1. Výživa lesních dřevin a hnojení lesních porostů – základní pojmy

Plnění produkční funkce lesních porostů (ekosystémů) a stejně tak i plnění funkcí mimoprodukčních je z podstatné části podmíněno odpovídající výživou lesních dřevin. Primární produkce lesních ekosystémů je určována faktory, označovanými jako faktory produkční (světlo, teplo, vláha aj.), mezi kterými hraje úroveň zásobení minerálními látkami a jejich vhodný poměr nezastupitelnou roli. Toky živin a organické hmoty, spolu s obnovou jednotlivých částí lesních ekosystémů, pak determinují funkci lesních ekosystémů. Úroveň látkových a energetických toků pak podmiňuje nejen úroveň plnění produkční funkce, ale i úroveň stability lesních porostů a jejich celkový vliv na životní prostředí. Zásobení lesních dřevin jednotlivými prvky, důležitými z hlediska látkové výměny (živinami), nazýváme výživou. Není možná jejich náhrada jinými látkami. Dodání živin za účelem zvýšení jejich zásoby v ekosystému, za účelem intenzifikace plnění funkcí lesních porostů a jejich stability pak nazýváme hnojením lesních porostů. Stejně označujeme aplikaci látek, intenzifikujících koloběhy živin v lesních ekosystémech (nepřímé hnojení, například vápnění). Přitom je nezbytné stanovit formu hnojiva, dobu aplikace, dávku a způsob aplikace.

Náplní předmětu Výživa lesních dřevin a hnojení lesních porostů je pak problematika živin důležitých pro růst a vývoj rostlin, jejich vlastností, koloběhu v lesních ekosystémech a problematika aplikace hnojivých látek. Dále pak je náplní této disciplíny analýzy poruch látkových cyklů v lesích, diagnostika tohoto stavu a možnosti nápravy. Součástí je i základní seznámení s jednotlivými hnojivy, tj. látkami, aplikovanými s výše uvedenými cíly, s jejich vlastnostmi a zásadami použití. V lesnictví má problematika živin vzhledem k zemědělské aplikaci řadu specifik, což podmiňuje zcela odlišný přístup k celé otázce živin a hnojení.

1. Je minimalizován vstup dodatkové energie (na rozdíl od agroekosystémů), v maximální míře se i v lignikulturách uplatňují ryze přírodní procesy koloběhu látek. Lesnické zásahy pak mají charakter narušení či doplnění těchto přirozených procesů. V podmínkách lesních ekosystémů to znamená věnovat pozornost cyklům živin, a to z hlediska kvantitativního, tj. dostatečného objemu toků živin, tak i z hlediska kvalitativního, tj. složení a poměru látek v rámci biocyklů.
2. Dlouhé výrobní lhůty podmiňují i snahu minimalizovat náklady a tím i zásahy do koloběhu živin, doba mezi aplikací hnojiv či dalšími melioračními zásahy a realizací výsledků je velice dlouhá. Není zaručena rentabilita aplikace hnojení.
3. Lesní ekosystémy se vyznačují schopností samovolného vytváření rovnováhy s prostředím, tj. vysokým stupněm autoregulace a vysokou produkcí i na nepříznivých stanovištích. Na druhé straně zejména antropogenní vlivy znamenají častou degradaci ekosystému lesa a úrovně plnění jeho funkcí.
4. V lesním hospodářství není jasně definován vztah mezi stavem půd, stavem výživy, hnojivem a výsledky hnojení (rostlinou). Problematika se omezuje spíše na odstranění extrémně nepříznivých stavů a nikoli na vytváření optima. To je do značné míry možné jen v lesních školkách a při pěstování sadebního materiálu.

Na rozdíl od zemědělského pojetí Výživy rostlin a hnojení jako aplikované chemie a studia vztahů v systémovém trojúhelníku vzájemných relací rostlina, půda, hnojivo (podle akademika Prjanišnikova např. Tesař et al. 1992) se v případě lesního hospodářství a předmětu Výživa lesních dřevin a hnojení lesních porostů jedná o aplikovanou ekologii a studium relačního trojúhelníku porost, stanoviště, antropogenní vliv. Nicméně, lze očekávat, že i zemědělské pojetí se tomuto schématu bude nuceno v důsledku společenských tlaků alespoň přiblížit. V současné době je zemědělské pojetí i pro lesní hospodářství zdrojem velkého množství poznatků o jednotlivých živinách, jejich významu pro rostliny a zejména jediným zdrojem informací o hnojivech, jejich charakteristikách a zásadách jejich aplikace. Zajímavý je i vývoj chápání vztahu rostlin a jejich prostředí podmiňujícího výživu a produkci.

Vědecké základy této disciplíny sahají do XIX. století. Jsou spojeny s počátkem studia chemického složení živých organizmů a s rozvojem zemědělského pokusnictví. První poznatky jsou empirického charakteru – vliv žďáření, stav vyčerpání půdy, praktické využívání hnojivých účinků hnoje, vápence, sádry i slínu Římany apod. Řada antických autorů spekulovala velice zajímavým směrem a dosti se přiblížila skutečnosti. Z pozdější doby je zajímavé uvést několik jmen (Tesař et al. 1992, Binkley 1986).

Palissy (1510 – 1589) zastával poměrně převratný názor na hnůj, ten podle něj obsahuje sůl, základ života. Uváděl empiricky správný návod na jeho uskladnění a využívání.

Jean Baptiste van Helmont (1677 – 1744) uskutečnil klasický experiment: Do 90 kg vyžíhané zeminy zasadil vrbový semenáček a po pět let jej zaléval destilovanou vodou. Po skončení pokusu vážila vrba 70 (82) kg (podle různých zdrojů), kdežto hmotnost zeminy klesla pouze o 50 (60) g. Van Helmont to považoval za chybu měření a uzavřel pokus tvrzením, že voda byl jediný zdroj pro růst rostliny.

A. Thaer (1752 – 1828) byl autorem tzv. humusové teorie. Ve svém díle dokládal, že hlavním zdrojem výživy rostlin je humus, tj. organická hmota v půdě, kromě vody. Minerální látky působí při příjmu humusu “jako koření”. Jeho názor byl v Evropě velmi rozšířený. Jako v některých dalších případech, zejména společenských věd, vedly tyto nesprávné názory k úspěchům ve zlepšení výživy rostlin a produkce, zvýšila se péče o stájová hnojiva a v konečném důsledku zemědělské systémy.

Justus von Liebig (1803 – 1873) pak byl zakladatelem minerální teorie výživy rostlin. Ve své knize z r. 1840 formuloval tvrzení, že zdrojem výživy jsou minerální látky uvolňované mineralizací organické hmoty v půdě, popřel názor, že zdrojem uhlíku je humus a předpokládal jeho atmosférický původ. Za základ považoval vodu, oxid uhličitý a čpavek (mýlil se v definování jeho výlučnosti jako zdroje N pro rostliny a v jeho atmosférickém původu). Většina jeho tvrzení je dodnes základem pro agrochemii: formuloval zákon minima, poukázal na nutnost náhrady živin odebraných s úrodou, propagoval střídání plodin (prevence jednostranného odběru), výrobu průmyslových hnojiv (v podstatě dodatkové energie). U nás měl ohlas již v roce 1856 v díle Kodyma.

Za zakladatele moderní zemědělské agrochemie je pak považován D. N. Prjanišnikov (1865 – 1948), formuloval biologicko-chemické pojetí výživy. V českých zemích je možno uvést jména Presla, Kodyma a Farského, Stoklasy a Duchoně.

V lesnictví byla expanze zemědělských poznatků o výživě započata ve Francii a Německu. Ebermayer začal studovat vliv hrabání opadu (palivo, stelivo) v lesích na růst lesních porostů. Záhy došel k názoru, že požadavky rostlin se výrazně liší, listnáče jsou mnohem náročnější než borovice (viz též tabulka 3.8) a hrabání opadu degraduje stanoviště. Chevalier de Valdrome aplikoval v lesních porostech různá hnojiva a dokládal pak zvýšení přírůstu až 40 %. Dánský výzkumník Muller studoval význam humusu a položil i základy moderní terminologie (mull, mor). Ruský vědec Morozov na počátku XX. století to komentoval: “Od tohoto základu lesnictví věnovalo pozornost způsobu ovlivňování půdy lesními porosty, takové vlivy jako jsou účinky zápoje a opadu byly lesníky považovány za nástroje změny půdy a uchování její plodnosti, usnadňující růst nových generací lesa etc…. Již za časů Mullera začali lesníci používat výrazy jako je “buková půda”, “dubová půda”, ne však ve významu vhodnosti pro danou dřevinu, ale s důrazem na myšlenku, že půdy jsou skutečně ovlivňovány porosty stromů”.

Otázky hnojení v lesnictví se začaly bouřlivě rozvíjet počátkem XX. století. Hnojení v lesích bylo široce diskutováno v r. 1906 na šestém kongresu IUFRO (International Union of Forest Research Organizations), kde byly popsány pokusy s přihnojením lesních porostů, dokládající jejich značnou reakci na aplikaci N, P, K. V roce 1907 byl založen i nejstarší dokumentovaný experiment s vápněním. Ve Švédsku Hesselman (1917) popisoval koloběh dusíku, doložil maximální dostupnost (produkci) amonia, amonizaci v rozsahu pH půdy 4,5 – 4,9, zatímco maximum nitrifikace bylo v rozmezí 5,5 – 6,9. V Rusku byly ve 30. letech popisovány dopady holosečí a pálení klestu na nitrifikaci (Suškinová 1933 in Remezov – Pogrebnjak 1965). Na západě USA, Isaak – Hopkins (1937) dokumentovali ztráty 500 kg dusíku po holé seči v porostu douglasky. Spolu s intenzifikací lesní výroby se studium výživy dřevin a porostů dále stupňovalo po II. světové válce. První mnohafaktorový experiment podle zemědělského vzoru byl založen v Jižní Africe, tři úrovně výživy N, P, K a vápnění byly sledovány na dvou lokalitách po tři obmýtí jednoho druhu akácie. V Rusku (SSSR) začali otázky koloběhu živin a biomasy sledovat Remezov a jeho kolegové. V anglické literatuře se objevují jména Rennie a Ovington. Od 50. let se objevují tendence aplikovat průmyslová hnojiva. V Evropě se však otázky hnojení tlumí, neboť komerční význam dřevní produkce klesá (s výjimkou Skandinávie) a rovněž pro environmentalistické tlaky. V lesnictví tak jsme v otázkách hnojení a výživy lesních dřevin stále na začátku, mnoho zůstává nezodpovězeno a je cenným objektem dalšího studia (Binkley 1986). Tento závěr se však týká spíše komerčního pojetí hnojení.

Nicméně, mnoho cenných poznatků o přirozeně podmíněné produkci bylo získáno v rámci projektů IBP a MAB. Roste i význam sledování spadů cizorodých látek, stability a zdravotního stavu lesů. Zde všude se objevují otázky cyklů živin a jejich disturbancí. Stejně tak je studována řada aktivit negativně ovlivňujících další produkci lesních porostů (hrabání steliva, rekultivace výsypek, změna druhové skladby apod.). Lesnictví je tak zaměřeno ne na optimalizaci, ale na degradaci a její prevenci. To platí i o lesnictví českém. Po II. světové válce se i u nás objevovaly tendence využívat hnojení při zalesňování extrémních lokalit a i pro zvyšování produkce lesa (do 70. let). S touto periodou jsou spojena jména například Němce, Materny, Plívy, Ferdy, Čvančary, Ledinského, Lochmana, Jonáše a dalších. Mnoho především pěstitelů věnovalo pozornost vlivu melioračních dřevin. S postupem imisní kalamity se pak rozšířil zájem o degradaci půd těmito vlivy a o melioraci lesnicky devastovaných lokalit (Jonáš, Jirgle). Do dnešní doby jsou tyto otázky nedořešeny a především rozhodovací (administrativní) sférou nezvládnuty, a to přes obrovský objem poznatků výzkumných a vědeckých pracovišť.

1. Základní vlastnosti živin a půd důležité pro výživu a hnojení v lesnictví

Jako živiny se tedy označují chemické prvky, které tvoří součást těla rostlin, jsou součástí stavebních látek rostlinných těl nebo se zúčastňují metabolických dějů jako součást koloběhu látek a toků energií. Největší podíl rostlinných buněk tvoří voda (80 – 95 % hmotnosti). Při chemických analýzách je pak uváděno složení pletiv při vysušení při 105 ^oC do konstantních hmotnosti, tj. v tzv. sušině. V některých případech existuje nebezpečí uvolnění většího podílu látek z rostlinných vzorků ještě při nižších teplotách, proto se někdy uvádí složení rostlinného materiálu například při vysušení do konstantní hmotnosti při 100, 80 a někdy i 60 ^oC. Hodnoty teplot je pro stanovení sušiny vždy nutno uvádět, nicméně platí, že při 105 ^oC je stanovení sušiny nejčastější a tzv. standardní.

Prvky, podílející se na výstavbě rostlinných těl, je možno rozdělit do dvou velkých skupin. První skupinu představuje tzv. spalitelný podíl, frakce, která uniká ve formě plynů při hoření biomasy. Tvoří asi 95 % sušiny (uhlík 45 %, kyslík 42 %, vodík 7 % a dusík 1,5 %). Druhou součást pak tvoří tzv. popeloviny. Rostliny, včetně lesních dřevin, se vyznačují různými nároky na přijímané živiny, nároky se mění i během růstu a vývoje dřevin. Význačná je i sezónní dynamika a proměnlivost v příjmu a využívání živin. Období intenzivního příjmu a utilizace (jaro) je střídáno s obdobím relativního klidu (letní sucho, zimní klid).

Makroelementy, nutné v obsahu řádově od desetin po desítky %. Sem se řadí:

• C, O, H
• N, P, K, Ca, Mg, S, (Fe).

Mikroelementy, vyskytující se v malém, často stopovém množství (stopové prvky), rozsahu pod 0,05 %: - Fe, Mn, Zn, Cu, B, Mo.

Ultramikroelementy, vyskytují se v nepatrných množstvích (10^-6 - ppm) - Au, Ag, Ra aj.

V dalším textu je pak diskutována skutečnost, že jednotlivé prvky, nezbytné v malých množstvích, se mohou stát toxickými při výrazně zvýšené koncentraci v prostředí. Kritická, nejznámější a nejdůležitější je z tohoto hlediska otázka dusíku, dále pak i hliníku, zejména v půdě a těžkých kovů. Výše uvedené rozdělení živin je již považováno za málo výstižné a za statické. Nevystihuje plně jejich význam a charakter. Proto je navrženo i třídění podle jejich fyziologického a biochemického významu (tabulka 1.1).

VE = V/Q

Jednotlivé živiny (bioelementy) se výrazně liší svojí dynamikou a svým významem pro růst a vývoj rostlin. Jsou přijímány ve formě plynů průduchy (CO₂), kořeny ve formě vody (O, H) a vodných roztoků (minerální živiny), stejně tak je možný příjem povrchem nadzemních a podzemních částí rostlin.

Příjem uhlíku se děje v rozhodující míře stomaty (průduchy), jimiž probíhá většina výměny plynů rostlin. V malém množství může být přijímám jako HCO₃- nebo jako součást organických molekul. Stomata představují asi 1 % povrchu listové plochy, jejich uzavírání a otevírání modifikuje příjem a výdej kyslíku, oxidu uhličitého i vody transpirací, určuje tak z podstatné části úroveň primární produkce. Uhlík ve formě oxidu uhličitého je zapojován do procesu fotosyntézy a stává se ve formě uhlovodíků základním prvkem biosyntézy. Jeho řetězce představují součást všech organických molekul. Množství oxidu uhličitého, vstupující do nitra asimilačních pletiv, většinou difúzí, určuje úroveň produkce. Jeho koncentrace je pro potřeby fotosyntézy velice nízká, dosahovala v předindustriální éře kolem 280 ppm (nyní asi 360 ppm v důsledku spalovacích procesů a odlesňování). Rostliny jsou schopny efektivně využít mnohem větší koncentrace CO₂, čehož se využívá při tzv. hnojení CO₂, tj při pěstování rostlin v atmosféře s uměle zvýšenou koncentrací tohoto plynu. Používá se až desateronásobku koncentrace atmosférické. V současné době je široce diskutováno zvýšení “přirozeného” přírůstu lesních porostů jako jeden z možných důsledků nejen zvýšené depozice dusíku, ale i zvýšené koncentrace CO₂ v ovzduší. Toto zvýšení má zřejmě komplexní příčiny a jednoznačné závěry jsou považovány za spíše spekulativní.

Kořeny rostlin mají nejen roli fixace rostlin v médiu, ale především zajišťují výživu jednotlivými elementy (dusíkem a minerálními živinami). Také kořeny lesních dřevin dodávají většinu prvků nutných pro výstavbu a fyziologické reakce. Pro zajištění této funkce je důležitá velikost a stav povrchu kořenů, zejména kořenového vlášení. Výživa dřevin je zabezpečována pohybem iontů k povrchu kořenů a do jejich nitra. Ve vakuolách kořenových buněk je zpravidla vyšší koncentrace živin ve srovnání s vnějších prostředím a dřeviny jsou tedy nuceny vynakládat energii na překonání tohoto gradientu, nezbytný je tedy aktivní příjem, v první řadě především u živin deficitních, nedostatkových. Další záležitost představují naopak vysoké koncentrace iontů v půdním roztoku, které rostlina nepotřebuje, nebo jsou pro ni i nepříznivé (volný Al).

Mezi ionty poutanými v půdním prostředí (sorpční komplex, půdní roztok) existuje rovnovážný stav, přecházejí irreverzibilně i reverzibilně z organických látek a minerálů do sorpčního komplexu, půdního roztoku a jsou přijímány dřevinami (rostlinami). Ionty živin, které se dostanou k povrchu kořenů, mohou být povrchově absorbovány nebo mohou pronikat do jejich nitra. Povrchová adsorpce má výměnný charakter. Pronikání živin do nitra kořenů touto cestou však dosud potvrzeno nebylo, to se uskutečňuje jinými mechanizmy a to formou pasivního a aktivního transportu. Pasivní formou se dostávají živiny do nitra rostlin s transpiračním proudem, spolu s tokem vody a dále difúzí ve směru koncentračního spádu, gradientu. Proces není spojen s vynakládáním energie rostlinou. Touto cestou se živiny dostávají do bezprostřední blízkosti kořenů.

• proces je spojen s vynaložením energie, vyžaduje i kyslík (aerobní prostředí) pro dýchání,
• vyznačuje se selektivitou, tj. příjmem specifické živiny, i té, která se vyskytuje v nízkých koncentracích,
• příjem se děje i proti koncentračnímu gradientu, reakce jsou usnadněny přenašeči, tj. molekulami a jejich komplexy v membránách buněk, které to umožňují (iontové pumpy).

Při příjmu živin dochází i k jejich vzájemným interakcím, buď k tzv. antagonizmu, kdy působí proti sobě, např. při sorpci (jeden potlačuje příjem druhého), nebo k synergizmu, kdy je příjem jednoho prvku příjmem prvku druhého podporován. Například vysoký obsah vápníku v půdě může znamenat snížení příjmu draslíku.

Rostliny mají schopnost přijímat živiny i povrchem asimilačních orgánů, toho se využívá při korekcích stavu výživy postřikem na list. Aktuální je tento způsob aplikace například při odstranění příznaků akutního deficitu mikroelementů a dále nedostatku živin, u kterých by za daného stavu půdního prostředí mohlo dojít k nežádoucím interakcím s půdní složkou. Dále je možno mimokořenovou výživu využít jako doplněk k úpravě výživy dusíkem, kdy aplikace dusíkatých látek může být spojována s ošetřením porostu herbicidy, pesticidy, eventuálně dalšími agrochemikáliemi. Mladší asimilační orgány jsou k aplikaci mimokořenové výživy vhodnější, než orgány starší, obecně má tento způsob přihnojování pouze doplňkovou funkci a nemůže nahradit příjem živin kořenovým systémem.

Ačkoli tvoří tento makroelement ve formě N₂ 78 % atmosféry, tato forma je nedostupná rostlinám s výjimkou těch, schopných jeho fixace. Na rozdíl od jiných živin je dusík obsažen v horninách v minimálním množství, téměř veškerý zdroj dusíku představují amonné a nitrátové ionty obsažené ve srážkách a biogenní N poutaný mikroorganizmy. Dusík je determinujícím prvkem všech aminokyselin, základních složek proteinů, bílkovin. Ty vytvářejí podstatu života a většinu životních reakcí nějakým způsobem určují. Dusík je také součástí nukleových kyselin, DNA a RNA, vytvářejících základ genetické reprodukce. Význam a variabilita vazeb a funkcí dusíku vyplývá z jeho schopnosti částečně substituovat C v uhlovodících, navíc díky své mocnosti (5) vytvářet další variace. Téměř všechny lesní ekosystémy pak jsou touto živinou nedosyceny a reagují zvýšenou produkcí na jeho dodatečný vnos. V současné době je velmi sledován a (u nás pak spíše) diskutován význam zvýšeného spadu dusíku především ze spalovacích procesů. Má se za to, že jedním z následků tohoto stavu je zvýšený přírůst lesů v posledních letech.

Jediná běžná forma fosforu v lesních ekosystémech je fosfátový aniont (PO₄^3-). V půdách se fosfor nachází jako anorganický fosfát, adsorbovaný nebo ve formě solí a jako organicky vázaný. V rostlinných tělech zůstává volný, nebo je poutaný v cukrech a lipidech a hraje rozhodující roli v energetických procesech organizmů jako ATP. Rostliny vyžadují 10 – 15 % množství fosforu ve srovnání s dusíkem – na hmotnostní bázi. Ve skutečnosti to představuje v atomech P:N – 1:20. Častý je nedostatek fosforu na starých, silně zvětralých půdách, obsahujících mnoho hliníku a železa, k deficitním stanovištím často patří i písčité půdy, organogenní půdy a půdy na karbonátových horninách.. Silná je, stejně jako u dusíku, vazba na organickou půdní hmotu. V příjmu fosforu mají velkou úlohu symbiotické vtahy s houbami, mykorrhízy. Jak rostliny, tak i houby mají schopnost aktivně z půdy uvolňovat fosfáty s pomocí specifických enzymů, fosfatáz a využívat je.

Síra je v přírodě nalézána v řadě sloučenin, od sulfidů jako součásti horninového prostředí až po sirovodík. Většina organicky poutané síry se vyskytuje jako tři aminokyseliny: cystein, cystin, methionin, důležité součásti proteinů. Rostliny přijímají síru většinou jako sulfát (SO₄^2-), většina je pak transformována na sulfhydryl (-SH) jako součást aminokyselin a dalších látek. Vytváří se také tzv. sulfidové můstky (-S-S-) v organických molekulách. Protože síra je méně reaktivní ve srovnání s kyslíkem, tyto vazby mohou být snáze vytvářeny a přerušovány než analogické vazby kyslíku. Když nabídka síry z prostředí převyšuje poptávku rostlin, sulfát se může v asimilačních orgánech akumulovat. To je využíváno například k bioindikaci zatížení prostředí sírou. Aminokyseliny s obsahem síry představují zhruba 2 – 3 % celkových aminokyselin, takže počet atomů síry v organické hmotě představuje asi 3 % atomů dusíku, respektive 7 – 10 % hmotnostní koncentrace dusíku. Nízká zásoba síry v lesních ekosystémech (obtížně představitelná situace v českých lesích) může zapříčinit slabou odpověď lesních porostů na dusíkaté hnojení.

Minerály s obsahem draslíku jsou v horninovém a půdním prostředí běžné (draselné živce) a právě jejich zvětrávání představuje hlavní zdroj tohoto prvku. Menší podíl draslíku je obsažen i ve srážkách. Rostliny přijímají draslík jako kationt K⁺, v této formě zůstává v rostlinném těle téměř beze změn. Přímou funkcí draslíku je především aktivovat celou řadu enzymů. Například produkce škrobu z cukrů je řízena enzymem, jenž je aktivován právě draslíkem. Nepřímá funkce draslíku je založena na potřebě jednoduchého kationtu, který není pro buňky toxický ani při vysokých koncentracích. Kontrola otevírání a zavírání stomat vyžaduje přesuny draslíku do a ze svěracích buněk, tím je určován turgor buněk. Draslík dále neutralizuje přijímané anionty. Koncentrace draslíku představuje zhruba 50 – 75 % koncentrace dusíku, celková potřeba ale může být i vyšší. Zatímco je většina dusíku fixována v asimilačních orgánech po celou dobu jejich životnosti, draslík je často vyplavován z pletiv a je pak obsažen v okapu. Roční potřeba K je tedy větší, než je jeho momentální obsah v listech a jehlicích. Typická stanoviště s nedostatkem draslíku představují písčité půdy a rašeliniště. Ztráty jsou zvyšovány kyselými srážkami, kritická situace může vzniknout i na karbonátových horninách.

Vápník je také jedním z nejpočetnějších prvků v horninách a minerálech. Jeho jediná forma v ekosystémech je představována kationtem Ca²⁺, vápník je mimo minerály poután organickou hmotou a výměnně negativně nabitými místy sorpčního komplexu. Půdy (a půdní horizonty) s reakcí nad 6 až 7 obsahují velké množství vysráženého karbonátu. Rostliny absorbují ionty vápníku z půdního roztoku a využívají jej ke spojování organických molekul, zvláště ve stěnách buněk. Část je též obsažena jako soli ve vakuolách. Koncentrace vápníku jsou většinou nižší ve srovnání s draslíkem a tento prvek zůstává také relativně nepohyblivý.

Koncentrace vápníku představují obvykle 5 – 10 % hmotnosti dusíku, jedná se o živinu, jež jen zřídka limituje růst a vývoj rostlin. Někdy působí synergicky s jinými živinami, jindy může být antagonistou, zejména u jednomocných kationtů. Vápník je často do půd dodáván formou vápnění, tj. aplikací karbonátů nebo odvozených látek. Cílem není přímé dodání vápníku jako živiny, ale zvýšení půdní reakce a oživení biologické aktivity půdy. Růstové reakce jsou většinou nevýrazné a nemohou být většinou produkčně zdůvodněny, s výjimkou extrémních případů (rekultivace, školky). Nízké zásoby vápníku jsou především na písčitých a organogenních půdách. Vápník má také významný vliv na příznivou strukturu půdy a kvalitu půdního humusu.

Obsah hořčíku v horninách dosahuje většinou poloviny obsahu vápníku, což je zároveň zhruba tentýž poměr vhodný pro příjem rostlinami. Pohyblivost iontu Mg²⁺, opět téměř výlučné formy v lesních ekosystémech, je přibližně mezi draslíkem a vápníkem. Nejvýznamnější a nejprozkoumanější rolí hořčíku v látkové výměně rostlin je jeho úloha ve struktuře chlorofylu, i když představuje zhruba 15 až 20 % celkového obsahu hořčíku v rostlinách. Zbytek je využíván jako kofaktory enzymů v procesech jako je fosforylace ADP na ATP. Ve starších pletivech obsah hořčíku (a vápníku) zpravidla stoupá, senescence je tedy provázena jejich ukládáním. Koncentrace hořčíku v asimilačních pletivech je mezi 3 až 6 % koncentrace dusíku. Deficit hořčíku je velmi často dokládán v lesních porostech vystavených znečištěnému ovzduší. Na horninách jako jsou magnezity nebo serpentiny může vysoký obsah hořčíku způsobit problémy při příjmu jiných živin, nebo na rostliny působit dokonce toxicky (nanizmy na serpentinových “stepích”).

Mangan je uvolňován zvětráváním minerálů a v půdách se vyskytuje ve třech stavech: Mn²⁺, Mn³⁺ a Mn⁴⁺. Nejvíce redukovaná forma, Mn²⁺, je i nejpřístupnější rostlinám, což znamená maximální příjem mikroelementu v redukčním, anaerobním prostředí, kde může koncentrace dosáhnout až toxických hodnot. V rostlinných pletivech je Mn poután nejčastěji v bílkovinných molekulách, dodávajíc jim stability.

Železo tvoří asi 5 % zemské kůry a je přítomné ve všech lesních půdách, je významnou součástí velké části minerálů. Limitujícím pro růst lesních dřevin je jen v určitých případech, zpravidla pokud je jeho přístupnost omezována vysokou půdní reakcí. Pro přístupnost vzhledem k mocenství platí zhruba totéž co pro mangan. Fyziologická role železa spočívá ve schopnosti vytvářet chelátové a komplexní vazby a v účasti v různých oxidačně-redukčních dějích v živých soustavách. Deficit železa je z mikroelementů pravděpodobně nejčastější, opět podobně jako u manganu se objevuje na karbonátových a alkalických půdách a v prostředí organogenních substrátů. Rovněž vysoké dávky fosforečných hnojiv mohou způsobit přístupnost železa a chlorózy asimilačních orgánů.

Měď se v minerálech vyskytuje většinou v redukované (Cu⁺) formě, která se v procesu zvětrávání mění na formu Cu²⁺. Její přístupnost je určována v podstatné míře interakcí s organickými molekulami, může být pevně vázána nebo v podobě chelátových struktur přístupná rostlinám. Fyziologická funkce mědi spočívá ve změnách redox stavů v redukci kyslíku. Rostliny potřebují pouze několik mikrogramů mědi na gram asimilačních pletiv (ppm) a deficit mědi je znám na písčitých a organozemních půdách.

Přístupný bor se vyskytuje jako borát (B(OH₃)), jeho nedostatek vyvolává četné poruchy růstu. Deficit boru je jedním z hlavních problémů spojených s mikroelementy, jež se vyskytují v zemědělství. Asimilační orgány stromů obvykle obsahují méně než 10 ppm Bo, hnojení 5 – 10 kg Bo/ha je zpravidla k odstranění deficitu dostačující. Dávku je lépe, kvůli prevenci Bo toxicity, rozdělit do několika menších aplikací.

Molybden se v rostlinách vyskytuje ve velice nízkých koncentracích, obvykle pod 1 ppm. Významná potřeba Mo je spojena s jeho účastí na výstavbě enzymu zapojeného v procesu fixace dusíku (nitrogenáza) a enzymu redukujícího nitrát (nitrát reduktáza). Rostliny, které využívají amonný iont jako zdroj dusíku mohou nedostatek Mo překonat, pro rostliny a dřeviny schopné fixace však deficit této živiny představuje vážný problém. Aplikace 0,5 kg Mo/ha řeší tento problém snadno. Podobnou roli má i kobalt.

Pro úspěšné pěstování lesních kultur a růst lesních porostů musí mít půda vlastnosti, které označujeme jako půdní úrodnost. Pod tímto pojmem chápeme takovou schopnost půdy, která zaručí pěstovaným rostlinám vhodné prostředí a dostatek živin a vody nutných k jejich optimálnímu růstu a vývinu. Každá půda se vyznačuje řadou specifických vlastností ve vztahu k pěstovaným rostlinám a jejich výživě. Úrodnost půdy proto nemůžeme charakterizovat jednou nebo několika vlastnostmi, ale je to výsledek složitého souboru znaků, které se vzájemně ovlivňují. Některé z nich se mění vlivem povětrnostních podmínek (teplota, obsah vody, půdní kyselost apod.), jiné se mění málo a velmi pozvolna v delší časové řadě (zrnitostní složení půdy, fyzikální vlastnosti apod.).

• složení půdy,
• hloubka orniční vrstvy,
• hladina spodní vody,
• svahovitost a expozice terénu,
• nadmořská výška, klimatické vlivy,
• antropické vlivy.

Složení půdy, stejně jako ostatní vlastnosti konkrétního pozemku, rozhodují o výši produkce a kvalitě při pěstování rostlin, a tím i o ekonomické efektivnosti. Na základě poznání základních půdních vlastností je umožněno sledovat průběh jejich změn a cílevědomě je ovlivňovat tak, aby všechny vlastnosti, které půdní úrodnost tvoří, zůstaly zachovány i pro budoucí generace.

• fázové,
• zrnitostní a
• chemické.

Fázové, zrnitostní a chemické složení je u různých půd velmi rozdílné a v souhrnu podmiňuje tvorbu nejrůznějších fyzikálních, fyzikálně-chemických, chemických a biologických vlastností půdy. Zejména ovlivňuje:

2.4.1 Fázové složení půdy.

Tuhá, neboli pevná fáze půdy v sobě zahrnuje minerální podíl (jílové minerály, oxidy a hydroxidy, primární minerály) a podíl organický (organické látky nehumifikované, přechodné a humifikované).

Minerální podíl tuhé fáze půdy má značný význam z pohledu zpracovatelnosti půdy i z hlediska výživy rostlin a činí 95-98% hmoty této fáze. Je tvořen jílovými minerály (částice půdy pod 0,01mm), které z minerálního podílu půdy zaujímají až 75%. Představují je hlavně křemík (Si), hliník (Al), kyslík (O) a vodík (H). V malém množství obsahují také vápník (Ca), hořčík (Mg), draslík (K), železo (Fe) aj. Základním stavebním kamenem jílových minerálů jsou anionty kyseliny ortokřemičité a hydroxidu hlinitého. Krystalová mřížka jílových minerálů je tvořena z vrstev tetraedrů a oktaedrů. Tak vzniká navenek elektroneutrální struktura s vyrovnaným počtem kladných i záporných nábojů. Vrstvy vytváří lamely krystalové mřížky jílových minerálů. Podle uspořádání vrstev do lamel a zastoupení velikostních částic je dělíme na skupiny: smektitu (montmorilonitu), kaolinitu a illitu (hydroslídy).

Oxidy a hydroxidy tvoří menší část minerálního podílu půdy (10 – 15%). Vznikají v půdě postupným zvětráváním primárních minerálů (křemen, živec, slída, amfiboly aj.) nebo mineralizací (rozkladem) organických zbytků v půdě. Jde zejména o různé vodnaté (hydratované) oxidy a hydroxidy železa, hliníku, křemíku nebo některé jejich sloučeniny (např. alophan Al₂O₃* SiO₂*nH₂O). Také tyto sloučeniny vykazují určitou schopnost poutat na svém povrchu živiny do forem pro rostliny snadno přijatelných. Postupně mohou ztrácet vodu a krystalizovat a jejich vliv se uplatňuje hlavně ve fyzikálních a fyzikálně-chemických vlastnostech půdy.

Primární minerály představují v půdě asi 7 – 10% z minerálního složení půdy. Minerály této skupiny (křemen, živice, slídy, pyroxény aj.) se v půdě nacházejí ve formě větších částic (prach, písek, skelet). Vzhledem k pomalému průběhu zvětrávacích procesů je jejich okamžitý vliv na výživu rostlin zanedbatelný. Z těchto primárních minerálů se v průběhu zvětrávání uvolňují pro výživu rostlin významné ionty fosforu, vápníku, hořčíku, síry, železa, bóru, manganu, zinku, mědi aj.

Látky tvořící organický podíl tuhé fáze půdy, přestože je jejich obsah nízký (2 – 5%), podmiňují v půdě celou řadu pochodů příznivě ovlivňujících výživu kulturních plodin. Organický podíl půdy představuje složitý komplex nejrůznějších organických sloučenin, které se dostávají do půdy kořeny, opadem nadzemních částí rostlin, organickými hnojivy nebo v půdě vznikají (humus, trvalý půdní edafon). Veškeré organické látky v půdě dělíme na látky nehumifikované, humifikované a přechodné.

Nerozložené zbytky rostlin, živočichů a organických hnojiv jsou postupně přeměňovány v půdě za účasti půdních mikroorganismů. Tento proces rozkladu nazýváme mineralizací a jeho produkty slouží k výživě rostlin. Mineralizací se uvolňuje značné množství energie nezbytné k vývinu půdních mikroorganismů. Uvedené procesy jsou základem biologické činnosti půdy.

Organické látky humifikované jsou tvořeny rostlinnými a živočišnými prvky, které se v půdě nemineralizují plně, tedy až na CO₂, vodu, amoniak a další živiny. Současně s rozkladnými procesy probíhá za omezeného přístupu vzduchu (při mírné anaerobióze) také tvorba (humifikace) nových, často velmi složitých nebo organominerálních látek nazývaných látky humusové. Tvorba těchto látek se děje z polyfenolů tvořících se v půdě při rozkladu rostlinných zbytků, která má však charakter tzv. polykondenzace, to je tvorby nových, velmi složitých organických látek vznikajících v půdě působením enzymů vylučovaných řadou mikroorganismů. Takto vzniklé látky mohou reagovat i s jílovými minerály a vytvářejí tak organominerální komplexy jako základ pro tvorbu drobtovité struktury půdy.

• k vysokému poutání živin v půdě (6 – 7x vyšší než u jílových minerálů),
• jsou důležitým faktorem drobtovité struktury půdy, jejímž důsledkem je příznivý vodní, vzdušný a tepelný režim půdy,
• kladně ovlivňují ústojčivou schopnost půd,
• příznivě působí na biologické, biochemické a fyzikální vlastnosti půd,
• vyvazují škodlivé sloučeniny a váží částečně některé těžké kovy v půdě,
• zabraňuje vysrážení fosforečných sloučenin z půdního roztoku.

Kapalnou fází půdy rozumíme hlavně vodu (kapilární a gravitační) a v ní rozpuštěné látky. Půdní roztok s rozpuštěným oxidem uhličitým (CO₂) a kyslíkem (O₂), minerálními a organickými sloučeninami se zúčastňuje v reakcích půdotvorného procesu. Z hlediska výživy rostlin zajišťuje půdní roztok transport látek do živých buněk kořenového systému rostlin, ale i jejich vertikální transport půdním profilem. Ten je příčinou ztrát živin vyplavením do spodních vrstev, které tak snižují jejich využití z dodaných hnojiv (organických i průmyslových) a mohou vést i ke kontaminaci (znečištění) podpovrchových vod.

Plynnou fázi půdy tvoří půdní vzduch. Půdní vzduch je s půdním roztokem stálou součástí půdy, ve které vyplňuje všechny volné póry. Půdní vzduch obsahuje více oxidu uhličitého a méně kyslíku. Obsah čpavku (NH₃) je v půdním vzduchu v důsledku mineralizace organických látek rovněž zvýšen. Dostatek vzduchu přispívá ke zvýšené biologické činnosti v půdě, jejímž výsledkem je uvolňování živin mineralizací organických látek.

Obecně lze říci, že částice větší 2mm můžeme považovat za skelet půdy. Zrno menší 2mm se dle své velikosti dělí do čtyř kategorií (podle Nováka), přičemž obsah I. kategorie (částice menší než 0,01mm v % zastoupení ve vzorku půdy) je rozhodujícím kriteriem kvalifikace zemin (podle Nováka). Zrnitostní složení určuje tzv. texturu půdy.

Podle zastoupení jílnatých částic se potom půdy třídí do třech základních kategorií a je definován jejich půdní druh.

Půdní částečky se jen výjimečně vyskytují v půdě jako navzájem izolované, oddělené celky. Vytvářejí naopak větší či menší shluky, které se nazývají agregáty. Podle jejich velikosti rozeznáváme v zásadě makroagregáty a mikroagregáty. Agregáty jsou ve vodě stabilní. Pro určité pedogenetické poměry je většinou zákonitý jak tvar, tak velikost agregátů. Pojmem půdní struktura označujeme souhrnně prostorové uspořádání agregátů v půdě. Podle tvaru a geneze agregátů a podle uspořádání a vazby půdních částic v agregátech se určují různé druhy struktury (půdy strukturní, se slabě vyvinutou strukturou a nestrukturální). Struktura půdy má hlavně vliv na vodní režim půdy (hospodaření s vodou, infiltrace) a provzdušnění půdy.

V určitém objemu půdy je část prostorů nezaplněných tuhou fází – půdní hmotou. Tyto prostory, které mají různý tvar a velikost, se nazývají půdní póry. Póry většinou nejsou od sebe odděleny, jsou spojité a od místa k místu mají rozdílný tvar a velikost. Objem, tvar a velikost půdních pórů má vliv na vlastnosti vody obsažené v půdě, na rychlost pohybu vody a tím je kromě hydrologických vlastností půdy ovlivněna i intenzita migrace látek v půdě a tedy i proces pedogeneze. Zároveň pórovitost podmiňuje nejen obsah vzduchu v půdě, ale též jeho složení, neboť rozhodujícím způsobem ovlivňuje difúzní výměnu CO₂ z půdního vzduchu do vzduchu atmosferického.

Jak již bylo uvedeno v předešlém textu, vzduch vyplňující půdní póry má mnohonásobný význam (ovlivňuje průběh chemických a biologických procesů, aerobní a oxidační procesy či anaerobní a redukční procesy). Rostliny mají za svého růstu určité nároky na provzdušněnost půdy. Jestliže tento nárok není zabezpečen, rostlina strádá, popřípadě hyne. Jako průměrná optimální hodnota provzdušněnosti je uváděno 30% z celkové pórovitosti půdy. Charakteristická hodnota pro dané poměry provzdušněnosti je tzv. vzdušná kapacita. Je to obsah vzduchu v půdě při vlhkosti rovné polní vodní kapacitě (popř. kapilární vodní kapacitě). Polní vodní kapacita je jedna z tzv. hydrolimit (charakterizují stav obsahu půdní vody). Je to vlhkost půdy, při které jsou rostliny dostatečně zásobeny vodou, tj. netrpí nadbytkem ani nedostatkem vody.

Tepelný režim půdy závisí jednak na zdroji tepelné energie, čímž je prakticky výhradně sluneční záření, a na vlastnostech půdy a půdního povrchu. Sluneční záření je půdou zčásti absorbováno, zčásti odraženo. Největší absorpce záření je u tmavého a drsného povrchu a v terénu s jižní expozicí svahů. Míra zahřátí povrchu půdy závisí dále na tepelné kapacitě půdy, ztrátách energie při výparu vody z půdy a na přenosu energie do hlubších vrstev půdy, který závisí na tepelné vodivosti a na vegetačním krytu. Na základě těchto poznatků máme možnost tepelný režim ovlivňovat (závlaha, zastínění vegetací, umělé zakrytí půdy či zavlažování) a tím i např. snížit extrémní hodnoty teplotních rozdílů během dne.

Chemické vlastnosti půdy jsou ovlivněny různými procesy probíhajícími v půdě, chemickým složením výchozích minerálů (půdotvorného substrátu) a zásahy člověka. K těmto procesům patří přeměna minerálních a organických látek, sorpce a desorpce na rozhraní pevné půdní fáze s půdním roztokem, transport rozpuštěných látek i jemných suspenzí v půdě a odčerpávání rozpustných živin kořínky rostlin. Všechny tyto procesy probíhají sice zároveň, ale v čase se nestejně mění jejich intenzita a vzájemné ovlivnění jednotlivých procesů není nezanedbatelné. Důsledkem je značná dynamičnost chemických poměrů v půdě. Navíc chemizace lesnictví (pesticidy, velké dávky minerálních hnojiv) působí změny nejen v chemizmu půdy, ale při transportu těchto látek půdním prostředím může dojít ke znečištění povrchových a podzemních zdrojů vody. Složení půdního roztoku podstatně ovlivňuje růst rostlin, a proto výživa rostlin a úrodnost půdy musí být popisovány v těsné návaznosti na chemické vlastnosti půdy. Znečištění půdy různými odpady může vést ke zvýšení obsahu některých prvků v pěstovaných rostlinách. Například je to patrné u těžkých kovů, jejichž koncentrace řádově vzrůstá v půdě i v rostlinách v blízkosti průmyslových center a dopravních cest.

Chemismus půdy je proto v současné době studován nejen s ohledem na vývoj půdy a optimální výživu rostlin, ale i se zřetelem na ochranu základních zdrojů životního prostředí člověka. Obecně lze říci, že chemické, resp. fyzikálně-chemické vlastnosti půdy ovlivňují zejména tvorbu půdní struktury, nasycenost sorpčního komplexu a množství minerálních živin v půdě. Mají tedy velký význam pro půdní úrodnost.

Reakce půdního roztoku je určena aktivitou volných iontů H⁺ a OH^- a vyjadřuje se hodnotou pH, což je záporný dekadický logaritmus koncentrace vodíkových iontů. Při neutrální reakci je koncentrace vodíkových iontů H⁺ a hydroxylových aniontů OH^- stejná, rovná se 10^-7mol*l^-1, reakce je značena pH = 7. jestliže se vodný roztok okyselí přidáním kyseliny, zvýší se koncentrace H⁺ na hodnotu větší než 10^-7mol*l^-1 a koncentrace OH^- se sníží na hodnotu menší než 10^-7mol*l^-7, tedy pH bude menší než 7. naopak přidáním zásady do neutrálního roztoku vzroste koncentrace OH^-, klesne H⁺ a pH bude větší než 7.

Reakce půdního roztoku je způsobována především přítomností rozpustných kyselin a kyselých nebo zásaditých solí. Nazývá se aktivní reakce (pH_H2O) a stanoví se ve filtrátu tohoto roztoku, nebo ve výluhu půdy destilovanou vodou podle standardních metodik.

Protože většina půd v ČR je sorpčně málo nasycena, případně jsou půdy až sorpčně nenasycené, stanoví se u nás častěji výměnná reakce (pH_KCl) a to pomocí roztoku neutrální soli chloridu draselného o normální koncentraci. V současné době se používá, zejména v zahraničí, i výluh půdy CaCl₂.

Při hodnocení půdní reakce je třeba vzít i v úvahu pěstované druhy dřevin ve školce, neboť se jejich nároky na půdní reakci liší. Jehličnaté dřeviny vyžadují mírně kyselejší půdy ve srovnání s listnáči. Pro obecné hodnocení lze však použít následující tabulku. Půdy lesních školek by měly vykazovat spíše mírně kyselou (pro listnáče) až středně kyselou (pro jehličnany) půdní reakci.

1. vyplavení živin do spodních vrstev,
2. nežádoucí zvýšení koncentrace solí v půdním roztoku.

Fyzikální sorpce je závislá na obsahu jemně disperzních částic (jílových částí), které zvyšují celkový povrch. Fyzikální sorpcí rozumíme poutání živin ve formě celých molekul vlivem fyzikálních sil v půdě (kladná fyzikální sorpce, záporná fyzikální sorpce).

O chemické sorpci hovoříme u půd majících schopnost zadržovat některé živiny v půdě v důsledku vzájemných chemických reakcí živin (iontů nebo molekul) tvořit nerozpustné sraženiny. Chemickou sorpcí mohou být některé živiny (zvláště vápník a fosfor) různou pevností vázány. Touto sorpcí jsou zvláště na kyselých nebo zásaditých půdách poutány fosforečnany. Naopak nitráty (NO₃) ani chloridy chemické sorpci nepodléhají, a proto se vyplavují.

Difúzní vrstva může uvolňovat za určitých podmínek v kapalné fázi půdy kladné náboje (H⁺) a přijímat (kompenzovat) je jinými kladnými náboji. Tak mohou částice na sebe podle charakteru náboje přitahovat kationty (draslík K⁺, amonium NH4⁺, vápník Ca²⁺, hořčík Mg²⁺, vodík H⁺ aj.) nebo anionty (fosforečnany, sírany aj.). Záporně nabitá koloidní částice přitahuje kladně nabitou a vytváří s ní sorpční komplex půdy. Obdobně kladně nabitá koloidní částice přitahuje záporně nabitou částici (živinu) z půdního roztoku a tvoří s ní rovněž sorpční komplex půdy.

Velikost sorpce je závislá na množství koloidních částic v půdě. V našich půdách vysoce převládá sorpce kationtů (95%) nad sorpcí aniontů. Proto je většina aniontů, pokud není vázána chemickou nebo biologickou sorpcí, vyplavena do podpovrchových vod a může kontaminovat zdroje pitné vody.

Ne všechny ionty jsou poutány stejnou intenzitou. Některé ionty mohou z půdního roztoku vytlačit jiné ionty poutané v sorpčním komplexu, a tak zaujmout jejich místo. Tímto způsobem dochází k výměně iontů – zvláště kationtů. Jednotlivé kationty jsou různě silně poutány v sorpčním komplexu a podle toho jsou dobře nebo špatně vyměnitelné (od špatně vyměnitelných k dobře vyměnitelným: H⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, NH4⁺, K⁺, Na⁺).

V půdě se udržuje rovnováha mezi kationty poutanými sorpčním komplexem a kationty obsaženými v půdním roztoku. Rovnováha se narušuje odčerpáním živin rostlinou z půdního roztoku, která potom musí být vyrovnána uvolněním iontů ze sorpčního komplexu. Naopak při zvětrávání, mineralizaci organických látek v půdě nebo při hnojení se zvýší obsah živin v půdním roztoku a sorpční komplex se může dosytit.

Biologickou sorpcí jsou poutány živiny v živých a odumřelých tělech půdních mikroorganismů a vyšších i nižších rostlin (řas, hub aj.). Jejich hmotnost na hektaru může dosáhnout 5 i více tun. Během svého života spotřebovávají půdní mikroorganismy také značná množství živin z půdy. Z tohoto důvodu nemůžeme počítat se 100 % využitím živin z hnojiv lesními dřevinami. S biologickou sorpcí souvisí i tzv. immobilizace, fixace živin. Dochází k ní např. při vápnění, kdy uvolněné živiny jsou přednostně využívány právě mikroorganizmy se zvýšenou aktivitou a pro dřeviny jsou dostupné až po jejich uvolnění z odumřelých těl mikroorganizmů.

Mikroorganismy tak zvětšují obsah organických látek v půdě. Po jejich odumření se opět živiny mineralizací vracejí půdě a využívají je i rostliny. Projevem biologicky aktivní půdy je činný půdní mikroedafon (bakterie, plísně, řasy aj.), mezoedafon (roupice, chvostoskoci, roztoči, mnohonožky, pavouci, žížaly aj.) a makroedafon.

V = (S * T) * 100 [%]

Normální růst rostlin je závislý nejen na hodnotě pH půdního roztoku, ale také na jejích změnách v průběhu vegetace. Chemické a biologické procesy, které v půdě probíhají a intenzivní odběr živin rostlinami mohou vést k rychlým změnám pH půdního roztoku a celého půdního prostředí. Všechny půdy nereagují na uvedené procesy i na používání fyziologicky kyselých nebo zásaditých hnojiv stejně. Půdy, jejich většina, mají schopnost zabránit (tlumit) prudkým změnám půdní reakce. Tato schopnost půd závisí na přítomnosti určitých látek v tuhé nebo kapalné fázi půdy a nazýváme ji ústojčivou schopností půdy (pufrační schopností, pufrovitostí).

Ústojčivá schopnost půdy je tedy vlastností půdy odolávat náhlým změnám půdní reakce (pH). Podmiňuje ji přítomnost ústojných systémů v půdním roztoku a ve výměnném sorpčním komplexu. V půdním roztoku jsou to slabé kyseliny a jejich soli se silnými zásadami nebo slabé zásady a jejich soli se silnými kyselinami. Mezi nejznámější patří kyselina uhličitá, která vzniká v půdě reakcí oxidu uhličitého (CO₂) s vodou. Ústojčivou schopnost v půdě vykazují také fosfáty, křemičitany, koloidní alumosilikáty a jílové minerály. Významně se podílí na ústojčivé schopnosti humózních půd nasycený humus. Při jeho silném nasycení bázemi (vápníku, hořčíku) se snadno odstraňuje vznikající kyselost výměnou bází za H⁺ půdního roztoku, který s hydroxylovými ionty (OH^-) vytvoří molekulu vody (H₂O).

Pufrační schopnost souvisí se schopností vyrovnávat kyselou depozici. Ta je pufrována (neutralizována) různými půdními komplexy. Při těchto reakcích jsou protony (H⁺ ionty) spotřebovány neutralizačními reakcemi. Podle způsobu neutralizace kyselé depozice i vnitřních půdních zdrojů protonů je rozeznáno několik pufračních oborů:

• karbonátový pH nad 6,0 pH aktuální
• silikátový pH 6.0 … 5,5
• výměnného systému, výměnný pH 5,5 … 4,2
• obor hliníku, pH 4,2 … 3,8 (3,5)
• obor železa pH pod 3,8 (3,5)

V prvním případě je prostředkem neutralizace protonů zvětrávání – rozpouštění - karbonátů , ve druhém zvětrávání primárních minerálů a vznik minerálů druhotných včetně jílových, ve třetím případě jsou protony poutány výměnnými reakcemi sorpčním komplexem a do roztoku jsou uvolňovány bazické kationty, v oboru hliníku a ještě výrazněji železa jsou zdrojem neutralizace destrukce krystalových mřížek minerálů a oxidační reakce železa (podzolizace). Jednotlivé reakce mohou probíhat souběžně, nicméně jedna z nich může výrazně převládat. Vyznačují se různou intenzitou, rychlostí a kapacitou. Uplatňují se v prostředí minerálních půdních horizontů. To je nutno mít na paměti při hodnocení půdní reakce na lokalitách s mocnou vrstvou nadložního humusu. Nerespektování této skutečnosti a aplikace těžké mechanizace k odstranění svrchních “acidifikovaných” horizontů vedly k narušení stanovišť na rozsáhlých plochách (buldozerové přípravy v Krušných horách).

Živiny jsou v půdě obsažené v půdním roztoku a dále v tuhé fázi půdy. Celkový obsah živin v půdě je poměrně vysoký a u různých půd je značně odlišný. Proces zpřístupňování živin z forem nerozpustných do rozpustných nazýváme mobilizací. Při něm živina může přecházet až do půdního roztoku. Mineralizací označujeme proces uvolňování živin při mikrobiálním rozkladu organických látek, při němž se živiny (prvky) z organické hmoty uvolňují a vracejí se zpět do koloběhu látek v půdě.

Obsažené rostlinné živiny, zejména kationty v půdě, s ohledem na jejich přístupnost pro rostliny dělíme na nevýměnné, výměnné a rozpustné. Živiny výměnné a dále živiny rozpustné ve slabých kyselinách nebo zásadách a rozpuštěné v půdním roztoku tvoří živiny přístupné. Stanovujeme je při kontrole úrodnosti půdy a tvoří z celkového obsahu živin v půdě jen malou část (většinou kolem 1%). Přijatelné živiny charakterizujeme jako podíl živin přístupných, který je určen jejich rozpustností v půdním roztoku, ale i podmínkami příjmu a příjmovou schopností rostlin a slouží k jejich výživě. Zbývající podíl (u některých živin až 99%) je vázán v půdě pevněji v minerálním, organominerálním a organickém podílu půdy a tvoří určitou rezervu živin pro rostliny. Rychlost přeměn minerálů je v našich půdách nízká a ovlivňují ji povětrnostní podmínky, druh sorpce živin, mikrobiáílní aktivita půdy, půdní kyselost aj. Významnými živinami (prvky), v půdě obsaženými, jsou pro rostliny dusík, fosfor, draslík, vápník, hořčík, síra – makroelementy - a prvky minimálně zastoupené, tedy mikroelementy. Jednotlivých živinám je věnována větší pozornost v oddíle věnovaném jejich cyklům.

Celkový obsah dusíku (N) v půdách je rozdílný a kolísá nejčastěji v rozpětí 0,05 – 0,5%. V našich půdách je průměrný obsah 0,1 – 0,2%, to znamená, že při průměrné hmotnosti ornice na hektaru 3 000 000kg činí jeho množství 3000 – 6000kg N. Z tohoto celkového množství dusíku je 98 – 99% obsaženo ve formě organické a zbytek 1 – 2% ve formě minerální. Organické dusíkaté látky jsou v půdě rozkládány (hydrolyzovány) vlivem enzymů uvolňovaných různými skupinami mikroorganismů až na amoniak. Přitom uvedené procesy zajišťují jak rozklad dusíkatých látek, tak působí na vznik (syntézu) nových dusíkatých a organických látek. Obsah amoniakálního dusíku je v půdě velmi nízký (pouze několik mg na kg zeminy), neboť se rychle přeměňuje (nitrifikuje) na nitráty (NO₃). Během roku se intenzita nitrifikace mění v závislosti na vnějších podmínkách. Nejvyššího stupně dosahuje v dubnu až květnu, pak se snižuje a na podzim vykazuje druhé maximum. Velmi intenzivní nitrifikace může vést ke ztrátám nitrátového dusíku vyplavením, popřípadě k jeho rozkladu (denitrifikaci) na vzdušný N₂ v podmínkách, kde je nedostatek vzduchu. Rychlost nitrifikace můžeme ovlivňovat pomocí látek omezujících nebo zpomalujících jejich průběh (inhibitory nitrifikace) či používání organických látek s širokým poměrem uhlíku k dusíku C:N. čím je poměr C:N užší (nižší než 30:1), tím rychleji se dusík uvolňuje. Naproti tomu při poměru C:N vyšším se dusík dočasně spotřebovává (imobilizuje) a postupně se opět mineralizuje.

Celkový obsah fosforu (P) v půdě kolísá od 0,03 do 0,13% P. fosfor se nachází ve vazbách organických a anorganických. Podíl anorganických sloučenin se mění v závislosti na druhu a typu půdy, hloubce, půdní kyselosti, úrovni výživy aj. V orných půdách činí podíl anorganického P více než polovinu. Na půdách zatravněných převládají naopak organické formy fosforu, které dosahují 70 – 80%, kterýžto podíl se ještě zvyšuje v půdách lesních. Převážná část minerálních sloučenin fosforu v půdě je ve formách ve vodě nerozpustných, a proto fosfor v nich obsažený je pro rostliny málo přístupný. Vedle těchto původních (primárních) minerálů se v důsledku jejich zvětrávání v půdě vytvořily nové druhotné (sekundární) minerály. Děje se tak převážně chemickými reakcemi, tj. srážením volných fosfátových iontů v půdním roztoku s vápníkem (Ca), hliníkem (Al) a železem (Fe). Organický fosfor představuje podstatnou část celkového obsahu P v půdě. Tato frakce zahrnuje zbytky rostlin, živočichů i půdních mikrobů. Proto se organický fosfor hromadí převážně v horním humusovém horizontu půdy a s hloubkou jeho obsah klesá.

Celková přístupná zásoba fosforu v půdě je dána obsahem takzvaných přijatelných – labilních (pohotových) forem fosforu. Jestliže je fosfor rostlinou odčerpán, musí být doplněn z tuhé fáze dalším labilním fosforem. Obsah fosforu v půdním roztoku musí být doplňován co nejrychleji, aby jeho nedostatek neomezoval výživu rostlin. Fosfor může být z půdy vyplavován. Ztráty však jsou malé a činí na půdách lehkých až těžkých 2 – 4 kg P*ha^-1 za rok. V erozních smyvech (při prudkých deštích na svazích) se dostává do povrchových vod fosfor, který spolu s dusíkem může vyvolávat eutrofizaci vod a jezer (zarůstání řasami). Na tomto jevu se však výrazně podílejí i znečištěné odpadní vody (vesnice) a malé průmyslové podniky.

Draslík nevýměnný tvoří až 95% veškerého K v půdě. Tvoří jej primární minerály, které se pevně váží v krystalové mřížce (slídy, živce) a sekundární jílové minerály (illit, vermiculit, montmorilonit). To je také důvod, proč pohyb K v půdním profilu je nižší než pohyb jiných prvků (živin). Organicky vázaný draslík představuje malý podíl a tvoří jej K biologicky vázaný v rostlinných zbytcích nebo v tělech mikroorganismů. Jeho množství představuje 30 – 50kg K na ha. Přístupný se pro rostliny stává až po mineralizaci.

Draslík výměnný je fyzikálně chemicky poután na tuhou fázi půdní koloidní povahy a může být snadno nahrazen jinými kationty. Tvoří hlavní zdroj draslíku pro rostliny. Obsah výměnného K se soustřeďuje do jemných minerálních a organických frakcí v půdě a představuje 2 – 7 % z celkových výměnných iontů vázaných na sorpční komplex. Zvýšený obsah draslíku nad ostatními kationty vede k poruchám ve výživě rostlin. Nejvýrazněji se to projevuje u hořčíku (Mg). Proto poměr Mg ku K by měl být 3x vyšší (ekvivalentů), aby nedocházelo k negativnímu ovlivnění kvality rostlin.

Draslík vodorozpustný je součástí půdního roztoku a představuje přijatelnou zásobu draslíku pro rostliny. Podíl vodorozpustného K činí 1 – 10% z výměnného draslíku a je závislý i na koncentraci ostatních aniontů (nitrátů, chloridů aj.). Mezi uvedenými kategoriemi draslíku v půdě se vytváří stav rovnováhy, která má dynamický charakter. Průběžně se narušuje odběrem živin rostlinami, hnojením, zvětráváním minerálů a vyplavováním živin. Po každém porušení se znovu ustavuje rovnovážný stav. To ostatně platí pro všechny živiny.

Celkový obsah vápníku (Ca) v půdách dosahuje hodnot od desetin procenta až po 6 i více %. Nejnižší obsah vápníku mají kyselé písčité půdy v humidních (na srážky bohatých) oblastech a nejvíce ho obsahují půdy karbonátové (28 %). Největší podíl vápníku představuje jeho nevýměnná forma, která zahrnuje alumosilikáty vápenaté, uhličitan vápenatý (CaCO₃), sádra (CaSO₄), fosforečnany vápenaté aj.

Nejčastější sloučeninou v půdě je uhličitan vápenatý, který vlivem oxidu uhličitého (CO₂) a vody vytváří dobře rozpustný hydrogen uhličitan vápenatý Ca(HCO₃)₂, který je snadno vyplavován z půdy. Množství vyplaveného CaCO₃ může dosáhnout až 400 kg*ha^-1 za rok. Výměnný vápník je vázán v půdě na fyzikálně chemickou sorpci a ve výměnném sorpčním komplexu by měl být zastoupen ze 60 – 80 %. Ionty vápníku vázané ve výměnné formě jsou pro rostliny lehce přístupné a mají velký význam pro tvorbu drobtovité struktury půdy.

Poměrně malý podíl vápníku je ve sloučeninách rozpustných v půdním roztoku. Jsou to zvláště chloridy (CaCl₂), nitráty Ca(NO₃)₂, hydrogen uhličitany Ca(HCO₃)₂ aj. Obsah vápníku je v půdním roztoku v rovnováze s výměnným vápníkem a s obsahem CaCO₃ v tuhé fázi půdy. V půdách s nízkým obsahem CaCO₃ a s nenasyceným sorpčním komplexem je jeho obsah malý.

Vápník není pouze důležitým biogenním prvkem, ale jeho působení v půdě v závislosti na vazbě je mnohostranné. Má vliv na:

Průměrný obsah celkového hořčíku v půdách je 0,6 %. V nevýměnné formě je obsažen v primárních i sekundárních minerálech. Součástí nevýměnného hořčíku jsou také vysokomolekulární organické látky v půdě. Velký obsah hořčíku je v dolomitickém vápenci [CaMg(CO₃)₂], magnezitu (MgCO₃), fosforečnanu vápenatém aj. Ze sekundárních minerálů nejvíce pevně vázaného hořčíku obsahuje chlorit, illit, vermikulit a montmorilonit.

Výměnný hořčík tvoří podstatnou část Mg přístupného pro rostliny. Bývá po vápníku v normálně sorpčně nasycených půdách nejvíce zastoupen. Jeho podíl v sumě výměnných kationtů činí 10 –20 %. Pro výživu rostlin tímto prvkem je optimální stav, když Mg zaujímá 2 až 3krát vyšší část sorpční kapacity než draslík a jeho poměr by neměl klesnout pod 2. Hmotnostní vyjádření odpovídá zastoupení Mg:K 1:1,1–1,6. Vyšší obsah draslíku v půdě zhoršuje příjem Mg, Ca, Na (a naopak – hadcové půdy).

Vodorozpustný hořčík je v půdě přítomen v půdním roztoku a to nejčastěji jako chlorid, dusičnan, síran nebo hydrogenfosforečnan hořečnatý. Mezi hořčíkem vodorozpustným a výměnným se neustále utvářejí dynamické rovnováhy, které jsou ovlivňovány jeho aktuálním obsahem v půdním roztoku. Při jeho vysokém obsahu se zvyšuje sorpce Mg a při nízkém obsahu se Mg uvolňuje ze sorpčního komplexu v závislosti na obsahu K a Ca. Hořčík může být z půdy vyplavován a ztráty dosahují hodnot 8 až 20 kg na hektar a rok.

Celkový obsah síry v půdě kolísá od velmi malých množství až do 2 %. Síra se v půdě vyskytuje ve sloučeninách minerálních i organických. Z minerálních sloučenin jsou přirozeným zdrojem síry sirníky (pyrit, markasit, chalkopyrit), sírany (sádrovec, anhydrid, baryt aj.). V provzdušněných půdách (aerobních) převládají sírany a v anaerobních sirníky. Nejvíce je síra v půdách rozšířena ve formě sádry, která může rostlinám zajistit potřebné množství síry během vegetace. Při vysychání půdy se obsah síranů v půdním roztoku snižuje. Značné množství síry je vázáno ve formě organických sloučenin. Organická síra se nachází v rostlinných a živočišných zbytcích v aminokyselinách nebo bílkovinách. Do půdy se dostává i určité množství síry z oxidu siřičitého (SO₂). Atmosféra obsahuje síru ve formě plynů nebo aerosolu. Depozice síry ve srážkách se v poslední době snížily a podle údajů SKZÚZ z monitoringu činí v průměru 6 – 40 kg síry na hektar a rok, v roce 1985 však byla průměrná depozice síry 95 a například v Krušných horách až 400 kg S/ha /rok.

V půdě síra podléhá přeměnám v závislosti na obsahu vzduchu. Při mikrobiálním rozkladu bílkovin a jiných látek obsahujících síru vzniká sirovodík (H₂S) a v malém množství merkaptany (SH). V aerobních podmínkách je sirovodík rychle oxidován sirnými bakteriemi přes elementární síru až na slabou kyselinu sírovou (H₂SO₄). Proces přeměny redukované síry se nazývá sulfurikace a uvolňuje se při něm značné množství energie. Desulfurikace je proces postupné redukce síranů až na sirovodík. Uvedené procesy lze přirovnat k nitrifikaci a denitrifikaci u dusíku. Pro dobré zásobení rostlin sírou by se měl obsah síry ve formě síranů (S-SO₄) pohybovat nad 20 mg na kg zeminy. Ztráty síry vyplavováním jsou značné a dosahují v průměru 200 – 300 kg síranů (tj. 67 – 100 kg S) na hektar a rok.