Vědy o ZemiENSb1313 PEDOLOGIE I Environmentální studia Materiály WEB ÚGP Vavříček D., Kučera A. (2015): Lesnická pedologie pro posluchače LDF Mendelu v Brně Vavříček D., Kučera A. (2017): Základy lesnického půdoznalství a výživy lesních dřevin Šantrůčková, H (2014): Základy ekologie půdy, JČÚ Němeček J. a kol. (2011): Taxonomický klasifikační systém půd České republiky, 2. upravené vydání. ČZU v Praze, ISBN 978-80-213-2155-7. Rejšek K., Vácha R. (2018): Nauka o půdě Co je to půda? Hlína? Pole? Povrch Země? Co je to půda? Tvář krajiny Svrchní část zemského povrchu, kde probíhají půdotvorné procesy Výchozí materiál pro růst rostlin Trojfázový systém Zvětralá část zemské kůry složená z živé a neživé složky Podmínka existence rostlin a života na Zemi Co je to půda? Definice půdy „Půda je vrchní vrstva zemské kůry, přeměněná zvětráváním a fyzikálními/chemickými a biologickými procesy, je složena z minerálních částic, organické hmoty, vody, vzduchu a živých organizmů, uspořádaných v genetických půdních horizontech.“ ČSN EN ISO 11074 Kvalita půdy – slovník (2016) Význam půdy • Podmiňuje stabilitu ekosystémů • Klíčový parametr produkčních podmínek ekosystémů, který má své specifické znaky • MORFOLOGICKÉ (střídání horizontů, barva, struktura, zrnitost,…) • EDAFICKÉ (obsah organické hmoty, pH, sorpce vody a živin) • Obrovská heterogenita těchto znaků • Na rozdíl od atmosféry a hydrosféry výrazně stabilní Které faktory ovlivňují tyto znaky půdy? Biotické Organizmy Člověk Abiotické Matečná hornina Reliéf Klima Čas Matečná hornina • Zdroj pevných, kapalných a plynných anorganických složek • Chemismus (minerální síla) matečné horniny ovlivňuje: • chemismus půdy • charakter zvětrávání • fyzikální, fyzikálněchemické a chemické vlastnosti Matečná hornina • Matečná hornina → půdotvorný substrát • Genetický původ hornin: • 15 % vyvřelé (různý chemismus) • 60 % sedimenty (hlavně kyselé) • 25 % metamorfity Půdotvorný substrát • Na většině území ČR jde o transportovaný materiál během pleistocénu (85 % lesních půd, 50 % orné půdy, 95 % zastavěného území) • Přenos vzduchem, vodou a gravitací • Akumulace sprašového materiálu, deluviofluviálních sedimentů, svahových, jezerních sedimentů Chemismus půdotvorného substrátu • Kyselé substráty – vyrovnanější produkční poměry • Silikátové – zdroje živin, ale potenciální obsah těžkých kovů • Bazické substráty – méně vyrovnané, malá území • Karbonátové – neutralizace kyselého opadu Klima • Vliv na pedogenezi, charakter a intenzitu zvětrávání • Vodní režim • Rychlost chemických reakcí • Biologická aktivita • Na 100 m nadmořské výšky: • Pokles teploty o 0,6 °C • Vzestup srážek o 60 mm • Teplota ovlivňuje: • Míru zvětrávání matečné horniny • Míru nárůstu biomasy • Skupenství půdní vody Klima humidní aridní Klima • Kromě množství srážek a úhrnu teplot další faktory: • Rozložení srážek v průběhu roku • Meziroční kolísání srážek i teplot • Intenzita slunečního záření • Srážky → vztah ke sklonitosti stanoviště a propustnosti půdního substrátu • Rozložení srážkového úhrnu v roce • Rozdělení srážek v průběhu roku • Druh srážky • Výpar z půdního povrchu Reliéf • Říční × vrcholový fenomén • Množství přímého slunečního záření ráno a večer • Říční fenomén – přítok chladného vzduchu z vyšších částí svahů, horizontální srážky, hromadění studeného vzduchu v kombinaci s nízkými nočními teplotami • Vrcholový fenomén – odlišné délky fotosynteticky aktivní asimilace CO2 , rozdíly v ozáření různě orientovaných svahů • Typ, sklon, expozice reliéfu Reliéf • Důležitý je původ reliéfu (krasový, sopečný, glaciální, eolický… • Mimořádný význam má nadmořská výška: do 200 m n. m. nížiny 200 500 m n. m. pahorkatiny 500 1000 m n. m. vrchoviny 1000 1400 m n. m. hornatiny nad 1400 m n. m. velehory Sklon reliéfu • Projev vlivu gravitace • Podmiňuje: • Typ přirozené rostlinné skladby • Poměr mezi povrchovým odtokem a infiltrací • Výšku hladiny podzemní vody – rozdílná na vrcholových partiích a při úbočích, stagnace v terénních depresích Expozice reliéfu • Podmiňuje rozdílnost intenzity: • Slunečního záření • Teplot vzduchu • Výparu • Míry srážek a jejich sezónního rozložení • Jižní svahy: • Největší rozdíly mezi maximálními a minimálními teplotami • Nejvyšší výpar i při dostatečných srážkách • Východní svahy: • Vystaveny srážkovému stínu v létě • V zimě mrazivé kontinentální proudění • Ve výsledku ale obdobné rysy jako svahy jižní Expozice reliéfu • Severní svahy: • Nižší průměrná teplota • Menší výkyvy mezi teplotními maximy a minimy • Vyšší humidita prostředí, která urychluje zvětrávací procesy • Hlubší a jemnější půdy • Západní svahy: • Vyšší srážkové úhrny • Podobné jako svahy severní Reliéf Vliv na: • Typ rostlinného společenstva • Míru zvětrávání • Tvorbu jílových minerálů • Poměr mezi odtokem a infiltrací • Laterální odtok vody (svahová voda) • Výšku hladiny podzemní vody → Hloubka půdy a distribuce vody v půdním tělese → PŮDNÍ ÚRODNOST Organizmy • EDAFON • Vyšší a nižší rostliny, živočichové a houby • Vliv na půdní fyzikální, biologické i chemické vlastnosti • Organizmy podmiňují: • Zvětrávání půdotvorného substrátu • Vododržnost půdy (vznik koloidů humufikací) • Půdní struktury (zvýšení agregátové stability) • Koloběh minerálních živin (dostupnost přijatelných forem) Terestrické organizmy Rostliny podmiňují vznik a vývoj půd: • Snižování větrné a vodní eroze • Kvantita a kvalita opadu – jehlice, větve, listy, kůra, kořeny • Odumřelá pletiva – tvorba humusových látek a nepřímo zdroj energie a hmoty tvorbou mikroklimatu • Stromové patro – tvorba specifického mikroklimatu • Zpětně jsou ale rostliny půdou i ovlivňovány – např. chemizmus, tvorba specifických stanovištních podmínek… Půda a rostlina 3:2:1 Pevné půdní částice Půdní roztoky Půdní plyny • Nízké gradienty TEPLOTY, VLHKOSTI a ZÁŘENÍ • Vysoká schopnost AKUMULOVAT ŽIVINY a VODU • Pro rostliny je limitující: • Dostupnost VODY • Dostupnost půdních MINERÁLNÍCH ŽIVIN • EROZE Půdní biota Vlivy na vznik a vývoj půd: • Biologické zvětrávání • Mechanické zapravení odumřelé půdní hmoty do půdního profilu, bioturbace • Dekompozice odumřelé organické hmoty Doprovodné jevy: • Produkce metabolitů živých buněk • Degradace biocidů • Tvorba oxidačních a redukčních podmínek v půdních horizontech Půda a organizmy • Obrovské množství taxonů hub, rostlin, živočichů, prvoků a prokaryot • Většina organizmů se vyskytuje do tzv. FYZIOLOGICKÉ HLOUBKY (aktivní kořeny) • Obecně 95 % organizmů do hloubky 50 cm • Půdní EDAFON – dělení dle velikosti – mikro-, mezo-, makroedafon • Bakterie, enzymy čas • RECENTNÍ PŮDY – vznikly v holocénu za současných klimatických podmínek (poslední 10–12 tis. let) • RELIKTNÍ PŮDY – starší geologické éry – pleistocén, třetihory • FOSILNÍ PŮDY – pohřbené, překryté mladším sedimentem a na něm vyvinutou půdou • Pedogenetické řady: černozem → šedozem → hnědozem → luvizem → pseudoglej litozem → ranker → kambizem rankerová → kambizem modální → kambizem dystrická → kryptopodzol → podzol Čas Kde všude je půda? Kde na zemi není půda? Půdní profil • Vrstva mezi rostlinným opadem a povrchem matečné horniny • Tvořen HORIZONTY • Stratigrafie horizontů charakteristická pro PŮDNÍ JEDNOTKY • Půdní profil je přímým odrazem půdotvorných činitelů A B C R O Půdotvorné procesy Transport Ztráty Přínos látek do půdy z externího zdroje (opad lesních dřevin, sedimentace eolického materiálu a říčních naplavenin...) Přeměna Pohyb organických a anorganických půdních částic, související s pohybem půdní vody v rámci půdního tělesa Pohyb vzhůru i dolů • luvizem↓ • solončak↑ Obohacení Zvětrávání primárních minerálů Rozklad organické hmoty (dekompozice, mineralizace) Syntéza humusu (humifikace) Vodní a větrná eroze Transpirace Těžba, odvoz dřevní hmoty Vyplavování živin půdní vodou Půdotvorné procesy Energie, voda, kyslík, CO2, minerální látky z atmosféry, srážky Organické a minerální látky, voda a v ní rozpuštěné látky Energie (radiace), voda (evapotranspirace), dusík (denitrifikace), uhlík – CO2 (respirace), živiny (spotřeba vegetací) Organické a minerální látky, voda a v ní rozpuštěné látky Voda, rozpuštěné soli, železo, oxidy, karbonáty • hromadění a přeměna organických a organominerálních látek (dekompozice, mineralizace, humifikace) • zvětrávání hornin a minerálů (rozklad a syntéza jílových minerálů) • translokace látek a solí (eluviace, iluviace) • srážení solí a sorpce látek • oxidačně-redukční procesy Přínos Přínos Odnos Odnos Přínos i odnos Procesy Speciální půdotvorné procesy 1. Procesy akumulace sedimentovaného materiálu • fluviální sedimentační proces (říční/potoční údolí, nivy) – periodické, každoroční, souvislost s erozí, vysoká trofnost, vrstevnatost, nejmladší půdy holocénu; → fluvizemě • koluviální proces – podsvahová deluvia, krátký transport, méně opracovaný materiál, erodovatelnost půdy! 2. Procesy rozpadu a chemické přeměny hornin (zvětrávání) • rozpouštění – přechod pevné fáze v kapalnou vlivem rozpouštědel (CaCO3 v přítomnosti kyselin, solí) • hydratace – obohacení nějaké látky (na molekulární úrovni) o vodu (vznik goethitu z hematitu) • hydrolýza – vyvoláno obsahem H+ a OH- ve vodě (změna primárních minerálů, např. křemičitanů na sekundární jílové minerály) • oxidace – okysličování, ztráta elektronů (oxidace silikátových primárních minerálů s Fe2+ vede ke vzniku sekundárních oxidů a hydroxidů s obsahem Fe3+ → brunifikace) Speciální půdotvorné procesy 3. Migrace prvků a sloučenin • Fluviální sestupná (humidní klima) • Vzestupná (aridní klima) • Laterární (vliv topografie – svažitost) • vymývání, dekarbonizace – rozpouštění karbonátů, přechod do půdního roztoku a odplavení, iniciální proces pro illimerizaci • podzolizace – hydrolýza v silně kyselém prostředí, chemický transport kovů (Fe3+, Al3+) ve formě chelátů (nerozpustná sloučenina vzniklá spojením iontu kovu a organické molekuly), organických látek, kyseliny křemičité; rozpad jílových minerálů • illimerizace (lesivace) – přemístění jílu bez změny jeho stavby, peptizace struktury půdy (rozmělnění na jednotlivé částečky, ztráta soudržnosti), dispergace a následná mechanická translokace do spodních částí s gravitační vodou, kde se opět vytváří půdní agregáty (koagulace) → šedozemě, luvizemě, hnědozemě Speciální půdotvorné procesy 4. Metamorfické půdotvorné procesy • hnědnutí (brunifikace) – vnitropůdní zvětrávání, v mírném klimatickém pásu s humidním klimatem, probíhá ve slabě kyselém prostředí, přeměna hlinitokřemičitanů a dalších silikátů (zejména obsahující Fe2+) na jílové minerály + barvící složka (Fe2+ → oxidovaná forma Fe3+ ; vzniká limonit, goethit; dále pak oxidy manganu) in situ → okrové a rezavohnědé barvy difuzně rozptýlené v půdním matrix • rubifikace – v podmínkách vrchovin tropických oblastí, červená pigmentace, nízký obsah organické hmoty → železo nevytváří vazby s humusovými látkami a sráží se do formy hematitu 5. Půdotvorné procesy v hydrických podmínkách • glejový proces – trvale přítomna voda, hladina podzemní vody blízko půdního povrchu • oglejení – voda přítomna periodicky, profil občasně zaplavován vodou • rašelinění (ulmifikace, paludizace) – voda přítomna až na půdním povrchu, neúplný rozklad a konzervace – hromadění v hlubších vrstvách za anaerobních podmínek) Speciální půdotvorné procesy 6. Zasolování a odsolování půdy • zasolení – zvýšení obsahu snadno rozpustných solí (chloridy, sírany) v půdním profilu; aridní a semiaridní oblasti; srážení solí v půdním tělese (krystaly), tvorba solných kůr • odsolování – v případě poklesu hladiny podzemní vody, přerušení kapilárního zdvihu a následné vymývání solí z půdy 7. Procesy mísení půdní hmoty – pedoturbace • biologická • fyzikální (teplotní změny, změny obsahu vody) • bioturbace (edafon, vývrat, krotoviny) • vertické procesy (hydroturbace) • kryoturbace • technoturbace Diagnostické horizonty půdního profilu A B C R O Organické horizonty • Horizonty nadložního humusu lesních půd • Anhydrogenní – O • Hydrogenní horizonty v zamokřených půdách – O • Rašelinné horizonty – T Diagnostické horizonty půdního profilu A B C R O Organominerální povrchové horizonty Ai – iniciální (mocnost do 5 cm, obsah humusu do 1 %) Ah – humózní lesní (do 10 cm, rychlý pokles humusu do hloubky) Am – melanický (plně vyvinutý, do 10 cm, sorpčně nasycený V>60 %) Ac – černický (do 30 cm, sorpčně nasycený V>60 %, převládají HK) Aa – andický (v ČR chybí) As – tirsový (do 30 cm, sorpčně nasycený na jílech) Au – umbrický (sorpčně nenasycený V<20 %, dominují FK, vysoká acidita) Ahe – koloidy ochuzený humózní horizont Ap – orniční Ad – drnový Az – antropický Ao – ochrický (v ČR chybí) Ae – humuseluviální (vysoká acidita, do 1 cm, vybělená zrna písku) Podpovrchové horizonty půdního profilu A B C R O Ochuzené horizonty E – vybělený albický Ep – podzolizací ochuzený Eh – s infiltrací humusu El – illimerizací ochuzený Kambické horizonty Bv – hnědý Br – rubifikovaný Spodické horizonty Bvs – rezivý (kryptopodzoly, pod Ae) Bhs, Bsh – humusosesquioxidický Bh – humusoiluviální (v ČR chybí) Bs – sesquioxidický (rezivý iluviální (akumulace Al a Fe, níže než Bhs, nižší obsah organických látek) Luvické horizonty Bt – luvický (horizont iluviální akumulace translokovaného jílu, vznik illimerizací, mocnost nad 15 cm) Bn – natrický Podpovrchové horizonty půdního profilu A B C R O Mramorovaní redoximorfní horizonty Bm – mramorovaný (pseudogleje, střídání oxidace a redukce, vznik nasycením srážkovou vodou) Glejové, reduktomorfní horizonty Gr – glejový, reduktomorfní (trvale redukční podmínky, podzemní voda) Horizonty akumulace solí… K – kalcický S – salický Podpovrchové horizonty půdního profilu A B C R O Substráty C – vlastní půdotvorný substrát (nepřemístěný) M – půdní sediment jako půdotvorný substrát (přemístěný) Cr – rozpad pevné horniny R – pevná hornina D – podložní hornina (výrazně odlišná od substrátu) Humusové horizonty • Humusový profil – O+A • Na jeho utváření se podstatně podílejí živé organizmy a jejich mrtvé zbytky • Definován HUMUSOVOU FORMOU → charakter, složení, mocnost a biologická aktivita humusových horizontů: • ANHYDROGENNÍ • HYDROGENNÍ • RAŠELINNÉ Humusové horizonty • „L“ OPAD (litter) – Ln, Lv • Čerstvý organický materiál • Jehličí, listy, pupeny, větvičky, kůra • Zachovalý původní tvar • Akumulovaný převážně max 1 rok • „F“ DRŤ (fermentační) • Částečně rozložené organické zbytky • Lze určit jeho původ • Houbová mycelia, zoodeafon • Plsťovitý charakter • „H“ MĚL (humifikační) • Nelze rozeznat původ organické hmoty • Silný stupeň rozkladu opad drť měl Humusové horizonty Humusové formy Mull Moder Mor L L L (F) A A A F F H H Humusové formy Mull L (F) A • L (F) • Do 1 cm • H není • Příznivé podmínky pro rozklad • Rychlý rozpad – působení zooedafonu, biologická aktivita • Dobře vyvinutý A horizont • pH 5,5–7, nižší C/N • Semimull, vápnitý mull, vermimull, paramull, drnový mull Humusové formy Moder L A F H • L, F, H • Různě mocný • Uplatňuje se jak zooedafon, tak houby, plísně a bakterie • pH 4–5 • Migrace H do A • Typický moder, mullový, vápnitý, morový, leptomoder, lignimoder, drnový moder Humusové formy Mor L A F H • L, F, H • 8–10 cm (40 cm) • Pomalý rozklad OH, nižší biologická aktivita, hlavně houby • pH 3–4, vyšší C/N • Hory, kyselý opad • Typický, drťový, mělový, rezimor, lignomor, vápnítý mor, rašelinný, karbonizovaný, drnový Humusové formy Tangel • Subalpinské rendzinové půdy • Na vápencích a dolomitech • 10 cm humus připomínající mor • Není extrémně kyselý • Obsahuje exkrementy zooedafonu Amfimull • Mediteránní prostředí, horské lokality, izolované svahy s karbonátovým podložím • L-F-H • Intenzivní akumulace opadu • Vysoká biologická aktivita, hlavně žížaly Půdní taxonomie Taxonomický klasifikační systém půd České republiky (Němeček a kol. 2001) Taxonomické kategorie: Referenční třída půd Půdní typ Půdní subtyp Půdní varieta Půdní subvarieta Půdní taxonomie Referenční třída půd Velké skupiny půd, které jsou seskupovány podle hlavních rysů geneze (vzniku a vývoje) – 15 Půdní typ Hlavní jednotky klasifikačního systému charakterizované diagnostickými horizonty a jejich sekvencemi nebo diagnostickými znaky – 26 Půdní subtyp Představují výrazné modifikace půdního typu, nerespektují znaky dané využitím půd (orba), které se uplatňují do hloubky 0– 20 cm Půdní varieta Charakterizují výskyt horizontů a znaků do hloubky 0–20 cm, vyjadřují méně výrazné znaky hydromorfismu, okyselení, zasolení Půdní subvarieta Charakterizují trofismus vyplývající ze syntézy a formy nadložního humusu, složení vegetace, minerální síly substrátu a nasycenosti sorpčního komplexu Taxonomický klasifikační systém půd ČR Referenční třída Půdní typ LEPTOSOLY LITOZEM – LI RANKER – R RENDZINA – RZ PARARENDZINA – PR REGOSOLY REGOZEM – RG FLUVISOLY FLUVIZEM – FL KOLUVIZEM – KO VERTISOLY SMONICE – SM ČERNOSOLY ČERNOZEM – CE ČERNICE – CC LUVISOLY ŠEDOZEM – SE HNĚDOZEM – HN LUVIZEM – LU Referenční třída Půdní typ. KAMBISOLY KAMBIZEM – KA PELOZEM – PE ANDOSOLY ANDOZEM – AD PODZOSOLY KRYPTOPODZOL – KP PODZOL – PZ STAGNOSOLY PSEUDOGLEJ – PG STAGNOGLEJ – SG GLEJSOLY GLEJ – GL SALISOLY SOLONČAK – SK NATRISOLY SLANEC – SC ORGANOSOLY ORGANOZEM – OR ANTROPOSOLY KULTIZEM – KT ANTROPOZEM – AN