Nevšední pohled na složení biomasy meziplodin

23. 01. 2026 Ing. Antonín Kintl, Ph.D. a kol. Technologie pěstování Zobrazeno 563x

Využití meziplodin v zemědělské produkci je v poslední době často diskutovaným tématem. Důvodem je to, že orná půda je jeden z nejvíce využívaných přírodních zdrojů, základem zemědělské výroby, a tudíž bychom se o ni měli náležitě starat. Jedním ze způsobů, jak půdu chránit, je pěstování meziplodin. Při hodnocení porostu meziplodin, by se mělo vycházet z toho, co znamená „souvislý porost“, protože ten je hlavním cílem každého zemědělce. Jedná se o porost, kde se rostliny svými nadzemními částmi navzájem dotýkají, prorůstají nebo se překrývají.

Při pěstování meziplodin musí každý zemědělec zvážit různé faktory. Na jedné straně máme náklady na osivo, naftu, čas a často i stres z toho, že se meziplodiny zakládají uprostřed největšího pracovního nasazení v létě, tedy po sklizni. Na druhé straně by ale nemělo být jen to, že si odškrtneme splnění nějaké povinnosti. Důležité je vnímat, co meziplodiny pro půdu skutečně dělají - jak ji chrání, zlepšují její stav a připravují ji na další sezonu. To všechno je jejich práce, kterou bychom měli umět klasifikovat a ocenit.

Úloha meziplodin

Podle Branta (2008) je hlavní úlohou meziplodin v systému hospodaření na orné půdě produkce biomasy. A právě od toho, kolik jí naroste, se odvíjí jak pozitivní přínosy, tak i možná rizika, která s sebou přinášejí nevhodně zvolené druhy meziplodin. Biomasa rostlin (v tomto případě meziplodin) totiž není jen „zelená hmota“, ale základní stavební kámen půdní organické hmoty - klíčového faktoru ovlivňujícího úrodnost půdy. Jak uvádějí Sáňka a Materna (2004), bez pravidelného doplňování organické hmoty do půdy není možné udržet dlouhodobou úrodnost půdy. Každoročně je potřeba dodat na 1 ha orné půdy zhruba 3,5–4,5 t organických látek. Přibližně polovinu z toho pokryjí posklizňové zbytky, ale zbytek, tedy asi 1,5–2,0 t, je třeba dodat podle Ryant (2016) jiným způsobem. A právě tady mají meziplodiny neocenitelnou roli. Rostliny pěstované na tzv. zelené hnojení obohacují půdu o snadno rozložitelnou organickou hmotu, která „nakrmí“ půdní mikroorganizmy a pomáhá nastartovat biologické i chemické procesy v půdě (Procházka et al., 2001). Díky tomu se v půdě zlepšuje koloběh živin i celková vitalita.

Zemědělsky využívaná půda obsahuje více organicky vázaného uhlíku než její původní minerální podklad. Tento uhlík v dnešní době pochází především z rostlin, ať už jde o slámu obilnin nebo kukuřice, řepný chrást nebo různé jiné posklizňové zbytky. Významnou část posklizňových zbytků tvoří i kořeny, které zůstávají v půdě v různých hloubkách podle toho, o jaký druh rostlin se jedná, a také kořenové exudáty vstupující do půdní procesů již během růstu rostlin. Rostliny, které dovedou fotosyntetizovat, tedy vázat energii ze slunečního záření, jsou jediným přirozeným zdrojem uhlíkatých - energetických látek pro půdní mikroorganizmy. A právě tyto látky představují základní „palivo“ pro všechny důležité půdní biochemické procesy, které vedou ke vzniku stabilní organické hmoty v půdě. V praxi to znamená, že pěstování meziplodin neboli rostlin na zelené hnojení, je skvělým způsobem, jak do půdy dostat více organické hmoty. Většinou se celá jejich nadzemní biomasa buď ponechává na povrchu jako mulč nebo se rovnou zapraví do půdy, kde se postupně rozkládá.

A proč se nemusíme bát, že to s organickou hmotou přeženeme? V závislosti na kvalitě biomasy a klimatických podmínkách může být až 80 % vstupující organické hmoty postupně rozloženo a vráceno zpět do atmosféry ve formě oxidu uhličitého (CO₂), jak je vidět na schématu 1. Jinými slovy, organická hmota se v půdě neztrácí, ale podléhá různým přeměnám.

Účinek zeleného hnojení na půdu se odvíjí nejen od toho, jestli biomasu meziplodin zapravíme nebo nezapravíme do půdy, hlavním faktorem je, jaké mají tyto rostliny látkové složení (lignin, tuk, vláknina atd.) a v jaké fázi vývoje byl ukončen jejich růst (desikace, vymrznutí apod.). Mladá, čerstvě narostlá biomasa je sice plná živin, ale zároveň může být velmi snadno rozložitelná. Když se taková hmota zapraví do půdy, půdní mikroorganizmy ji začnou využívat jako zdroj uhlíku, tedy energie. Jejich počet rychle vzroste díky náhlému přísunu „potravy“, ale jakmile se všechna zelená hmota rozloží, začnou se živit i stávající půdní organickou hmotou, a to už může mít negativní dopad na kvalitu půdy. Naopak, když se do půdy zapraví vyzrálá rostlinná hmota, která už obsahuje vyšší podíl ligninu (tedy pevnějších, těžko rozložitelných částí), výsledek je zcela jiný. Taková biomasa se rozkládá pomaleji a její zbytky se mohou stát základem pro vznik trvalého humusu, což je pro půdu mimořádně přínosné.

Schéma 1: Model rozkladu a mineralizace organické hmoty v půdě podle Bradyho a Weila (2002)

Transformace organické hmoty

V půdě probíhají dva zásadní procesy související s půdní organickou hmotou a její transformací: mineralizace a humifikace. Mineralizace je v podstatě rozklad, kdy se velké organické molekuly postupně štěpí na menší, až se nakonec přemění na CO₂ a další minerální látky. Humifikace je pravý opak. Během ní se menší látky spojují do složitějších, stabilních struktur, které tvoří právě humus. I když se tyto dva procesy zdají být protiklady, ve skutečnosti spolu úzce souvisí. Mineralizace totiž dodává energii, bez které by humifikace vůbec nemohla probíhat (Peterka, 2012). Jinými slovy: z rozkladu starého může vznikat něco nového a dlouhodobě užitečného.

V návaznosti na přeměny půdní organické hmoty, pocházející z různých zdrojů, v našem případě z biomasy meziplodin, je nutné si uvědomit, že rostlinná biomasa jednotlivých druhů se liší svým složením, například obsahem ligninu. Lignocelulózová biomasa, hojně se vyskytující a obnovitelný rostlinný materiál, který tvoří základ většiny suchozemských rostlin, je složená hlavně ze typů polysacharidů (celulózy a hemicelulózy) a dále z ligninu, což je aromatický polymer, tedy složitější látka, která má specifickou strukturu i vlastnosti (Zoghlami a Paës, 2019) (obr. 1). Tyto 3 složky nejsou v rostlině volně, ale jsou navzájem propojené v tzv. heteromatrici, tedy do pevné sítě, jejíž složení i struktura se liší podle toho, o jaký typ nebo druh rostliny se jedná, a dokonce i podle toho, kde a jak byla daná biomasa vypěstována (Bajpai, 2016). Lignin v této struktuře hraje důležitou roli. Funguje totiž jako „lepidlo“, protože spojuje celulózu a hemicelulózu dohromady a vytváří tak silnou a pevnou buněčnou stěnu rostliny. Právě díky ligninu je rostlina odolná a drží tvar, což je důležité nejen pro její růst, ale i pro další využití biomasy v půdě nebo při jejím zpracování (Boer et al., 2005; Datta et al., 2017).

Lignocelulózová biomasa, kterou tvoří z velké části celulóza (40–50 %), hemicelulózy (25–35 %) a lignin (15–20 %), je základní stavební materiál většiny rostlin (Thankappan et al., 2018). Lignin, druhý nejrozšířenější organicky produkovaný polymer na Zemi, je v tomto komplexu klíčový, poskytuje totiž rostlinám pevnost, chrání jejich strukturu a zároveň brání rozkladu celulózy a hemicelulózy (Ponnusamy et al., 2019). Právě díky ligninu je lignocelulózová biomasa velmi odolná vůči rozkladu mikroorganizmy i enzymy. Toto sice dobře funguje v přírodě, ale představuje to výzvu pro průmyslové využití biomasy, třeba při výrobě bioenergie nebo biomateriálů. Protože zvýšený obsah hůře rozložitelných látek v biomase snižuje efektivitu jejich využití například při výrobě bioplynu (Zoghlami a Paës, 2019).

Rostlinná biomasa je hlavním zdrojem organické hmoty v půdě. Mikroorganizmy ji postupně přeměňují na humus a další organické látky, které jsou zásadní pro kvalitu půdy (Thirunavukkarasu et al., 2024). Jak rychle se lignin v půdě rozkládá, závisí na druhu rostlin, využití pozemku, ale také na klimatu a vlastnostech půdy (Thevenot et al., 2010). Zajímavé je, že lignin je považován za tzv. biomarker, tedy ukazatel toho, jak stabilní je zásoba uhlíku v půdě. Čím víc ligninu se v půdě ukládá, tím stabilnější bývá organická hmota (Jia et al., 2019; Sun et al., 2022).

Dlouho se předpokládalo, že lignin je těžko rozložitelný právě kvůli tomu, že mikroorganizmům se nevyplatí vynakládat energii na tvorbu speciálních enzymů potřebných k jeho rozkladu (Schimel a Weintraub, 2003; Moorhead a Sinsabaugh, 2006). Novější výzkumy ale ukazují jiný pohled: zdá se, že pokud mají mikroorganizmy v půdě dostatek snadno dostupné energie, například ve formě cukrů, dokáží produkovat i enzymy pro rozklad ligninu (Klotzbücher et al., 2011; Lehmann a Kleber, 2015; Angst et al., 2021). Podle studie Wei et al. (2012) rozkládají mikroorganizmy nejprve hemicelulózy, což umožňuje přístup k celulóze a ligninu, které se rozkládají později. V počátečních fázích rozkladu dominují bakterie, zatímco v těch pozdějších přebírají hlavní roli houby, jež lépe rozkládají stabilnější složky biomasy.

Obr. 1: Struktura buněčné stěny v rostlinách podle Lee et al. (2004)

Výsledky a hodnocení

Výsledky naznačují, že pěstování meziplodin může hrát klíčovou roli při urychlení rozkladu i těch složitějších složek biomasy, jako je právě lignin. Nabízí se tak otázka například cíleného pěstování vybraných druhů meziplodin dle jejich složení v kombinaci s aplikací organických hnojiv s vyšším obsahem hůře rozložitelných látek (ligninu).

Tabulka 1 představuje přehled analyzovaných organických materiálů s výrazně odlišným složením z hlediska obsahu cukrů (% _suš), ADL - lignin (% _suš) a jejich poměru (cukry/ADL), což jsou důležité parametry ovlivňující rychlost rozkladu organické hmoty v půdě. Analýza vzorků nadzemní biomasy různých meziplodin, částí posklizňových zbytků cukrové řepy, slámy a různých druhů statkových hnojiv ukazuje výrazné rozdíly (P<0,05) ve složení mezi různými skupinami organických materiálů. Obsah cukrů se pohybuje v rozmezí 0,04–66,30 % (v sušině) a obsah ADL v rozmezí 1,93–15,03 % (v sušině), což vede k širokému rozpětí poměru cukrů k ADL (0,01–20,12) - graf 1.

Nejvyšší obsah cukrů (tab. 1) byl zjištěn u cukrové řepy - hlavy bez listů (66,30 %). Tato hodnota výrazně převyšuje všechny ostatní substráty a z tohoto hlediska jej můžeme považovat za referenční. Parametry cukrové řepy je možné dále považovat za referenční, protože se jedná o plodinu, která je dlouhodobě šlechtěna za účelem produkce sacharidů. Mezi konvenčními meziplodinami vykazuje nejvyšší obsah cukrů ředkev olejná (13,92 %), následovaná řeřichou (11,66 %). Naopak nejnižší obsah cukrů byl zaznamenán u slepičího (0,04 %) a kravského hnoje (0,78 %).

Z hlediska obsahu ADL (tab. 1) jsou nejvyššími hodnotami charakterizovány statková hnojiva: kravský hnůj (15,03 %), koňský hnůj (13,05 %) a sláma (11,79 %). Nejnižší obsah ADL byl stanoven u ředkve olejné (1,93 %) a řeřichy (3,23 %). Poměr cukrů k ADL, který může být důležitým ukazatelem potenciální rozložitelnosti organické hmoty, dosahuje nejvyšších hodnot u cukrové řepy - hlavy bez listů (20,12) a ředkve olejné (7,20), zatímco extrémně nízké hodnoty jsou typické pro slepičí (0,01) a kravský hnůj (0,05) (graf 1).

Cukry představují snadno dostupný zdroj uhlíku pro půdní mikroorganizmy. Vysoký obsah jednoduchých cukrů usnadňuje mikrobiální kolonizaci a iniciální fáze rozkladu (Cotrufo et al., 2013). Při mikrobiálním rozkladu dochází k hydrolýze polysacharidů na jednoduché cukry, které jsou následně využity pro metabolizmus mikroorganizmů.

Naproti tomu lignin, jako komplexní polyfenolický heteropolymer, silně odolává mikrobiální degradaci a snižuje rychlost mineralizace biomasy (Berg a McClaugherty, 2008). Jeho rozklad, na kterém se podílí hlavně mikromycety a aktinomycety, může probíhat pouze v optimálních podmínkách (například teplotních), produkty rozkladu reagují s dusíkatými látkami mikrobiálního původu za vzniku složitých heterogenních látek humusové povahy. V anaerobním prostředí se ale nerozkládá nebo jen velmi pomalu.

Poměr cukrů a ligninu ve formě ADL (tabulka 1 a graf 1) se vyvíjel velmi dynamicky. Nejvyšších hodnot bylo dosaženo v organických materiálech: hlava cukrovky bez listů > ředkev olejná > řeřicha setá, přičemž listy cukrovky dosáhly průkazně (P<0,05) absolutně nejvyšší hodnoty (25,09). Poměr cukrů/ADL poskytuje informaci o kvalitě organického materiálu z pohledu mikrobiální dostupnosti neboli rozložitelnosti. Vyšší poměr značí vyšší rozložitelnost, protože je způsoben zvýšeným obsahem sacharidů v biomase (17). Cukry představují snadný zdroj energie pro půdní organizmy a mohou tak velmi účinně nastartovat jejich mikrobiální aktivitu (Elbl a Záhora, 2014). Vhodné organické látky s vyšším poměrem cukrů k ligninu mohou urychlit krátkodobé uvolňování dusíku a dalších živin, zatímco materiály s vysokým obsahem ligninu přispívají k dlouhodobé stabilizaci uhlíku v půdě (15). Data uvedená v tabulce 1 a grafu 1 tak indikují, že při vhodné kombinaci různých druhů meziplodin je možné zvýšit vstup optimálního množství snadno a obtížněji rozložitelné biomasy. Tím se může vytvořit prostředí s vysokou mírou stability půdní mikrobiální aktivity a stabilním koloběhem SOM.

Tab. 1: Průměrný obsah cukrů, ADL a jejich poměr ve vybraných meziplodinách v období před vymrznutím, ve sklizňových zbytcích cukrové řepy, statkových hnojivech a slámě

Graf 1: Srovnání poměru cukrů a ADL v biomase meziplodin, sklizňových zbytcích cukrové řepy, statkových hnojivech a slámě

Rychle rozložitelné materiály (např. cukrová řepa, ředkev olejná):

• rychlé uvolnění C pro mikrobiální aktivitu → stimulace nitrifikace a mineralizace (Lehmann a Kleber, 2015),
• potenciální deprimace dusíku, pokud ho není dostatek v půdě,
• urychlení krátkodobé humifikace, ale menší podíl stabilní SOM,
• vysoký obsah cukrů může způsobit disbalanci mezi zastoupením rychle a pomalu rozložitelných organických látek.

Pomalu rozložitelné materiály (např. hnůj, sláma):

• dlouhodobý zdroj uhlíku → stabilizace půdní organické hmoty,
• vyšší rezistence vůči rozkladu → přispívají ke zlepšení půdní struktury,
• zpomalení mineralizace dusíku → dusík je dočasně imobilizován mikroorganizmy.

Schéma 2 znázorňuje koloběh organické hmoty v půdě a je z něj patrné, že koloběh půdní organické hmoty (SOM) se skládá ze 4 hlavních procesů, prováděných půdními mikroorganizmy:

1. rozklad organických zbytků,
2. mineralizace živin,
3. přenos organického uhlíku a živin z jednoho fondu SOM do druhého,
4. neustálé uvolňování oxidu uhličitého (CO₂) prostřednictvím mikrobiální respirace (chemické oxidace).

Nastává tak otázka, jak intenzivně dojde k ovlivnění mikrobiálních procesů zobrazených na schématu 2 za přítomnosti biomasy, pocházející např. z posklizňových zbytků rostlinných druhů s vyšším obsahem cukrů, respektive s vyšší hodnotou poměru cukrů k ADL, jako je např. hlava cukrové řepy bez listů či ředkev olejná. Vyšší hodnoty poměru cukry/ADL mohou zapříčinit zvýšenou mikrobiální aktivitu, která se projeví nejen na zvýšené intenzitě degradace na jinak obtížně mikrobiálně degradovatelné organické hmotě, projevující se zvýšenou respirací, tedy produkcí CO_2, a následně jeho emisí do atmosféry.

Schéma 2: Schéma vzniku a přeměny půdní organické hmoty (Brady a Weil, 1992)

Výběr ponechání posklizňových zbytků na poli by měl reflektovat požadavky na:

• rychlé uvolnění živin (např. pro následnou plodinu),
• dlouhodobé zlepšování půdní úrodnosti (zvýšení organického uhlíku v půdě),
• udržitelný management půdního mikrobiomu.

Zvolená strategie pěstování meziplodin může zahrnovat kombinaci různých typů biomasy a organických nebo organo-minerálních hnojiv, čímž se dosáhne vyváženého poměru mezi rychlým rozkladem a dlouhodobou stabilitou uhlíku.

Závěr

Rozkládající se rostlinné zbytky, bohaté zejména na celulózu a lignin, představují významnou složku SOM. Lignocelulózová biomasa je obecně odolná vůči mikrobiálnímu a enzymatickému rozkladu. Nicméně za přítomnosti dostatečného množství dostupných sacharidů může degradace ligninu začít již v počátečních fázích rozkladu SOM. Tyto sacharidy poskytují mikroorganizmům rychlý zdroj energie, díky kterému jsou schopny produkovat enzymy potřebné pro rozklad ADL.

Důležitým faktorem je nejen obsah cukrů a ADL v rostlinném materiálu, ale i jejich vzájemný poměr, který poskytuje informaci o kvalitě organického hmoty z pohledu mikrobiální dostupnosti neboli rozložitelnosti.

V hodnocení rozložitelnosti biomasy meziplodin byly jako nejlépe rozložitelné identifikovány druhy ředkev olejná a řeřicha setá, které měly relativně vysoké hodnoty poměru cukry/ADL. Dále je z předběžných dat ze všech testovaných plodin a posklizňových zbytků zřejmé, že cukry obsažené v posklizňových zbytcích cukrové řepy bez listů jsou potencionálně nejlepším zdrojem energie pro půdní mikroorganizmy.

Oproti tomu rostlinné materiály, organické látky nebo posklizňové zbytky s vyšším podílem ADL, například sláma nebo organická hnojiva jako kravský hnůj, přispívají k dlouhodobé stabilizaci SOM. Nejvyšší obsah ADL byl zjištěn v kravském a koňském hnojiv. Naopak biomasa vybraných meziplodin a posklizňových zbytků vykazovala o 10–50 % nižší koncentraci ADL. V případě obsahů cukrů byla situace opačná - nejnižší obsah cukrů byl zjištěn u drůbežího hnoje (s podestýlkou) a kravského hnoje (bez podestýlky), a nejvyšší u meziplodin ředkve olejné a řeřichy seté a v biomase hlav cukrové řepy bez listů.

Z hlediska podpory půdní úrodnosti je žádoucí tyto materiály cíleně kombinovat tak, aby byly naplněny jak krátkodobé, tak dlouhodobé požadavky na půdní mikrobiální procesy.

Článek byl uveřejněn za podpory projektu č. QK21010161 Význam lignocelulózového komplexu z biomasy meziplodin pro zlepšení půdního prostředí.

Ing. Antonín Kintl, Ph.D.¹, Ing. Igor Huňady¹, Ing. Julie Sobotková¹, Ing. Zuzana Kubíková, Ph.D.¹, Ing. Jakub Elbl, Ph.D.^2
1Zemědělský výzkum, spol. s r. o., Troubsko, ²Mendelova univerzita v Brně