezi těmito půdními vlastnostmi potvrzují, že mohou být všechny nebo každá z nich považovány za měřítko obsahu půdní organické hmoty. Vyplývá to z vypočtených hodnot regresních přímek a korelačních koeficientů, které jsou uvedeny na Obr. 4 a v Tab. 1. Hodnoty korelačních koeficientů jsou statisticky vysoce významné (P=0,01). V následujících částech této metodiky proto používáme pouze celkový obsah organického C jako měřítko množství půdní organické hmoty. 7

Obr. 4: Vztahy mezi celkovými obsahy C, N a S v půdních vzorcích (% C, N a S, n=600) 0,400 Organický N, resp. S (%) 0,300 0,200 0,100 y = 0,0984x + 0,014 R 2 = 0,8978 y = 0,0091x + 0,0073 R 2 = 0,2181 Vario Nt Vario S 0,000 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 Organický C (%) Tab. 1: Hodnoty korelačních koeficientů mezi obsahem organického C, N a S (n=600). Organický C Organický N Organický S 0,467 0,557 Organický N 0,948 2.3.3. Obsah půdní organické hmoty podle půdních a klimatických podmínek Obsah organické hmoty v půdě je výsledkem jejího dlouhodobého vývoje, především působení půdotvorných faktorů, ale také činnosti člověka, způsobu využití půdy a systému hospodaření. Vzhledem k tomu, že výsledkem působení půdotvorných faktorů i lidské činnosti je také půdní typ a půdní druh, lze si položit otázku, zda jednotlivé kategorie těchto půdních vlastností budou mít určitou specifickou hladinu půdní organické hmoty; zda existují typické hodnoty, resp. intervaly hodnot, obsahu půdní organické hmoty pro jednotlivé půdní kategorie. Vedle půdního typu a půdního druhu posoudíme také dělení podle nadmořské výšky, jako určité charakteristiky klimatických podmínek daného stanoviště. 2.3.3.1. Obsah půdní organické hmoty podle typu půdy Spektrum půd v České republice využívaných jako orné půdy je velmi pestré. Pro účely posouzení jejich obsahu půdní organické hmoty jsme použili zjednodušenou kategorizaci, ve které se rozlišuje jen 11 hlavních půdních typů (Tab. 2). Získané údaje o obsahu organického C v půdě jsme pak přiřadili k těmto jednotlivým kategoriím (Tab. 3). 8

Tabulka 2: Plocha a procentický podíl půdních typů v rámci orných půd ČR Půdní typ Zkratka Plocha orné půdy (tis. ha) Procentické zastoupení půdních typů (%) Černozemě CM 348 11,3 Černice CA 55 1,8 Fluvizemě FM 182 5,9 Hnědozemě HM 391 12,7 Luvizemě LM 157 5,1 Pseudogleje PG 206 6,7 Gleysoly GL 136 4,4 Kambizemě KM 1387 45,0 Rendziny RA 114 3,7 Regozemě RG 37 1,2 Podzoly PZ 48 1,6 Celkem 3062 99,4 Zdroj: Novák P., VÚMOP, 2002 Jak je patrné z porovnání tabulky 2 a 3, počty sledovaných lokalit v jednotlivých kategoriích půdních typů přibližně odpovídají podílu půdních typů v rámci orných půd ČR. Podstatně vyšší podíl lokalit je jen na Hnědozemi, což odpovídá tomu, že Hnědozemě patří k nejúrodnějším půdám, převážně využívaným k intenzivní rostlinné produkci. Jejich kvalita je většinou vysoká a současně je relativně vysoká míra jejich antropogenního ovlivnění (pozitivního i negativního). Tabulka 3: Hodnoty obsahu organického C ve vrchní vrstvě 0-20 cm podle půdních typů (% C, n=601). Průměrný obsah C (% C) Minimum (% C) Maximum (% C) Půdní typ Zkratka Počet lokalit Medián (% C) Černozemě CM 51 1,55 1,52 0,87 2,14 Černice CA 3 2,62 2,77 1,96 3,12 Šedozemě SM 12 1,00 1,01 0,89 1,11 Fluvizemě FM 12 1,66 1,65 1,25 2,10 Hnědozemě HM 210 1,27 1,24 0,69 2,27 Luvizemě LM 14 1,41 1,38 1,03 2,27 Pseudogleje PG 5 1,66 1,56 1,40 2,30 Gleysoly GL 6 1,60 1,62 1,25 1,92 Kambizemě KM 279 1,35 1,31 0,60 3,00 Rendziny RA 7 1,62 1,25 1,00 3,23 Regozemě RG 2 0,95 0,95 0,72 1,18 Rozpětí hodnot obsahu organického C v jednotlivých půdních typech (minimum a maximum, Tab. 3) je poměrně široké. U většiny půdních typů přesahuje 1 % C, u Kambizemí a Rendzin 9

přesahuje 2 % C. Průměrné hodnoty obsahu C se však u jednotlivých typů půd liší mnohem méně. Porovnáme-li průměrný obsah organického C u Hnědozemí a Kambizemí, rozdíl činí jen 0,08 % C. I když je tento rozdíl statisticky vysoce významný (P=0,01), je relativně malý s ohledem na šíři intervalů v obou půdních typech a tedy není jednoznačným rozlišovacím kritériem mezi obsahem půdní organické hmoty. 2.3.3.2. Obsah půdní organické hmoty podle druhu půdy Hodnoty obsahu organického C v půdě podle půdních druhů jsou uvedeny v Tab. 4. Tabulka 4: Hodnoty obsahu organického C ve vrchní vrstvě 0-20 cm podle půdních druhů (% C, n=598). Průměrný obsah C (% C) Minimum (% C) Maximum (% C) Půdní druh Zkratka Počet lokalit Medián (% C) Hlinitojílovitá hj 3 1,61 1,39 1,03 2,42 Jílovitohlinítá jh 72 1,35 1,24 0,78 3,12 Hlinitá h 286 1,43 1,38 0,73 3,23 Písčitohlinitá ph 185 1,24 1,19 0,60 2,56 Hlinitopísčitá hp 52 1,28 1,27 0,72 2,65 Průměrný obsah organického C je vyšší v těžkých půdách než v lehčích půdách. Rozdíl je patrný mezi kategoriemi půd hlinitých a písčitohlinitých a činí cca 0,2 % C a také mezi kategoriemi jílovitohlinitá a hlinitojílovitá, téměř 0,3 % C. Tyto rozdíly jsou statisticky vysoce průkazné (P=0,01) v případě hlinitých a písčitohlinitých půd, zatímco u hlinitojílovitých půd máme jen 3 lokality, a tak statistické potvrzení tohoto rozdílu není možné. Přesto ale rozpětí zjištěných hodnot obsahu organického C se z převážné části překrývá, podobně jako tomu je mezi kategoriemi půdních typů. 2.3.3.3. Obsah půdní organické hmoty podle nadmořské výšky Hodnoty obsahu organického C v půdě podle půdních druhů jsou uvedeny v Tab. 5. Také při členění půd podle jejich nadmořské výšky jsme nezískali výrazně diferencované rozdíly v obsahu organického C mezi jednotlivými kategoriemi. Tabulka 5: Hodnoty obsahu organického C ve vrchní vrstvě 0-20 cm podle nadmořské výšky (% C, n=598). Průměrný obsah C (% C) Minimum (% C) Maximum (% C) Nadmořská výška Počet lokalit Medián (% C) < 300 m 139 1,29 1,18 0,69 3,12 300-400 m 180 1,37 1,31 0,89 3,23 400-500 m 170 1,39 1,32 0,76 2,45 500-600 m 73 1,43 1,42 0,76 2,56 > 600 m 36 1,15 1,01 0,60 2,65 10

Závěr kapitoly 2.3.3. Z výše uvedených výsledků vyplývá, že obsah půdní organické hmoty (organického C v půdě) není výrazně specifický pro jednotlivé půdní kategorie podle půdního typu ani podle půdního druhu. Stejně tak tomu je v případě členění sledovaných lokalit podle jejich nadmořské výšky. Neznamená to, že by vliv půdních a klimatických podmínek na utváření a stabilizaci organických látek v půdě byl nevýznamný. Naopak, široké rozpětí mezi minimálními a maximálními hodnotami ukazuje na vysokou diversitu těchto půdních a klimatických podmínek a jejich působení, které nelze velmi zjednodušeně kategorizovat do půdních druhů, půdních typů nebo podle nadmořské výšky. Je zřejmé, že obsah půdní organické hmoty v dané lokalitě ovlivňuje složitý komplex faktorů, který řídí procesy transformace organických látek v půdě. 2.3.4. Vliv systémů organického a minerálního hnojení na obsah půdní organické hmoty Systémy organického a minerálního hnojení jsou vedle půdních a klimatických podmínek druhým hlavním faktorem, který působí na množství a kvalitu půdní organické hmoty. Především organické hnojení, ale zprostředkovaně také minerální hnojení, zvyšují vstup organické hmoty do půdy a posouvají tak bilanci organických látek k rovnovážným hodnotám nebo i dále směrem k akumulaci organických látek v půdě. Změny v obsahu půdní organické hmoty však probíhají pozvolna, v řádu několika desetiletí (20 až 40 let, podle druhu půdy) a směřují vždy k určité hladině půdní organické hmoty, kterou lze považovat za rovnovážnou v daných půdních a klimatických podmínkách a při daném způsobu hospodaření, včetně systému organického a minerálního hnojení. 2.3.4.1. Dynamika půdní organické hmoty a význam dlouhodobých polních pokusů Vliv systémů hospodaření a také systémů organického a minerálního hnojení na obsah půdní organické hmoty lze nejlépe studovat ve dlouhodobých polních pokusech. Z nich převážně pocházejí naše poznatky o transformaci organických látek a rostlinných živin v půdě, o působení organických a minerálních hnojiv na pěstované plodiny a zejména o následném působení organických a minerálních hnojiv, o vlivu osevních postupů a zpracování půdy na pěstované plodiny a na kvalitu půdy. Je dokumentována celá řada příkladů, kdy změny půdních vlastností mohou probíhat v krátkodobých cyklech (v důsledku průběhu počasí nebo jiných vlivů), avšak tyto změny bývají součástí dlouhodobých změn půdní kvality a funkce ekosystému. Dlouhodobé polní pokusy umožňují oddělit vliv krátkodobých, epizodických faktorů od dlouhodobých trendů a tyto trendy správně analyzovat. Z dlouhodobých polních pokusů byl také odvozen koncept dynamické rovnováhy půdní organické hmoty, který doplnil a částečně nahradil dřívější bilanční princip v praktických aplikacích. Koncept dynamické rovnováhy znamená, že změna způsobu obhospodařování (organického a minerálního hnojení, osevního postupu, agrotechniky) nastartuje změny v obsahu půdní organické hmoty, které probíhají několik desetiletí. Pokud tento systém hospodaření trvá dostatečně dlouhou dobu beze změn, vytvoří se nová dynamická rovnováha, při níž je vstup organické hmoty do půdy a její rozklad a mineralizace vyrovnaný. Takováto dynamická rovnováha pak trvá do té doby, než nastane další záměrná nebo bezděčná změna vnějších podmínek (např. změna atmosférické deposice dusíku, která byla zaznamenaná ve dlouhodobých pokusech v Bad Lauchstädt v Německu, v 60. a 70. létech po vybudování a uvedení do provozu velkých chemických továren poblíž polních pokusů). 11

Vnější vlivy na půdní systém přetrvávají dlouhou dobu, až několik desetiletí. Ekosystém má dlouhodobou paměť, která mohla být objevena a může být sledována pouze ve dlouhodobých polních pokusech. Příkladem může být polní pokus v Halle, v Německu, založený v roce 1878 a nazvaný Věčné pěstování žita (Ewiger Roggenbau). V roce 1953 byla část parcely hnojené hnojem od počátku pokusu oddělena a na této oddělené části parcely nebyla nadále aplikována žádná hnojiva, ani organická, ani minerální. Výnosy žita pozvolna klesaly, avšak i po 40 létech zůstávaly na úrovni o 20 % vyšší než na kontrolní parcele, nehnojené od počátku pokusu. Velmi významná je v této souvislosti ale i ta skutečnost, že odběry půdních vzorků, jejich zpracování a analýzy jsou vždy zatíženy určitou chybou, která je obvykle vyšší než změna obsahu organického C v půdě během jednoho roku. Z toho důvodu lze spolehlivě vyhodnotit vliv určitého systému hnojení, osevního postupu, způsobu zpracování půdy, případně dalších faktorů na změny obsahu půdní organické hmoty pouze na základě dlouhodobého sledování, delších časových řad a statistického zpracování dat. 2.3.4.2. Vliv organického a minerálního hnojení na hladinu půdní organické hmoty Ve VÚRV, v.v.i. jsou vedeny dlouhodobé polní pokusy přímo v Ruzyni a také na pokusných stanicích v různých půdních a klimatických podmínkách. V tabulce 6 je uveden přehled dlouhodobých polních pokusů, ve kterých sledujeme změny v množství a kvalitě půdní organické hmoty. Všechny pokusy probíhají již více než 20 let, některé více než 50 let. Kromě toho ale jsou lokalizovány tak, že tvoří téměř plynulou klima a pedosekvenci, představující celou škálu orných půd v České republice. Je to zřejmé z nadmořské výšky, která sahá od 225 m v Ivanovicích na Hané až po Vysoké nad Jizerou, v nadmořské výšce 670 m, tj. v přibližně hraniční nadmořské výšce orných půd. Je to zřejmé také z porovnání škály půdních typů a půdních druhů, na nichž jsou pokusy prováděny a zastoupení půdních typů v ČR (Tab. 2). Je to zřejmé i z průměrných ročních teplot a sumy srážek. Takováto paleta dlouhodobých polních pokusů je unikátní nejen v rámci České republiky, ale i v evropském měřítku. Vybrali jsme 4 varianty hnojení, a to vedle nehnojené kontroly (Kontrola) variantu hnojenou jen minerálně (NPK), variantu hnojenou jen hnojem (Hn) a variantu hnojenou kombinovaně, organicky i minerálně (Hn+NPK). V pokusech VOP varianta jen minerálně hnojená chybí. Sledované parcely jsme vybírali tak, aby dávky hnoje i minerálních hnojiv byly pokud možno podobné. Kombinovaná varianta je hnojena stejnými dávkami organických a minerálních živin jako varianty hnojené jen hnojem a jen minerálně (dávka živin je součtem obou) a představuje přibližně optimální systém hnojení z hlediska produkce. 12

Tabulka 6: Dlouhodobé polní pokusy a základní charakteristiky stanoviště Stanice/Pokusy Ivanovice VOP Ivanovice IOSDV Rok založení Nadmořs ká výška (m) 1956 225 1984 225 Čáslav VOP 1956 240 Hněvčeves PF 1979 265 Kostelec PF 1979 290 Ruzyně B 1955 340 Ruzyně III 1955 340 Ruzyně IV 1955 340 Trutnov 1966 427 Humpolec PF 1979 525 Pernolec PF 1979 530 Lukavec VOP 1956 610 Lukavec IOSDV 1984 610 Vysoké PF 1979 670 Půdní typ Černozem modální Černozem modální Šedozem modální Hnědozem modální Hnědozem modální Hnědozem modální Hnědozem modální Hnědozem modální Kambizem modální Kambizem modální slabě oglejená Kambizem oglejená Kambizem oglejená Kambizem oglejená Kambizem dystrická pseudoglejová Půdní druh Průměrná roční teplota ( o C) Průměrná roční suma srážek (mm) Hlinitá 8,8 549 Hlinitá 8,8 549 Hlínitá 8,9 555 Jílovito - hlinitá Písčitohlinitá Jílovito - hlinitá Jílovito - hlinitá Jílovito - hlinitá Písčitohlinitá Písčitohlinitá Písčitohlinitá Písčitohlinitá Písčitohlinitá Hlinitopísčitá 8,2 573 7,6 681 7,9 472 7,9 472 7,9 472 7,5 750 6,5 667 7,1 559 6,8 667 6,8 667 6,5 995 Poznámka: zkratky za jménem stanice představují typy pokusů a jejich názvy: VOP je série výživářských pokusů, IOSDV jsou mezinárodní pokusy zaměřené na organický N v půdě a hnojení, PF jsou polyfaktoriální pokusy, B a římské číslice v Praze Ruzyni byly původně založeny podle stejného schéma, od roku 1965 byl na honu B změněn osevní postup a intenzita hnojení. Obsah C v půdních vzorcích z vybraných pokusů a variant je uveden v tabulce 7. Pohybuje se v relativně širokém intervalu od 0,95 % C do 2,06 % C a je diferencován jednak podle lokalit (půdní a klimatické podmínky dané lokality), jednak podle systému hnojení. Obsah organického C v jednotlivých variantách hnojení v daném pokusu lze v pokusech, které trvají cca 30 let a více, považovat za stabilizovaný, ve stavu dynamické rovnováhy mezi vstupem organických látek a jejich rozkladem a mineralizací. U později založených pokusů lze předpokládat, že se k této hladině přibližuje. 13

Tabulka 7: Průměrný obsah organického C v půdních vzorcích z vybraných pokusů a variant Pokusy/Varianty Kontrola NPK Hn Hn+NPK Ivanovice VOP 1,80 1,99 2,06 Ivanovice IOSDV 1,48 1,43 1,72 1,79 Čáslav VOP 1,24 1,39 1,48 Hněvčeves PF 1,08 1,12 1,13 1,13 Kostelec PF 0,95 0,99 1,03 1,05 Ruzyně B 1,20 1,28 1,46 1,47 Ruzyně III 1,22 1,27 1,33 1,37 Ruzyně IV 1,26 1,34 1,41 1,47 Trutnov 1,06 1,19 1,25 1,31 Humpolec PF 1,43 1,51 1,58 1,56 Pernolec PF 0,99 1,01 1,09 1,12 Lukavec VOP 1,33 1,44 1,50 Lukavec IOSDV 1,26 1,29 1,46 1,57 Vysoké PF 1,67 1,55 1,73 1,79 Rozdíly v obsahu C mezi stejnými variantami v různých pokusech (lokalitách) tak vyjadřují skutečnost, že obsah C v půdě je převážně určen místními půdními a klimatickými podmínkami. V nehnojených variantách se obsah C pohyboval mezi 0,95 % C a 1,80 % C, tj. téměř dvojnásobek obsahu C v Ivanovicích VOP než v Kostelci. Rozdíly v obsahu C mezi variantami hnojení v jednotlivých pokusech představují účinek dlouhodobého systému organického a minerálního hnojení na množství C v půdě. Tyto rozdíly se pohybovaly mezi 0,06 % C v Hnědozemi v Hněvčevsi a 0,32 % C v Kambizemi v Lukavci. Relativně, vzhledem k obsahu C v nehnojených variantách, činily tyto rozdíly cca 5 až 25 %. Působení organického hnojení hnojem na změnu obsahu C v půdě je ve všech případech pozitivní, pohybuje se kolem 0,1 % C až 0,2 % C, a je vyšší v Kambizemích a v Černozemi než v Hnědozemích. Působení minerálního hnojení na změnu obsahu organického C v půdě je pozitivní v Hnědozemích a v modálních a oglejených Kambizemích. Pohybuje se mezi 0,02 až 0,12 % C. V Černozemi a v dystrické Kambizemi je však vliv minerálního hnojení na obsah organického C v půdě mírně negativní, tj. minerální hnojení v těchto půdách zvýšilo intenzitu rozkladu a mineralizace půdní organické hmoty více, než produkci primárních organických látek vstupujících do půdy (posklizňové zbytky, nadzemní a kořenový opad, kořenové exudáty). Vliv kombinovaného organického a minerálního hnojení v přibližně optimálních dávkách se projevuje aditivně, tj. přírůstek obsahu organického C v půdě ve variantách Hn+NPK je ve většině pokusů přibližně roven přírůstku obsahu organického C v příslušné minerálně hnojené variantě plus přírůstku obsahu organického C v příslušné variantě hnojené hnojem. Změny obsahu organického C v půdě v důsledku organického a minerálního hnojení ve dlouhodobých pokusech VÚRV, v.v.i. jsou uvedeny v tabulce 8. Závěr kapitoly 2.3.4. Množství půdní organické hmoty (organického C) je místně specifické. Rozdíly v obsahu organického C mezi dlouhodobě nehnojenými parcelami jednotlivých pokusů jsou relativně velké, od 0,95 % C do 1,80 % C, zatímco vliv přibližně optimálního kombinovaného organického a minerálního hnojení se v jednotlivých pokusech pohybuje jen od 0,06 % C do 0,32 % C. 14

Pro posouzení hladiny půdní organické hmoty je tedy rozhodující vliv lokality, zatímco vliv hnojení se pohybuje na úrovni 5 až 25 % zvýšení obsahu organického C oproti příslušným dlouhodobě nehnojeným variantám. Jak ukázaly údaje na Obr. 1 a v Tab. 3 až 5, obsah organického C v půdě se ve většině orných půd pohybuje v intervalu 1 % C až 2 % C a přechod mezi těmito hodnotami je plynulý. Totéž platí při kategorizaci půd podle půdního typu, podle půdního druhu i podle nadmořské výšky, takže samotné stanovení celkového obsahu organické hmoty v půdě (tj. obsahu organického C, N nebo S) nestačí pro posouzení, zda půda v této lokalitě má optimální, nízkou nebo vysokou zásobu organické hmoty. K tomu účelu je nutno znát další vlastnosti půdy a půdní organické hmoty, které lze souhrnně označit za kvalitativní znaky půdní organické hmoty, zkráceně její kvalitu. Tabulka 8: Změna obsahu organického C v půdě v důsledku organického a minerálního hnojení ve dlouhodobých polních pokusech VÚRV, v.v.i. (rozdíl oproti nehnojené kontrole, průměrné hodnoty, % C). Pokusy/Varianty Půdní typ Půdní druh NPK Hn Hn+NPK Ivanovice VOP Černozem modální Hlinitá 0,19 0,26 Ivanovice IOSDV Černozem modální Hlinitá -0,05 0,23 0,31 Čáslav VOP Šedozem modální Hlinitá 0,15 0,24 Hněvčeves PF Hnědozem Jílovitomodální hlinitá 0,05 0,06 0,06 Kostelec PF Hnědozem Písčitohlinitá modální 0,04 0,08 0,10 Ruzyně B Hnědozem Jílovitomodální hlinitá 0,09 0,26 0,27 Ruzyně III Hnědozem Jílovitomodální hlinitá 0,05 0,11 0,15 Ruzyně IV Hnědozem Jílovitomodální hlinitá 0,08 0,15 0,21 Trutnov Kambizem Písčitohlinitá modální 0,12 0,18 0,25 Humpolec PF Kambizem Písčitohlinitá modální slabě oglejená 0,08 0,15 0,13 Pernolec PF Kambizem Písčitohlinitá oglejená 0,02 0,10 0,13 Lukavec VOP Kambizem Písčitohlinitá oglejená 0,11 0,18 Lukavec IOSDV Kambizem Písčitohlinitá oglejená 0,03 0,20 0,32 Vysoké PF Kambizem Hlinitopísčitá dystrická pseudoglejová -0,12 0,06 0,11 Průměr 0,035 0,145 0,193 15

2.4. Kvalita půdní organické hmoty Hodnocení kvality půdní organické hmoty má velmi dlouhou historii. Bylo tradičně založeno na její extrakci, frakcionaci a charakteristice jednotlivých frakcí s využitím všech dostupných chemických postupů. První práce na toto téma pocházejí již z konce 18. století. Waksmann (1936) zmiňuje práci Acharda z roku 1786, ve které autor popsal extrakci humusu alkalickým roztokem. Pojem huminové kyseliny se v odborné literatuře vyskytuje od počátku 19. století dodnes, i když jeho význam se vyvíjel. Ve více než dvousetleté historii výzkumu humusu vzniklo obrovské množství prací převážně chemického charakteru, jejichž cílem bylo poznat podstatu humusu, jeho vznik a jeho význam v půdě, především pro půdní úrodnost a pro kvalitu půdy. Je to pochopitelné, protože půdní úrodnost limitovala produkci potravin v prakticky celé historii vývoje lidské společnosti. Potřeba potravin byla vždycky prioritou, srovnatelnou snad jen s humánní medicínou a potřebou zbraní a vojenské techniky. Dodnes se ale nepodařilo najít chemické struktury extrahovaných humusových látek, které by bylo možno považovat za jednoznačné znaky kvality půdní organické hmoty z hlediska půdní úrodnosti. Větší praktické využití v hodnocení kvality půdní organické hmoty z hlediska půdní úrodnosti doznaly pouze poměr obsahu huminových kyselin a fulvokyselin a také barevný koeficient Q 4:6. Obě tyto charakteristiky indikují podíl látek s vysokou molekulovou hmotností (převážně huminových kyselin) v extraktu alkalickými činidly. 2.4.1. Kvalita půdní organické hmoty podle obsahu humusových látek, podílu huminových kyselin a fulvokyselin, barevný koeficient Q 4:6. Pro posouzení kvality půdní organické hmoty podle složení humusových látek máme k dispozici výsledky frakcionace humusových látek půdních vzorků z vybraných 81 parcel dlouhodobých polních pokusů. V tabulce 8 jsou uvedeny průměrné hodnoty získaných výsledků, jednak za celý soubor, jednak v členění na Hnědozemě a Kambizemě. V tabulce 9 jsou procentické podíly jednotlivých frakcí C humusových látek z celkového obsahu organického C, a to opět za celý soubor a v členění na Hnědozemě a na Kambizemě. Extrahovatelné humusové látky (zde extrakce alkalickým pyrofosfátem sodným) představují zhruba 40 % - 50 % celkového obsahu C v půdních vzorcích a neextrahovatelný zbytek je považován za humin. Podíl extrahovatelných humusových látek je poněkud vyšší v Kambizemích než v Hnědozemích. Ještě výrazněji se ale odlišuje podíl huminových kyselin a fulvokyselin v půdních vzorcích. V Hnědozemích je podíl huminových kyselin vyšší než fulvokyselin, zatímco v Kambizemích je tomu naopak. Poměr obsahu C huminových kyselin a fulvokyselin je v Hnědozemích roven 1,69, zatímco v Kambizemích je jen 0,83. Výrazně se také odlišují hodnoty koeficientu Q 4:6 v Hnědozemích a v Kambizemích. V Kambizemích se pohybují kolem 5,15, zatímco v Hnědozemích jsou v průměru 4,31, což také odpovídá předpokladu, že podíl nízkomolekulárních humusových látek (fulvokyselin) je v Kambizemích vyšší. Tuto skutečnost podporuje i statisticky vysoce významná korelace mezi oběma vlastnostmi humusových látek (r=0,630). Různé půdní typy, zde Hnědozemě a Kambizem se liší v zastoupení frakcí huminových kyselin a fulvokyselin a také v barevném koeficientu. Zajímalo nás, zda také různé organické a/nebo minerální hnojení ovlivní složení a vlastnosti humusových látek. Rozdělení souboru dat podle variant hnojení, které je uvedeno v tabulkách 10 a 11 však nepřineslo žádné výrazné rozdíly ve sledovaných vlastnostech humusových látek v důsledku organického a/nebo minerálního hnojení. 16

Tabulka 8: Průměrný obsah celkového organického C, C alkalického výluhu, huminových kyselin, fulvokyselin, poměr HK/FK a barevný koeficient Q 4:6 v půdních vzorcích z vybraných parcel dlouhodobých pokusů a členění na Hnědozemě a Kambizemě (% C, n=81). Průměrný obsah C (% C) Obsah C v alkalickém výluhu (%C) Obsah C huminových kyselin (%C) Obsah C fulvokyselin (%C) Obsah C v huminu (%C) Q4:6 HK Poměr HK/FK Celý soubor Průměr 1,103 0,451 0,245 0,206 0,651 4,59 1,44 Medián 1,030 0,424 0,236 0,172 0,599 4,43 1,32 Hnědozemě Průměr 1,026 0,405 0,244 0,161 0,621 4,31 1,69 Medián 0,966 0,399 0,232 0,152 0,571 4,31 1,69 Kambizemě Průměr 1,295 0,568 0,248 0,321 0,727 5,16 0,83 Medián 1,249 0,518 0,237 0,295 0,706 5,20 0,78 Tabulka 9: Procentický podíl frakcí humusových látek na celkovém obsahu C v půdních vzorcích z vybraných parcel dlouhodobých pokusů a členění na Hnědozemě a Kambizemě (průměrné hodnoty, %, n=81). Alkalický výluh Huminové kyseliny Fulvokyseliny Humin Celý soubor Průměr 41,15 22,88 18,27 58,85 Median 42,07 22,54 17,06 57,93 Hnědozemě Průměr 39,91 24,21 15,70 60,09 Median 41,04 24,21 15,74 58,96 Kambizemě Průměr 44,28 19,53 24,76 55,72 Median 44,39 19,49 24,42 55,61 17

Tabulka 10: Průměrný obsah celkového organického C, C alkalického výluhu, huminových kyselin, fulvokyselin, poměr HK/FK a barevný koeficient Q 4:6 v půdních vzorcích z vybraných parcel dlouhodobých pokusů v členění podle organického a minerálního hnojení (% C, n=81). Průměrný obsah C (% C) Obsah C v alkalickém výluhu (%C) Obsah C huminových kyselin (%C) Obsah C fulvokyselin (%C) Obsah C v huminu (%C) Q4:6 HK Poměr HK/FK Nehnojená kontrola Průměr 1,103 0,451 0,245 0,206 0,651 4,59 1,442 Medián 1,030 0,424 0,236 0,172 0,599 4,43 1,324 Hnůj + PK Průměr 1,059 0,446 0,241 0,205 0,613 4,602 1,404 Median 0,944 0,425 0,225 0,172 0,528 4,360 1,328 Minerální hnojení NPK Průměr 0,989 0,437 0,242 0,195 0,552 4,544 1,432 Median 0,920 0,403 0,223 0,164 0,542 4,405 1,249 Hnůj+NPK Průměr 1,111 0,466 0,250 0,217 0,644 4,521 1,449 Median 1,026 0,439 0,231 0,176 0,601 4,470 1,282 2Hnůj+NPK Průměr 1,136 0,458 0,261 0,197 0,677 4,733 1,463 Median 1,094 0,414 0,245 0,167 0,672 4,525 1,516 Hnůj+2NPK Průměr 1,092 0,452 0,260 0,192 0,640 4,579 1,664 Median 0,984 0,416 0,260 0,154 0,618 4,430 1,733 18

Tabulka 11: Procentický podíl frakcí humusových látek na celkovém obsahu C v půdních vzorcích z vybraných parcel dlouhodobých pokusů v členění podle organického a minerálního hnojení (průměrné hodnoty, %, n=81). Alkalický výluh Huminové kyseliny Fulvokyseliny Humin Nehnojená kontrola Průměr 41,15 22,88 18,27 58,85 Median 42,07 22,54 17,06 57,93 Hnůj + PK Průměr 42,29 23,52 18,77 57,71 Median 44,54 23,18 19,43 55,46 Minerální hnojení NPK Průměr 43,71 24,61 19,11 56,29 Median 43,44 24,33 19,12 56,56 Hnůj+NPK Průměr 42,02 23,19 18,83 57,98 Median 42,82 23,12 17,80 57,18 2Hnůj+NPK Průměr 40,20 23,04 17,16 59,80 Median 40,52 22,14 15,74 59,48 Hnůj+2NPK Průměr 41,52 24,30 17,22 58,48 Median 43,85 23,25 16,04 56,15 Závěr kapitoly 2.4.1. Frakcionace humusových látek prokázala výrazné rozdíly mezi podílem C huminových a C fulvokyselin, v poměru HK/FK a také v barevném koeficientu huminových kyselin Q 4:6 na jednotlivých lokalitách. Hnědozemě mají poměr HK/FK přibližně 1,6, zatímco Kambizemě jen asi 0,8. Podobně výrazný rozdíl se projevil v barevném koeficienti Q 4:6 ; v Hnědozemích se pohyboval kolem 4,3 a v Kambizemích kolem 5,2. Rozdíly v organickém a minerálním hnojení se na kvalitě humusových látek výrazně neprojevily. 2.4.2. Kvalita půdní organické hmoty podle IR spekter, alifatická C-H infračervená pásma, index hydrofobnosti Metody stanovení kvality půdní organické hmoty založené na extrakci půdy různými činidly mají tu nevýhodu, že především v důsledku vazby půdní organické hmoty na minerální částice je jejich extrakce neúplná. Podle různých druhů použitých vyluhovadel lze extrahovat větší či menší část půdní organické hmoty, přičemž je ale nutno počítat s tím, že dochází k větším či menším změnám její chemické struktury již v průběhu extrakce. Jako perspektivní metody hodnocení množství a kvality půdní organické hmoty se v poslední době jeví nedestruktivní spektroskopické metody, zejména reflexní spektroskopie v infračervené (DRIFT) a blízké infračervené oblasti (NIRS). Transmisní IR spektroskopie je používána ve velkém měřítku pro charakterizaci komplexů organických molekul, včetně humusových látek extrahovaných z půdy a jejich nejrůznějších frakcích. Pro neporušené půdní vzorky lze použít difusní reflexe, běžně známé jako DRIFT (diffuse reflectance infrared fourier transform spectroscopy) za použití FTIR (Fourier transform infrared) spektrometru. Tato metoda je úspěšně používána ke kvalitativním a 19

kvantitavním analýzám různých typů pevných vzorků jako jsou např. rašelina a komposty, uhlí a z něho odvozené deriváty, cukry, minerály apod. Capriel et al. (1995) aplikovali tuto metodu na půdní vzorky za účelem stanovení hydrofobicity organické hmoty v široké škále orných půd s odlišnou texturou a obsahem organického C. Hydrofobnost půdní organické hmoty je především způsobena alifatickými C-H jednotkami přítomnými v methylových, methylenových a methinových skupinách a je definována jako plocha alifatických C-H infračervených pásem v oblasti 2800-3000 cm -1 na jednotku celkového obsahu organického C. U nás se touto problematikou zabývá Šimon, který publikoval řadu prací ve vědeckých časopisech (Šimon 2005, 2007a, 2007b). Plocha alifatických C-H infračervených pásem se v našem souboru půdních vzorků pohybuje od 0,081 do 4,613 a hodnoty koeficientů hydrofobnosti od 0,11 do 3,19. Většina naměřených hodnot (80 %) se pohybuje od 1,07 do 2,46 u alifatických pásem a od 0,78 do 1,71 u indexu hydrofobnosti. Podobně jako u celkového obsahu organického C jsme také v tomto případě rozdělili soubor podle půdních typů a půdních druhů a také podle nadmořské výšky odběrových míst. Výsledky jsou uvedeny v tabulkách 12 až 19 a na Obr. 5. 2.4.2.1. Alifatická pásma IR spekter a indexy hydrofobnosti půdních vzorků podle půdních typů Hodnoty alifatických pásem infračervených spekter půdních vzorků v dělení podle půdních typů jsou uvedeny v tabulce 12. V tabulce 13 jsou hodnoty indexů hydrofobnosti stejných půdních vzorků. Přestože se rozsahy jak alifatických pásem, tak indexů hydrofobnosti v jednotlivých půdních typech překrývají, jsou zřetelné rozdíly mezi kategoriemi. Alifatická pásma v Hnědozemích a v Šedozemích se pohybují kolem 1,3 až 1,4, zatímco v Kambizemích je průměrná hodnota 1,88 (medián 1,77). V Černozemích jsou průměrné hodnoty alifatických pásem poněkud vyšší než u Hnědozemí, rozdíl je ale malý. Méně vyvinuté půdy jako Rendziny, Pseudogleje a Gleysoly mají vysoké hodnoty alifatických pásem v infračervených spektrech. Tabulka 12: Průměrné hodnoty alifatických pásem IR spekter půdních vzorků z vrchní vrstvy 0-20 cm podle půdních typů (n=601). Půdní typ Zkratka Počet lokalit Alifatické látky (průměr) Alifatické látky (medián) Minimum Černozemě CM 51 1,53 1,36 0,89 4,61 Černice CA 3 2,30 2,08 1,86 3,36 Šedozemě SM 12 1,28 1,25 0,96 1,96 Fluvizemě FM 12 1,89 1,15 1,30 2,65 Hnědozemě HM 210 1,44 1,43 0,08 3,72 Luvizemě LM 14 1,82 1,85 1,07 2,30 Pseudogleje PG 5 2,49 2,08 1,66 4,37 Gleysoly GL 6 2,29 2,39 1,79 2,72 Kambizemě KM 279 1,88 1,77 0,87 4,58 Rendziny RA 7 2,11 1,71 1,51 3,31 Regozemě RG 2 1,63 1,63 1,30 1,96 Celkem 601 Maximum 20

Hodnoty indexu hydrofobnosti ukazují podobné relace, rozdíly však jsou méně výrazné. Rozdíl mezi dvěma hlavními představiteli orných půd, Hnědozeměmi a Kambizeměmi v průměrných hodnotách indexu hydrofobnosti je 0,27, což zhruba odpovídá 20 % rozsahu v intervalu 80 % naměřených hodnot. Oproti alifatickým pásmům IR spekter se setřel rozdíl mezi méně vyvinutými půdami (Rendziny, Pseudogleje a Gleysoly) a Kambizeměmi. Tabulka 13: Průměrné hodnoty indexu hydrofobnosti HI půdních vzorků z vrchní vrstvy 0-20 cm podle půdních typů (n=601). Půdní typ Zkratka Počet lokalit Index hydrofobnosti (průměr) Index hydrofobnosti (medián) Minimum Černozemě CM 51 1,02 0,89 0,61 3,19 Černice CA 3 1,25 1,10 0,67 1,20 Šedozemě SM 12 1,29 1,22 1,08 1,80 Fluvizemě FM 12 1,15 1,13 0,97 1,44 Hnědozemě HM 210 1,14 1,21 0,11 2,35 Luvizemě LM 14 1,32 1,40 0,76 1,67 Pseudogleje PG 5 1,45 1,47 1,08 1,90 Gleysoly GL 6 1,43 1,45 1,27 1,62 Kambizemě KM 279 1,41 1,37 0,61 2,33 Rendziny RA 7 1,38 1,37 0,92 2,11 Regozemě RG 2 1,73 1,73 1,65 1,80 Celkem 601 Maximum 2.4.2.2. Alifatická pásma IR spekter a indexy hydrofobnosti půdních vzorků podle půdních druhů Hodnoty alifatických pásem infračervených spekter půdních vzorků v dělení podle půdních druhů jsou uvedeny v tabulce 14. V tabulce 15 jsou hodnoty indexů hydrofobnosti stejných půdních vzorků. Podobně jako při dělení podle půdního typu se rozsahy naměřených hodnot alifatických pásem i indexů hydrofobnosti podle jednotlivých kategorií překrývají. V souboru nejvíce zastoupené středně těžké půdy (hlinitá a písčitohlinitá) vykazují podobné hodnoty alifatických IR pásem, a to 1,75, resp. 1,71. V jílovitohlinitých půdách je průměrná hodnota alifatických pásem nižší (1,24) a v hlinitopísčitých půdách vyšší (1,90). V kategorii hlinitojílovitých půd máme pouze 3 lokality, což neumožňuje tuto kategorii hodnotit. 21

Tabulka 14: Průměrné hodnoty alifatických pásem IR spekter půdních vzorků z vrchní vrstvy 0-20 cm podle půdních druhů (n=600). Půdní druh Zkratka Počet lokalit Alifatické látky (průměr) Alifatické látky (medián) Minimum Maximum Hlinitojílovitá hj 3 2,37 1,83 1,55 3,73 Jílovitohlinitá jh 72 1,28 1,30 0,44 3,36 Hlinitá h 286 1,75 1,71 0,08 4,61 Písčitohlinitá ph 187 1,71 1,60 0,87 4,58 Hlinitopísčitá hp 52 1,90 1,71 1,11 3,80 Celkem 600 Průměrné hodnoty indexu hydrofobnosti naproti tomu jasně rozlišují jednotlivé kategorie půdních druhů. Pomineme-li opět 3 lokality hlinitojílovitých půd, dostaneme vzestupnou škálu průměrných hodnot indexu hydrofobnosti v kategoriích podle zrnitosti od těžkých k lehkým půdám (Tab. 15). Tabulka 15: Průměrné hodnoty indexu hydrofobnosti HI půdních vzorků z vrchní vrstvy 0-20 cm podle půdních druhů (n=600). Půdní druh Zkratka Počet lokalit Index hydrofobnosti (průměr) Index hydrofobnosti (medián) Minimum Maximum Hlinitojílovitá hj 3 1,45 1,50 1,32 1,54 Jílovitohlinitá jh 72 0,96 1,07 0,38 1,66 Hlinitá h 286 1,23 1,25 0,11 3,19 písčitohlinitá ph 187 1,40 1,35 0,73 2,24 hlinitopísčitá hp 52 1,51 1,43 0,98 2,33 Celkem 600 2.4.2.3. Alifatická pásma IR spekter a indexy hydrofobnosti půdních vzorků podle nadmořské výšky Dělení lokalit podle nadmořské výšky jsme použili proto, že nadmořská výška nepochybně charakterizuje půdotvorné faktory včetně klimatických podmínek i způsoby zemědělského využívání půdy. Bližší definice vztahů mezi nadmořskou výškou a půdními a klimatickými podmínkami (případně i systémů hospodaření) by si vyžádala obsáhlé rozbory a mnoho těžko dostupných údajů. Velmi podstatné však je, že údaje o nadmořské výšce jsou běžně k dispozici a použitelné pro praktické účely. Průměrné hodnoty alifatických pásem infračervených spekter a indexů hydrofobnosti půdních vzorků v členění podle nadmořské výšky jsou uvedeny v Tabulkách 16 a 17. Rozpětí hodnot alifatických pásem i indexu hydrofobnosti v jednotlivých kategoriích podle nadmořské výšky je opět velké a vzájemně se překrývá. Průměrné hodnoty alifatických pásem ale jasně ukazují vrcholovou závislost (zejména medián) s maximálními hodnotami 400 až 500 m (cca 1,88) a klesajícími hodnotami v okolních kategoriích. Nejnižší 22

průměrné hodnoty alifatických pásem IR spekter i indexu byly zjištěny v půdních vzorcích z lokalit v nadmořské výšce pod 300 m. Tabulka 16: Průměrné hodnoty alifatických pásem IR spekter půdních vzorků z vrchní vrstvy 0-20 cm podle nadmořské výšky (n=597). Nadmořská výška Počet lokalit Alifatické látky (průměr) Alifatické látky (medián) Minimum Maximum < 300 m 139 1,44 1,35 0,08 3,36 300-400 m 180 1,62 1,63 0,44 3,31 400-500 m 169 1,88 1,86 0,39 4,37 500-600 m 73 1,85 1,70 1,04 4,58 > 600 m 36 1,80 1,61 1,09 3,80 Celkem 597 Tabulka 17: Průměrné hodnoty indexu hydrofobnosti HI půdních vzorků z vrchní vrstvy 0-20 cm podle nadmořské výšky (n=597). Nadmořská výška Počet lokalit Index hydrofobnosti (průměr) Index hydrofobnosti (medián) Minimum Maximum < 300 m 139 1,17 1,17 0,11 2,11 300-400 m 180 1,19 1,25 0,38 2,74 400-500 m 169 1,34 1,36 0,36 2,33 500-600 m 73 1,29 1,27 0,73 1,95 > 600 m 36 1,68 1,68 0,98 2,24 Celkem 597 2.4.2.4. Alifatická pásma IR spekter a indexy hydrofobnosti ve dlouhodobých polních pokusech podle organického a minerálního hnojení Pro posouzení vlivu organického a minerálního hnojení na kvalitu půdní organické hmoty podle velikosti alifatických pásem IR spekter a indexu hydrofobnosti jsme využili data z dlouhodobých polních pokusů. Výsledky jsou uvedeny v tabulce 18 a 19. I když je rozpětí hodnot v jednotlivých kategorií opět vysoké, průměrné hodnoty alifatických pásem IR spekter půdních vzorků v různých variantách organického a minerálního hnojení jsou jednoznačně diferencovány (Tab. 18). Všechny hnojené varianty vykazují výrazně vyšší hodnoty alifatických pásem než nehnojené kontroly. Účinek organického hnojení je vyšší než minerálního hnojení a v kombinovaných variantách hnojených hnojem i minerálně se účinek obou sečítá. 23

Tabulka 18: Průměrné hodnoty alifatických pásem IR spekter půdních vzorků z vrchní vrstvy 0-20 cm vybraných variant dlouhodobých polních pokusů podle organického a minerálního hnojení (n=194). Alifatické látky Počet lokalit Alifatické látky (průměr) Alifatické látky (medián) Minimum Maximum Nehnojená kontrola 41 1,16 1,14 0,44 2,27 Hnůj + PK 45 1,37 1,33 0,76 2,13 Minerální hnojení NPK 29 1,30 1,36 0,58 2,19 Hnůj+NPK 45 1,52 1,53 0,79 2,16 2Hnůj+NPK 17 1,59 1,57 1,34 1,93 Hnůj+2NPK 17 1,54 1,45 1,28 2,07 Celkem 194 Průměrné hodnoty indexu hydrofobnosti rovněž jasně odlišily hnojené varianty od nehnojených, s výjimkou variant hnojených jen minerálně, kde průměrná hodnota indexu hydrofobnosti je na úrovní nehnojené varianty (Tab. 19). V kombinovaně hnojených variantách je ale účinek minerálního hnojení patrný (hodnoty indexu hydrofobnosti jsou vyšší než ve variantách hnojených jen organicky). Tabulka 19: Průměrné hodnoty indexu hydrofobnosti půdních vzorků z vrchní vrstvy 0-20 cm vybraných variant dlouhodobých polních pokusů podle organického a minerálního hnojení (n=194). Index hydrofobnosti Počet lokalit Index hydrofobnosti (průměr) Index hydrofobnosti (medián) Minimum Maximum Nehnojená kontrola 41 1,15 1,18 0,38 2,24 Hnůj + PK 45 1,24 1,22 0,56 2,10 Minerální hnojení NPK 29 1,14 1,20 0,48 2,01 Hnůj+NPK 45 1,32 1,31 0,60 2,18 2Hnůj+NPK 17 1,35 1,32 0,98 1,82 Hnůj+2NPK 17 1,33 1,33 1,00 1,73 Celkem 194 2.4.2.5. Vztah mezi plochami alifatických pásem IR spekter a indexy hydrofobnosti (n=601). Plochy alifatických pásem IR spekter i index hydrofobnosti jsou kvalitativní znaky, které vycházejí ze stejného principu měření, nejsou ale identické. Ukazuje to obrázek 5, na kterém je uveden vztah mezi oběma vlastnostmi půdních vzorků v celém souboru dat. Z obrázku je patrné, že v oblasti nižších hodnot je vztah téměř plně lineární, zatímco v oblasti vyšších hodnot nastává mnohem vyšší variabilita. Hodnota korelačního koeficientu je r=0,6366, tedy statisticky vysoce významná korelace, přesto je třeba vzít v úvahu, že přímý vztah mezi hodnotami alifatických pásem a indexem hydrofobnosti platí v oblasti nižších hodnot těchto vlastností, v oblasti jejich vyšších hodnot je ale volnější a méně spolehlivý. 24

Obr. 5: Vztah mezi plochami alifatických pásem IR spekter a indexy hydrofobnosti v půdních vzorcích (n=601) Index hydrofobnosti (HI) 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 0 1 2 3 4 5 Alifatická pásma IR spekter Závěr kapitoly 2.4.2. Stanovení plochy alifatických pásem infračervených spekter (DRIFT) půdních vzorků i index hydrofobnosti prokázaly rozlišovací schopnosti těchto půdních vlastností podle půdních typů, půdních druhů i podle nadmořské výšky. Rozdíly mezi průměrnými hodnotami v jednotlivých kategoriích se pohybovaly až kolem 20%. Obě charakteristiky také reflektovaly působení organického a minerálního hnojení ve vybraných parcelách dlouhodobých polních pokusů. Výše uvedené výsledky ukázaly, že jak plocha alifatického pásma infračervených spekter, tak také index hydrofobnosti jsou použitelné kvalitativní znaky půdní organické hmoty, podobně nebo ještě více citlivé než klasické znaky, poměr huminových kyselin a fulvokyselin nebo barevný koeficient Q 4:6. Jejich velkou předností je ale podstatně nižší pracovní náročnost. Zatímco frakcionace humusových látek trvá několik dní, IR spektra lze stanovit v řádu minut. 2.4.3. Koncept rozložitelné a stabilní části půdní organické hmoty a jeho agronomický význam Výše zmíněný ryze chemický přístup k hodnocení kvality půdní organické hmoty však není jediný možný. Z hlediska možností praktické aplikace pro hodnocení vývoje půdní úrodnosti se zdá být mnohem nadějnější postup, který kombinuje empirická data z dlouhodobých polních pokusů a jednoduché, snadno a rychle měřitelné (pokud možno nedestruktivním způsobem zjistitelné) vlastnosti půdních vzorků. V podstatě jde o to, že většina půdní organické hmoty je stabilní, prakticky téměř inertní. Ukázaly to mimo jiné radiokarbonové studie, podle nichž se poločas rozkladu huminových kyselin pohyboval řádově v tisíciletích. Stabilní část půdní organické hmoty příznivě působí na zejména fyzikální a fyzikálně chemické vlastnosti půdy, prakticky se ale neúčastní přeměn organických látek v půdě, jejich 25