Čtení na tyto dny

Pobřeží

Slunce již hvězdy noční
roztříští v příboji
Noc stáhla se pryč chvatně
se všemi závoji
Bílá břicha ryb svítí
mrtvá jak touha má
rybářkám do jejich sítí
jen nechtíc
veplouvá…

(František Schildberger) 

 

Doporučujeme ke čtení

Pralesy Zakarpatí

Tomáš Koutecký, č. 4/2018, s. 5-9, pro předplatitele

Příroda Ukrajinských Karpat a její ochrana

Jan Lacina, č. 4/2018, s. 5-11, pro předplatitele

Poloniny a pastevectví

Václav Štěpánek, č. 4/2018, s. 18-21, pro předplatitele

Jak vesnice k městu Brnu přirůstaly

Jan Lacina, č. 4/2018, s. 39

Jak jsem se od strachu ze šelem dostal k jejich mapování

Miroslav Kutal, č. 3/2018, s. 2-4

Konflikt vlka s hospodářskými zvířaty – dosavadní zkušenosti se zabezpečením stád

Petr Kafka, Hana Heinzelová, Ladislav Pořízek, č. 3/2018, s. 16-19, pro předplatitele

Ludvík Kunc, laureát Ceny Josefa Vavrouška za dlouhodobý přínos za rok 2017

Jiří Beneš, č. 3/2018, s. 36, pro předplatitele

Vyznání

Antonín Kostka, Ivo Dostál, č. 3/2018, s. 46-47, pro předplatitele

Jak půdy komunikují s okolním prostředím? Například prostřednictvím plynů…


Miloslav Šimek, č. 1/2018, s. 18-20

Půda a plyny?

Pro většinu lidí asi nesmysl na první pohled…, nicméně jenom na první a nepoučený pohled. Každá půda ve skutečnosti obsahuje velmi mnoho plynů. Lépe řečeno, půda se skládá ze tří základních složek: pevné (to je ta část půdy, kterou obvykle vnímáme jako půdu, když po ní chodíme nebo když si ji nabereme na dlaň; obvykle na ni připadá kolem 50 % objemu neporušené půdy), kapalné (tedy půdní vody; zabírá kolem 25 % objemu) a plynné (půdního vzduchu; připadá na něj také kolem 25 % objemu). Půdní vzduch je tvořen plyny, což je podobně jako atmosférický vzduch směs několika základních a mnoha stopových plynů. Na rozdíl od přízemní atmosféry obsahuje půdní vzduch obvykle větší množství oxidu uhličitého, metanu a oxidů dusíku a menší množství kyslíku. Proč? Složení půdního vzduchu je výsledkem mnoha biotických i abiotických procesů probíhajících v půdě. Při některých těchto procesech se spotřebovává kyslík a naopak se tvoří plyny, jejichž koncentrace se samozřejmě zvyšuje. Půda ale není izolovaná od okolí, a tak se ubývající kyslík postupně doplňuje z atmosféry a naopak se z půdy do atmosféry uvolňují vznikající plyny, tedy zejména oxid uhličitý, ale i další. Pohyb molekul plynů v půdě a vyrovnávání jejich koncentrací mezi půdou a atmosférou se děje díky difuzi a proudění. Výsledkem jsou emise plynů z půdy do atmosféry a spotřebovávání některých plynů z atmosféry v půdě. Půda je tedy jak zdrojem, tak spotřebitelem plynů.

Skleníkové plyny. Některé plyny mají zvláštní vlastnost, která se projevuje jako tzv. skleníkový efekt atmosféry. Jsou to 1. vodní pára (H2O; běžně se do skleníkových plynů nezařazuje, avšak její působení je celkově největší), 2. oxid uhličitý (CO2), 3. metan (CH4), 4. oxid dusný (N2O), 5. halogenované uhlovodíky (CFCs, HFCs), 6. ozon v troposféře (O3) a řada dalších plynů. Tyto plyny se někdy nazývají skleníkové plyny.

Skleníkový efekt. Některé normální složky vzduchu způsobují svou přítomností a svými vlastnostmi, že atmosféra omezuje únik tepelné energie do kosmického prostoru a tím významně přispívá k ohřívání zemského povrchu a udržování přijatelné teploty na Zemi. Velmi zjednodušeně si představme, že molekuly některých plynů (= radiačně aktivních plynů) mohou dočasně pohltit dlouhovlnné infračervené záření a poté jej zase uvolnit. Sluneční záření z ultrafialové, viditelné nebo infračervené oblasti spektra, které se dostane k povrchu Země, je z části pohlceno a jeho energie ohřívá půdu, vodu atd. Větší část tohoto pohlceného záření je ale zase vyzářena do prostoru, a to ve formě dlouhovlnného (infračerveného) záření. Toto Zemí vyzařované dlouhovlnné záření samozřejmě opět prochází atmosférou - a tak se dostáváme ke skleníkovým plynům. Jejich molekuly totiž zachycují procházející dlouhovlnné záření a po určité době je zase uvolňují, ale nyní všemi směry - část zachyceného záření směřujícího původně do prostoru se proto vrací zpět k povrchu a dále jej otepluje. Takto tedy molekuly některých látek přítomné v atmosféře přispívají k oteplování povrchu Země a způsobují onen skleníkový efekt. Název skleníkový efekt je mimochodem nepřesný proto, že v případě skutečného skleníku způsobuje ohřívání půdy uvnitř skleníku hlavně teplý vzduch, jemuž sklo brání uniknout prouděním z vnitřního uzavřeného prostoru - víme, že přehřívání skleníku můžeme účinně předejít větráním, kterým umožníme výměnu vzduchu mezi skleníkem a okolím.

Skleníkové plyny z půdy

Skleníkové plyny si obvykle spojujeme se spalováním fosilních paliv, s dopravou či průmyslem. Proto možná někoho překvapí, že také půdy a zemědělství produkují velké množství skleníkových plynů. Podíl zemědělství na celosvětových člověkem ovlivněných či způsobených, tedy antropogenních emisích skleníkových plynů se odhaduje na 22 %. Je tedy podobný jako celkové emise z průmyslové výroby, a dokonce vyšší než emise z dopravy. Přitom kolem 80 % emisí ze zemědělství jsou emise spojené s chovem hospodářských zvířat, zbývajících 20 % tvoří emise vyvolané nadbytkem plynů v půdním prostředí.

V odhadu emisí z půdy není započítán oxid uhličitý, protože se předpokládá, že emise CO2 jsou vyrovnávány spotřebou CO2 v procesech fotosyntézy a tvorby organických látek; celková čistá změna je tedy blízká nule a je zřejmě spíše pozitivní - o něco více CO2 se v současné době spotřebuje a uloží do biomasy a posléze do organických látek, než se ho uvolní respirací organismů.

Využívání půdy je jedním z hlavních zdrojů dvou dalších velmi účinných skleníkových plynů, metanu a oxidu dusného, a to jak v celosvětovém měřítku, tak i v podmínkách ČR. Odhaduje se, že v globálním měřítku vzniká 52 % antropogenních emisí N2O a 84 % antropogenních emisí CH4 v zemědělství. V podmínkách ČR jsou hlavními zdroji N2O zemědělské půdy, dále spalování fosilních paliv a průmyslová výroba, zatímco u metanu je nejvýznamnějším zdrojem spalování paliv (tuhých), následované zemědělstvím (chov dobytka, organická hnojiva) a odpadovým hospodářstvím.

Kde se ty plyny berou?

Skleníkové plyny vznikají v půdách zejména tam, kde je nadbytek dusíku (vzniká N2O) nebo kde se aktivují mikroorganismy a rozkládá se organická hmota (vzniká CO2 a CH4). Nadbytek dusíku je ovšem relativní pojem. Mnohé polopřirozené (např. lesní) ekosystémy zdánlivě chudé na živiny se považují za nasycené nebo dokonce přesycené dusíkem. Ten pochází hlavně ze suchých a mokrých spadů. Poté co se dusíkaté látky dostanou na povrch půdy a do půdy, jsou transformovány různými skupinami mikroorganismů a jako meziprodukt nebo i konečný produkt vzniká oxid dusný. Ten může být ještě v půdě spotřebován jinými mikroorganismy, ale většina jej uniká z půdy do ovzduší. K podobným procesům dochází v každé půdě. Pokud je ale dusíku relativně málo, zůstává jej naprostá většina v půdě: v biomase rostlin, v biomase mikroorganismů a dále v odumřelé biomase a v půdním humusu. Mohli bychom říci, že v podmínkách určitého nedostatku půda s dusíkem dobře hospodaří a jen velmi málo dusíku uniká z půdy do okolí, ať již ve formě plynů do ovzduší, nebo v jiných formách do podzemních i povrchových vod. Pokud je však dusíku více, hospodaření s ním není tak přísné a mnohem více dusíku může z půdy unikat. Právě zemědělské půdy mívají celkem často dusíku nadbytek. K zajištění výživy plodin se do nich dusík přidává ve formě průmyslových i organických hnojiv, a to v přebytku. Plodiny ale všechen dusík využít nemohou, a tím vznikají dobré podmínky pro tvorbu dusíkatých plynů včetně skleníkového plynu N2O. Zatímco tedy emise N2O z přirozených ekosystémů neovlivněných člověkem jsou nízké až zanedbatelné, ekosystémy pozměněné lidskou činností mohou oxidu dusného produkovat značné množství.

Půdy také obsahují obrovské množství uhlíku; v přepočtu na jeden hektar plochy jde o desítky až stovky tun uhlíku, a to ve velké většině ve formě organických (humusových) látek. Půdní humus vzniká ze směsí organických látek, které se dostávají do půdy hlavně jako odumřelá biomasa rostlin i živočichů - buď jako tzv. opad (např. listy stromů i bylin, větve, stonky rostlin atd.), nebo v agroekosystémech také posklizňové zbytky (např. sláma a kořeny obilnin apod.). Působením půdních organismů se organické látky postupně rozkládají a vznikají jednoduché sloučeniny včetně oxidu uhličitého a metanu. Můžeme zjednodušeně říci, že pokud v dané půdě a v daném čase převažují aerobní poměry (tj. je v ní dostatek kyslíku), vzniká převážně oxid uhličitý, zatímco při nedostatku kyslíku, tedy v anaerobních poměrech vzniká podstatně více metanu. V každém případě jsou však přeměny organických látek neustále probíhající v každé půdě doprovázeny tvorbou uhlíkatých plynů. Využívání půd pro zemědělství a jejich obdělávání vede ve velké většině případů k poklesu obsahu organické hmoty v půdě v důsledku zvýšené mineralizace organických látek. Obdělávání totiž spočívá v mnoha činnostech, které půdu celkově provzdušňují a které zvyšují intenzitu mikrobiálních pochodů. Např. odvodnění zamokřených půd a rašelinišť jednoznačně vede ke snížení obsahu organické hmoty v půdě (a dočasně ke zvýšení emisí CO2 a CH4). Jiným „spolehlivým“ prostředkem ke zvýšení emisí plynů je mechanická kultivace, např. orba, kypření nebo jiné analogické operace, bez nichž se klasické zemědělské technologie neobejdou. Akceleraci mikrobiálních pochodů způsobují i další technologie, např. zavlažování půd v sušších oblastech. Naopak dočasné zaplavení půdy při pěstování rýže a některých jiných plodin nebo špatné hospodaření, které umožňuje vznik dočasně zamokřených půd, vedou ke vzniku takových podmínek v půdě, které podporují tvorbu a následné emise metanu.

Druhým významným zdrojem emisí skleníkových plynů ze zemědělství je i chov hospodářských zvířat. I když nelze zanedbat ani oxid uhličitý uvolňovaný respirací, jedná se hlavně o metan. Metan produkují mikroorganismy ze skupiny archea, které tvoří normální součást mikroflóry v trávicím traktu mnoha živočichů včetně přežvýkavců. Vedle přímé produkce metanu říháním a pšoukáním vzniká metan v souvislosti s chovem dobytka i ve skládkách organických hnojiv, tedy ve skládkách exkrementů dobytka - v hnojištích, v jímkách na kejdu a močůvku apod. V průběhu jejich zrání a po aplikaci v půdě zde spolu s metanem vzniká mikrobiálními procesy přeměn dusíkatých látek i nezanedbatelné množství oxidu dusného.

Zásadní změnou, která často znamená prudké zvýšení emisí uhlíkatých plynů z půdy, je změna způsobu využívání půdy, např. převedení lesní půdy na zemědělskou nebo převedení půd trvalých travních porostů (prérie, step) na kultivovanou ornou půdu. V odborné literatuře existuje dostatek důkazů, že takové změny ve využívání půdy vedou k rapidnímu poklesu obsahu organické hmoty v půdě a současně také uhlík z humusových látek uniká ve formě oxidu uhličitého (a někdy i metanu) do ovzduší. Jiným příkladem je nadměrná pastva dobytka na rozsáhlých územích stepí a savan.

Vedle zemědělských půd, které mohou být čistým zdrojem i spotřebitelem (zásobárnou neboli sinkem) skleníkových plynů, jsou velmi významným potenciálním zdrojem emisí CO2 a CH4 půdy polopřirozených a přirozených ekosystémů, v nichž se uhlík hromadil dlouhou dobu, aniž by člověk do těchto procesů významněji zasahoval. Takové půdy nacházíme na celé zeměkouli, ale v poslední době se v souvislosti se skleníkovými plyny nejvíce hovoří o půdách v severských oblastech tajgy a tundry, tedy v oblastech s relativně nízkou teplotou a vyššími srážkami. Za těchto podmínek se v půdě dlouhodobě hromadila organická hmota. I vcelku malé zvýšení průměrné teploty by zde mohlo vést ke stimulaci rozkladných mikrobiálních procesů a tyto půdy by se rychle mohly stát velkým zdrojem uhlíkatých plynů, CO2 i CH4.

Jaké jsou možnosti snížení emisí skleníkových plynů z půd?

Možnosti snížení emisí skleníkových plynů je možné shrnout do třech kategorií:

  1. Snížení stávajících emisí zvýšením efektivity toku dusíku a uhlíku v zemědělském ekosystému a snížením plynných ztrát.
  2. Zvýšení ukládání uhlíku z atmosféry do zásobníků (sinků). Jedná se především o CO2 a jeho větší odčerpávání fotosyntézou rostlin a následné ukládání do organické hmoty v půdě; v menším rozsahu by mohlo jít i o zvýšení oxidace CH4 v půdě a o redukci N2O na N2.
  3. Vyloučení emisí změnou technologií.

Prof. Ing. Miloslav Šimek, CSc., (*1956) působí v Ústavu půdní biologie Biologického centra AV ČR a na Přírodovědecké fakultě Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích. Zabývá se studiem mikrobiálních procesů v půdách, zejména procesy přeměn dusíku, a ekofyziologií půdních mikroorganismů. Dlouhodobě se věnuje problematice tvorby a stanovení plynných metabolitů (metan, oxid dusný, oxid uhličitý) v půdách a jejich emisí z půd do atmosféry.

csop veronica
facebook
Naším posláním je podpora šetrného vztahu k přírodě, krajině a jejím přírodním i kulturním hodnotám.
ISSN 1213-0699 | ZO ČSOP Veronica | Panská 9, 602 00 Brno | mapa stránek časopisu