| Joel Williams
V minulých rokoch enormne vzrástol záujem o schopnosť pôdy viazať uhlík (C) z atmosféry a mnoho štúdií sa venovalo dynamike a typu pôdnej organickej hmoty. Okrem zjavných, pozitívnych aspektov viazania uhlíka pre klímu má tvorba pôdnej organickej hmoty celý rad predností pre ekosystém a pre rastlinnú výrobu a dokáže zlepšiť produkciu a rentabilitu - celkom jednoznačne je to tzv. Win-Win situácia. Existuje veľa nových nápadov a modelov, ktoré možno spochybňujú niektoré doterajšie predstavy o pôdnej organickej hmote. Príkladom je rozklad a stabilizácia komplexných rastlinných zvyškov v porovnaní s jednoduchými zvyškami pri ich zapracovaní do pôdy - tzn. pevné rastlinné zvyšky napr. lignín a celulóza oproti produktom látkovej výmeny rastlín napr. koreňovým exsudátom, cukru a aminokyselinám. Hovoríme teda o komplexných, neľahko odbúrateľných látkach v porovnaní s labilnými, ľahko odbúrateľnými časťami.
V doterajšom uvažovaní o tvorbe pôdnej organickej hmoty išlo predovšetkým skôr o štrukturálne časti rastlín. Predpokladalo sa, že tieto komplexné uhlíkové zlúčeniny sa rozkladajú len pomaly a len pomaly sa odbúrávajú1-3. Čím pomalšie odbúravanie prebieha, tým dlhšie zostáva uhlík v pôde a je tak trvalým prínosom pre funkčnosť pôdy. V dôsledku toho sa pri presadzovaní tohto prístupu v praxi kládol väčší dôraz na také praktiky ako zachovávanie strniska a konzervovanie skôr zvyškov obilia a trávy než bôbovitých. To samozrejme súvisí s pomerom C : N v týchto zvyškoch, pričom zvyšky jednoklíčnolistových vykazujú vysoký pomer C : N a naopak zvyšky bôbovitých nízky pomer C : N. Tento rozdiel v pomere C : N znamená, že sa zvyšky bôbovitých rozkladajú oveľa rýchlejšie. Preto sa predpokladalo, že úžitok z týchto zvyškov je len krátkodobý. Rovnako tak boli zanedbávané aj koreňové exsudáty, pretože sú príliš slabé a podľa všeobecnej mienky sa rýchlo uvoľňujú ako oxid uhličitý [CO2] 1. Ako však uvidíme, pôdna organická hmota z kvalitných substrátov (zvyšky bôbovitých a koreňové exsudáty) majú celkom iné kvality a v konečnom dôsledku sú aj trvácnejšie ako pôdna organická hmota vzniknutá z komplexných, neľahko odbúrateľných zvyškov. Nechcem tým samozrejme povedať, že sa musíme vzdať postupov so zachovaním strniska a vysokým podielom zvyškov - najmä v regiónoch so suchým podnebím, kde je najväčším obmedzujúcim faktorom vlhkosť, je to dôležitá stratégia.
Problém pri rastlinných zvyškoch s obsahom lignínu a vysokým pomerom C : N však spočíva v tom, že mikroorganizmy nedokážu kvôli ich komplexnosti uhlík v týchto zvyškoch tak jednoducho asimilovať. Preto je pre odbúranie týchto zvyškov potrebné veľa mikrobiálnej energie. Pred mikrobiálnou asimiláciou je tak potrebný proces predbežného rozkladu. Mikroorganizmy dokážu tieto ťažko odbúrateľné uhlíkové zlúčeniny odbúrať len vďaka produkcii a vylučovaniu rôznych enzýmov, ktoré potom tieto komplexné zvyšky chemicky napádajú a rozkladajú. Pomocou tohto enzymatického rozkladu sú potom mikroorganizmy schopné absorbovať menšie, slabšie produkty rozkladu. To v konečnom dôsledku znamená, že mikroorganizmy musia vynaložiť metabolickú energiu, aby tieto náročné extrabunkové enzýmy dokázali vyprodukovať. A táto vynaložená energia vedie k menšej miere rastu alebo nižšej produkcii mikrobiálnej biomasy. Inými slovami: Množstvo mikrobiálnej biomasy, ktorá sa na jednu uhlíkovú jednotku z týchto komplexných zvyškov získa, je menšia a preto je stupeň využitia uhlíka nižší4.
Otázka znie: Čo by sa stalo, keby sme mikroorganizmom od začiatku jednoducho dodávali slabšie materiály s menším pomerom C : N? Potom by mikroorganizmy nepoužívali pre produkciu externých enzýmov metabolickú energiu a mohli by oveľa efektívnejšie vytvárať viac mikrobiálnej biomasy. Toto poňatie mikrobiálnej aktivity pre viac pôdnej organickej hmoty je stále rozšírenejšie: Ak sa mikroorganizmy vyživujú z uhlíkových zlúčenín s vyšším stupňom využitia uhlíka, napr. zo slabých koreňových exsudátov a zvyškov s nízkym pomerom C : N, môžu mikrobiálnu biomasu vytvárať omnoho efektívnejšie4,5. Je dôležité nájsť ten najefektívnejší spôsob tvorby biomasy, pretože aktuálne štúdie ukazujú, že mŕtva mikrobiálna biomasa [nekromasa] predstavuje viac ako 50 % organického uhlíka v pôde6-8. Tento mikrobiálny prínos je väčší, než sme doteraz mysleli. Vychádzame z toho, že väčšina uhlíka v pôde pochádza z rastlinného materiálu v rôznych štádiách rozkladu. Tieto uhlíkové vstupy, teda neprerušovaný reťazec rozkladajúcich sa rastlinných zvyškov, ktoré kvôli ich štrukturálnej komplexnosti živá mikrobiálna biomasa ešte nevstrebala, sa nazývajú čiastočná organická hmota9. Rozhodujúcim bodom je, aby ešte neboli integrované do mikroorganizmu alebo cez mikroorganizmus. Pôdna organická hmota je tak v skutočnosti zmes uhlíkových vstupov, ktoré pochádzajú z rastlín a mikroorganizmov10. Je teda nanajvýš dôležité poskytnúť mikroorganizmom v pôde výživu; a to tak účinne, ako je to len možné11. S ohľadom na budúcnosť platí: Poľný manažment pre ďalšiu generáciu znamená podporovať tvorbu mikrobiálnej biomasy a udržanie nekromasy tak, aby sme získali zdravú pôdu, zdravé ekosystémy a zdravú klímu7.
Tak veľmi sa zameriavame na viazanie uhlíka v pôde a tak moc o tejto téme diskutujeme, že by som chcel vyzdvihnúť aj jeden kritický aspekt. Neexistuje viazanie bez stabilizácie. Je pekné a správne viazať uhlík v pôde (je jedno či z rastlín alebo mikroorganizmov), ale uhlík v nej musí tiež zostať! Ak nie, sme len súčasťou celosvetového uhlíkového kolobehu - nadýchnuť, vydýchnuť. Ale ako sa dá viazaný uhlík stabilizovať? Existujú významné chemické a fyzikálne procesy, ktoré stabilizujú uhlík v rôznych zásobníkoch pôdnej organickej hmoty12. K chemickej stabilizácii dôjde vtedy, ak sa uhlíkové zmesi úzko napoja na minerálne povrchy a tým vznikne pôdna organická hmota naviazaná na minerály9. Stále zreteľnejšie sa ukazuje, že mikrobiálna nekromasa a kvalitné rastlinné zvyšky [nízky pomer C : N] sú spoločne lepšie schopné vytvoriť tento trvalý podiel pôdnej organickej hmoty9,13. Obeh pôdnej organickej hmoty naviazanej na minerály prebieha veľmi pomaly, preto táto pôdna hmota zostáva v pôde dlho. Životnosť sa odhaduje na 10 až 1000 rokov14.
Na druhej strane, fyzikálne procesy, ktoré môžu stabilizovať uhlíkové vstupy, poznáme lepšie. Prebiehajú formou fyzikálneho hromadenia v mikro a makro agregátoch v pôde. Hoci spočiatku majú určitý vplyv chemické a fyzikálne pôdne podmienky, je syntéza agregátov podporovaná predovšetkým biologickými procesmi - komplexnou súhrou koreňov, koreňových exsudátov, mikroorganizmov, mikrobiálnych metabolických produktov a makrofauny15. Tieto procesy pôsobia spoločne, pričom spájajú pôdne častice do agregátov rôznych tvarov a veľkostí a štandardne generujú aj objem pórov a navzájom spojené póry, ktoré optimalizujú výmenu plynov a vody16. Zdá sa, že vo všetkých týchto biologických vzájomných vzťahoch hrajú obzvlášť významnú úlohu mykorhízne huby, a to vďaka rozsiahlemu rozvetveniu hýf a syntéze glomalinu - to je obzvlášť spojivé a trvalo mikrobiálne spojivo17. V pôdnych agregátoch sa dá takáto pôdna organická hmota stabilizovať fyzikálne18 - tento mechanizmus je obzvlášť dôležitý pre stabilizáciu čiastočnej organickej hmoty, ktorá nemá túto silnú chemickú väzbu s minerálnymi povrchmi. Čiastočná organická hmota sa teda stabilizuje skôr pomocou tohto fyzikálneho zhlukovania do agregátov, do ktorých sa uzatvára kyslík a tým sa chráni uhlík. Agregáty však neexistujú večne. Majú obmedzenú životnosť a neustále sa menia; stále znovu menia tvar a rozdeľujú sa a kvôli tejto neustálej zmene je čiastočná organická hmota menej trvanlivá než minerálne stabilizovaný uhlík. Obeh čiastočné organickej hmoty preto prebieha rýchlejšie a jej životnosť sa pohybuje od cca 1 do 50 rokov14.
Ako bolo popísané vyššie, kvalita zvyškov alebo uhlíka prenikajúceho do pôdy ovplyvňuje kvalitu a životnosť pôdnej organickej hmoty. Zvyšky nižšej kvality alebo s vysokým pomerom C : N sa do mikroorganizmov nedostávajú tak ľahko, a preto vytvárajú prevažne čiastočnú organickú hmotu. Čiastočná organická hmota sa stabilizuje prevažne v agregátoch, je tak ale náchylná k strate vplyvom oxidácie počas zmeny agregátu12. Naproti tomu koreňové exsudáty a zvyšky vysokej kvality alebo s nízkym pomerom C : N mikroorganizmy v pôde rýchlo rozložia. Len čo sú tieto uhlíkové zlúčeniny vstrebané a stanú sa mikroorganizmami [a tým súčasťou mikrobiálneho procesu], vytvárajú trvanlivejšie podiely uhlíka v pôde, ak mikrobiálna nekromasa priľne na minerálne povrchy19. Existuje tu teda súvislosť s rôznym väzobným potenciálom ílu - na rozdiel od piesčitých pôd. Pretože stredne hrubé a jemne štruktúrované pôdy majú väčší minerálny povrch, môžu vytvárať skôr pôdnu organickú hmotu naviazanú na minerály. Piesčité a ľahšie pôdy s menej minerálnym povrchom nedokážu produkovať toľko pôdnej organickej hmoty viazanej na minerály, a preto pravdepodobne viac hromadia čiastočnú organickú hmotu14. To ale nemusí znižovať potenciál čiastočnej organickej hmoty - môže vytvárať menej trvanlivý podiel pôdnej organickej hmoty nižšej kvality. Ale v ľahších pôdach je väčší podiel, a to ukazuje, ako je dôležité minimalizovať narušovanie pôdy a zachovávať stabilitu agregátov v takýchto piesčitých pôdach. Snáď sa dá vyvodiť nasledujúci záver: Strnisko je optimálne na ľahších pôdach a v regiónoch so suchým podnebím, zatiaľ čo živý porast je výhodný v krajine s miernym podnebím a pôdami strednej štruktúry.
Ponechanie strniska je vhodnou metódou pre podporu zdravej pôdy, ktorá je veľmi dôležitá. A nesmieme ani zabudnúť na jeho výhody pri ochrane pôdy a udržanie vlhkosti. Stále viac sa však ukazuje, že zvyšky bôbovitých a živé korene s ich exsudátmi vytvárajú viac účinnej mikrobiálnej biomasy a nekromasy. Preto by malo byť pokiaľ možno najvyššou prioritou všetkých poľnohospodárov presadzovať princíp zdravej pôdy pomocou „trvalo živých koreňov". Tento princíp pôdneho zdravia prispeje predovšetkým k optimalizácii mikrobiálnej aktivity pre získanie väčšieho množstva pôdnej organickej hmoty. Viazanie však nie je možné bez stabilizácie. A preto je veľmi dôležitá chemická a fyzikálna stabilizácia nekromasy a substrátov pochádzajúcich z rastlín. Ak sa potom pôda navyše narúša čo najmenej, dá sa ešte zvýšiť pozitívny efekt živých koreňov, exsudátov a nadväzujúceho mikrobiálneho vzájomného pôsobenia a stabilizácie uhlíka.
Odkazy na zdroje
