VERONICA - ČASOPIS PRO OCHRANU PŘÍRODY A KRAJINY

Půda je jedinečná hmota zajišťující podmínky pro život na Zemi. Pouhé čtyři složky, pevná, kapalná, plynná a živá, vytvářejí nejsložitější oživený systém na planetě. Klíčová je přitom složka živá nacházející se v dalších dvou složkách půdy, v organické a minerální. Vše je výsledkem dlouhodobého vývoje. Z ekosystémového hlediska zajišťuje půda nejen produkci potravin, krmiv a vlákniny, ale prostřednictvím ukládání uhlíkatých látek také regulaci klimatu. Půda je určující složkou ekosystému. Zásadním způsobem ovlivňuje koloběhy vody a biogenních prvků. Dochází v ní k přirozenému čištění prosakujících vod a ke snižování obsahu cizorodých látek. Smutné je, že současné tempo ztrát a zhoršování kvality půd je rychlejší, než je doba nutná na regeneraci půdy nebo na tvorbu půdy nové. Odhaduje se, že 1 cm půdy vzniká průměrně za dobu 200 let. To vše umocňuje význam půdy jako konečného zdroje.

Půdní agregáty, tedy základní půdní strukturní jednotky uspořádání pevných částic, jsou navazujícím uspořádáním původních minerálních částic, které je obohaceno o organominerální pojiva (oxidy, humusotvorné látky, mikrobiální biofilmy, vlákna půdních hub, kořeny rostlin s jejich výměšky apod.). Půdní agregáty ovlivňují velikost a množství pórů, které jsou vyplněné vzduchem nebo vodou. Shlukování půdních částic do mikroagregátů a jejich spojování do větších agregačních celků zvětšuje infiltrační, tedy vsakovací, a retenční neboli zadržovací schopnost půdy. Zvětšuje množství srážkové vody, kterou je půda schopna přijmout a zadržet. Uvnitř půdních agregátů je navíc velmi dobře „hlídáno“ to nejcennější půdní bohatství; nejmenší půdní organismy, organické látky a živiny. Čím větší půdní agregáty totiž půda má, tím víc je přímý kontakt mezi kořenem a půdou omezen a rostliny jsou ve větší míře „odkázány“ na spolupráci s mikroorganismy. Na získání odpovídajícího množství živin, na „vnitropůdní obchodování“, musí rostliny vynaložit více uhlíkatých investic, více uhlohydrátů bohatých na energii, a to i za cenu dílčího omezení nadzemní produkce. Tím je zajišťována blahodárná regenerace organické hmoty stejně tak jako infiltrační a retenční schopnost půdy.

Povrch rostlinného kořene je možná nejzajímavějším místem kontaktů mezi živou a neživou přírodou. Je místem, kde se rozhoduje o tom, jak bujná a druhově bohatá bude vegetace, jak velká část látek získaných při fotosyntéze bude rozdělena mezi nadzemní a podzemní biomasu rostlin, jak budou přítomné organismy vzájemně závislé, dokonce i o tom, jak snadno bude ekosystém otevřený nepůvodním druhům. V blízkosti kořene je možno najít pokornou obhajobu organického přístupu k zemědělství.

Tím, kdo rozpoznal význam zvýšených aktivit půdních organismů spojených s přítomností kořenového systému a kdo již v roce 1904 navrhl pro oblast vlivu rostlinných kořenů v půdě označení „rhizosféra“, byl Lorenz Hiltner, ředitel Bavorského zemědělsko-botanického ústavu v Mnichově. Jeho výzkumy z oblasti půdní bakteriologie a rhizosféry natrvalo ovlivnily chápání vzájemného ovlivňování rostlin a půdních organismů. Přesto vědci dlouho přehlíželi biologickou podstatu výměny látek a energií na rozhraní mezi půdou a rostlinou. Úloze kořenů při získávání živin a vody byla zpočátku věnována jen malá pozornost. Převládajícím názorem byla minerální výživa rostlin. Jsou dokonce státy, kde takový stav trvá dodnes.

Po více než sto letech jsou nejnovějšími vědeckými metodami potvrzovány Hiltnerovy závěry o významných změnách v rhizosféře, tedy o změnách, které si rostliny samotné řídí uvolňováním uhlíkatých sloučenin. Nabídka pestré škály atraktivních organických látek v okolí kořínků označovaná jako rhizodepozice, nepříliš přesně výměšky kořenů, představuje souhrnně 20-50 % (výjimečně až 80 %) z primární produkce rostlin. Intenzita biochemických dějů v rhizosféře vyvolaná těmito kořenovými depozicemi dosahuje o několik řádů vyšších hodnot než v okolní půdě. Rhizosféra může obsahovat od 10⁶ až do 10⁹ bakterií, 10⁴ prvoků, od 10¹ až po 10² hlístic a od 10⁵ po 10⁶ hub na gram půdy.

V nerhizosférní půdě, v půdě neovlivněné přítomností kořenů, mikroorganismy strádají a přežívají s minimálními aktivitami, přičemž tak nedobrovolně chrání cennou neúplně rozloženou část půdní organické hmoty. Zjevné „strádání“ půdních mikroorganismů bylo empiricky prokázáno již v sedmdesátých letech 20. století na základě rozporu mezi krátkou generační dobou mikroorganismů (doba nutná pro zdvojnásobení počtu mikroorganismů v populaci) naměřenou v optimálních podmínkách laboratoří (cca 20 hod.) a dobou jejich životnosti v půdě (1-1,5 roku). Vlastní „strádání“, související s efektivním využíváním organických látek a se zachováním přirozené půdní úrodnosti, není vyvoláno pouze nedostatkem klíčových biogenních prvků, ale souhrou mezi více činiteli. Podstatný vliv mají fyzikální, chemické a biologické charakteristiky půdy, konkurenční vazby mezi půdními mikroorganismy, složitosti potravních sítí a vazeb, koncentrace signálních látek apod. V rhizosférní půdě se z kořene uvolňují bohaté a rozmanité zdroje uhlíkatých látek a energie, čímž je stimulována bouřlivá aktivita půdních mikroorganismů, z níž mají prospěch půdní bezobratlí i rostlina.

„Paradox Šípkové Růženky“

Životodárný, „resuscitační“ účinek kořenových výměšků na bouřlivé aktivity mikroorganismů a následně půdních bezobratlých lze přirovnat k polibku prince z pohádky o Šípkové Růžence. V roce 1995 využívá prof. Lavelle popisovaného příměru označeného jako „paradox Šípkové Růženky“ („Sleeping Beauty paradox“) pro popis přechodu mikroorganismů ze stadia kolektivního klidového období se snížením metabolismu do stadia extrémních aktivit.

Bouřlivé aktivity organismů na rozhraní rostlinného kořene a půdy jsou vyvolány jejich snahou získat základní prvky pro syntézu vlastních buněk ve výjimečném prostředí nadbytku uhlíkatých látek a energie. Všechny živé organismy vyžadují totiž pro udržení vlastní životaschopnosti, pro růst a pro reprodukci téměř stejné živiny. Tento jednotící zájem je základem pro soutěžení mezi rostlinami a mikroorganismy v půdách s konečnou nabídkou živin. Zde nevystačíme s obecným konstatováním, že rostlina ovládá půdní prostředí uhlíkově a energeticky a mikroorganismy biochemicky, i když není na škodu si to připomenout.

Nepřetržitý odběr živin rostlinami vede ke vzniku silně vyčerpaných zón kolem kořenů. V této zóně, cca 1-3 mm od povrchu kořene, se koncentrace živin, které se doplňují pomalu z okolní půdy, jako je např. fosfor, může snížit cca 5-10krát ve srovnání s okolním půdním prostředím. Na druhé straně, mobilní formy živin v půdním roztoku, např. NO₃^-, kolem kořenů vyčerpané zóny nevytvářejí.

Konzumace mikroorganismů na povrchu kořene je přitom pro výživu rostlin životně důležitá. Žírem mikroorganismů predátoři paradoxně obnovují jejich aktivitu. Znovu se zrychlují látkové výměny mezi rostlinou, půdou a mikrobiálními společenstvy. Je tu ale ještě jeden háček. V mikrobní biomase nemají konzumenti dostatek energie, tedy dostatečné množství energeticky bohatých látek, např. sacharidů. „Dietetickou chybu“ nedostatku energie v jinak atraktivní potravě tvořené buňkami mikrobů vyvažují predátoři zvýšením množství přijímané biomasy. V takovém okamžiku se ale stává přijímaný mikrobní dusík, fosfor a síra pro predátory nadbytečnou přítěží, kterou vylučují v exkrementech. A právě na tuto chvíli, na volnou nabídku dostupných klíčových prvků, čeká netrpělivě rostlinný kořen, aby po „energetické a uhlíkové investici“ do půdy mohl pokrýt vlastní živinové nároky.

Shrnutí. Pro člověka je odjakživa velkým pokušením sklidit co největší úrodu, vykrmit co nejvíce dobytka. Nejsme připraveni na to, abychom pochopili, proč na vykrmení jednoho až dvou dobytčat na jednom hektaru musíme v půdě pastviny pro zachování její úrodnosti udržovat živoucí půdní havěť v souhrnném objemu až pětadvaceti dobytčat, z nichž je plně aktivní jen jedno. Nejsme připraveni na pochopení „paradoxu Šípkové Růženky“, na kouzlo „rhizosférního obchodování“ mezi živými partnery v půdě. Zato umíme nahradit jedinečnou půdní dovednost dodávat dusík, fosfor a další živiny nepřirozenými a ve svých důsledcích zhoubnými dodávkami minerálních hnojiv.

Ing. Jaroslav Záhora, CSc., (*1961) vystudoval Lesnickou fakultu Vysoké školy zemědělské v Brně. Disertační práci týkající se mikrobiálních transformací půdního dusíku obhájil v Ústavu systematické a ekologické biologie ČSAV, dále pak pracoval v oddělení lučních ekosystémů brněnské pobočky Botanického ústavu ČSAV. Krátce působil jako středoškolský učitel na soukromé škole pro zrakově postižené v Brně. V současnosti přednáší na agronomické fakultě Mendelovy univerzity v Brně. Zabývá se mikrobiální aktivitou půd.