Červi a voda

Shromažďování znalostí o půdě a vodě má velice dlouhou historii, sahající svými kořeny až k prvým pozemským civilizacím. Za jeden z početných důkazů tohoto tvrzení může sloužit nejstarší klínopisná „učebnice základní agrotechniky“ na světě, pocházející asi z r. 1700 př. Kr., kterou asyriologové S. N. Kramer, B. Landsberger a T. Jakobsen nazvali Rolnický almanach. Podmínky pro vznik samostatného vědního oboru o půdě – půdoznalství nastaly ovšem teprve až pod všeobecným tlakem hospodářských proměn v druhé polovině 19. století. Počátky pedologické vědecké nauky se pojí především s rozhodujícími pracemi A. Ortha, F. Ruprechta, V. V. Dokučajeva, E. Ramanna a E. Wollnyho. V Čechách lze ve vývoji znalostí o půdě pozorovat zřetelnou etapovitost, související zjevně s řešením praktických úkolů v zemědělství a ve vodním hospodářství. Proto počátky naší pedologie jsou spojeny především se jmény zemědělských a kulturnětechnických půdoznalců A. Červeného, A. Slavíka, J. Kopeckého, R. Špíška, R. Janoty, O. Solnáře a J. Spirhanzla (Vesmír 69, 377, 1990/7).

Hydropedologie

je součástí užitého půdoznalství. Zabývá se pohybem a vlastnostmi půdní vláhy ve vztahu ke stavbě a složení půdního prostředí. Základy tohoto vědního oboru jsou neodmyslitelně dány výzkumy fyzikálních vlastností půd profesora na technické škole v Mnichově Ewalda Wollny a teoretickými studiemi o pohybu půdní vody z r. 1907 amerického fyzika E. Buckinghama, jenž prvý definoval potenciál půdní vody a základní zákon potenciálního proudění vody v zeminách (viz rovněž M. Kutílek, Vesmír 70, 697, 1991/12). Prokázal mimo jiné, že hnací silou pohybu půdní vláhy je obecně rozdíl potenciálů, oproti představě panující do té doby, že voda se při rozdílu vlhkostí v zemině pohybuje z míst vlhčích k sušším. Na průkopnické práce prvého z výše uvedené dvojice vědců, E. Wollnyho, navázal český (mimochodem světově proslulý) půdní fyzik J. Kopecký, někdejší vedoucí pedologického oddělení Technické kanceláře zemědělské rady pro Království české a pozdější profesor zemědělského a lesního inženýrství České techniky.

Hydropedologie je klíčovou vědní disciplínou pro řešení dílčích procesů hydrologického cyklu, vláhových bilancí, optimalizace vodního režimu, modelování vodního režimu, transportu látek apod. Často si v plné míře ani neuvědomujeme, jak těsně a pronikavě vlastnosti půdního prostředí ovlivňují transformaci příjmových komponent vláhové bilance (tj. např. atmosférické srážky, závlahové dávky), tvorbu povrchového odtoku a odtoku do podzemních vod, velikost zásob půdní vláhy anebo dotace zásob podzemních pitných vod.

Následujícím údajem si přibližme, jak mimořádnou zásobárnu vody v krajině představuje půda. Jen ve 100 cm mocné povrchové vrstvě (pro kategorii středně těžkých půd, v ČR převažující, při uvažování relativně nízké hodnoty polní vodní kapacity 29,2 % obj.) je na ploše 1 ha obsaženo 2 920 000 kg půdní vláhy. Je to množství, které by jednomu člověku při každodenní spotřebě 400 litrů vystačilo plných dvacet let.

Bez rezervoáru podpovrchových vod by v korytech toků existovaly průtoky jen v době atmosférických srážek a těsně po nich. Rovněž suchozemská vegetace, která nepřetržitě ztrácí vodu transpirací, je životně závislá na kontinuálním zásobování vodou, kterou umožňuje především půda.

Preferenční cesty pro vodu

V určitém objemu půdy zbývá vždy část prostoru nezaplněna pevnou hmotou. Tyto prostory různého tvaru a velikosti se nazývají póry. Pro každý reprezentativní objem půdně-litologického prostředí je navíc charakteristický i určitý prostorový komplex těchto různých dutin, který je závislý na fyzikálních, chemických a biologických vlastnostech a na kulturních vlivech.

U našich půd se hodnota pórovitosti pohybuje v rozmezí od 35 do 55 %. S ohledem na pohyb vody a vzduchu v půdně-litologickém prostředí jsou nejúčinnější kategorií půd tzv. pedohydatody (pedon, hydor, hodos – půda, voda, cesta). Pedohydatody jsou souhrnným označením pro určité velké póry (makropóry), jejichž rozměry jsou takové, že působení kapilárních sil na pohyb vody je v nich již zanedbatelné, a u nichž – na rozdíl např. od trojrozměrných tzv. komorových makropórů, jejichž rozměry se příliš neliší – jeden (nebo dva) rozměry výrazně přesahují rozměry (nebo rozměr) zbývající.

K pedohydatodám náleží především praskliny a pukliny různého uspořádání a původu, dutiny po kořenech rostlin a chodbičky vzniklé činností živočišných ústrojenců.

Exaktní vymezení pedohydatod se provádí pomocí tzv. hodnot pF půdní vody (viz slovníček v závěru tohoto příspěvku). Kromě základního hydraulického dělení na infiltrační a influkční pedohydatody, o kterém však v rámci tohoto článku zůstane jen při zde učiněné zmínce, se dále pro tyto preferenční cesty nejčastěji používají různě hierarchizovaná třídění založená na morfologickém principu. Jeho základem je rozlišení dvou velkých typových skupin: puklinových (planárních) pedohydatod a kanálkových (tubulárních) pedohydatod. Oba tyto typy preferenčních cest jsou z hlediska pronikání srážkové a povrchové vody do půdy, jak bude dále blíže dokumentováno, mimořádně účinné. Při jejich vzájemném porovnání lze ale uvést řadu podstatných odlišností.

Puklinové pedohydatody, oproti kanálkovým, vykazují v půdním prostředí především pronikavou rozměrovou dynamiku, podmíněnou objemovými změnami půdně-litologického prostředí při zvyšování nebo snižování jeho vlhkosti. Nejmohutnější influkčně-infiltrační schopnost vykazují proto v suchých obdobích při proschnutí půdního profilu. Při zvyšování půdní vlhkosti, např. v důsledku srážkové činnosti nebo při položení závlahových dávek, dochází k jejich postupnému, makroskopicky zjevnému uzavírání, takže jejich schopnost pohlcovat a vést vodu se postupně značně snižuje (viz obrázek). Tubulární pedohydatody mají v půdně-litologickém prostředí téměř výhradně biogenní původ. Jsou buď pozůstatkem odumřelých kořenů rostlin, ale především vznikají činností půdních živočišných ústrojenců, zejména žížalovitých.

Mimořádný hydrologický význam zde mají především tzv. anecické druhy žížal, tj. žížal, které žijí v hlubších vrstvách půdy (až několik metrů hluboko). Tyto žížaly při vhodných ekologických podmínkách trvale zajišťují komunikaci litologického “podpůdního“ prostředí s půdním povrchem a jsou i rozhodujícím nositelem regenerativních mechanizmů funkční stálosti této komunikace. Existující soubory vertikálních kanálkových pedohydatod jsou zejména ve středně těžkých a těžkých půdách vůdčím činitelem odvodnění všech ostatních účinných pórů, včetně kanálkových pedohydatod, které vznikají činností skupiny bezobratlých a jiných živočichů a žijí ve svrchních půdních horizontech, a ve značné míře i pedohydatod puklinových. Je totiž skutečností, že „uzavřené puklinové pedohydatody“ jsou na přetrvávajících plochách nespojitosti hojně osídlovány půdní živěnou a přednostně využívány pro hloubení chodbiček i půdními máloštětinatci. Plochy nespojitosti půdních puklin se velice často, např. v důsledku pronikání půdního materiálu ze svrchních humózních horizontů a v důsledku mikromorfologických změn, konzervují. To vede k jejich prostorové fixaci v půdním prostředí a často k jejich opakovanému otevírání v hydrometeorologicky podmíněných po sobě jdoucích cyklech zvyšování a snižování půdní vlhkosti.

Červi a voda

Mimořádný pedologický význam žížal při převrstvování a provzdušňování půd a jejich obohacování o ústrojnou hmotu a příznivé ovlivňování struktury je všeobecně dobře znám. Poukázal na něj mimochodem již r. 1882 zakladatel evoluční teorie Ch. R. Darwin. Podle různých literárních pramenů lze pro středoevropské podmínky uvést, že 1 ha půdy může být osídlen 120 – 800 (v literatuře se vyskytují i maximální hodnoty 4 800) kg žížal, nebo že na 1 m² půdy se mohou vyskytovat v počtu od několika jedinců až do 500 (15 000). V souladu s těmito údaji jsou i výsledky našich šetření hustoty výskytu tubulárních pedohydatod na zemědělských půdách ČR a SR. Např. na jihomoravských černozemích byl na 1 m² orné půdy zaznamenáván celkový počet (obydlených i reliktních) vertikálních žížalích chodbiček v rozmezí od několika desítek až do 350. Nezřídka byla zjišťována existence těchto kanálkových pedohydatod o průměru až 12 – 13 mm. Velmi ilustrativní jsou v terénu naměřená potenciální průtočná množství vody těmito útvary. U vertikálních kanálkových pedohydatod o průměru 1,5 až 2 mm bylo naměřeno potenciální proteklé denní množství vody 0,069 až 0,114 m³, u pedohydatod s průměrem cca 5,5 mm 1,55 až 2,33 m³ a u pedohydatod o průměru 8,5 mm se proteklé množství vody za den pohybovalo v rozmezí 2,55 až 4,19 m³. Při těchto měřeních se zároveň potvrdilo, že stěny těchto žížalích chodbiček jsou v důsledku zhutnění a inkrustace sekrety slizového charakteru značně stabilní a vodostálé.

Pro neustálé obnovování, zpevňování a vytváření nových kanálkových pedohydatod je velice významná migrace žížalovitých. Anecické druhy žížal putují ze spodních vrstev půdně-litologického prostředí až na povrch půdy, zde vyprazdňují ze střeva trávicími pochody pozměněnou půdu (tzv. žížalince), vyhledávají potravu a páří se. Do větších hloubek se hromadně stěhují zejména v důsledku nepříznivých vnějších podmínek, např. v zimě a v obdobích přísušků. Hydrologicky velice významná je především jejich spontánní předdešťová migrace do svrchních půdních vrstev, kterou se bezprostředně připravují a otevírají rozhodující cesty srážkové vodě. Plinius Starší, Naturalis historia: „Žížaly vylézající z půdy předvídají změnu počasí...“.

Ve vhodných ekologických podmínkách pedohydatody značně zrychlují pohlcování vody půdou, účinně zprostředkovávají rychlý pohyb vody v půdně-litologickém prostředí a její distribuci do hlubších vrstev. Jsou velice významným článkem ovlivňujícím utváření vodního režimu krajin. Výrazně ovlivňují bilanci půdní a podzemní vody, povrchový odtok, ohrožení půd vodní erozí a úrodnost půd.

Pedohydatody jsou příčinou v hydrologické literatuře popisovaného jevu stepních a prérijních oblastí, kdy se „i silné přívalové deště do půdy jakoby propadnou“. Kanálkové pedohydatody a jejich drobní vytrvalí tvůrci a udržovatelé způsobují i to, že drenážní systémy v těžkých půdách zůstávají účinné i po konsolidaci zásypových zemin nad drenážním potrubím, kdy dochází k velice výraznému zhoršení jejich fyzikálních vlastností, včetně propustnosti. Úctyhodným dokladem tohoto druhu je doposud funkční schwarzenberská drenáž z r. 1852 u třeboňského dvora Obora (Vesmír 69, 377, 1990/7). Půdní červi jsou rovněž hlavní příčinou toho, že v půdě s příznivými fyzikálními, biologickými a chemickými vlastnostmi lze jen omezeně používat numerická řešení založená na fyzikálně formulovaných vztazích (viz obrázek). To si ovšem již velice dobře uvědomoval australský fyzik a hydrolog J. R. Philip, autor řady originálních řešení základních procesů půdní hydrologie pomocí parciálních diferenciálních rovnic. Již podstatně dříve to ale věděl např. australský nebo americký farmář při závlaze brázdovým podmokem: po několika hodinách zavlažování je nutno zvyšovat přítok vody do zavlažovacích brázd; voda v brázdách nedoteče na konec pozemku, nedochází – v rozporu s fyzikální teorií infiltrace – k postupnému snižování vsaku, spotřeba závlahové vody se naopak zvyšuje.