Jak zlepšit úrodnost půdy

Zachování a zvýšení obsahu humusu v půdě je jedním z cílů hospodaření biodynamických podniků. Dlouhodobé pokusy výzkumného ústavu FiBL ukázaly, že použití kompostovaného hnoje a redukované zpracování půdy významně přispívají ke zvýšení obsahu humusu v půdě a k rozvoji půdních organismů.

Půda je základem pro produkci výživy obyvatelstva Země, které do roku 2050 dosáhne počtu asi 9 miliard. Produkci potravin a krmiv však stále více konkurují jiné formy užívání půdy, například pěstování textilních a energetických plodin. Enormní zvyšování výnosů v intenzivním zemědělství je spojeno s ohrožením půdní úrodnosti: ztráta organické půdní hmoty, eroze, utužení, okyselení, zasolení a kontaminace půdy patří celosvětově k její největší zátěži (Glaesner et al., 2014). V Evropě je zhruba 50 % orné půdy zařazeno k půdě chudé humusem (Evropská komise, 2012). Německá zemědělská společnost publikovala před nedávnem dokument, v němž konstatuje, že zemědělství orientované jednostranně, na krátkodobou maximalizaci výnosů a zisku vede do slepé uličky. V tomto kontextu je otázkou, jakými zemědělskými opatřeními a systémy lze půdy zlepšit a dlouhodobě zvýšit produkci. Trvale udržitelný rozvoj přitom zahrnuje i klimatickou přijatelnost zemědělské produkce.

Ekologické zemědělství je hodnotným příspěvkem k zachování půdní úrodnosti

Průkopníci biologického zemědělství jako Rudolf Steiner nebo Müller a Rusch položili základní kameny biologického zemědělství již na začátku 20. století. Od té doby se ekologické zemědělství dál kontinuálně rozvíjelo a rostlo. V sedmdesátých letech byl v Therwilu (CH, kanton Basilej-venkov) založen dlouhodobý pokus DOK, který zkoumá ekologickou a ekonomickou výkonnost biologicko-dynamického a biologicko-organického produkčního systému oproti systémům konvenčním. Mezitím již čtyřicetileté výzkumy ukázaly, že ekologické zemědělství má velký potenciál v zachovávání půdní úrodnosti, efektivním využívání zdrojů a rozvoji biodiverzity. Četné literární studie to potvrzují i nad rámec pokusu DOK (Gattinger et al., 2012; Hole et al., Reganold a Wachter, 2016).

Celoevropsky je 2,5 % orné půdy obhospodařováno ekologicky. Jednotlivé země jako Itálie, Rakousko a Švýcarsko dosahují plošného podílu ve výši 12–21 % (Willer and Lernoud, 2017). V pokusu DOK se ukázalo, že biodynamické zemědělství přináší oproti organickému některé další výhody. Jako jediný systém vykazuje biodynamická metoda na této sprašové půdě přibližně stabilní obsah humusu, zatímco u ostatních metod jeho obsah klesá, nejvíce v konvenčním systému s čistě minerálním hnojením. Biodynamický systém dále vykazuje vyšší biologickou aktivitu a vyšší diverzitu kupříkladu doprovodné flóry a houbových organismů podílejících se na mykorrhize (Oehl et al., 2004; Esperschütz et al., 2007)     .

V čem spočívají potenciály redukovaného zpracování půdy v ekologickém zemědělství?

Ve třicátých letech 20. století byly ve Spojených státech amerických z důvodu masivní eroze vyvinuty vůči půdě šetrné konzervační postupy zpracování půdy, při nichž se půda místo orby zpracovává omezeně (redukované zpracování půdy) nebo vůbec (no-till / přímý výsev) (Montgomery, 2007). Jestliže se neprovádí orba, zůstává na povrchu půdy ležet vrstva nastýlky (mulče), která půdu obohacuje o humus a stabilizuje její povrch. Voda a vítr nemoh     ou půdu tolik narušovat a odnášet. Dnes je proto postup no-till rozšířený na celém světě, především v Brazílii, Argentině, Spojených státech amerických a Austrálii (Derpsch et al., 2010). V Evropě se metodou no-till obdělávají jen asi 3 % orné půdy, 20 % pak metodou redukovaného zpracování.

Tyto vůči půdě šetrné konzervační metody zpracování půdy ztěžují regulaci doprovodné flóry, a bývají proto často spojeny s použitím totálních herbicidů, jako je například glyfosát, jehož potenciální rakovinotvorný účinek je v současné době předmětem diskuse. Alternativy k chemické regulaci doprovodné flóry jsou navíc žádoucí i z důvodu narůstající rezistence těchto rostlin vůči herbicidům. Pro budoucnost je tedy potřeba konzervační zpracování půdy se sníženou nebo v ideálním případě žádnou aplikací herbicidů. Ekologické zemědělství je v tomto směru průkopníkem.

Organicko-biologické zemědělství se v počátečním období orientovalo především na přirozené ekosystémy a usilovalo o zachování přirozeného rozvrstvení půdy v polní produkci. Krédem bylo mělké obracení a v případě nutnosti hlubší kypření. Příkladem praktické realizace těchto zásad byl dvouvrstevný pluh a systém Kemink. Zatímco u dvouvrstevného pluhu se jedním nářadím mělce orá a v hlubších vrstvách kypří, v Keminkově systému se kypření půdy provádí i v rostoucí plodině, přičemž tažný stroj se pohybuje v kolejových řádcích.

Systematický výzkum redukovaného zpracování půdy v evropském ekologickém zemědělství byl zahájen zhruba v devadesátých letech (Mäder a Berner, 2012; Hampl, 2005). Byl spojen s dalším vývojem uzpůsobené mechanizace a s rostoucím zájmem zemědělců o možnosti zvyšování úrodnosti půdy. V devadesátých letech i po roce 2000 byly založeny četné pokusy v různých evropských zemích. Třemi dlouhodobými pokusy realizovanými ve Fricku (od r. 2002, jílovitá půda) a Aeschi (od r. 2010, spraš), obojí ve Švýcarsku, a v Juchowu (od r. 2011, písčitá půda) v Polsku etabloval FiBL výzkumnou platformu k redukovanému zpracování půdy, aby ověřil jeho vliv na agronomické aspekty a úrodnost půdy. Mezitím je již k dispozici obstojné množství dat. V evropském projektu TILMAN-ORG byly například shrnuty účinky redukovaného zpracování půdy ve velké literární studii, metaanalýze (Cooper et al., 2016). Na různých stanovištích se přitom ukázalo, že redukované zpracování půdy v porovnání s hlubokou orbou vede ke zvýšení obsahu humusu v ornici, k nepatrnému snížení výnosů (v průměru o 6 %), ale také ke zvýšení výskytu doprovodné flóry. 

Dlouhodobý pokus ve Fricku

Pokus: zahájení na podzim 2002, plochy certifikované v EZ od r. 1995;

poloha, klima: 350 m n. m., 1 083 mm, 10,2 °C (průměr 2003–2014);

uspořádání: třífaktorový pokus metodou dělených dílců, čtyři polní opakování, osm variant s faktory;

zpracování půdy: orba (15–18 cm, pluh) vs. redukované (5–10 cm, kypřič, podmítač);

hnojení: kejda vs. kompostovaný hnůj/kejda (normalizováno na cca 100–120 kg Nt za rok);

biodynamické preparáty: s preparáty vs. bez preparátů;

osevní postup: 1./2. období: šestihonný se silážní kukuřicí, ozimou pšenicí + meziplodinovou směskou, slunečnicí, špaldou, dva roky dočasný travní porost (DTP); od r. 2014: pětihonný s oz. pšenicí, silážní kukuřicí, špaldou, dva roky DTP;

půda: jílovitá hnědozem, 45 % jíl, 27 % slín, 28 % písek, pH (H2O) 7,1, obsah humusu na začátku pokusu 3,6 %.

Výsledky pokusu

Předmětem výzkumu pokusu ve Fricku byly po několik let jak agronomické aspekty, tak stabilita výnosu či rozvoj doprovodné flóry nebo změny v úrodnosti půdy. V průběhu 14 let se ukázalo, že výnosy jsou při redukovaném zpracování půdy asi o 4 % vyšší než v orebném systému a že nejsou rozdíly mezi postupy lišícími se hnojením a použitím preparátů. V systému redukovaného zpracování půdy vedla zlepšená vodní kapacita a dostupnost vody během suchých let k vyšším výnosům jetele v jetelotrávě s lepším zabezpečením následných plodin dusíkem (Krauss et al., 2010). Analýzy v genobankách a zjišťování v polních podmínkách ukázaly, že přítomnost doprovodné flóry v systému redukovaného zpracování půdy je výrazně vyšší – podstatně přibyly zvláště trávy a vytrvalé doprovodné rostliny (Sans et al., 2011; Armengot et al., 2015).

Procentuální odchylka redukovaného zpracování vůči orbě

Obr. 1: Vývoj obsahu humusu v půdě v pokusu ve Fricku ve dvou hloubkách (0–10 cm a 10–20 cm) v poměru k jeho obsahu při zahájení pokusu. Zachycena je relativní odchylka mezi redukovaným zpracování půdy a orbou.

Z obrázku 1 je zřejmé, že obsah humusu při redukovaném zpracování půdy se v porovnání s orbou zřetelně zvýšil. Za celou dobu trvání pokusu vázal obsah humusu v systému redukovaného zpracování hnojeném kejdou v relaci k orebnímu systému zhruba 29 tun CO2-ekv. na hektar, což odpovídá ročnímu přírůstku ve výši 2,2 tun CO2-ekv. (Krauss et al., 2017). V rámci orebného systému se při aplikaci kompostu vedle aplikace kejdy dosáhlo podobného zvýšení obsahu humusu. Pokud byl naopak kompostovaný hnůj aplikován na parcelách s redukovaným zpracováním půdy, zvýšil se obsah humusu jen nevýrazně. Ve variantě s kompostovaným hnojem bylo aplikováno zhruba dvojnásobné množství organické hmoty v porovnání s variantou s hnojením kejdou. Tím lze srozumitelně vysvětlit nárůst obsahu humusu ve variantě s kompostem. V souladu s očekáváním došlo v systému s redukovaným zpracováním půdy ke zvýšení obsahu humusu především v horní vrstvě půdy (0–10 cm), mírné zvýšení      bylo zjištěno i ve vrstvě nacházející se pod ní (10–20 cm), zatímco ve vrstvě 20–50 cm se neukázaly žádné rozdíly mezi zkoumanými systémy. Tato „stratifikace“ byla na parcelách s kompostovaným hnojem výraznější než na parcelách s kejdou.

Obr. 2: Kumulativní emise oxidu dusného (N2O) měřené během      pokusu ve Fricku po dobu dvou let. Znázorněny      jsou emise v pěstební sezóně dočasného travního porostu (zelená, 369 dnů) a ozimé pšenice (oranžová, 296 dnů). Bílé sloupce ukazují emise po výsevu zeleného hnojení po pšenici (65 dnů). Průkaznost rozdílů mezi variantami se zpracováním půdy (Z) a hnojením (H), jakož i interakce (B × D) v jednotlivých obdobích byla zjišťována analýzou kovariance (p ˂ 0,05, p ˂ 0,1). Zdroj: Krauss et al. (2017, obr. 2., s. 328; upraveno).

Také půdní mikroorganismy se v půdě se zvýšeným obsahem humusu při redukovaném zpracování cítí lépe: při redukovaném zpracování půdy bylo naměřeno o 37 % více mikrobiální biomasy a o 57 % se zvýšila aktivita dehydrogenázy (Gadermaier et al., 2012). Kořeny kulturních rostlin byly v této variantě také více osídleny symbiotickými houbami, zřejmě proto, že systém hyf nebyl redukovaným zpracováním půdy tolik narušován. Pozoruhodné při     tom bylo, že jak diverzita druhů mykorrhizy, tak diverzita v rámci jednoho druhu typického na orné půdě se zvýšila (Börstler et al., 2010; Säle et al., 2015). Tyto zvýšené ukazatele půdní úrodnosti jsou relevantní pro tvorbu agregátů, a tím i pro ochranu před erozí, pro koloběh živin a ochranu před chorobami v kořenové sféře.

Zvýšená biologická aktivita byla podnětem k domněnce, že je zvýšená i tvorba N2O v půdě parcel s redukovaným zpracováním a s hnojením kompostem. N2O je asi 265× klimaticky účinnější než CO2. Zhruba 63 % emisí N2O způsobených člověkem pochází ze zemědělství (Syakila a Kroeze, 2011). V pokusu ve Fricku se však ukázalo, že je tomu tak pouze tehdy, je-li hojnější společenstvo mikroorganismů v systému s redukovaným zpracováním půdy a s hnojením kompostem přímo stimulováno zpracováním půdy. V pěstební sezóně jetelotrávy a ozimé pšenice byly emise N2O v systému s redukovaným zpracováním půdy nakonec na stejné úrovni jako v orebném systému a mírně vyšší v systému s hnojením kompostem oproti systému s hnojením kejdou (Krauss et al., 2017) (obr. 2). Výsev zeleného hnojení po ozimé pšenici za mokrých podmínek na podzim stimuloval během několika týdnů nejvyšší emise N₂O za měřené období, z čehož je zřejmé, že povětrnostní podmínky hrají u půdních emisí skleníkových plynů významnou roli.

Varianta s aplikací biodynamických preparátů nám doposud ukázala účinky na půdní organismy jen v některých letech (Gadermaier et al., 2012). V současné sobě se proto provádí speciální výzkum pomocí metod molekulární biologie, aby byly zjištěny možné nuance      v mikrobiálních společenstvích v půdě.

Závěry

Pokus DOK ukázal, že ekologické zemědělství v porovnání s konvenčním již nyní významně přispívá k podpoře půdní úrodnosti, což dokládá vyšší obsah humusu, vyšší mikrobiální aktivita a vyšší přítomnost mykorhitických hub. Jestliže se i v konvenčním systému aplikuje hnůj, zmenší se rozdíly vůči ekologickému systému. Aplikací zkompostovaného hnoje a biodynamických preparátů (biodynamický systém) je v pokusu DOK docilováno nejvyšší úrodnosti půdy.

Pozitivní efekt zkompostovaného hnoje potvrzuje i další dlouhodobý pokus ve Fricku: obsah humusu a mikrobiální ukazatele jsou v orebném systému oproti systému s aplikací kejdy zvýšené. Použitými výzkumnými metodami byly doposud naměřeny jen velmi nízké a jen v některých letech možné účinky biologicko-dynamických preparátů na úrodnost půdy. Naopak je zřejmé, že při redukovaném zpracování půdy dochází v ornici k nárůstu obsahu humusu a půdní úrodnosti v porovnání s orbou. Ukazuje to jak pokus ve Fricku, tak i metaanalýza zahrnující různá stanoviště v Evropě.

Ekologické zemědělství má tudíž velký potenciál učinit půdy ještě úrodnějšími, bude-li do systému integrováno redukované zpracování půdy. Zvýšený obsah humusu v horních vrstvách půdy má pozitivní vliv na vodní režim, ochranu před erozí a půdní život.

V praxi je ve švýcarských ekologických podnicích hospodařících na orné půdě již jedna pětina ploch obdělávána redukovaným způsobem, tzn. maximálně do hloubky 10 cm. K tomu se používá mělce pracující nářadí, například podmítače, kypřiče (kultivátory) nebo kotoučové brány. Švýcarské ministerstvo zemědělství na tuto šetrnou metodu obhospodařování půdy bez aplikace herbicidů poskytuje dotace v rámci Programu eficience zdrojů.

Paul Mäder, Maike Krauss

Článek vyšel v časopisu Lebendige Erde 4/2017