Humus - půda - rostlina (1) Funkce humusu v ekosystému

Úvod k publikaci

Vážený čtenáři, předkládáme vám publikaci zahrnující výsledky mnohaleté experimentální práce s jednou z nejdůležitějších složek půd – s humusovými látkami. Humusové látky, především huminové kyseliny zasluhují obzvláště v dnešní době velkou naši pozornost. Vlivem velmi intenzivního, avšak jednostranného obdělávání spolu se vzrůstajícím využíváním často až zbytečné chemizace došlo k podstatným změnám v našich půdách a to nejen zemědělských. Není to však problém specifický v našich podmínkách, ale také v celosvětovém měřítku. Objevuje se prakticky všude, kde intenzita využívání zemědělských a lesních půd překračuje přirozené meze. Zvláště v podmínkách mírného pásu dochází vlivem nadměrné chemizace k drastickému úbytku humusu jako takového. Navíc se projevuje stoupající vliv imisí dusíku a dalších látek. Zajímavé je, že identické projevy se objevují i na neobdělávaných pozemcích. Je možné předpokládat, že souvisejí především s klimatickými změnami v posledních desetiletích. Zároveň se projevují také důsledky stále se otevírajícího se agroekosystému, kdy koloběh živin v rámci daného prostoru je narušen globálními přesuny (celosvětový export a import živin vázaných v produktech). Živiny odčerpané z jedné lokality se často nevracejí a naopak se kumulují na jiném místě planety. Koloběh živin, humusových látek a jiných substancí je často tak narušen, že důsledky změn nemůžeme dosud posoudit. Ale objevují se první vlaštovky, které na základě vědeckých výzkumů v terénu dokazují, že v některých lokalitách došlo k zhroucení původních ekosystémů. Zjištěný stav nás nutí k potřebě hledání nápravy a tedy dosažení nápomoci obnovy koloběhu látek v jednotlivých ekosystémech v rámci regionu i planety Země samé. Zvláště v poslední době je tato potřeba velmi aktuální.

1.1. Obecná charakteristika agroekosystému

Primárními producenty organické hmoty v ekosystému jsou zelené rostliny. V procesu fotosyntézy ji s využitím zářivé energie sluneční vytvářejí z vody, oxidu uhličitého a minerálních látek, přítomných v půdě. Nadzemní části rostlin slouží za potravu heterotrofním organismům včetně člověka. Kořeny rostlin i nevyužité části nadzemní biomasy se spolu s exkrementy živočichů a odumřelými těly organismů ukládají v půdě, kde procházejí složitými procesy přeměn. Přeměny organické hmoty v půdě probíhají v zásadě dvěma směry: jako mineralizace a jako humifikace. Produktem mineralizace jsou minerální látky, které slouží jako rostlinné živiny a tím se významně podílejí na výživě a produktivnosti celého ekosystému. Rostlina se jako primární producent organické hmoty vyživuje minerálními prvky a sama slouží za potravu heterotrofům, laicky řečeno býložravcům, které z ekologického pohledu označujeme za primární konzumenty organické hmoty. V ekosystému se pravidelně vyskytují konzumenti dalších řádů, kteří se živí konzumenty nižších řádů. Tak se vytvářejí někdy i dost složité potravní řetězce. V kulturních zemědělských ekosystémech stojí na vrcholu potravních řetězců člověk. Na všech stupních potravních řetězců se v tělech konzumentů ukládají minerální prvky, které rostlina původně odčerpala z půdy, nyní ovšem převážně v organických sloučeninách, z nichž živočichové budují svá těla. Jak bylo již řečeno, exkrementy a později i odumřelá těla konzumentů se spolu s částí odumřelé rostlinné biomasy ukládají v půdě. Zde nastupuje ohromná masa nenápadných a převážně mikroskopických organismů, nazývaných obvykle destruenti nebo také reducenti, kteří rozkládají organickou hmotu a uvolňují z ní do půdního prostředí opět minerální prvky, aby znovu sloužily jako výživné látky pro rostliny. Jak vidíme, celý proces tvorby a přeměn organické hmoty je svázán s koloběhem minerálních látek a ten má zřetelně cyklický charakter.

Humifikace organické hmoty probíhá v půdě souběžně s mineralizací a jejím výstupem jsou různé formy humusu, v konečné fázi pak poměrně složité látky humusové. V interakci s minerálním podílem půdy tyto látky významně ovlivňují fyzikální, chemické a biologické vlastnosti prostředí růstu rostlin, vytvářejí půdní strukturu, udržují půdní reakci v rozmezí příznivém pro rostliny, ovlivňují teplotní podmínky v půdě, chrání rostliny před působením některých toxických látek i před stresem a v některých případech jsou substrátem pro růst půdní mikroflóry, podílející se na biologické činnosti půdy včetně uvolňování minerálních prvků do prostředí. Humusové látky podmiňují schopnost půdy poutat vodu a podílejí se na tvorbě voděodolných půdních agregátů, a tím napomáhají ustavení optimálního poměru mezi plynnou a kapalnou fází půdy. Rozpuštěné v půdním roztoku přímo ovlivňují růst rostlin, když jim dodávají energii potřebnou pro metabolické procesy. Zároveň humusové látky udržují některé prvky, zejména fosfor, ve stavu přijatelném pro rostliny a chelatizací kovových prvků usnadňují výživu rostlin mikroelementy. Ve vazbě na jílové minerály vytvářejí humusové látky humusojílový sorpční komplex, který funguje jako zásobárna živin pro rostliny. Z komplexu jsou minerální prvky ve formě iontů výměnným způsobem uvolňovány do půdního roztoku, odkud jsou přijímány kořeny rostlin. Je zřejmé, že efektivní výživu rostlin v půdních podmínkách si nelze představit bez současného spolupůsobení humusových látek.

V půdní organické hmotě je vázána energie, původně akumulovaná v rostlinách, jejíž původ je ve slunečním záření. Tato energie je využívána v půdních procesech souvisejících s přeměnami organické hmoty a také v procesech minerální výživy rostlin. Působením vodorozpustných humusových látek se dostává i přímo do rostliny, kde zvyšuje její energetickou úroveň a uplatňuje se především v metabolických procesech. Důsledkem je nejčastěji zvýšení příjmové kapacity rostliny pro minerální živiny. I když můžeme vysledovat určitý koloběh sluneční energie v ekosystému, nikdy tato recyklace nemůže být úplná. Energie se vždy nakonec přeměňuje v teplo, které už není schopno dalších změn a vyzáří se do prostoru. Ani proces humifikace nemá zřetelně cyklický charakter, když na každém stupni tvorby humusu ekosystém určitý podíl energie ztrácí. Na úrovni živného humusu je organická hmota a na ní vázaná energie dočasně blokována v tělech organismů, tvořících edafon. Rozpustné formy humusových látek, zejména dobře pohyblivé fulvokyseliny, se z orničního profilu snadno vyplavují do spodních vrstev, kde jsou již pro ekosystém ztraceny. Stárnutím humusových látek vznikají nerozpustné formy humusu, označované jako huminy a humusové uhlí, a ty jsou již nejen pro výživu rostlin, ale i pro biologickou činnost půdy zcela nevýznamné. Do ekosystému však stále znovu a znovu vstupuje zářivá sluneční energie, a ta je zárukou tvorby nové organické hmoty a nepřetržitého fungování systému. V uzavřených ekosystémech je sluneční energie jediným motorem, na kterém závisí všechny biologické procesy. Slunce je zdrojem energie, rostlina středobodem všech změn a půda prostředím, v němž se tyto změny odehrávají. Na tomto principu funguje každý ekosystém.

1.2. Postupný přechod od uzavřeného k otevřenému ekosystému

Vlivem člověka a jím vyvíjené techniky a technologií se původní ekosystémy stále více a více narušují a mění se v systémy stále ohroženější a tím i labilnější. Tento vývoj je pochopitelný a běžně souvisí s rozvojem lidské kultury a civilizace. Dokonce vyvážené ekosystémy klimaxového typu, např. deštné pralesy,jsou schopny uživit jen velmi malou lidskou populaci, žijící z našeho dnešního pohledu na primitivní úrovni. Proto bylo nutné původní ekosystémy omladit, vykácet pralesy a obdělat půdu. Pouze z omlazeného nezralého ekosystému je možno odebírat tolik čisté produkce, aby se stále početnější lidská populace uživila a ekosystém se nezhroutil. O tom, že tyto změny neprobíhaly vždy uváženě, svědčí rozsáhlé pouště, odlesněné vrcholky hor, zasolené půdy a další narušení přírodní rovnováhy, které má na svědomí člověk a jeho zemědělská kultura. Přesto se však vyvinul agroekosystém, který byl téměř úplně uzavřený a do značné míry kopíroval ekosystémy přírodní. Zaměstnával sice naprostou většinu obyvatelstva, přesto však vytvářel prostor pro rozvoj řemesel, vědy, umění i státní organizace a představoval tak bázi kulturního a civilizačního vývoje lidstva. Původní agroekosystém, který se počal vyvíjet v mladším neolitu někdy před deseti tisíci lety, se sice pozvolna měnil ve smyslu větší otevřenosti, k jeho zásadním proměnám však dochází až v době velmi nedávné a tento proces změn probíhá dosud a dokonce zvýšenou akcelerací.

Impuls k proměnám agroekosystému dala průmyslová revoluce. V devatenáctém a následně í ve dvacátém století se rozvíjí průmyslová výroba, která na rozdíl od zemědělství nemá charakter cyklický, ale lineární. Jako zdroje energie se stále více používá fosilních paliv, nejprve v průmyslu a dopravě, postupně si však tyto energetické zdroje nacházejí cestu i do zemědělství. V agroekosystému se tak objevuje nový fenomén, totiž dodatková energie. Slunce již není jediným zdrojem energie pro zemědělskou výrobu, i když stále zůstává zdrojem základním a nenahraditelným. Lineární charakter průmyslové výroby přináší do ekosystému ještě další fenomén, dříve neznámý, totiž odpady. A ty ve fázi plynné, kapalné i tuhé ovlivňují fungování agroekosystému, někdy pozitivně, většinou však negativně.

Rozvoj průmyslu zásadně mění i sociální složení obyvatelstva. Průmysl a následně i služby zaměstnávají stále více lidí, počet zemědělců se snižuje a to v situaci, kdy se zvyšuje tlak na vyšší výrobnost agroekosystému. Zemědělství tak již nevystačí pouze s využíváním poznatků, získaných zkušeností minulých generací, ale postupně přichází na stále širší využívání technického pokroku a vědeckých informací. Vznikají tak postupně výzkumné zemědělské stanice, po nich následují výzkumné ústavy, semenářské a šlechtitelské podniky, rozvíjí se i výroba chemických hnojiv a pesticidů, a dále mechanizace zemědělství.

Dnes více než kdykoliv předtím je nutné přistupovat k řešení zemědělských technologií i celé agrární problematiky s hlubokou znalostí věci, především s vědomím souvislostí. Tento přístup vytváří prostor k cílené aplikaci poznatků moderní zemědělské vědy a především ekologie.

Základem ekologického hospodaření na půdě by mělo být udržování ekosystému ve stavu dynamické rovnováhy. Jde o to, aby byl samostatně vyvažován vztah mezi minerálními prvky a půdním humusem. Minerální prvky jsou rozhodujícím činitelem výrobnosti ekosystému a zároveň jsou jediným faktorem, působícím přímo na fotosyntézu a tvorbu rostlinné biomasy, který můžeme cíleně ovlivňovat. Humus a jeho jednotlivé formy a frakce pak představují rozhodující faktor stabilizace celého ekosystému. Rostlinné živiny ve formě minerálních hnojiv můžeme aplikovat do půdy v té míře, které odpovídá sorpční a iontovýměnná kapacita vnitřních půdních povrchů a ta závisí především na množství a kvalitě humusových látek. Cyklické organické hnojení a všestranná péče o půdní humus zůstává i v moderním zemědělství základním prvkem agrotechnologických systémů. Měnit se mohou techniky i technologie, principy však zůstávají stejné.

Moderní zemědělské systémy vznikly v Anglii jako důsledek či součást rozvíjejícího se procesu, označovaného jako průmyslová revoluce. Odtud se nové zemědělské technologie šířily dál do Evropy i do zámoří. Nově se utvářející kulturní systém byl založen na pevném osevním postupu a na cyklických vazbách mezi rostlinnou a živočišnou výrobou. Základem byl osevní postup typu Norfolk: jetel-ozim-okopanina-jařina s podsevem jetele. Na tomto základním schématu byly postupně vytvářeny i vícehonné osevní postupy. Každá plodina osevního postupu měla svůj specifický vliv na udržení půdní úrodnosti a na stabilizaci výrobnosti celého ekosystému. Pokud měl systém správně fungovat, nemohl se nijak zásadně měnit. Procentické zastoupení jednotlivých plodin i zatížení systému živočišnou výrobou bylo předem dáno.

Větší část sklizně byla využívána uvnitř ekosystému, buď jako píce pro hospodářská zvířata nebo jako výživa lidí pracujících na statku. Organická hmota byla přes hnojiště recyklována zpět do půdy. Procesy mineralizace a humifikace probíhaly v půdě rovnoměrně a půdní úrodnost se udržovala na přibližně stálé úrovni. Koloběh hmoty a energie se uzavíral v rámci jednoho statku.

Vnější tlaky ekonomické a sociální zároveň vyvolávaly nutnost zvyšování čisté produkce. Zvyšoval se podíl zemědělských produktů určených trhu, což vedlo k postupnému otevírání ekosystému. Tím však docházelo k exportu minerálních živin mimo ekosystém a tyto ztracené živiny musely být uhrazovány nákupem přiměřeného množství průmyslových hnojiv, aby se nesnížila produktivnost ekosystému. Postupně tak byly navazovány ekologické souvislosti mezi zemědělstvím a průmyslem, rozvíjel se obchod nejen se zemědělskými komoditami, ale i s průmyslovými hnojivy a se zemědělskými stroji.

Většina prací byla vykonávána využíváním síly lidí a tažných zvířat, ale objevuje se i nový fenomén, dodatková energie. Nejprve to je energie vázána v průmyslových hnojivech, s prvními traktory se počítá využívat i energie fosilních paliv a pro stacionární mechanismy se rozšiřuje využívání elektrické energie v zemědělství. Tento způsob hospodaření byl běžný ještě před několika málo desítkami let a v řadě oblastí světa i Evropy přetrvává dodnes. Je to systém dosud převážně uzavřený, i když se začínají objevovat první projevy otevírání agroekosystému. Celkově asi 90% produktu se spotřebovává uvnitř ekosystému a zhruba jen 10% je směřováno na trh. V zemědělské prvovýrobě pracovalo 20-25% obyvatelstva, takže jeden výkonný zemědělec uživil kromě sebe ještě další 3-4 lidi. Výnosy plodin nebyly z dnešního hlediska nijak pozoruhodné, avšak v daných podmínkách zcela vyhovující. Například u obilovin, pěstovaných na polovině výměry orné půdy, byly za velmi dobré považovány výnosy kolem 2,5 t zrna z hektaru. Předností tohoto systému byla stabilita, založená především na pevném osevním postupu a na propojení rostlinné a živočišné výroby, což zajišťovalo pravidelné vyhnojování pozemků statkovými hnojivy. Z ekonomického hlediska lze systém hodnotit tak, že tržním záležitostem podléhalo zemědělství jen velmi málo. Práce nebyla obvykle finančně honorována, zemědělec však nenakupoval potraviny, všechno potřebné mu poskytoval ekosystém. Pro spotřebitele ve městech byl tento způsob hospodaření vyhovující, protože zajišťoval levné potraviny v dostatečném množství.

Rychlý postup modernizace společnosti a rychlý vývoj techniky však vede k dalšímu výraznému otevírání ekosystému, což si vynucuje zásadní změny v zemědělské výrobě. Tyto změny přicházejí tak rychle, že se s nimi i samotní zemědělci jen obtížně vyrovnávají.

1.3. Hospodaření v otevřeném ekosystému

Obecně platí, že otevřené ekosystémy se vyznačují vysokou úrovní čisté produkce, současně však nižší stabilitou v porovnání se systémy uzavřenými. Zemědělský podnik realizuje na trhu většinu své produkce a případně i celý její objem, aniž by to vedlo ke zhroucení systému. Dochází však k narušení nebo i k přerušení cyklických vazeb uvnitř ekosystému a původní koloběh v rámci jedné farmy se mění na jednosměrný proud hmoty a energie. Stabilitu takového systému, kde jsou vnitřní vazby silně narušeny, je možné udržovat pouze masivními energetickými a materiálovými vstupy zvnějšku. Současný otevřený ekosystém má s původním agrosystémem společného jen málo, rychle se mění na systém lineárního charakteru, kde jeden energomateriálový tok směřuje ze zemědělství ven a druhý dovnitř. Moderní zemědělství se tak přibližuje průmyslu, ztrácí svou původní specifičnost a stává se závislým na zákonitostech trhu.

Vysoká čistá produkce současného zemědělství je podmíněna především vysokou výrobností ekosystému. A ta zase závisí na vysoké úrovni minerálního hnojení. Další energomateriálové vstupy do moderní zemědělské výroby představují pohonné hmoty, elektrická energie, pesticidy, krmiva a léčiva pro hospodářská zvířata. Na výrobnosti ekosystému se v značné míře podílí i genetika, především nákup šlechtěných osiv výkonných odrůd zemědělských plodin. Tím jsou ovšem vyvolány i zvýšené finanční náklady na zemědělskou prvovýrobu. Finanční náklady rostou i vyplácením mezd v podnicích, které se neobejdou bez stálých i sezónních zaměstnanců. Většina nákladů má fixní charakter, takže jejich podíl ve výrobcích je možné efektivně snižovat pouze cestou vysokých výnosů plodin a vysokou užitkovostí hospodářských zvířat. V současné době také nejsou mimořádné například výnosy obilovin na úrovni 5 t/ha a vyšší. Za několik posledních desetiletí také velice stoupla produktivita v agrární sféře. Podle údajů z roku 2003 pracují v ČR v zemědělské prvovýrobě 4,4% obyvatelstva a z toho vyplývá, že jeden pracovník je schopen uživit už asi 22 dalších lidí oproti dřívějším třem až čtyřem. A lze si představit i snížení počtu pracovníků v zemědělství. Při 3% by pak jeden výkonný zemědělec uživil dalších 32 obyvatel. Ve skutečnosti je dnes zemědělství schopno uživit ještě více lidí. Vezměme v úvahu jen prostý fakt, že výnosy většiny plodin je oproti minulosti možno zvýšit minimálně na dvojnásobek, přičemž počet obyvatelstva se nezvyšuje. Otevřený ekosystém se svou vysokou čistou produkcí zavádí do zemědělství nový fenomén, totiž nadvýrobu potravin. Každému je přitom asi jasný zásadní rozdíl mezi nadprodukcí v průmyslu a v zemědělství. Nelze pochybovat o tom, že industriální sféra produkuje víc, než by bylo objektivně nutné. S pomocí reklamy je však možné průmyslové výrobky na trhu realizovat, samozřejmě v závislosti na kupní síle obyvatelstva. Takto to u potravin však nefunguje. V globálu nelze na trhu uplatnit víc potravin, než kolik odpovídá počtu obyvatel a kapacitě jejich žaludků. Reklamní kampaň typu „jezte víc, dopřávejte si větší porce“ by asi úspěch neměla a také pochopitelně nemá. Nadvýroba potravin je vážným problémem moderního zemědělství. Řešení se hledá převážně v oblasti ekonomicko-politické. Není však účelem této publikace posuzovat vhodnost určování výrobních kvót a dotací pro zemědělskou výrobu. Chceme se pokusit podívat na problém ekologicky a na této bázi také hledat cesty a způsoby hospodaření na půdě v podmínkách otevřeného ekosystému. Otevřený ekosystém můžeme kromě vysoké čisté produkce a nutnosti soustavného dodávání energie a hmot charakterizovat ještě i jeho schopnosti přizpůsobovat se vnějším podmínkám. Prakticky to znamená hledat další možnosti zaměření zemědělství, než na tradiční výrobu potravin. Je pravděpodobné, že v budoucnosti vystačíme při výrobě potravin s menší, možná poloviční výměrou zemědělské půdy, než tomu bylo dříve a než je tomu často ještě dnes. Bude zřejmě žádoucí umístit potravinářskou výrobu do nejproduktivnějších oblastí, kde lze s nejnižšími možnými náklady dosahovat nejvyšších možných výnosů pěstovaných plodin. Tím se zvýší ekonomická efektivnost potravinářské výroby a zároveň to je jediná racionální cesta ke zlevnění potravin. Zároveň mohou zemědělci své farmy podle místních podmínek vhodně specializovat, například na chov skotu bez tržní produkce mléka, na chov koz a ovcí se zaměřením na výrobu sýrů, na zelinářskou výrobu a podobně. Uplatnění najdou i dosud méně běžné potravinářské plodiny, jako je například pohanka, proso, mák, sója, chřest, křen a další, které mohou také vylepšit ekonomickou situaci zemědělských podniků. Je jasné, že do podobných programů se musí zapojit i zemědělský výzkum a šlechtitelství.

1.4. Nepotravinářské zemědělství

V produkčně méně vhodných oblastech se zemědělci mohou zaměřit především na výrobu nepotravinářskou, v rekreačně zajímavých oblastech pak na agroturistiku spojenou s chovem koní. Tyto aktivity umožní prosperitu zemědělského podnikání i v těchto oblastech. Pro přehlednost si nepotravinářské zemědělství rozdělíme do dvou základních kategorií na pěstování průmyslových a na pěstování energetických rostlin.

A. Průmyslové rostliny

Celá řada rostlin může sloužit jako surovinová základna pro nejrůznější odvětví průmyslové výroby. Partnerem pro zemědělství může být například průmysl farmaceutický a kosmetický, případně i potravinářství. Zde najdou uplatnění rostliny jako heřmánek, pupalka, máta, dobromysl i další. Jistě se najdou i nové druhy rostlin, vhodné pro zavedení do kultury a pro jiné tradičně pěstované plodiny se v průmyslu najde nové netradiční využití. S podporou výzkumu rostlinných zdrojů můžeme očekávat nejen rozvoj výroby různých speciálních produktů, jako jsou například potravinové nebo krmné doplňky, enzymatické preparáty, vitaminové koncentráty a biostimulátory, ale také rozvoj výroby fytoncidů a biopesticidů. Žádoucí by byla výroba bioplastů, které by postupně nahradily plastické hmoty z čistě chemických zdrojů.

Vrátíme se i ke starým kulturním rostlinám, dříve ceněným, dnes neprávem opomíjeným. Příkladem může být konopí seté. Tato rostlina má mnohostranné využití nejen jako textilní surovina, ale také jako surovina pro výrobu kvalitního papíru, může poskytovat i některé stavební materiály a být využita k výrobě léčiv a kosmetiky, speciálních potravin a dokonce je vhodná i pro energetické využití.

B. Energetické rostliny

Perspektivní výrobní zaměření pro mnoho zemědělských podniků nabízí právě fytoenergetika. Jde o to, z části nahradit fosilní energetické suroviny obnovitelnými zdroji pro získávání energie. V našich podmínkách lze sice uvažovat o využívání větrné energie nebo energie vodních toků, zdaleka nejvhodnější se však ukazuje energetické využití biomasy. To může mít řadu předností, a to jak ekologických, tak i ekonomických a sociálních. Z globálně ekologického hlediska je nejdůležitější fakt, že spalování rostlinné hmoty nevede ke zvyšování koncentrace oxidu uhličitého a dalších tzv. skleníkových plynů v ovzduší. Naproti tomu spalování fosilních paliv je příčinou hromadění těchto plynů v atmosféře, což vyvolává skleníkový efekt a následně i změny klimatu. Rovněž podíl škodlivých látek ve spalinách biomasy je v porovnání s fosilními palivy zanedbatelný. Z hlediska ekonomicko-sociálního se jako zajímavá nabízí možnost lokálního využití biomasy pro vytápění sídlišť, obcí nebo jejich částí. V takovém případě se obce stávají soběstačnými v získávání tepla, finanční prostředky obíhají převážně v uzavřeném cyklu v rámci obce a zároveň se vytvářejí možnosti rozvíjení podnikatelských aktivit a rozšiřují se pracovní příležitosti pro obyvatele obcí. Biomasu lze samozřejmě využívat i dalšími způsoby, např. lisováním a tvarováním do pelet nebo briket, určených k prodeji mimo obec, anebo biomasu spalovat v elektrárnách apod.

Pro zemědělskou prvovýrobu znamená orientace na fytoenergetiku specializaci na takové rostliny, které jsou schopny poskytovat vysoké výnosy biomasy v sušině. Zároveň jde i o to, aby pěstování energetických rostlin bylo ekonomicky zajímavé. Takto stanoveným kriteriím nejlépe odpovídají dvě skupiny rostlin, jejichž společnou charakteristikou je to, že se jedná o víceleté kultury, které na jednom stanovišti vydrží až 20 let i více. Jsou to lignikultury, v podstatě plantáže rychle rostoucích dřevin, jako jsou topoly a vrby. Druhou skupinou pak tvoří plodiny, které jsou bylinného charakteru a jejichž plantáže se zakládají převážně generativně, výsevem osiva, zatímco dřeviny množí převážně vegetativně např. řízkováním. Z této skupiny jsou nadějné zejména krmný šťovík Uteuša původem z Ukrajiny a také často ochránci přírody zatracovaná křídlatka. Pro účely fytoenergetiky mohou být využity i další druhy plodin, zejména víceleté, jako např. komonice nebo jestřabina. Na některých farmách může být vhodné i zařazení jednoletých rostlin, určených k přímému spalování. Tomu účelu může sloužit již výše uvedené konopí, případně jiné mohutné rostliny, jako čiroky, kukuřice apod. Energeticky je možno využít i některé vedlejší produkty, především slámu obilovin a řepky.

Rostliny mohou být i zdrojem netradičních pohonných hmot pro motorová vozidla. V současnosti se např. rozšiřuje pěstování řepky jako suroviny pro výrobu tzv. bionafty. Rostlinné oleje totiž mohou částečně nebo i úplně nahradit ropné produkty. Jinou možnost skýtá pěstování rostlin pro přípravu technického ethanolu, kterým může být nahrazen benzin. Energii můžeme získat i z neživé biomasy hnojišť nebo skládek organického odpadu, kde probíhá proces methanogeneze, při němž se vyvíjí tzv. bioplyn. I ten je použitelný mimo jiné pro pohon motorových vozidel. Asi není nutné zdůrazňovat, že tyto perspektivní pohonné hmoty jsou velice šetrné k životnímu prostředí a je proto žádoucí nahrazovat jimi ropné produkty všude, kde to je možné.

Perspektivně se za nejčistší a zároveň nevyčerpatelný zdroj energie považuje vodík. Objevily se již informace, že v dohledné době budou na trhu uvedeny první sériově vyráběné automobily na vodíkový pohon. Ať tyto záměry automobilek dopadnou jakkoli, jasné je, že energetické využití vodíku se dostává do středu pozornosti aplikovaného výzkumu všude ve světě. V této souvislosti je vhodné upozornit na skutečnost, že jednou z perspektivních technologií získávání vodíku ekonomicky výhodným systémem je zpracování biomasy na bázi mikrobiologických procesů.

1.5. Stabilizace otevřeného ekosystému

Otevřený ekosystém vytváří pro zemědělství zcela nové podmínky, odlišné od dosavadních způsobů hospodaření na půdě. Především musíme počítat s velkou rozmanitostí, jak pěstovaných plodin, tak i výrobního zaměření jednotlivých zemědělských podniků. Z ekologického pohledu je tato rozmanitost přínosem, protože přispívá ke stabilizaci ekosystému, a tím vytváří podmínky pro stabilizaci a budoucí prosperitu zemědělství jako národohospodářského odvětví. Jednotlivé zemědělské podniky budou nuceny v návaznosti na své přírodní a ekonomické podmínky hledat vhodnou výrobní specializaci a zároveň navazovat různé formy kooperace s dalšími farmami, průmyslovými podniky i s komunální sférou. Uzavírání koloběhů hmoty a energie bude možné jen v měřítkách širších regionů, nikoliv jen v rámci jedné farmy. Propojením zemědělské prvovýroby s průmyslem, energetikou i komunální sférou budou položeny základy pro přechod od uzavřeného zemědělského ekosystému k otevřenému agroindustriálnímu ekosystému. Jedině na těchto ekologických základech je možné budovat také ekonomickou stabilitu zemědělského podnikání. A mělo by být srozumitelné, že od stability ekonomické se dále odvozuje stabilita sociální. V praxi to bude znamenat, že zemědělský podnik musí své výrobní zaměření orientovat nikoliv podle tradice, podle požadavků trhu. Vyrábět se musí to, co trh žádá, nikoliv lpět na tradičních produktech bez ohledu na to, zda jsou ziskové nebo ztrátové. Přechod na hospodaření v otevřeném ekosystému je výzvou i pro aplikovaný výzkum nejen v zemědělství a souvisejících oborech, ale i v průmyslu a energetice. Všeobecně se soudí, že 21. století bude stoletím biotechnologií. V současné době se biotechnologie odvíjejí převážně od výzkumu genetického s praktickým uplatněním především v medicíně a ve šlechtění rostlin a hospodářských zvířat. Nepochybně je to velmi významné. Do budoucna bychom měli však počítat i s tím, že se biotechnologický výzkum zaměří i na problematiku půdní úrodnosti a na zpracování rostlinných produktů v průmyslu a energetice. Konečně samotné zemědělství je nejstarší a nejrozšířenější biotechnologií na světě.

V současné době je základním úkolem zemědělského výzkumu i praxe stabilizace otevřeného agroindustriálního ekosystému. Přes všechny systémové změny, k nimž dochází a které jsme se pokusili jen povrchně a stručně popsat, zůstávají základní principy fungování ekosystému stále stejné. Základním prvkem ekosystému je samozřejmě rostlina jako primární producent organické hmoty. Proces fotosyntézy, využívající energie slunečního záření, je hlavním energetickým zdrojem pro rostlinu i nadále. Do otevřeného ekosystému však navíc vstupuje dodatková energie, která přímo ovlivňuje fyziologické procesy v rostlinném organizmu. Jsou to především minerální hnojiva, používaná v relativně vysokých dávkách, aby uhradila vysoký export rostlinných živin z otevřeného ekosystému. K jejich účelnému využití na tvorbu výnosu je potřebná další energie, nutná k humifikaci. Zvlášť významná je povrchová energie půdních koloidů, která umožňuje výměnnou, sorpci minerálních prvků na vnitřních površích půdy. Energetickým i materiálovým zdrojem pro tyto procesy je organické hnojení. Jeho význam je značný, protože obsah a kvalita půdního humusu nesmí klesnout, aby se nesnížila půdní úrodnost. Organickým hnojením však nelze množství humusu zvýšit nad určitou ekologickou mez, která je určována půdně klimatickými podmínkami daného stanoviště. Překročit tyto meze lze jinými metodami, o nichž bude pojednáno dále.

1.5.1. Organické hnojení

Klasickým způsobem stabilizace ekosystému je dodržování pevného osevního postupu s cyklickým vyhnojováním statkovými hnojivy a se zařazením víceletých pícnin. Tento způsob je použitelný také i v otevřeném ekosystému u podniků, které se budou věnovat potravinářské výrobě při zachování tradičních vazeb mezi rostlinnou a živočišnou výrobou. Podniky bez živočišné výroby však budou muset hledat jiné možnosti zajištění organické hmoty pro hnojení půdy. V otevřeném ekosystému odchází značná část vypěstované nadzemní biomasy mimo farmu. Tato organická hmota pak pochopitelně schází pro udržování půdní úrodnosti. Zároveň se však na skládkách komunálního odpadu hromadí kvanta organické hmoty, v níž jsou vázány i minerální prvky odebrané z půdy, a také energie pocházející ze slunečního záření. Obdobně se i v užitkové vodě nachází značná množství organických látek, která se posléze v čističkách odpadních vod koncentrují v čistírenských kalech. Tyto materiály jsou pro ekosystém a konečně i pro národní hospodářství nesmírně cenné a je proto přímo ekologickým imperativem navracet je zpět do půdy. Skládky komunálního odpadu a čističky odpadních vod poskytují zdroje pro výrobu kompostů a pěstitelských substrátů s jejichž pomocí je možné navracet půdě úrodnost a udržovat ji v produkčním stavu. Organická hmota může být při kompostování využita i dalšími způsoby, aniž by došlo ke snížení kvality výsledného organického hnojiva. Jde například o extrakci vodorozpustných humusových látek a následnou výrobu humusových preparátů. Jinou možností je jímání methanu, který na skládkách samostatně vzniká, a jeho energetické využití pro vytápění objektů nebo vytápění objektů nebo pohon motorových vozidel.

Pojednali jsme již o významu organického hnojení pro stabilní ekosystém s tím, že není možné překročit ekologické meze obsahu humusu v půdě a uvedli jsme, že existují způsoby, jak se s tímto problémem vyrovnat. Přitom nejde ani tak o množství celkového humusu v půdě, ale o zvýšení obsahu jeho nejcennější formy, humátu vápenatého. V případě, kdy přirozený obsah humátu vápenatého v půdě není v souladu s množstvím minerálních prvků a nedokáže je vázat v půdním prostředí, je účelné tuto formu humusu aplikovat na půdu ve formě preparátu. Je to jedna z vyzkoušených možností, jak zvýšit účinnost vyšších dávek minerálních hnojiv.

1.5.2. Rekultivace a revitalizace krajiny

Pokud sledujeme vztah mezi humusem a půdou se zaměřením na stabilizaci otevřeného ekosystému, musíme věnovat pozornost ještě jednomu problému. V některých regionech se setkáváme s krajinou devastovanou povrchovou těžbou hnědého uhlí nebo i jinými způsoby také tyto krajinné partie narušují stabilitu ekosystému. Je nejvýše potřebné tyto zničené ekosystémy rekultivovat a následnou revitalizací je uvádět do kulturního stavu. Není přitom důležité, k jakým účelům bude revitalizovaná krajina sloužit, zda zemědělství, lesnictví, rekreačním, nebo i jiným účelům. Podstatné je pouze to, aby byla z těchto ploch vytvořena kulturní krajina s určitým produkčním potenciálem a estetickou hodnotou. Nezbytným prvkem rekultivace, revitalizace a následné stabilizace je i v tomto případě humus a jeho různé formy. O některých možnostech řešení rekultivací deficitních půd a zemin je dále pojednáno v kapitole 2.

1.5.3. Minerální hnojení v otevřeném ekosystému

Charakteristickým rysem otevřeného ekosystému je vysoký podíl čisté produkce na produkci celkové, což v praxi znamená, že značná část nově vytvořené biomasy je ze systému pravidelně odváděna. Spolu s ní jsou odváděny i minerální prvky, které představují rozhodující faktor výrobnosti ekosystému. Abychom zabránili poklesu produkčního potenciálu systému a jeho následnému zhroucení, musíme odčerpané rostlinné živiny do systému vracet. Tím je zdůvodněno používání relativně vysokých dávek minerálních hnojiv. Obecně je známo, že vysoká úroveň minerálního hnojení má svoje úskalí. Projevuje se působení zákona o klesajících přírůstcích výnosů, přičemž vyššími dávkami hnojení docilujeme stále nižšího zvýšení výnosu, až se dostaneme do situace, kdy efekt hnojení je minimální nebo dokonce i negativní. Při zvýšených dávkách minerálních hnojiv jejich účinnost klesá, stále větší část aplikovaných živin není efektivně využita v procesu tvorby výnosu, a to pro pěstitele znamená ekonomickou ztrátu. Nevyužité živiny se mohou stát i nebezpečím pro životní prostředí, zejména tehdy, kdy kontaminují spodní i povrchové vody se známými důsledky, jako je například zvýšený obsah nitrátového dusíku v pitné vodě, eutrofizace vodních nádrží apod. Dostatečně známé jsou i další negativní dopady zvýšené intenzity minerálního hnojení, které mohou přivést až k odmítání minerálního hnojení vůbec a k hledání takových způsobů hospodaření na půdě, které by se obešly bez používání průmyslových hnojiv. Z ekologického hlediska jsou to tendence vyloženě nesprávné, a to i přesto, že se často právě ekologickým přístupem k zemědělství přibližují. Vždyť i v ekologickém zemědělství se některé živiny musí dodávat v minerální (byť přirozené) formě.

Dosud jsme se zabývali hlavně půdním prostředím a jeho vlivem na příjem minerálních živin rostlinami. Poukázali jsme na význam procesů přeměn organické hmoty v půdě a na stabilizační funkci humusu pro půdní úrodnost, přičemž jsme zdůraznili význam humátu vápenatého pro vznik humusojílového sorpčního komplexu. Upozornili jsme tak na skutečnost, že obsah humusu a jeho kvalita v půdě závisí na půdně klimatických podmínkách stanoviště a nikoliv na množství použitých organických hnojiv. Rovněž jsme upozornili na možnost dodávat půdě humát vápenatý ve formě preparátu. Všechno nasvědčuje tomu, že pro každou lokalitu existuje určitý ekologický strop, nad nějž již není možné zvyšovat produkční potenciál ekosystému. Pro hospodaření v otevřeném ekosystému může být ovšem žádoucí tyto ekologické bariéry prolomit a dostat se s výnosy plodin do vyšších pater při současném udržení příznivých ekonomických parametrů pěstování rostlin.

1.5.4. Ovlivnění rostlinného metabolismu ve vztahu k minerálnímu hnojení

Po vyčerpání možností ovlivňovat vnější prostředí růstu rostlin se pozornost zaměřuje na samotnou rostlinu. V tomto směru se dosud využívá především genetika a moderní šlechtitelské metody, jejichž výstupem jsou rostliny, schopné efektivně využívat podmínek prostředí a odolávat nepříznivým vlivům. Dosud se však příliš nevyužívá metod, založených na ovlivňování fyziologických procesů v rostlinném organismu. Na rostlinu se díváme převážně jako na objekt našich zásahů do jejího vnějšího prostředí s přesvědčením, že na ně bude pozitivně reagovat. Rostlina je však také biologickým subjektem schopným své prostředí ovlivňovat a čerpat z něj jak potřebné látky, tak i energii a informace. Je schopna aktivně přijímat minerální živiny a kořenovými výměšky ovlivňovat prostředí svého růstu tak, aby pro ni bylo příznivé. Předpokladem naplnění těchto systémových funkcí rostliny je určitá energetická a zřejmě i informační úroveň organismu, která zabezpečí optimalizaci fyziologických a metabolických procesů v samotné rostlině. Prakticky posuzováno, v souvislosti se zvýšenou intenzitou minerálního hnojení je nutné dodat rostlině tolik energie, aby se zvýšila její příjmová kapacita pro živiny a zároveň byly přijaté živiny maximálně efektivně využity na tvorbu výnosu. V podstatě nejde o zvyšování dávek minerálních hnojiv, především by nám mělo jít o zvýšení účinnosti, a to jak ve smyslu agronomickém, tak i ekonomickém.

Nositelem energie v půdním prostředí je humus. Z hlediska přímého vlivu humusových látek na rostliny mají zásadní význam pro zvýšení energetické úrovně organismu vodorozpustné formy humusu typu alkalických humátů. Povrchová energie rozpustných humusových látek ovlivňuje jak procesy v kořenovém médiu, tak i metabolické procesy v rostlině. Půda pravidelně obsahuje nevelká množství rozpustných alkalických humátů. V podmínkách zvýšené intenzity minerálního hnojení se však toto množství ukazuje jako nedostatečné. Proto je účelné vnášet do půdy energetické humáty zvnějšku ve formě preparátů a optimalizovat tak poměr mezi rozpustnými formami humusu a minerálními ionty v půdním roztoku. Docílí se tak zvýšení příjmové kapacity rostlin pro minerální živiny a zároveň i zvýšení účinnosti aplikovaných hnojiv na tvorbu výnosu. Tím je zdůvodněno používání humusových preparátů při hospodaření v otevřeném ekosystému.

1.5.5. Širší souvislosti stabilizace otevřeného ekosystému

Stabilizace otevřeného ekosystému představuje složitější problém než udržování stability v uzavřeném ekosystému, jehož stabilita je založena na pevném osevním postupu a recyklaci hmoty a energie s uzavřeným koloběhem v rámci jednoho statku. Jak jsme ukázali, hospodaření na půdě v otevřeném ekosystému má řadu variant, vycházejících z různě zvolené specializace jednotlivých podniků, a to od klasické a tradiční potravinářské produkce až po různě zaměřenou nepotravinářskou výrobu a služby. Protože neexistuje jednotný model zemědělského statku, nemůže existovat ani jednotný a zároveň jednoduchý způsob stabilizace systému. Rozhodně musíme počítat s tím, že v řadě podniků nebude možné vytvářet klasické osevní postupy a že uzavírání materiálových a energetických cyklů bude možné jen na úrovni větších územních celků, než je jednotlivá farma. Vzroste vzájemná závislost mezi zemědělskými podniky a také mezi agrární, industriální i komunální sférou. V každém případě se posílí vliv ekonomických faktorů na zemědělskou výrobu, v nových souvislostech se objeví sociální problematika venkova a to vše bude vytvářet tlaky i na vypracování otevřené agrární politiky. Do budoucna je neúnosné, aby stát dotoval nadvýrobu potravin. Není třeba se obávat, že bez masivních dotací zemědělství zanikne a že budeme odkázáni na dovoz potravin. Nejde o zánik, ale restrukturalizaci zemědělské výroby. Proto by z peněz daňových poplatníků měli být podporováni především ti výrobci, kteří pochopili, jaké možnosti jim otevřený ekosystém dává a na restrukturalizaci se podílejí. To se týká také průmyslových, komunálních, výzkumných a dalších činností, zaměřených na účelnou kooperaci se zemědělskou prvovýrobou. Uvažujeme tak, že zemědělský podnik zaměřený na netradiční potravinářskou výrobu, na pěstování rostlin jako surovinového zdroje pro různá odvětví průmyslu i místních řemesel, na fytoenergetiku nebo na služby, jejichž smyslem je v podstatě péče o krajinu, vytváří předpoklady nejen pro vlastní prosperitu, ale zároveň otevírá možnosti pro rozvoj podnikatelských aktivit v rámci mikroregionu. Tím se rozšiřují pracovní příležitosti pro obyvatelstvo, což zase přispívá k sociální stabilitě venkovských oblastí. Zlepší se i ekonomická situace tradičních zemědělských podniků, orientovaných na potravinářskou výrobu, které by měly být situovány do nejprodukčnějších oblastí, kde s využitím moderních agrotechnologií mohou dosahovat i s relativně nižšími náklady vyšších výnosů plodin a následně i vyšší užitkovosti hospodářských zvířat. Cílem všech těchto změn by mělo být podstatné omezení, ne-li úplné zrušení nadvýroby potravin.

Otevřený agroindustriální ekosystém je třeba posuzovat ve všech naznačených souvislostech s respektováním všech vnitřních i vnějších vazeb ekosystému. Přes všechny tyto široké souvislosti nesmíme zapomínat, že produkční potenciál zemědělství závisí především na půdě a rostlinách. Z tohoto hlediska považujeme za jeden z nejdůležitějších činitelů stabilizace ekosystému humus a jeho různé formy. Význam humusu v otevřeném ekosystému nejen neklesá, ale naopak vzrůstá. Můžeme předpokládat, že se rozšíří sortiment organických a humusových hnojiv a vedle klasických průmyslových kompostů se na trhu objeví i pestrá škála humusových preparátů, půdních zlepšovačů a mikrohnojiv na bázi humusových látek. Významným surovinovým zdrojem pro výrobu organických a humusových hnojiv se stanou komunální odpady včetně kalů z čističek odpadních vod, ale i některé odpadní materiály z různých odvětví průmyslu. Nově budou zhodnoceny i některé přírodní suroviny. Tím se otevírají možnosti pro rozvoj podnikání především na regionální úrovni. Průmysl organických hnojiv a humusových preparátů, zabezpečující především recyklaci hmoty a energie, se stane jedním z pilířů stability otevřeného agroindustriálního ekosystému.

Literatura ke kapitole 1

1. VÁŇA J. : Cíle výroby elektrické energie a tepla z obnovitelných zdrojů do roku 2010. : In : Netradiční zdroje energie, Planeta 3, 2003
    
2. PETŘÍKOVÁ V. : Zdroje a možnosti využití biomasy, pěstování energetických rostlin. : Netradiční zdroje energie, Planeta 3, 2003
    
3. MILTR L. : Energetické využití biomasy z pohledu zemědělství. In : Netradiční zdroje energie, Planeta 3, 2003

Tweet

Novinky z Prodevalu: zkapalňování CO2, Valopur DFM a nová výrobní linka na jihu Francie

Regulace teploty plynových motorů

Bioplynová stanice s kogeneračními jednotkami TEDOM

Olej pro plynové motory – klíčová volba pro kogenerační jednotky

Kam směřuje české odpadové hospodářství z pohledu prevence jejich vzniku?