Regenerativní zemědělství (1): Hlavní cíle, předpoklady a zásady

08. 02. 2023 Ing. Karel Klem, Ph.D.; Ústav výzkumu globální změny AV ČR, v. v. i. Technologie pěstování Zobrazeno 5310x

V posledních letech se začínají stále více objevovat nové pojmy a systémy zemědělského hospodaření na orné půdě, které se ve svých cílech, zásadách či používaných technologických postupech často do určité míry překrývají a vytvářejí tak poměrně nepřehlednou situaci pro praktické zemědělce, ve které často zanikají potenciální pozitivní efekty nových přístupů. To je i důvodem toho, že tyto nové trendy jsou zemědělci přijímány s nedůvěrou jen jako další módní trendy, které mají většinou krátký život, a u kterých považují za nedůležité se jimi výrazněji zabývat. Takto se postupně v návaznosti na ekologické či organické způsoby hospodaření začaly objevovat pojmy jako je udržitelné zemědělství, klimaticky chytré (climate smart) zemědělství, uhlíkové (carbon) zemědělství, a nakonec pak regenerativní zemědělství.

Cíle regenerativního zemědělství

Právě ale poslední z nich, tedy regenerativní zemědělství, si jednoznačně zaslouží výraznější pozornost, protože se snaží integrovat pozitivní (a eliminovat negativní) zkušenosti ze všech předchozích přístupů, které byly v zásadě vždy zaměřeny na poměrně úzký cíl, jako je například nepoužívání syntetických pesticidů a hnojiv (ekologické či organické zemědělství), zvýšení odolnosti vůči probíhající změně klimatu, zejména pak suchu a zvyšování teplot (klimaticky chytré zemědělství), hospodaření způsobem minimalizujícím dopady na budoucí produkci potravin, surovin či na poskytování ekosystémových služeb (udržitelné zemědělství), či dlouhodobé ukládání uhlíku v půdě, které má přispívat ke zmírnění změny klimatu (uhlíkové zemědělství).

Regenerativní zemědělství se v první řadě snaží používat komplexní, holistický přístup, který v sobě do určité míry integruje cíle všech výše uvedených postupů. Nicméně hlavní cíl regenerativního zemědělství, který lze postavit do čela všech ostatních dílčích cílů je jeden, a to: regenerace přirozené půdní úrodnosti prostřednictvím zvýšení obsahu organické hmoty (uhlíku) a obnovením života v půdě (mikro i makroorganizmů).

Svými přístupy je regenerativní zemědělství asi nejblíže udržitelnému způsobu hospodaření, nicméně zásadní rozdíl mezi udržitelným a regenerativním zemědělstvím je v tom, že udržitelné zemědělství se snaží o to, aby se dále nezhoršoval stávající stav a zachovala se tak produktivita (a další, neprodukční funkce) zemědělství i pro budoucí generace. Naproti tomu regenerativní zemědělství si uvědomuje, že intenzivní zemědělské hospodaření vedlo a vede k degradaci zemědělské půdy (eroze, pokles obsahu organického uhlíku v půdě, zhutnění, snížení retence vody atd.) a přichází s aktivními postupy pro zlepšování stavu (regeneraci) půd. Zásadní rozdíl oproti všem předchozím způsobům zemědělského hospodaření je u regenerativního zemědělství v tom, že se nesnaží přírodní procesy překonávat či s nimi konkurovat, ale naopak těchto procesů v co největší míře využívá pro to, aby se v půdě vytvářelo prostředí, které bude schopné v přiměřené a vyvážené míře zásobovat rostliny a další organizmy vodou, živinami a energií.

Nezbytná změna paradigmatu stabilního ukládání organického uhlíku v půdě

Na úvod vysvětlení principů regenerativního zemědělství je ovšem nutné osvětlit potřebu základní změny paradigmatu ukládání organického uhlíku v půdě, bez jehož pochopení a přijetí není možné principy regenerativního zemědělství dobře uvést do praxe. Původní paradigma, na kterém je založeno současné "konvenční" zemědělství vychází z toho, že stabilní organický uhlík v půdě se primárně vytváří z odumřelých částí rostlin a mikroorganizmů. Dříve byl tento stabilní uhlík označován jako humus či humusové látky (humínové kyseliny a fulvokyseliny) v půdě, přičemž jeho stanovení vycházelo z předpokladu extrakce ve vysoce alkalickém prostředí. Nicméně řada studií využívajících izotopové značení uhlíku prokázala jednak malou účinnost této extrakce ve vztahu ke stabilním formám organického uhlíku a jednak neočekávaně vysokou rychlost mikrobiálního rozkladu u humusových látek. Jejich vysoká molekulární hmotnost a extrahovatelnost pouze v silně alkalickém prostředí proto jednoznačně není, jak bylo dříve předpokládáno, zárukou vysoké stability a odolnosti vůči rozkladu a spíše se jeví že tomu je naopak.

Nyní se proto od humusové teorie postupně odchází a je nahrazována tzv. modelem půdního kontinua (Lehmann a Kleber, Nature 2015), který na základě jednoznačných důkazů prokazuje, že stabilita půdního organického uhlíku je primárně založena na dvou procesech, a to: a) absorbce na minerální částice půdy za tvorby vysoce stabilní formy organického uhlíku tzv. minerálně poutaného organického uhlíku (MAOM), b) fyzikální ochrana formováním stabilních půdních agregátů.

V obou případech se na těchto procesech vysokomolekulární látky uplatňují jen ve velmi omezené míře. Naopak nejvyšší afinitu k poutání na minerální částice a formování MAOM mají nízkomolekulární látky, které se do půdy primárně dostávají ve formě kořenových exsudátů (fenolické látky, cukry, organické kyseliny apod.) a jen v menší míře vznikají při rozkladu odumřelé rostlinné biomasy. Odhaduje se, že účinnost ukládání uhlíku do stabilních forem je v případě odumřelé biomasy jen okolo 5–10 %, zatímco u kořenových exsudátů je to okolo 40–50 %. Tyto nízkomolekulární látky poutané na minerální půdní částice pak vykazují nejvyšší stabilitu vůči mikrobiálnímu rozkladu, která se počítá až ve stoletích. Naproti tomu organický uhlík v pevné formě odumřelých zbytků rostlin pak vykazuje při současném způsobu hospodaření typický rozklad v době 2–3 let (do 10 let).

Druhá forma stabilizace organického uhlíku v podobě formování stabilních půdních agregátů rovněž využívá do značné míry jednoduché organické sloučeniny, které opět vykazují při uzavření do stabilních půdních agregátů nejvyšší míru stability, nicméně zde se také významně uplatňují složitější látky polymerního charakteru. Jako naprosto klíčový pro formování stabilních půdních agregátů a fyzikální ochranu organického uhlíku před rozkladem má tzv. glomalin, což je komplex bílkovin a polysacharidů, který je produkován arbuskulárně-mykorhizními houbami (houby žijící v symbióze se živými rostlinami). Tento má výrazné lepivé účinky, které zajišťují vysokou stabilitu agregátů jak z pohledu mechanického namáhání tak i jejich vodostálost.

Výsledky dlouhodobých pokusů se zaoráváním slámy, chlévského hnoje či jiného organického hnojení potvrzují, že skutečně navýšení obsahu organického uhlíku z mrtvé rostlinné biomasy je možné skutečně jen krátkodobě a v dlouhodobém trendu dokonce někdy vede i ke snížení obsahu organického uhlíku, protože nastartované rozkladné procesy po zaorání organických zbytků do půdy vedou ke stimulaci rozkladu zásob organického uhlíku což je jev označovaný jako tzv. priming efekt.

Hlavní zásady regenerativního zemědělství

Jaké by tedy měly být hlavní zásady regenerativního zemědělství tak, aby zajišťovaly hlavní cíl, tedy regeneraci půdní úrodnosti prostřednictvím zvýšení obsahu organického uhlíku v půdě? Především musíme vycházet již z dříve uvedených zásad definovaných modelem půdního kontinua, tedy že hlavní podíl na ukládání a stabilizaci organického uhlíku v půdě má poutání jednoduchých organických sloučenin na minerální částice, přičemž tyto jednoduché látky mají primárně původ v kořenových exsudátech produkovaných živými rostlinami, a že další podstatnou složkou stabilizace uhlíku v půdě je stabilita půdních agregátů, které chrání organický uhlík před mikrobiálním rozkladem.

V principu tedy regenerativní zemědělství musí být postaveno na dvou základních pilířích.

a) Trvalý vegetační pokryv bez období černého úhoru (holá zpracovaná půda), zajišťující kontinuální produkci kořenových exsudátů a jejich postupné poutání na minerální částice půdy (jíl a prach).

b) Minimální narušení půdy kultivací, která vede k destrukci půdních agregátů a celkově k urychlení rozkladu organického uhlíku v půdě.

Vzhledem k prokázanému významu mykorhizních hub na stabilizaci půdních agregátů, a tím na fyzikální ochranu organického uhlíku před rozkladem, a také významu celého komplexu mikroorganizmů (půdního mikrobiomu) společně s meso- a makrofaunou v přeměně odumřelé rostlinné biomasy na látky stabilně poutané v půdě, lze k těmto dvěma pilířům přidat ještě třetí pilíř, a to jsou opatření vedoucí k podpoře půdního edafonu, k nimž patří kromě již zmíněných trvalého vegetačního pokryvu a omezení zpracování půdy také diverzita pěstovaných rostlin a snížení používání syntetických pesticidů a hnojiv.

Je zřejmé, že úloha půdního edafonu a mechanizmů, kterými se podílí na stabilizaci a dlouhodobém ukládání uhlíku v půdě musí být teprve objasněna například s použitím izotopového značení uhlíku a dusíku, nicméně dosavadní výsledky jednoznačně prokazují jeho klíčovou úlohu v těchto procesech, přičemž zásadní pozornost by měla být zřejmě věnována právě mykorhizním houbám a jejich podpoře.

Komplex postupů uplatňovaných v regenerativním zemědělství

Systém regenerativního zemědělství by proto měl zahrnovat následující prvky, které musí být vždy uplatňovány v komplexu a jejichž účinnost při samostatném použití je často velmi nízká (pozitivní efekty v podobě dlouhodobého ukládání organického uhlíku v půdě a obnovení života v půdě se dostavují teprve jejich synergickým působením).

1. Zajištění trvalého vegetačního pokryvu pěstováním druhově bohatých meziplodin. Meziplodiny přitom musí být vysévány okamžitě po sklizni předchozí plodiny bezorebným způsobem (do mulče posklizňových zbytků). V případě opožděné sklizně hlavní plodiny například ve vyšších polohách či u plodin s pozdní sklizní se pak může velmi dobře uplatnit i výsev meziplodiny několik týdnů před sklizní s použitím pneumatických rozmetadel nebo letecky. Zelené přemostění mohou zajistit také pomocné plodiny vysévané společně s hlavní plodinou, přičemž se jedná zejména o drobné a jednoleté jeteloviny, které vytvářejí souvislý vegetační pokryv již v době sklizně (systém označovaný také jako štafetový intercropping).
2. Bezorebné setí hlavní plodiny i meziplodiny do mulče posklizňových zbytků (plodiny) či zelených rostlin (meziplodiny). Pouze v případě kukuřice a nízké teploty půdy nebo při vyšších srážkách lze použít alternativně páskové zpracování půdy (strip-till), které pak zajišťuje rychlejší prohřívání nebo provzdušnění půdy.
3. Zajišťovat diverzitu rostlin na pozemku nejen v čase (osevní sled) ale i v prostoru. Toto je velmi důležitá podmínka rozvoje arbuskulární mykorhizy, která je podporována společným pěstováním více druhů a zejména pak přítomností rostlin z čeledi bobovité (leguminóz). Toho lze dosáhnout jednak pěstováním druhově bohatých směsí meziplodin, společným pěstováním dvou plodin (tzv. intercropping) jako například ozimá pšenice s ozimým hrachem, jarní obilniny s bobem apod. či pěstováním pomocných rostlin společně s hlavní plodinou (např. jetel bílý, tolice dětelová, jetel alexandrijský).
4. Omezení zhutnění půdy a poškození půdní struktury přejezdy zemědělské mechanizace za vysoké vlhkosti půdy a ideálně pak používáním technologie řízených přejezdů pouze ve vymezených kolejích (CTF - Controlled Traffic Farming). To platí zejména pro přechodné období 3–6 let, než dojde ke stabilizaci půdních agregátů, a tím zlepšené odolnosti půdy vůči mechanickému namáhání.
5. Snižování používání pesticidů a průmyslových hnojiv na minimální a nezbytně nutnou míru. Vzhledem k tomu, že přechod od konvenčního hospodaření na regenerativní, může znamenat zpočátku určité problémy se zpomalenou mineralizací dusíku nebo šířením některých druhů plevelů, chorob a škůdců, není obvykle možná okamžitá redukce, ale jedná se o proces, který trvá mezi 3 až 6 lety, kdy se začnou projevovat pozitivní efekty většího zastoupení bobovitých rostlin (zvýšení obsahu dusíku v půdě přístupného pro rostliny) a pěstování meziplodin či intercroppingu na výskyt plevelů, chorob a škůdců. Nicméně jedná se o velmi důležitou součást regenerativního zemědělství, bez které nemůže dojít k úplné regeneraci života v půdě a plnému využití jeho efektů.
6. Podpora půdního mikrobiomu a zajištění zlepšené přístupnosti živin v přechodném období použitím kvalitních kompostů (před zahájením přechodného období) a kompostových extraktů (využívaných například pro inokulaci osiva). Pro zlepšení fyzikálních vlastností půdy a dlouhodobé uložení uhlíku v půdě lze na začátku přechodného období rovněž využít biouhel (ideálně aktivovaný kompostováním), nicméně aktuálně je s ohledem na cenu biouhlu toto opatření ekonomicky nerentabilní.

Je zřejmé, že přechod na regenerativní způsob hospodaření není jednoduchý, a je důležité se vyvarovat řady možných chyb. Proto se budeme v dalším dílu věnovat hlavním zásadám a řešením možných problémů při přechodu na regenerativní způsob hospodaření.

Schéma shrnující hlavní postupy regenerativního zemědělství a jejich návaznosti

Článek byl podpořen z projektu NAZV QK22020056 „Metody intenzifikace ekologického hospodaření na orné půdě“.