Malí, ale šikovní

Aktuální výzkum ukazuje, že se Arktida stává významným zdrojem oxidu uhličitého (CO₂). To znamená, že spotřeba CO₂ vegetací je nižší než množství CO₂ vyprodukovaného převážně půdními mikroorganismy.

Klimatické modely naznačují, že zvyšující se produkce oxidu uhličitého (CO₂), ale i metanu (CH₄) v Arktidě může významně ovlivnit průběh globálních změn klimatu. Není tedy divu, že Arktida, a zejména pak arktické půdy jakožto bezprostřední zdroj těchto skleníkových plynů jsou již několik desetiletí v hledáčku vědců. Cílem jejich bádání je určit klíčové hráče a faktory řídící rozvoj vegetace na straně jedné a aktivitu půdních mikroorganismů na straně druhé. Zaměříme se na půdní mikroorganismy a jejich aktivitu v půdách pro Středoevropana atypických, které lze najít pouze v severských arktických oblastech.

Kryosoly

Kryosoly jsou dominantním typem půd v arktických a subarktických oblastech. Rozkládají se na zhruba 18 milionech km² Arktidy, což představuje 13 % světové souše. Nalezli bychom je především v Kanadě, na Aljašce, v Rusku, ale také v boreálních a alpských oblastech. Termínem „kryosoly“ se označují půdy, jejichž podoba a vlastnosti jsou ovlivněné přítomností trvale zmrzlé půdní matérie (permafrostu) nacházející se v hloubce menší než jeden metr. Hlavním půdotvorným faktorem jsou kryogenní (mrazové) procesy. Pojďme si tyto procesy krátce představit. Svrchní vrstva půdy, tzv. aktivní půdní vrstva, rozmrzá během krátké vegetační sezony, zmenšuje svůj objem a především v terénních depresích je zaplavená. V zimě naopak v aktivní vrstvě vznikají ledové čočky a její objem se zvětšuje. Střídavé zamrzání a rozmrzání a s nimi spojené objemové změny vedou k porušování a promíchávání půdních vrstev, tvorbě prasklin, polygonů a mrazových vyvýšenin (obr. 1).

Kryosoly a jejich unikátní struktury a vegetace. A. Polygonální struktura krajiny; B. travní tundra s typickými kopečky minerální vrstvy půdy vyzdvižené na povrch působením mrazu (tzv. frostboil); C. detailní pohled na „frostboil“; D. rozšiřující se keřovité vrbičky.Snímky Nikolaj Lašinskij

Odhaduje se, že v kryosolech je zakonzervováno více než 1300 Pg uhlíku (C) ve formě organické půdní hmoty. Pro představu to je asi dvakrát více uhlíku, než kolik ho je v současné době v atmosféře [4]. Tato obrovská zásoba uhlíku se zde tvořila dlouhá staletí až tisíciletí. Nicméně globální změny klimatu a s nimi spojená rostoucí teplota zahřívají aktivní půdní vrstvu a zvětšují její mocnost na úkor tajícího permafrostu. Zvyšující se teplota uvolňuje mrazem zakonzervované zdroje živin a uhlíku a aktivuje všudypřítomné půdní mikroorganismy. Ty vlivem rostoucí teploty stále rychleji využívají půdní organickou hmotu jednak ke svému růstu (tzv. imobilizují ji do svých buněk), jednak k energetickému metabolismu, během něhož se tvoří CO₂ nebo CH₄ (mineralizují ji). Když je půda zaplavená (anaerobní podmínky), produkuje se více CH₄. V opačném případě (půda je dobře provzdušněná) se produkuje především CO₂. Pozorujeme pozitivní zpětnou vazbu, kdy rostoucí teplota způsobuje zvýšenou produkci skleníkových plynů, a ty oteplení dále akcelerují [3].

Mikroorganismy – klíčoví hybatelé

Jako ve všech půdách i v kryosolech jsou klíčovými hybateli přeměny organické hmoty mikrobiální společenstva, která mají různorodé schopnosti. Půdní organická hmota není homogenním materiálem, ale směsí mnoha organických látek. Každou z nich různě využívají různí členové mikrobiálního společenstva a v závislosti na podmínkách prostředí se tato směs rozkládá různou rychlostí. Některé organické látky, jako třeba polyfenoly či lignin, jsou téměř nerozložitelné neboli rekalcitrantní, a v půdě tak zůstávají velmi dlouhou dobu.