19.04.2013 | 07:04
Autor:
Kategorie:
Štítky:

Půdní reakce, faktor půdní úrodnosti

Půdní reakce ovlivňuje téměř všechny procesy v půdě, a to jak při vzniku půd – při zvětrávacích a půdotvorných procesech, tak i později po vytvoření půd. Velmi významně zasahuje do chemických, fyzikálně-chemických i biologických procesů v půdách. I když se pro agronomické hodnocení půd používá údaj o pH velmi dlouho, je zde stále řada vztahů a souvislostí, které jsou často špatně chápány a interpretovány.

Půdní reakce je faktor, který je pro hodnocení půdních vlastností používán již dlouhou dobu, a tak se může zdát, že přímo nesouvisí s tématem nových poznatků ve výživě rostlin. Při současných postupech hodnocení půdních vlastností však vyvstávají nové souvislosti, které jsou vztaženy k pH půdy.
Je také potřeba připomenout poznatky, které jsou dnes opomíjeny, ale z dlouhodobého hlediska by nevhodný přístup hospodaření vedl ke snížení půdní úrodnosti.

Obecná teorie pH
 
Označení pH vychází z latinského pondus Hydrogenii, nebo potentia Hydrogenii (pondus = váha, potentia = síla, hydrogenium = vodík).
Hodnota pH je veličinou, která vyplývá z disociace vody H2O = H+ + OH– (přesněji H2O + H2O = H3O+ + OH–). Při teplotě 25 °C je koncentrace vodíkových (oxoniových) kationtů rovna 10–7 mol v jednom litru a stejná je i koncentrace aniontů OH– (vzhledem k podmínce elektroneutrality roztoku).
Násobek těchto hodnot (10–7) x (10–7) je označován jako iontový součin vody (Kv) a při uvedené teplotě je Kv = 10–14. Aby se nepočítalo se zápornými mocninami, zavedl roku 1909 dánský fyzik S. P. L. Sorensen pojem vodíkový exponent pH.
Obecně tedy je pH definováno jako záporný dekadický logaritmus koncentrace vodíkových (oxoniových) iontů.
Již výše uvedené souvislosti se zdají být poměrně komplikované, ačkoliv se jedná o vztahy v čisté vodě. Natož pak vysvětlení mechanismů a souvislostí v půdě, která je poměrně složitým heterogenním mate­riálem.
V zemědělské praxi je pH často spojováno s vápněním, resp. obsahem vápníku (Ca), případně hořčíku (Mg) v půdě.
Již zmíněné půdní koloidy a jejich vlastnosti jsou ovlivňovány hodnotou pH, ale také naopak, složení půdních koloidů ovlivňuje pH. Koloidy mohou být v půdě rozptýlené ve formě koloidního roztoku (solu), nebo mohou být vyvločkovány (ve stavu gelu). Vyvločkování či vysrážení (flokulaci/koagulaci) většiny půdních koloidů působí kationty, jelikož mají opačný náboj než koloidy (obrázek 1).
Výraznou koagulační schopnost mají dvojmocné kationty (především Ca++, případně Mg++). Tato schopnost je dvacetkrát až třicetkrát vyšší než u jednomocných kationtů (např. K+, Na+). Nejvyšší koagulační schopnost mají trojmocné kationty (např. Al+++), ale v zemědělských půdách je jejich přítomnost v půdním roztoku nežádoucí.
Pro vytvoření a udržení vhodné půdní struktury (droptovité) je proto zapotřebí dostatečné nasycení koloidů dvojmocnými kationty, tj. vápníkem a hořčíkem. Ale i mezi těmito kationty jsou rozdíly a nepůsobí stejně. Hydratační energie Mg a tedy i jeho hydratační rádius je větší než u Ca, což způsobuje větší separační vzdálenost mezi jílovými vrstvami a menší schopnost jejich vyvločkování.
V půdách je proto nezbytné hodnotit nejen poměr dvojmocných a jednomocných kationtů, ale také poměr Ca:Mg.
Při správném zastoupení hlavních kationtů v sorpčním komplexu zemědělských půd (tabulka 1) je vhodný poměr Ca:Mg v intervalu 5–7.
Při užším poměru (pod 3) dochází k rozmývání půdní struktury za vlhka a vytváření hrud za sucha, při širším poměru (nad 10) se vytváří až prachová struktura půd.
Skutečný stav půdní struktury je však ještě ovlivňován zastoupením ostatních kationtů v půdě, zvláště Al+++, Na+ a K+.
Vliv na půdní strukturu má také složení půdních koloidů. Půdní koloidy jsou tvořeny jílovými částicemi a humusovými látkami. Přitom jednotlivé jílové minerály i humusové látky mají rozdílné schopnosti oddisociovat vodík.
Humusové látky disociují H+ při vyšších hodnotách pH. Jílové minerály mají větší „acidoidní“ charakter, zvláště u minerálů typu montmorillonitu. Proto je nezbytné, aby půdy s vyšším obsahem jílovitých částic měly vyšší zastoupení vápníku v sorpčním komplexu. U těžkých půd je zapotřebí nasycení až na 80 % KVK, kdežto na lehkých půdách je dostačující přes 60 % KVK.
Sorpce vápníku na jílové minerály je slabší ve srovnání s jeho sorpcí na organické koloidy. Proto je potřeba brát také ohled na obsah humusu v půdách. V této souvislosti je však nezbytné odlišovat skutečný obsah „pravého“ humusu v půdě a celkový obsah organické hmoty v půdě (bez specifikace zastoupení jednotlivých složek – primární organická hmota, fulvokyseliny, huminové kyseliny apod.).
Humus, tj. stabilní organická hmota v půdě vykazuje schopnost dlouhodobě bránit snižování pH (tzv. pufrační schopnost), naopak rychlemineralizovatelná organická hmota přispívá ke snižování pH půdy (viz dále). Mezi zdroji primární organické hmoty jsou ale také rozdíly. Hnůj a komposty zpomalují pokles pH, naopak zaorávka posklizňových zbytků pokles pH urychluje.
To je dokumentováno výsledky z dlouhodobých polních pokusů katedry agroenvironmentální chemie a výživy rostlin (KAVR) ČZU v Praze.
Například na stanovišti Červený Újezd (okr. Kladno) byly hodnoceny změny pH v pokuse s opakovaným pěstováním silážní kukuřice. Na variantě s aplikací hnoje byly změny pH výrazně menší ve srovnání s variantami s minerálními hnojivy, nebo nehnojenou kontrolou (Vašák, 2013).
Při poklesu půdní reakce se snižuje podíl kationtů vápníku v sorpčním komplexu a vápník se dostává do půdního roztoku výměnou za jiné kationty. Zvyšuje se tak např. podíl H+, ale i jiných kationtů, které na půdní vlastnosti, či přímo na růst rostlin působí nepříznivě.
Při nevhodném zastoupení kationtů v půdě dochází ke snadnějšímu rozplavování půdních koloidů a půdní struktura se stává nestabilní. To má za následek pohyb půdních částic, větší náchylnost půd k erozi, tvorbu škraloupu na povrchu půd, což ovlivňuje jednak vzcházení a růst rostlin, jednak také infiltraci vody, nebo její vypařování z půdy (evaporaci).
Stav půdních koloidů tak ovlivňuje půdní strukturu a s tím související další půdní vlastnosti – objemovou hmotnost, vodní a vzdušný režim půdy, záhřevnost, mikrobiální činnost apod.

Příčiny okyselování půd
 
Okyselování půd je často spojováno s antropogenním znečištěním atmosféry a následně působením „kyselých“ spadů. Toto působení bylo významné především vlivem vysokých spadů síranů.
Sírany mobilizovaly Ca ze sorpčního komplexu a docházelo k jeho transportu do nižších vrstev půdy, případně vyplavování. S ohledem na odsíření hnědouhelných elektráren je tak tento vliv poměrně malý. Dnes je působení látek ve srážkách přisuzováno především dusíku. V půdě však probíhají procesy, které jsou v úzkém vztahu k pH a jsou ovlivňovány způsobem hospodaření, ale i přirozenými procesy, které v půdě probíhají.
Rozklad organické hmoty v půdě
Rozklad posklizňových zbytků v půdě, opadu rostlinného materiálu, kořenů, ale také aplikovaných hnojiv vede k tvorbě celé řady meziproduktů. Mnohé tyto sloučeniny působí v půdním prostředí okyselujícím efektem.
Samotný proces rozkladu organické hmoty (mineralizace) vede ke vzniku oxidu uhličitého, který v půdě částečně reaguje a vytváří kyselinu uhličitou. Její disociací pak dochází k uvolňování H+ a poklesu pH půdy. Tato skutečnost je však mnohem složitější, neboť v půdě (půdním roztoku) probíhají další procesy, které ovlivňují jeho pufrační (tlumivý) charakter. Hodnota pH půdního roztoku závisí na rovnováze mezi volným a vázaným CO2, ale dále je ovlivňována humusovými kyselinami, kationty se schopností hydrolýzy a dalšími látkami s pufrační schopností (fosforečnany, křemičitany apod.).
Také další následné procesy přeměn látek v půdě vedou k okyselování. Typickým příkladem je přeměna amonného dusíku na nitrátový procesem nitrifikace.
Zvětrávání a hydrolýza minerálů
Horniny a půdotvorný substrát jsou tvořeny z velké části na bázi křemene (SiO2) a rozličných hlinitokřemičitanů (aluminosilikátů). Když tyto matečné materiály zvětrávají, mohou křemičité minerály hydrolyzovat nebo se rozpouštět ve vodě. V závislosti na geologickém podkladu tak může docházet k uvolňování iontů do půdního roztoku.
Vyplavování
Ačkoliv je vyplavování bazických kationtů často popisováno jako významná příčina okyselování půd, je nutné i tento proces hodnotit v širší souvislosti. Vyplavování úzce souvisí s množstvím srážek v dané oblasti.
Sledováním v podmínkách ČR bylo zjištěno, že na stanovištích s ročním úhrnem srážek do 500 mm byly roční ztráty Ca + Mg do 10 kg/ha, na propustnějších půdách do 15 kg/ha. Při úhrnu srážek 500–600 mm bylo vyplavování na úrovni 20–30 kg Ca + Mg a na stanovištích s množstvím srážek nad 700 mm bylo vyplavování vyšší než 60 kg/ha za rok (Klement, 2005, Minářová, 2011).
Vliv na vyplavování má ale také systém pěstování plodin.
Mylné jsou představy, že čím nižší bude intenzita pěstování, tím nižší budou ztráty vyplavováním. Právě vyšší vyplavování je v případě extenzivního pěstování plodin, naopak se zvyšující se intenzitou se vyplavování snižuje.
Toto má souvislost jednak s bio­logickou imobilizací iontů Ca a Mg z půdního roztoku, ale také s menším průsakem vody půdou, neboť intenzivně pěstovaný porost potřebuje na jednotku plochy více vody pro transpiraci.
Vliv hnojení
Jak již bylo uvedeno, výrazný vliv na pH má způsob hnojení.
Odlišně na změny pH působí jednotlivá organická hnojiva. Také minerální hnojiva je nezbytné posuzovat s ohledem na jejich vliv na pH.
Působení hnojiv je však nezbytné chápat nejen jako přímý vliv hnojiva (ve vztahu k pH dané látky – soli), ale také s ohledem na vliv rostlin, které odčerpávají ionty dodané v hnojivu (tzv. fyziologické působení).
Dále je nezbytné přihlédnout k přeměnám jednotlivých forem živin v půdě. Například močovina sama pH prostředí výrazně neovlivňuje, ale již při její přeměně v půdě vzniká amoniak, který působí alkalicky, ale následná nitrifikace amonného iontu přispívá zase k okyselení.
Výsledný vliv hnojiv na pH půdy je tedy potřeba hodnotit ve vztahu k jeho aktuálnímu, ale i fyziologickému působení, případně s ohledem na další přeměny v půdě.
Kysele působí většina dusíkatých hnojiv (tabulka 2).
Prakticky bez výraznějšího vlivu na pH jsou draselná hnojiva. Vápenatá a hořečnatá hnojiva působí alkalicky.
Vliv agrotechnických opatření na změny pH půdy je nezbytné hodnotit v širším kontextu půdních vlastností.
Půda má schopnost po určité období bránit změnám pH. Tato tzv. pufrovací (tlumivá, ústojčivá) schopnost půd je závislá na jejím složení. Vysokou pufrační schopnost mají půdy s vysokým obsahem uhličitanů (CaCO3, MgCO3), půdy s vysokým obsahem humusu, zrnitostně těžší půdy.
Na takových půdách může být často problém s vyšší hodnotou pH (nad 7,5) a pokles nelze očekávat v desetiletích. Naopak na lehkých půdách s nedostatkem kvalitní organické hmoty může docházet k výraznému poklesu pH během období několika let.
Je nezbytné upozornit, že ke změnám pH v půdě nedochází lineárně, ale s ohledem na pufrační schopnost půd v určitých stupních (obr. 2).
Jak je patrné z grafu 2, při stejném způsobu hnojení dochází na odlišných stanovištích k různé rychlosti změn pH. Výsledky jsou z dlouhodobých polních pokusů KAVR ČZU na stanovišti Lukavec (okr. Pelhřimov) a Suchdol (Praha).
V Lukavci jsou lehké půdy typu kambizem, na stanovišti Suchdol černozem na spraších s vysokým obsahem uhličitanů. Rozdíly byly hodnoceny po 15 letech trvání pokusů.

Závěr 

Výsledky stanovení pH nelze v žádném případě podceňovat. Vždy je nezbytné hledat vzájemné souvislosti mezi výslednou hodnotou pH a půdními vlastnostmi na konkrétním stanovišti. Ale i v rámci jednoho pozemku může být hodnota pH odlišná.
Například již v roce 1929 Linsley a Bauer upozorňovali, že pH v rámci jednoho pozemku je natolik rozdílné, že těmto rozdílnostem by mělo být přizpůsobeno jeho obdělávání a také hnojení.
Hodnocení pH se v dnešní době opět více vyskytuje v souvislosti se snadnějšími diagnostickými postupy, například pro jeho měření pomocí senzorů v rámci systémů precizního zemědělství. Zde je možno lépe stanovit variabilitu na jednotlivých polích a podrobněji studovat jednotlivé vztahy.
Příspěvek byl zpracován za podpory specifického výzkumu „S grant MŠMT ČR“ a v rámci projektu CIGA č. 20112005.
Použitá literatura je k dispozici u autorů.

 

Klíčové informace

– Úroveň pH půdy je zde potřeba hodnotit v širších souvislostech, s ostatními půdními vlastnostmi, jako je složení matečných hornin (minerální podíl půdy), obsah a kvalita organické hmoty (organický podíl půdy).
– Významnými faktory, které ovlivňují pH půdy, jsou také klimatické podmínky stanoviště, topografie a dále struktura pěstovaných plodin (osevní postup), hnojení, zpracování půdy a další.
– Ačkoliv pH je uváděno jako jedna půdní vlastnost, ovlivňují vodíkové ionty např. půdní roztok, kořenovou zónu rostlin a rizosféru nebo půdní koloidy.

Ing. Jindřich Černý, Ph.D.
Ing. Martin Kulhánek, Ph.D.
Ing. Filip Vašák
Ing. Šárka Shejbalová

Česká zemědělská univerzita
Fakulta agrobiologie potravinových a přírodních zdrojů
katedra agroenvironmentální chemie a výživy rostlin

Napsat komentář

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.

deník / newsletter

Odesláním souhlasíte se zpracováním osobních údajů za účelem zasílání obchodních sdělení.
Copyright © 2022 Profi Press s.r.o.
crossmenuchevron-down