Půdní organická hmota a její význam při sekvestraci uhlíku, 1. díl

27. 06. 2025 Ing. Jakub Prudil a kol. Výživa a stimulace Zobrazeno 542x

Půda je jedním z největších zásobníků uhlíku na Zemi - obsahuje ho přibližně 3× více než samotná atmosféra. Organická hmota v půdě (POH) hraje v tomto procesu klíčovou roli, neboť uhlík vázaný v jejích složkách zůstává v půdě v různých formách, od rychle rozložitelných až po stabilní. Uhlík stabilní, obsažený zejména v humusových látkách, má zásadní význam, protože v půdě přetrvává desítky až stovky let, čímž přispívá k jeho dlouhodobému ukládání.

Zemědělské praktiky zaměřené na ochranu půdy a zvýšení obsahu POH představují klíčový nástroj v boji proti změně klimatu. Využití meziplodin, omezení intenzity orby, aplikace organických hnojiv či kompostů a zlepšování půdní struktury, umožňují zvýšit obsah POH. Tyto strategie nejenže přispívají k vyšší úrodnosti a odolnosti půdy vůči erozi, ale také snižují množství oxidu uhličitého (CO₂) v atmosféře.

Význam půdní organické hmoty

POH je komplexní směs organických látek v různých stádiích rozkladu, která hraje klíčovou roli v zemědělských ekosystémech i širších environmentálních procesech. Obsahuje rostlinné a živočišné zbytky, mikroorganizmy a produkty jejich metabolizmu. Přestože tvoří pouze malou část celkové hmotnosti půdy, její vliv na půdní vlastnosti a biologické procesy je zásadní. POH přispívá ke zvýšení úrodnosti, zlepšuje zadržování vody v krajině, podporuje biologickou aktivitu a významně se podílí na sekvestraci uhlíku, čímž hraje důležitou roli v boji proti změně klimatu.

Zlepšení úrodnosti půdy

Jednou z hlavních funkcí POH je postupné uvolňování živin během jejího rozkladu. Tyto živiny zajišťují dlouhodobou produktivitu půdy. POH také zlepšuje fyzikální vlastnosti půdy - podporuje tvorbu stabilní struktury, která zvyšuje pórovitost, zlepšuje provzdušnění a usnadňuje pronikání kořenů. Stabilní agregáty jsou zároveň méně náchylné k erozním událostem.

Zadržování vody

Organická hmota výrazně zvyšuje vodní kapacitu půdy. Humus, stabilní složka POH, dokáže na svůj povrch adsorbovat velké množství vody, čímž umožňuje zadržet vlhkost dostupnou pro rostliny. Díky zlepšené infiltraci dochází ke snížení povrchového odtoku a omezení ztrát živin. Tato schopnost je obzvlášť významná v podmínkách častějšího sucha a přívalových dešťů.

Podpora biologické aktivity

POH je klíčovým energetickým substrátem pro mikrobiální společenstva, která zajišťují řadu biogeochemických procesů, jako je mineralizace organických látek, syntéza humusových sloučenin, fixace atmosférického dusíku a cyklování esenciálních živin. Aktivita mikroorganizmů je nezbytná nejen pro zajištění růstu rostlin, ale rovněž pro produkci sekundárních metabolitů, které posilují schopnost rostlin odolávat biotickým stresovým faktorům, včetně půdních patogenů. Diverzifikovaná mikrobiální komunita hraje zásadní roli v udržení biologické rovnováhy a regenerační schopnosti půdního ekosystému.

Relativní respirační mohutnost půdy, definovaná jako poměr mezi rychlostí uvolňování CO₂ a množstvím dostupné organické hmoty, je klíčovým indikátorem dynamiky mikrobiální aktivity. Intenzivní využívání organického substrátu mikroflórou vede k poklesu této hodnoty, což značí sníženou odolnost organických sloučenin vůči degradaci. Naopak v prostředích, kde je mineralizace organické hmoty limitována, je relativní respirační mohutnost vyšší, což svědčí o vyšší stabilitě organického substrátu vůči rozkladu.

Tento fenomén je výrazně patrný v černozemích, kde jsou nejvyšší hodnoty relativní respirační mohutnosti pozorovány v povrchových horizontech, přičemž s rostoucí hloubkou půdy tyto hodnoty postupně klesají. Gradient respirační aktivity je výsledkem jak poklesu koncentrace organické hmoty s hloubkou, tak změn ve složení a aktivitě mikrobiálních populací napříč půdním profilem.

Složení POH

Půdní organickou hmotu tvoří 3 hlavní složky: rostlinné a živočišné zbytky, mikroorganizmy a humus. Tyto složky společně přispívají k biologické aktivitě půdy, zlepšují její strukturu a ovlivňují klíčové procesy, jako je koloběh živin a vody.

• Rostlinné a  živočišné zbytky

Patří sem listy, stonky, kořeny a další organické materiály, které se dostávají do půdy. Jsou primárním zdrojem energie pro půdní mikroorganizmy a obsahují uhlík, který je klíčový pro tvorbu humusu a cyklování živin.

• Mikroorganizmy

Mikroorganizmy, jako jsou bakterie, houby a aktinomycety, zajišťují biologický rozklad organických látek. Produkují enzymy, které urychlují přeměnu organické hmoty na humus. Bakterie a houby hrají klíčovou roli v mineralizaci živin, zatímco aktinomycety přispívají k rozkladu odolných látek, jako je celulóza nebo lignin.

• Humus

Humus je stabilní složka POH, která vzniká v pokročilých fázích rozkladu organických látek. Má tmavou barvu a vyznačuje se vysokou schopností zadržovat vodu a živiny. Díky své stabilitě přetrvává v půdě desítky–stovky let a významně přispívá k dlouhodobé úrodnosti.

POH obsahuje různé formy uhlíku, které lze rozdělit do 2 hlavních kategorií:

• Stabilní uhlík je součástí humusu a jiných dlouhodobě stabilních organických sloučenin. Tento typ uhlíku odolává biologickému rozkladu, díky čemuž zůstává v půdě po dlouhou dobu - někdy desítky–stovky let. Je zásadní pro proces sekvestrace uhlíku, protože umožňuje ukládání uhlíku do půdy a jeho dlouhodobé odstranění z atmosféry.
• Dynamický uhlík představuje část organické hmoty, která se rychle rozkládá a je snadno dostupná pro mikroorganizmy. Zahrnuje čerstvé rostlinné zbytky, mikrobiální biomasu a další složky, které jsou zdrojem živin pro rostliny. Tento typ uhlíku zajišťuje krátkodobou produktivitu půdy, podporuje biologickou aktivitu a přispívá k cyklování živin (schéma 1).

Stabilní a dynamický uhlík se vzájemně doplňují. Zatímco dynamický uhlík je klíčový pro okamžité potřeby půdy, stabilní uhlík zajišťuje dlouhodobou kvalitu a úrodnost.

Mechanizmus sekvestrace uhlíku

Proces sekvestrace představuje ukládání uhlíku z atmosféry do půdního systému prostřednictvím organické hmoty. Tento proces je výsledkem biologických, chemických a fyzikálních mechanizmů, které ovlivňují dynamiku uhlíku v půdě. Klíčovým prvkem je fotosyntéza, při níž rostliny zachycují atmosférický CO₂ a přeměňují ho na organické sloučeniny. Tyto sloučeniny se následně dostávají do půdy prostřednictvím kořenových exsudátů, opadu a rostlinných zbytků.

Ukládání uhlíku do půdy probíhá ve 2 základních fázích:

• Prvotní vázání uhlíku: Rostlinné zbytky a kořenové exsudáty se dostávají do půdy, kde se stávají substrátem pro půdní mikroorganizmy. Tyto látky jsou v počátečních fázích rozkladu relativně nestabilní a podléhají rychlé transformaci.
• Stabilizace uhlíku: Část organické hmoty je přeměněna na stabilní formy, jako je humus. Tento proces zahrnuje chemickou stabilizaci a fyzikální ochranu organických látek, které jsou navázány na minerální částice půdy (schéma 2).

Vliv různých typů půd na ukládání uhlíku:

• Hlinité půdy mají vysoký obsah jílovitých minerálů, které se silně vážou na organické látky. Tyto minerální složky půdy chrání organický uhlík před mikrobiálním rozkladem, což zajišťuje jeho dlouhodobou stabilitu.
• Písčité půdy jsou charakteristické menší schopností ukládat uhlík, protože jejich minerální složení je chudší na jílové částice, které by uhlík vázaly. Písčité půdy jsou více propustné, což zvyšuje rychlost rozkladu organické hmoty.
• Organické půdy (například rašeliniště) obsahují značné množství organického uhlíku, ale jejich schopnost stabilizace uhlíku je závislá na specifických podmínkách, jako je hladina podzemní vody, teplota a vlhkost.

Schéma 1: Porovnání stabilního a dynamického uhlíku v půdním prostředí

Klíčové mechanizmy sekvestrace uhlíku

Sekvestrace uhlíku v půdě probíhá prostřednictvím různých mechanizmů, které zahrnují mikrobiální rozklad, chemickou stabilizaci a fyzikální ochranu organických látek.

• Mikrobiální rozklad: Mikroorganizmy v půdě, včetně bakterií, hub a aktinomycet, jsou odpovědné za rozklad organických látek. Tyto mikroorganizmy uvolňují enzymy, které rozkládají složité organické sloučeniny na jednodušší látky, přičemž část organického uhlíku je přeměněna na stabilní formy.
• Chemická stabilizace: Organické látky, především humus, se mohou chemicky vázat na minerální částice půdy, zejména jílovité minerály a oxidy železa. Tato vazba činí organické látky méně dostupnými pro mikrobiální rozklad a chrání je před rychlou degradací.
• Fyzikální ochrana: Organické látky mohou být chráněny i fyzikálně, například tím, že se uzavírají do mikropórů nebo agregátů půdy, kde jsou mikroorganizmy a jejich enzymy omezeny v přístupu k těmto látkám. Tento proces zpomaluje rozklad organického uhlíku.

Celkově tyto mechanizmy společně přispívají k dlouhodobému ukládání uhlíku v půdě, což je klíčové nejen pro udržitelnost zemědělských ekosystémů, ale i pro mitigaci změny klimatu. Efektivní řízení těchto procesů, například prostřednictvím udržitelných zemědělských praktik, může pomoci zvýšit množství uloženého uhlíku a zlepšit zdraví půdy.

Praktické přístupy ke zvýšení POH

Zvýšení obsahu POH je klíčové pro udržitelné zemědělství, zlepšení úrodnosti půd a zmírnění klimatických změn. K dosažení těchto cílů je nutné aplikovat různé zemědělské praktiky, které podporují nejen zadržování uhlíku v půdě, ale i ochranu její kvality.

Bezorebné technologie a meziplodiny

Uhlíkové zemědělství se zaměřuje na minimalizaci negativních vlivů intenzivní manipulace s půdou. Důraz je kladen zejména na:

• Bezorebné technologie: Tento přístup se zaměřuje na co nejmenší narušování struktury půdy. Bezorebné systémy podporují lepší zadržování vody, zlepšují strukturu půdy a snižují riziko vzniku eroze. Kromě toho přispívají k uchování uhlíku v půdě.
• Meziplodiny: Pěstování meziplodin poskytuje vícero výhod. Tato praxe nejen napomáhá předcházet vzniku erozních událostí, ale zvyšuje i obsah organické hmoty či pomáhá potlačovat plevele, zlepšuje strukturu půdy a zadržuje vodu. Kořeny meziplodin obohacují půdu o organické látky a zajišťují její stabilitu.

Přídavek organické hmoty

Jedním z nejúčinnějších způsobů, jak navýšit množství POH, je pravidelná aplikace organických materiálů do půdy

• Kompostování: Kompostování je efektivní metodou, jak zlepšit strukturu půdy a přidat do ní živiny. Kompost rovněž zvyšuje schopnost půdy zadržovat vodu a zlepšuje její odolnost vůči suchu. Pomalu se rozkládající organické látky v kompostu přispívají k dlouhodobé sekvestraci uhlíku.
• Hnojení: Aplikace organických hnojiv, jako je hnůj, zlepšuje strukturu půdy, obohacuje ji o živiny a podporuje mikrobiální aktivitu. Správné hnojení také minimalizuje riziko znečištění vodních zdrojů.

Agroekologické přístupy

• Agrolesnictví: Tento přístup kombinuje pěstování plodin s výsadbou stromů a keřů. Kořeny stromů stabilizují půdu a zajišťují dlouhodobé zadržování uhlíku. Spadané listí a větve obohacují půdu o organickou hmotu a podporují biodiverzitu.
• Diverzifikace plodin: Pěstování různých druhů plodin na stejném pozemku zvyšuje biodiverzitu a stabilitu půdy. Různorodé kořenové systémy plodin zajišťují lepší využívání živin a přispívají k obohacení půdy o organické látky. Tento přístup zlepšuje také schopnost půdy zadržovat vodu a zvyšuje její úrodnost.

Schéma 2: Proces ukládání uhlíku do půdy

Závěr

Sekvestrace uhlíku v půdách představuje jednu z nejúčinnějších metod zmírňování změny klimatu, s potenciálem dlouhodobě ukládat CO₂ mimo atmosféru. Studie ukazují, že půdy na celosvětové úrovni obsahují až 3× více uhlíku než atmosféra, přičemž přibližně 60 % uhlíku v půdách je uloženo ve formě POH, která hraje rozhodující roli při stabilizaci a cyklu uhlíku.

Zvýšení obsahu POH prostřednictvím správně zvolených zemědělských praktik může přispět nejen k zadržování uhlíku, ale také ke zlepšení kvality půdy a její odolnosti vůči erozi a degradaci. Výzkumy potvrzují, že bezorebné technologie a využívání meziplodin mohou zvýšit obsah POH o 10–30 % ve srovnání s konvenčními způsoby hospodaření. Kompostování má dlouhodobý účinek na konzervaci uhlíku v půdě díky stabilnímu rozkladu organických látek. Podobně aplikace hnoje zlepšuje strukturu půdy, podporuje aktivitu půdních mikroorganizmů a zajišťuje dostupnost živin, což pozitivně ovlivňuje nejen sekvestraci uhlíku, ale také výnosy plodin.

Agrolesnictví vytváří synergický efekt v podobě zpevnění půdy, zvýšení biodiverzity a dlouhodobého ukládání uhlíku. Diverzifikace plodin má pozitivní vliv na půdní strukturu, zvýšení biodiverzity a zlepšení schopnosti půdy zadržovat vodu, což zároveň zvyšuje její úrodnost a snižuje riziko eroze.

Výzvy spojené s implementací těchto praktických přístupů zahrnují potřebu kontinuálního výzkumu a vylepšení metod pro měření a monitorování půdního uhlíku. I přesto, že existují pokročilé metody, jako jsou spektroskopie nebo analýza izotopů, pro přesné hodnocení změn obsahu uhlíku v půdách, existuje stále značná variabilita ve schopnosti půd akumulovat uhlík, která závisí na typu půdy, klimatických podmínkách a zvolených zemědělských praktikách. Ekonomické aspekty také představují významné překážky. Zatímco některé praktiky, jako je kompostování nebo bezorebné technologie, mohou přinést přímé ekonomické výhody, jiné, zejména implementace agroekologických přístupů, mohou vyžadovat počáteční investice, což může pro některé zemědělce představovat výzvu.

Pro maximální využití tohoto potenciálu je klíčové investovat do výzkumu, vývoje a zavádění praktických a cenově dostupných technologií, které podpoří trvalé zvyšování obsahu organické hmoty v půdách a dlouhodobé ukládání uhlíku.

Výsledek vznikl z institucionální podpory MZE-RO1725.

Ing. Jakub Prudil ^1,2, Ing. Barbora Badalíková ¹, Ing. Jaroslav Lang, Ph.D..¹, Mgr. Magdaléna Dybová.¹, Bc. Antonín Drda ^1,2
1Zemědělský výzkum, spol. s r. o. Troubsko, ²Mendelova univerzita v Brně