Půda a bilance CO₂ v ovzduší

Obsah uhlíku v organických látkách v půdě pevnin je zhruba trojnásobný oproti obsahu uhlíku v nadzemních částech vegetace. V půdních typech polopouští je ve svrchních 20 cm v průměru pouze 0,8 % uhlíku v organických látkách, v černozemích 4 %, v trvale zamokřených půdách (glejích) 10 % a v rašelinných půdách dokonce přes 50 %. V přepočtu na 1 ha jsou v půdách obsaženy desítky až stovky tun organického uhlíku. Tato obrovská zásobárna organického uhlíku spolu s biologickým oživením půdy umožňuje neustálé přeměny půdních organických látek – humifikaci. Nejvýrazněji probíhá ve vrchním humusovém horizontu, v epipedonu (ř. epi – nad, na povrchu, pedon – půda), jehož mocnost je od centimetrů až po několik desítek centimetrů u různých půdních taxonů.

Přeměna půdních organických látek v humus

Odumřelé organické látky podléhají za spolupůsobení mikrobiální složky půdy rozkladným a syntetickým procesům, kondenzaci, polymerizaci ad. Humifikace tedy nikdy není „pouhým rozkladem“. Termín humus zahrnuje všechny odumřelé i přeměněné organické látky, bez ohledu na jejich živočišný, rostlinný nebo mikrobiální původ. Přitom jsou v různé míře promíchány s minerální složkou půdy a vytvářejí také složité organominerální sloučeniny a komplexy. Humusové látky dělíme do dvou skupin:

Jedním z produktů humifikace je CO₂, který se hromadí ve vzduchu obsaženém v půdních pórech. K vzrůstu koncentrace CO₂ v půdním vzduchu přispívají v malé míře také kořeny rostlin. Koncentrace CO₂ v půdním vzduchu je 10–100násobná oproti koncentraci CO₂ v přízemní části atmosféry. Koncentrace CO₂ v půdním vzduchu kolísá i na jednom stanovišti v závislosti na momentálních poměrech podmiňujících rozkladné procesy (zdroje CO₂) a difuzi CO₂ půdou do atmosféry (dýchání půdy).

Nepříliš velká část CO₂ produkovaného v půdě je využita při opětné syntéze huminových látek a malá část se rozpouští v půdní vodě. Tyto „ztráty“ CO₂ z půdního vzduchu jsou (podle modelů dynamiky CO₂) v celkové bilanci zanedbatelné.

Dýchání půdy

Vysoký rozdíl koncentrací CO₂ v půdním a atmosférickém vzduchu je hnací silou difuzního přenosu oxidu uhličitého z půdy do atmosféry. Přenos konvekcí (prouděním veškerého půdního vzduchu) je vesměs řádově menší než přenos difuzí. Difuze závisí na objemu půdních pórů nezaplněných vodou (na provzdušenosti půdy), protože difuzní koeficient CO₂ je ve vzduchu řádově větší než ve vodě (difuzi CO₂ ve vodě tedy zanedbáváme). Difuzní transport CO₂ v půdě potom závisí na pórovitosti a vlhkosti půdy a na gradientu koncentrace CO₂. Výhodné podmínky pro difuzní tok jsou tehdy, když je vzduchem zaplněno alespoň 30 % objemu půdních pórů. Jestliže obsah vzduchu v pórech klesne na 10 % a méně, póry přestanou být spojité a difuzní tok se blíží nule. Kolísání teploty ovlivňuje hodnotu difuzního koeficientu jen mírně, proto se jím tentokrát nebudeme zabývat.

Únik CO₂ do atmosféry se často nazývá dýchání půdy (není to příliš výstižné, protože půda se na procesu podílí pasivně). Půdním dýcháním se každoročně uvolňuje do atmosféry 4 až 5 % ze zásob uhlíku v půdních organických hmotách. Odhaduje se, že půdním dýcháním se dostává do atmosféry desetkrát větší množství CO₂ než spalováním fosilních paliv. V rovnovážném systému se CO₂ uvolněný půdním dýcháním spotřebuje na produkci biomasy.

Vliv lidské činnosti na dýchání půdy

Velká část půdního uhlíku může podléhat ztrátám vlivem lidské činnosti. Například za posledních padesát let se v půdách mírného pásu v důsledku kultivace snížil obsah uhlíku v organických látkách o 20 až 40 %. Převážná část ztrát je způsobena rozkladem, jímž se CO₂ uvolňuje do půdního vzduchu a odtud do atmosféry.

Rychlost rozkladu organických látek je ovlivněna jednak způsobem kultivace, jednak vlastnostmi půdy. Výsledky výzkumů o rozkladu organických látek na jednom typu půdy nelze mechanicky přenášet na jiný typ půdy, i když jde o totožný způsob kultivace ve stejném klimatickém pásmu. Vodní eroze půdy se na ztrátě uhlíku v organických látkách podílí jen malým procentem, ale významný vliv má odvodnění rašelinišť a zamokřených minerálních půd, které přispívá k snížení zásob půdního uhlíku i k uvolnění CO₂ do atmosféry.

V obdělávaných půdách jsou nejvyšší ztráty CO₂ do ovzduší bezprostředně po orbě. Tato tendence bývá narušena vývojem počasí, hlavně výskytem srážek. U půd s degradovanou strukturou se však po silné srážce vytváří na povrchu škraloup, který difuzi CO₂ brzdí. Závlaha v polosuchých oblastech má přibližně stejný vliv na půdní dýchání jako orba.

Značné rozdíly ve ztrátách CO₂ v různých pedologických regionech, v meteorologických situacích i ve způsobu zemědělského užití půdního fondu způsobují potíže v globálním bilancování. Jestliže porovnáme hodnoty uváděné na konferenci „Půdy a skleníkový efekt“ r. 1989 s údaji shromážděnými r. 1998 G. Spositem, zjistíme, že se některé odhadnuté hodnoty dílčích procesů úniku CO₂ z půdy a bilancování liší v posledních deseti letech až trojnásobně.

Celkově však je zřejmé, že změny v zemědělském užití půdního fondu mohou globální rovnováhu mezi produkcí biomasy a půdním dýcháním narušit. Podle dvou současných odhadů toto narušení rovnováhy způsobuje zvýšení koncentrace CO₂ v atmosféře v množství odpovídajícím 20 až 30 % současné produkce CO₂ ze spalování fosilních paliv. Je tedy zřejmé, že by veřejnost měla způsobu využívání půdního fondu věnovat stejnou pozornost, jakou věnuje snaze omezit spalování fosilních paliv.

Fosilní půdy a změny klimatických poměrů za poslední milion let

Dnes jsou rozšířené teorie o tom, že příčinou oteplování klimatu je zvýšená koncentrace „skleníkových plynů“, která je zaviněna lidskou činností. Tyto úvahy je však třeba konfrontovat s poznatky o změně klimatu v období čtvrtohor. V tomto období následovalo po sobě několik glaciálů (ledových dob), vzájemně oddělených interglaciály (viz článek V. Ložka 80, 146, 2001/3).

V ledových dobách (glaciálech) se na našem území utvářely naváté sedimenty plavých spraší, které pokrývají velké souvislé plochy a někdy jsou ve formě návějí a závějí. V dobách meziledových (interglaciálech) vznikaly na těchto sprašových sedimentech půdy, které na některých lokalitách byly v následujícím glaciálu překryty nánosem nových spraší. Na svislých stěnách hlinovníků cihelen proto dodnes můžeme najít vodorovné pásy tmavší zeminy uprostřed plavé spraše. Podle půdních taxonů lze odhadnout klimatické poměry v jednotlivých interglaciálech a fázích. Například v jedné z fází posledního interglaciálu (v eemu) nacházíme pohřbené půdy odpovídající submediteránnímu klimatu, které bylo teplejší a vlhčí než dnešní klima. Podobné „pohřbené půdy“ byly identifikovány v mnoha lokalitách, jmenujme alespoň Sedlec u Prahy nebo cihelnu poblíž Řeporyjí a Modřice u Brna. Staré fosilní a pohřbené půdy nejsou omezeny jen na sprašové útvary, ve spraších jsou však rozpoznatelné i pro laika. Je na nich vidět, že v geologicky nedávné historii bylo vícekrát klima v Čechách teplejší a vlhčí než dnes, teplá období však byla přerušována dlouhodobým velmi chladným klimatem.

Všechny faktory, které způsobují ledové a meziledové doby, dosud nebyly objasněny. Uvažuje se o vlivech astronomických a o postupném ochlazování oceánů v terciéru. O těchto jevech mohou veřejnost podrobněji informovat odborníci pracující v paleoklimatologii. Rozhodně však nemůžeme tento – zatím krátkodobý – trend oteplení vysvětlovat jako důsledek zvýšené koncentrace „skleníkových plynů“. Stupeň významnosti antropogenního vlivu bude možné stanovit tehdy, až se zjistí, které faktory a jakou měrou se podílely na změnách klimatu v kvartéru. Samotná korelace mezi koncentrací CO₂ v ovzduší a zvyšováním „průměrné“ teploty za posledních několik desítek let nevypovídá o ničem – pro tak složitý systém, jako je atmosféra, je nepoužitelná. Nemá smysl vytrhávat jeden z mnoha působících faktorů a stavět na něm jednoduché a jednostranné studie. Nesprávnost můžeme osvětlit na příkladu: Na zahradě jsem sklidil jablka, hrušky, švestky, broskve a meruňky, dohromady 100 kg. Jestliže vím, že jablek bylo 40 kg, můžu pouze z těchto údajů vypočítat, kolik bylo hrušek?