Bilance humusu

Jednoduchý nástroj – obtížné použití?

Organická hmota plní v rostlinné produkci na orné půdě několik důležitých funkcí (mj. Fageria, 2012), proto je dostatečný přísun organické hmoty do půdy jedním ze základních požadavků ekologického zemědělství. Vyhodnotit přísun organické hmoty do půdy v rámci jednoho podniku však není snadné a je třeba při tom zohlednit souhru vlivů obhospodařování, prostředí a času. Chybí referenční hodnoty pro posouzení stavu organické hmoty v půdě: optimální zabezpečení půdy organickou hmotou nelze posuzovat nezávisle na souhře těchto faktorů a je do značné míry podmíněno stanovištními podmínkami.

Jako cenné indikátory je sice možné použít různá pozorování struktury a barvy půdy, aktivity žížal, přeměny organických zbytků, stejně jako měření organického uhlíku a dusíku, chemických a fyzikálních frakcí organické půdní hmoty, mineralizace, avšak mnohé účinky přísunu organické hmoty do půdy se projevují teprve za delší časová období.

Aby proto bylo možné posoudit obhospodařování půdy v daném podniku, jsou nutné nástroje, které umožňují předběžný odhad. V tomto směru se osvědčily metody bilance humusu, při nichž se vypočítávají a navzájem porovnávají potřeba a přísun organické hmoty v osevních postupech. Mají-li být použitelné v praxi, neměly by však metody bilance humusu klást příliš vysoké požadavky na vstupní data, stěží pak      mohou podávat obraz komplexního působení všech faktorů na dynamiku organické půdní hmoty a také charakter      výkonů v produkci rostlin. K tomu je navíc nutné přičíst skutečnost, že existují také velké rozdíly mezi dostupnými bilančními metodami. Interpretace humusové bilance proto musí brát vždy na zřetel to, co příslušná metoda z hlediska své koncepce skutečně může ukázat, a co ukázat nemůže (viz Brock et al. 2013, Brock 2016). Tento příspěvek tomu má napomoci.

Obr. 1: Z rozdílných konceptů bilance humusu vyplývají rozdílné závěry, resp. jsou v úvahu brány rozdílné faktory: f(…) = znamená: je funkcí (…). Obr. podle Brock et al. (2013).

Faktory ovlivňující přeměnu organické hmoty v půdě

Organická hmota je součástí živého půdní systému. Na rozdíl od minerálních složek podléhá neustálému procesu výstavby a odbourávání a v biologicky aktivní půdě tak z velké části sestává z produktů mikrobiální přeměny      stejně jako z odumřelých mikroorganismů, které jsou samy dále přeměňovány. Aktivita mikroorganismů je určována jejich životními podmínkami, a tím i způsobem hospodaření v souhře s přirozenými faktory prostředí. Mikrobiální aktivita půdy se jakožto biologický systém přizpůsobuje změnám životních podmínek, například změněnému množství dodávané organické hmoty v osevním postupu. Přeměnu organické hmoty je proto třeba chápat jako dynamický a v čase proměnlivý proces.

Vliv způsobu hospodaření na přísun organické hmoty do půdy se uplatňuje především prostřednictvím osevního postupu, zpracování půdy a hnojení.

Podle toho, nakolik přísun organické hmoty v podobě posklizňových a kořenových zbytků vyrovnává potřebu organické hmoty u jednotlivých plodin, dělí se plodiny v osevním postupu na plodiny obohacující půdu o humus a plodiny půdu o humus ochuzující. Aby se rostlina mohla řadit k těm obohacujícím, musí být schopna nahradit zvláště dusík uvolňovaný mineralizací organické půdní hmoty, odebraný ve větším množství se sklizenými produkty. V nehnojených systémech to platí jen pro leguminózy, neboť příslušníci čeledi bobovitých jsou schopni za pomoci symbiózy s půdními bakteriemi poutat vzdušný dusík, a tím odběr dusíku nejen vyrovnat, ale dokonce půdu o dusík i obohatit. Zpracování půdy pak ovlivňuje přeměnu organické hmoty v půdě: půdní klid napomáhá stabilizaci, mechanické zpracování zase mineralizaci.

Hnojení působí komplexně a v závislosti na daném hnojivu na přeměnu organické hmoty. Hnojiva s vysokým podílem lehce disponibilního nebo snadno mineralizovatelného dusíku, jako jsou minerální dusíkatá hnojiva, ale také močůvka, kejda a čerstvé zelené hnojení, podněcují aktivitu mikroorganismů, a tím přeměnu organické hmoty, a vedou tak k jejímu zvýšenému odbourávání („priming effect“). Zároveň tato hnojiva snižují příjem dusíku, uvolňovaného mineralizací organické půdní hmoty, rostlinami. Jestliže pak zbytky volného, mineralizovaného dusíku přijmou mikroorganismy, přispívají i tato hnojiva k ochraně a dokonce i tvorbě organické hmoty v půdě. Dlouhodobé polní pokusy ovšem ukazují, že pouze pomocí dusíkatých hnojiv není dlouhodobá výstavba organické půdní hmoty možná, neboť priming effect pak převažuje nad příjmem zbytků dusíku mikroorganismy. Také substráty s nízkým obsahem dusíku a vysokým obsahem uhlíku, jako např. obilná sláma, přispívají jen nepatrnou měrou k tvorbě organické půdní hmoty, protože tu chybí zdroj dusíku pro mikroorganismy, které by uhlík přeměnily v biomasu, místo aby došlo k jeho uvolnění do atmosféry. 

Půdní rozbor nám také ukáže množství organické hmoty v půdě, důležitý parametr pro ekologické podniky.

Zvláště cennými hnojivy z hlediska přísunu organické hmoty do půdy jsou organická hnojiva s vyváženějším (tj. půdě bližším) poměrem uhlíku a dusíku a také vyšším podílem přeměněných a stabilizovaných organických součástí: chlévský hnůj a komposty. Z hlediska cíleného hnojení je sice za nedostatek považován obtížně kontrolovatelný mineralizační účinek těchto hnojiv, pro výstavbu organické půdní hmoty jsou však nesmírně cenná.

Dlouhodobé polní pokusy ukazují, že výstavba organické půdní hmoty bez hnoje, kompostu nebo jiných hnojiv srovnatelných vlastností je stěží proveditelná.

Prostředí ovlivňuje přeměnu organické půdní hmoty prostřednictvím faktorů půdy a klimatu a jejich souhry. Zvláště půdu je při tom třeba chápat jako komplexní faktor, jehož vliv      závisí na konstelaci velkého počtu půdních vlastností: nejdůležitější pro přeměnu organické hmoty jsou vlastnosti podmíněné strukturou půdy, tedy druh půdy a objem pórů. V této souvislosti působí také samotný obsah organické hmoty. Klima a povětrnost působí na přeměnu organické hmoty především prostřednictvím  teploty a srážek, které ovlivňují životní podmínky mikroorganismů v půdě.

Konečně neméně důležitým faktorem v přeměně organické hmoty je čas, a sice s ohledem na historii stanoviště a hladinu organické hmoty v půdě, která z ní vyplývá, ale také s ohledem na procesy přeměny. Je například známo, že přeměna organické hmoty se dlouhodobě přizpůsobuje jejím dodávkám, takže množství organické půdní hmoty se v čase nemění lineárně, ale blíží se rovnováze mezi přísunem a odbouráváním, a tím víceméně konstantní hladině.

Přehled aktuálních metod bilance humusu v německé jazykové oblasti (OH = organická hmota, OPH organická půdní hmota).
VDLUFA = metoda podle VDLUFA (2014) ∙ BEFU = metoda bilance humusu podle Kolbeho (2010) v saské ekobilanci ∙ Remer = metoda podle Nikolause
Remera ∙ ALCA = metoda bilance humusu podle Neyrouda (1997) ve švýcarské ekobilanci ∙ REPRO = metoda dynamických humusových jednotek podle
Hülsbergena (2003) v modelu podnikové bilance REPRO ∙ HU-MOD = model bilance humusu podle Brocka et al. (2012), resp. podle Knebla et al. (2015) ∙
CCB = CandyCarbonBalance podle Franka et al. (2011).

Použití a interpretace humusových bilancí

Při použití a interpretaci humusových bilancí se vždy musíme ptát: Které faktory přeměny organické hmoty bere daná metoda v úvahu a jakým způsobem? Jen metoda, která počítá s vlivem a souhrou všech tří uvedených komplexů faktorů, je co do konceptu schopna předpovědět změny v množství organické půdní hmoty. K chybnému vyhodnocení faktorů může dojít v důsledku nedostatečné dostupnosti dat nebo neoptimálního zobrazení procesů v modelu.

Metody bilance humusu, které vzhledem ke svému konceptu nejsou použitelné k předpovědi množstevních změn organické půdní hmoty – což platí pro metody rozšířené zvláště v německé jazykové oblasti: VDLUFA (VDLUFA 2014), Saská ekobilance BEFU (Kolbe 2010) a Švýcarská ekobilance SALCA (Oberholzer et al. 2012) – mají přesto svůj význam pro posouzení dostatečnosti přísunu organické hmoty do půdy. Například hodnoticí schéma metody VDLUFA se nevztahuje k množstevním změnám organické půdní hmoty, nýbrž k zajištění ekologicky šetrné rostlinné produkce: spodní limitní hodnoty žádoucí bilance humusu jsou odůvodňovány rizikem, že dochází ke snižování kvality půdy a tím i jejích výkonů, horní limitní hodnoty pak rizikem neproduktivních a životní prostředí ohrožujících ztrát dusíku. Ověření tohoto hodnoticího schématu v dlouhodobých pokusech však ukazuje na potřebu jeho přepracování (Brock et al. v přípravě).

Nezávisle na metodickém konceptu lze bilanci humusu použít k odhadu vlivu změn v agrotechnice na organickou půdní hmotu, a může tak posloužit jako podklad pro rozhodování v provozním plánování. K tomu je pouze nutné, aby daná metoda s uspokojivou výstižností postihovala účinek různých agrotechnických opatření v jejich vzájemném srovnání. Vliv prostředí a času pak může být puštěn ze zřetele jako konstantní základní situace, a metoda ho proto také nemusí postihovat.

Jsou-li správně posouzeny účinky různých druhů plodin, opatření ke zpracování půdy a systémů hnojení a jejich vzájemný poměr, je možné vyhodnotit změnu humusové bilance při variaci jednotlivých faktorů hospodaření. Přitom platí, že vyšší zůstatek v bilanci humusu oproti předchozímu hospodaření popisuje zvýšení přísunu organické hmoty do půdy. Podle účinku prostředí a času jakožto základních faktorů se to projevuje vyšším nárůstem nebo nižším úbytkem množství organické půdní hmoty a v každém případě zlepšením produkčně-ekologických výkonů s tím spojených. Snížený zůstatek bilance pak adekvátně ukazuje na relativní úbytek množství organické půdní hmoty a snížení produkčně-ekologických výkonů. Klíčovým bodem v bilancování humusu je však odhad chyby, kterou je daná metoda zatížena. Teprve je-li známa její velikost, lze s jistotou říci, od jaké změny zůstatku v bilanci humusu je třeba skutečně počítat se změnou v zabezpečení půdy organickou hmotou a s ovlivněním produkčně-ekologických výkonů. K tomu dosud neexistují dostatečné poznatky a je zde jednoznačně potřeba výzkumu.

Jaké jsou funkce organické půdní hmoty? Hodnocení pomocí bilance humusu

Mnohé funkce organické půdní hmoty v produkčních zemědělských systémech, zvláště uvolňování živin, stejně jako odbourávání škodlivých zárodků a látek      vyplývají z přeměny, zatímco jiné funkce jako zlepšení půdní struktury a zvýšení schopnosti poutat vodu a živiny souvisí v první řadě s fyzikálními a chemickými vlastnostmi organické hmoty, a závisí tak na jejím množství. Považovat organickou půdní hmotu za pouhý zásobník uhlíku je proto nedostatečné. Také při použití a interpretaci humusových bilancí by pozornost neměla být zaměřena jen na zásoby organické hmoty v půdě, význam přeměny v živém systému by měl být alespoň uvážen.

Christopher Brock je koordinátorem výzkumu pro Forschungsring e.V. a pro Demeter e.V. Dvanáct let pracoval na katedře organického zemědělství Univerzity Justuse Liebiga v Giessenu se zaměřením na organickou půdní hmotu v systémech polní produkce a metodiku humusových bilancí. brock@forschungsring.de

Dr. Christopher Brock

Článek vyšel v časopisu Lebendige Erde 4/2017