Současný výzkum vztahů mezi rostlinami a půdním mikrobiálním společenstvím zásadně prohlubuje naše poznání o tom, jak je to s tvorbou organické hmoty a s úrodností půdy. Jaroslav Záhora, odborník na půdní mikrobiologii, v rozhovoru vysvětluje, jak rostliny na základě spolupráce s dalšími organismy získávají živiny i bez externích vstupů a jak tzv. dusíkový luxus neumožňuje vytvářet přirozené půdní vztahy.
Od druhé světové války se díky šlechtění, zvýšeným dávkám hnojiv a pesticidů téměř ztrojnásobily výnosy tržních plodin, snaha o intenzifikaci výnosů pokračuje dodnes. Z hlediska výnosů však spíše rychle než pomalu narážíme na strop toho, co můžeme z půdy „vytěžit“. Jaká diskuse se dnes vede v odborných kruzích ohledně půdní úrodnosti?
Půdní úrodnost je charakteristika, která je vázána na výnos, na něco, co je měřitelné. Už od roku 1994 se ale objevují názory, že by se charakteristika půdní úrodnosti měla rozšířit. Měřitelný výnos není totiž dobrým měřítkem toho, co všechno intuitivně vnímáme jako půdní úrodnost. Taková charakteristika by měla zohledňovat také takové půdní vlastnosti, které by se během realizace našeho výnosového snažení neměly měnit. Jde zejména o zachování mimoprodukčních funkcí půdy, o koloběh vody a celkovou kvalitu prostředí.
Existuje podle vás nějaká kvalitní definice úrodnosti půdy, která se nedívá na půdu pouze instrumentálně na základě zvyšování výnosů, ale zohledňuje i tzv. ekosystémové služby a zároveň antropogenní vlivy?
Přesnější charakteristiku půdní úrodnosti definuje v roce 1994 Doran jako schopnost půdy udržovat biologickou produktivitu, udržovat nebo zlepšovat kvalitu vzduchu a vody a podporovat zdraví rostlin, zvířat a lidí. Tuto schopnost půdy fungovat jako vitální živoucí systém v rámci daného ekosystému a v určitých ohraničených obhospodařovaných celcích nazývá kvalitou a zdravím půdy. Od první formulace konceptu kvality a zdraví půdy se sice stále hledá rovnováha mezi oběma termíny, kvalitou a zdravím, nicméně zásadní problém zůstává a tím je nalezení spolehlivých indikátorů kvality a zdraví půdy. Velmi nadějnými se zdají být tzv. Master Properties , které byly definovány poměrně nedávno, v roce 2019, týmem profesora Kuzyakova z německé univerzity v Göttingenu. Zmínění autoři se sice nevěnovali hledání indikátorů kvality a zdraví půdy, ale rozdílu mezi pedogenezí, tj. přirozeným vývojem půdy, a agropedogenezí , vývojem půd ovlivněným člověkem. Konstatují, že bez vlivu člověka je tvorba půdy určována pěti základními půdotvornými faktory; matečnou horninou, klimatem, organismy, reliéfem a časem. Podle nich je nutno jako šestý půdotvorný faktor přidat vliv člověka . Pro posouzení míry vlivu člověka definují hlavní půdní vlastnosti (tzv. Master Properties ), které jsou nejen zvláště citlivé na nežádoucí změny půd vyvolané obhospodařováním, ale mohou současně posloužit také jako indikátory kvality a zdraví půd. Jsou jimi objemová hmotnost půdy, stabilita půdních agregátů, obsah půdní organické hmoty, poměr C : N, pH, uhlík v mikrobiální biomase a bazální respirace půdy a to vše ve dvou půdních horizontech A a B. Vyjmenované půdní vlastnosti jsou pro posouzení kvality a zdraví půd ideální – jsou dostatečně citlivé a současně dostatečně robustní, jsou relativně nezávislé na sobě navzájem a současně významně ovlivňují další půdní vlastnosti. Z měření jejich změn v čase lze odvodit degradační nebo zlepšující se tendence v půdě. Velkou výhodou zvolených hlavních půdních vlastností je jejich srozumitelnost – možnost propojit vědu a praxi jednoduchou interpretací zjištěných změn.
Lze si to ukázat například na objemové hmotnosti a na stabilitě půdních agregátů. Laicky – čím je půda poréznější, čím má nižší objemovou hmotnost, tím je v ní víc kapilárních a zejména nekapilárních pórů, tím také lépe převádí povrchovou vodu na vodu, která zatéká do hloubky půdy, v níž je následně dostupná pro rostliny a současně chráněná před výparem. Půdu s nižší objemovou hmotností si můžeme představit také jako lépe větranou podzemní stáj pro všechny půdní organismy. Tam, kde se půdní plyny mohou vyměňovat, dochází k urychlení transformací látek a k jejich efektivnějšímu zužitkování. Další měřitelnou charakteristikou je stabilita půdních agregátů. Jde o stabilitu drobných hrudek půdy, jejichž základem je zvětralina původního matečného materiálu o různé zrnitosti, stmelená do jednoho celku hlenovitými tmely pocházejícími z pestrých aktivit živé půdní složky, zejména mikrobiální. Tyto půdní agregáty vytvářejí to, co v minulosti sedlák vnímal jako kyprou půdu, která se mu po nabrání do dlaně krásně rozpadá mezi prsty. Dnes člověk na našich orných půdách není schopen zažít takovýto pocit. S obdobnou interpretací bychom mohli pokračovat i u zbývajících šesti hlavních půdních vlastností.
Existují etické komise pro nukleární bezpečnost, etické komise při zdravotnických zařízeních… Setkal jste se někdy s tělesem, které bychom mohli nazvat etickou komisí pro půdu?
Vím, že v Německu existuje podobný úřad, že tam jsou skupiny nevládních organizací, které sdružují zájemce o bezorebné hospodaření, skupina, která směřuje k vynechání používání agrochemikálií v zemědělství, ale vyloženě institucionálně je to těžko uchopitelné.
Existuje zatím stále marginální proud vědy a výzkumu o půdě, který podle všech indicií představuje změnu paradigmatu ve vztahování se k půdě, v chápání její role, funkcí a toho, co znamená živá a úrodná půda. V kontextu zemědělské půdy je jedním z projevů stále častěji používaný narativ, že půda není samostatná složka, ale že je výsledkem symbiózy mezi rostlinami a půdní havětí, teprve výsledek této interakce vytváří a vyživuje půdu. To je představa hodně odlišná od nejrozšířenější praxe, která předpokládá, že úrodnost se zajišťuje externími vstupy. Jak rozumíte těmto protichůdným narativům?
No, není lehké na to odpovědět. Půda je výsledek dlouhodobých procesů. Tyto procesy zpřetrhat nějakými radikálními vstupy a zjednodušit je na narativy „já potřebuji, já dodám“, hloupým argumentem o „zajištění konkurenceschopnosti“ a tak dále, je poměrně problematické. Společnost nemá dostatek odvahy otevřít tento problém přímo v jádru a zabývá se spíše okrajovými tématy, která mohou pro řadu institucí přinášet nějaká nosná témata a výzkumné projekty, jako je například vodní eroze. Už málo se hovoří o vnitropůdní erozi. Je špatné, když si skupina lidí, která se dostane do vlády a chce mít rychle úspěch, vybere půdu jako svoje téma. Ty nejušlechtilejší cíle lze například najít ve vládním prohlášení, cituji: „Budeme důsledně chránit zemědělskou půdu, vláda a Ministerstvo zemědělství přijmou opatření k omezení půdní eroze a její degradace, ke zvýšení obsahu organické hmoty v půdě včetně podpory precizního a k přírodě ohleduplného zemědělství.“
Ve výsledku se udělalo v podstatě to, že se stanovil nový limit pro půdní erozi. Z 16 tun na hektar se snížil na 9 tun na hektar, což nastoluje otázku: To je jako dobré, že je to přípustné? Když se odehraje první erozní událost, tak se nic neděje. Následuje výzva k monitorování opakování stejných událostí a až potom se eroze řeší. Anebo rozčlenění velkých parcelních celků na menší, s limitem 30 hektarů, aniž by tyto plochy musely být odděleny nějakou fyzickou bariérou. Když to zemědělec může přerušit nějakým 16metrovým pásem ječmene a může se opakovat ta samá plodina, tak je to alibistické řešení. Toto všechno jednak vůbec nenaplňuje vládní prohlášení, že vláda bude důsledně chránit zemědělskou půdu, a jednak obchází to hlavní, že současné zemědělství hospodaří ve stejném paradigmatu, které se zrodilo na počátku 20. století a které determinuje výnos dostupností živin v půdním roztoku.
Podle teorie aktivní mobilizace živin není vůbec nutné používat anorganická hnojiva, protože rostliny samy si dokážou skrz kořenové výměšky brát živiny z půdy. Vy se intenzivně věnujete výzkumu interakcí rostlin s půdou a půdní havětí. Popište prosím, za jakých podmínek si rostlina dobývá živiny a v čem spočívá teorie aktivní mobilizace živin.
V půdě přírodních ekosystémů může být různé množství organické hmoty. Možná že z pohledu zemědělce je špatné, že rostlina nemá v takovém půdním prostředí dostatek živin v půdním roztoku, ale z pohledu dlouhodobé udržitelnosti je to dobré. Je tam funkční půdní živá složka, která kontroluje dostupnost živin, a pokud je v půdě dost energie pro život těchto kontrolních půdních organismů, tak je osud dané živiny pojištěn a objevuje se „na požádání“ na površích a uvnitř půdních agregátů.
Člověk si musí při těchto úvahách uvědomit, že v případě hospodaření na půdě vytrhává tenounký pokryv planety z vývojové řady, která směřuje v našich podmínkách k lesu. Ta půda to ví, ty organismy to vědí, ty rostliny to vědí a na takovéto dráze není moc rozumné nechávat velké množství živin, které jsou podmínkou pro vysokou produkci, proudit půdním roztokem. Opačný cíl mají zemědělci.
V přírodních půdách je princip takový, že půda musí ukládat všech živin o trošku víc, než jich bylo na začátku vegetační sezony, aby půda mohla směřovat k lesnímu společenství. Osud živin je postupem času stále více a více kontrolován půdními houbami, které mají proti jiným mikroorganismům obrovskou výhodu: svými vlákny jsou schopny propojovat místa, která jsou na živiny chudá, s těmi na živiny bohatšími. Zkrátka a dobře jsou přípravou pro konečné stadium celého nadzemního a podzemního společenství, pro stadium lesního porostu. To, že půda má jiné cíle, než má hospodář, musí mít člověk pořád na paměti.
Teprve teď se od lékařské mikrobiologie učíme, jakým způsobem přechází půdní mikroflóra z individuálních aktivit do aktivit kolektivních, ve kterých se teprve může ukázat výhoda obrovského souhrnného povrchu mikroorganismů. Takže pro jednoduchost, v prvním okamžiku, kdy rostlina vylije ze svých kořenů stimulační, snadno metabolizovatelné látky (například jednoduché cukry), dojde k nárůstu mikrobiální biomasy. Mikrobní společenstvo dostalo od prorůstajícího kořene rostliny energii v podobě snadno metabolizovatelných látek, nedostalo ale živiny. K těm se mikrobi mohou dostat odbouráváním toho, co je uloženo v půdě ve stávající organické hmotě, a získávat tak pro sebe nezbytné živiny: dusík, fosfor, draslík, hořčík, vápník, stopové prvky. To ale pro půdu znamená ztrátu, úbytek části stávající organické hmoty. Přesto je to tak z delšího časového hlediska dobré, protože zdroje živin jsou chráněny v těsné blízkosti kořenů a vše je vázáno na to, aby prorůstající rostlina ukázala, co umí. Ukázala, že umí oslovit mikroorganismy uvolněním velkého množství látek bohatých na energii (například jednoduchých cukrů). A teprve až je mikrobiální biomasa namnožená, je to signál pro nástup predátorů, například prvoků nebo hlístic. Musí zkonzumovat více mikroorganismů, než sami potřebují pro reprodukci svých vlastních látek. Proč? Protože té původní energie, kterou vyprodukovaly ze svých kořenů rostliny, už je tam pro jejich potřeby málo. Predátoři musí získat energii ze štěpení složitějších látek, ze kterých jsou mikroorganismy složeny. Tak vlastně při získávání energie paralelně uvolňují živiny, které už sami nepotřebují, pro vstřebání pomocí kořenů. Ve výsledku se v půdě objevuje více organické hmoty, než bylo na počátku. Zdá se, že je to všechno relativně složité. Pokud se ale na děje v půdě díváme z obchodního hlediska a sledujeme toky látek a energií, už se nám to tak složitě nejeví. Rostlina nabídne cukry a dostane živiny. Že na té cestě jsou nějaké výměny mezi mikroorganismy a jejich predátory a že jsou pro půdu životně důležité, to už se dnes ví, nevědělo se to ale v minulosti.
Dlouhodobě lze sledovat narušení tohoto symbiotického vztahu mezi rostlinou a půdními organismy, tedy procesu aktivní mobilizace živin skrze fenomén , kterému vy říkáte dusíkový luxus. Mohl byste popsat, v čem je problém?
Dusíkaté látky mají kromě syntézy bílkovin a nukleových kyselin také informační roli. Rostliny se za těch 500 milionů let naučily velmi dobře číst v půdní čítance. Pokud jsou přítomny dusíkaté látky v podobě nitrátů, tak tuto skutečnost vnímají jako konečný stupeň mineralizace dusíkatých látek, jako signál luxusní nabídky dusíku. Na cestě k nitrátům byla totiž řada mezistupňů, které by rostliny také uměly přijímat : individuálně rozštěpené aminokyseliny, dále odštěpené aminoskupiny a konečně jejich protonací vzniklé amoné ionty. Pokud zájem o tyto sloučeniny v půdě není a vznikají nitráty, které jsou vodorozpustné, dochází k jejich distribuci do míst, kde je nedostatek dusíku.
Co je ale rizikové, je to, že nitrát není v půdě distribuován samostatně, že se váže na kladné ionty. Ochuzuje se tak kationtový výměnný zásobník v půdě o ionty vápníku, draslíku, hořčíku a stopových prvků. A posouvá je jinam, než původně byly uloženy. To je obrovské nebezpečí produkčně orientovaného zemědělství, které musí dusík dodávat v nadbytku, v podobě organických nebo minerálních dusíkatých hnojiv. Zemědělci o tomto nebezpečí vědí a řeší je pravidelným vápněním.
Na straně druhé v ekologickém hospodaření a v přírodních ekosystémech se pro doplnění nabídky dusíkatých látek uplatňuje celá škála rostlin a volně žijících organismů, které ovládají fixaci atmosférického dusíku z největšího zásobník dusíku. Stačí jen vzít pomyslné enzymatické nůžky a rozstřihnout dvouatomovou molekulu atmosférického dusíku a získaný reaktivní, atomární dusík navázat do prvotních organických látek. A potom už je v systému, kde není průmyslové hnojivo, každý takový dusík úzkostlivě kontrolován, je o něj sváděn permanentní souboj.
Dusík je živina, jejíhož vlivu na velikost úrody si člověk všiml již na přelomu devatenáctého a dvacátého století. Nedomyslel, ale ani tehdy domyslet nemohl , co všechno se může stát. Že hnojení dusíkem provázejí velké ztráty, které se počítají od jedné třetiny až jedné poloviny aplikovaných dusíkatých látek, a že se tyto látky objevují jak v prosakujících vodách, tak ve vzduchu zplyňováním amoniaku nebo denitrifikací. Že potom hnojí necílovou vegetaci travních porostů, sadů a lesů, že ulpívají na stavbách v dalekém okolí. A že redukované plynné složky na bázi amoniaku jsou po nějakých 8– 10 km oxidovány a pak už se stávají předmětem dálkového přenosu, kdy přehnojují vzdálené zranitelné horské ekosystémy. Ten rozměr důsledků původem nejenom ze zemědělství je takový, že si člověk říká, že přece už máme dost důkazů na to, abychom zahájili hospodaření bez vnosu průmyslových a syntetických dusíkatých látek. Je to přece drahé, vede to k používání pesticidů, protože to vede k nadbytku dusíku v pletivech rostlin, které velmi dobře vnímají parazitické houby a různé druhy parazitického hmyzu, pro něž je právě nedostatek dusíku jakousi prvotní bariérou. Takže dusíkový luxus je určitě naléhavé současné téma a hospodařit s takovými dávkami dusíku s vědomím všech nežádoucích účinků do budoucna asi nebude možné. Cena za 24 kg čistého dusíku na jeden hektar odpovídá zhruba výnosu jedné tuny pšenice. Mezinárodní dusíkovou iniciativou (INI) bylo propočítáno, že na stimulaci výnosu minerálními dusíkatými hnojivy doplácí celá společnost částkou, která odpovídá přibližně dvoj – až trojnásobku ceny použitého hnojiva. Jde o souhrn výdajů na uhrazení škod na zdraví, zkrácení života, degradaci půdy, degradaci lesních porostů, degradaci rovnováhy živin v přírodních společenstvech, změn chemického složení vody a vzduchu atd. Jednoduše existují souvislosti, které by člověk nebo odpovědné řídicí složky společnosti měly uvážit ve chvíli, kdy se rozhoduje o aplikaci průmyslového dusíkatého hnojiva (nebo o její společenské podpoře).
Děkuji za sdílení poznatků a vašich zkušeností.
Rozhovor viedol Tomáš Uhnák
