Experimentální rozklad

Takové otázky si položil Michal Růžek z katedry fyzické geografie a geoekologie Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy a spolu se svým týmem učinil pokus, při kterém odhalil zajímavé výsledky.

Depozice síry a dusíku velmi významně ovlivnily ekosystémy celé severní polokoule naší planety. Působení kyselých dešťů mělo významný vliv nejen na změny pH vod a vyplavování důležitých iontů z půdy do povrchových vod, ale také na změnu rychlosti rozkladu rostlinného opadu a tím i na globální koloběh uhlíku.

Právě proces koloběhu uhlíku je v současné době žhavým tématem. Jeho zastoupení v jednotlivých částech živé i neživé přírody má vliv na vitalitu ekosystémů, biochemické procesy a v neposlední řadě i klima. Nejdůležitější výměna přitom probíhá zejména mezi biosférou a atmosférou. Proto má studium rozkladu organické hmoty takový význam, neboť nám napoví, jak budou vypadat pochody v budoucnu. Kromě podnebí a půdních podmínek má na rozklad organické hmoty zásadní vliv složení a charakter rostlinného opadu. V důsledku zpomaleného rozkladu může docházet k vázání uhlíku a živin v půdách, což způsobuje dobře známý negativní vliv na vitalitu zejména lesních porostů.

Na pomezí Česka a Německa v oblasti Krušných hor, které byly v minulosti zasaženy silnou kyselou depozicí, se vědci v roce 2014 pustili do dlouhodobého experimentu. Pod korunami 140 let starých buků a 80letých smrků započali pokus, který dnes již trvá více jak 7 let. V každém porostu simulovali zvýšený vstup síry a dusíku do půdy. K tomu si vytyčili 16 čtverců o velikosti 3x3 metry, které rozdělili na 4 typy pokusů – s přidáním sloučenin síry (S), dusíku (N), kombinace obou a kontrolní bez modifikace. V průběhu roku, když půda nebyla pokryta sněhem, dodávali do experimentálních ploch potřebné množství sloučenin (50 kg S/ha/rok či 50 kg N/ha/rok). Postupně docházelo ke snižování půdního pH, což snížilo jak množství rozpuštěného organického uhlíku (DOC) v půdní vodě (o 35–48 %), tak množství uvolněného CO2 z půdy procesem půdní respirace.

Mezi lety 2017–2019 pokus rozšířili o další část, kdy se přímo zaměřili na rozklad organické hmoty pod vlivem experimentálně zvýšených vstupů S a N. Pro pokus vybrali 4 druhy materiálu: čerstvě opadané bukové listy (Fagus sylvatica (L.)), smrkové jehlice (Picea abies (L.)) a čajové sáčky naplněné buď zeleným čajem nebo čajem rooibos. Tyto čaje se zásadně liší ve svém složení, protože zelený čaj je bohatý na dusík a chudý na špatně se rozkládající lignin, zatímco složení čaje rooibos má opačný charakter. Také smrkové jehlice se liší od bukového listí vyšším obsahem ligninu. Celkem 1536 vzorků nechali v zemi odpočívat a rozkládat až dva roky. Vzorky průběžně vytahovali, aby změřili úbytek hmotnosti, poměr C/N materiálu a koncentraci ligninu. Data dále doplnili o monitorování pH půdní vody a půdní respirace.

V obou porostech, jak bukovém, tak smrkovém, došlo po přidávání kyselých zálivek (S) k poklesu pH, snížení půdní respirace a také ke zpomalení rozkladu zeleného čaje. S výjimkou zeleného čaje byl rozklad zpomalen po přidávání kyselých zálivek pouze v již kyselejším smrkovém lese.

Zajímavým zjištěním bylo, že na rozdíl od jiných studií nemělo přidávání dusíku, jakožto základní živinu pro rostliny, ve většině případech významný vliv na rozkladné procesy a ztrátu hmotnosti. Pouze docházelo ke snížení rychlosti rozkladu prostřednictvím snížení pH jako tomu bylo u okyselení sloučeninami síry. Výzkumníci to vysvětlují předchozí adaptací ekosystému na depozici dusíku v těchto oblastech.

Rychlost rozkladu organické hmoty má zásadní vliv na koloběh uhlíku, následnou vitalitu ekosystémů i změny klimatu. Výsledky výzkumu ukázaly, že na tyto změny má významný vliv nejen kyselý déšť, ale i historické zátěže prostředí a typ vegetace rostoucí na daném stanovišti. Bukový porost ve srovnání se smrčinou za normálních podmínek obsahoval vice půdního uhlíku i dusíku v celém půdním profilu, což umožňovalo ztráty přebytečného dusíku vyluhováním. I když v obou porostech docházelo se zvyšující se půdní kyselostí ke snížení rychlosti rozkladných procesů a tím i dostupnosti organického uhlíku, u smrčiny bylo oproti bučině toto zpomalení rozkladu výraznější.