Zemědělství a biosféra

• Homo sapiens – člověk rozumný – 350 000 let (H.s.neanderthalensis – 80 tis. let; H.s.sapiens – 40 tis.let)

• přirozené (původní) ekosystémy – autoreprodukce; autoregulace; ekologická rovnováha; zákonité složení (vlastnosti stanoviště X ekologická konstituce druhů; invazní potenciál okolí; strategie druhů; ekol. konsorcia); hierarchie druhů (dominantní, akcesorické)

• u nás „lesní“ makroklima (průměrná roční teplota 0 – 10o C; 440 – 2000 mm roční úhrn srážek) – bez lesa pouze skály, mokřady, lavinové svahy, místa silně ovlivňovaná zvířaty, vysoké polohy apod.

• typ lesa v závislosti na stanovištních podmínkách oblasti či lokality (hlavní vliv – výškový teplotní gradient – výškové vegetační stupně)

• 10 – 12 tis. let zemědělství (neolitická revoluce) – pěstování rostlin a chov zvířat – zatlačování přirozených ekosystémů

Zemědělství představuje zcela zásadní zlom, mezník ve vývoji lidstva a v jeho postavení v biosféře

• druhotné, člověkem ovlivněné, umělé ekosystémy – absence mnoha původních vlastností; nutnost dodatkové energie; prohlubování nerovnováhy (neselektivní zásahy)

• vedle cílených změn v biotopech další negativní vlivy, např. eroze půdy, zasolování, desertifikace aj.

• s počátkem zemědělského využívání stanovišť souvisí i vznik organizované lidské společnosti

• blízkost zemědělství s přírodním, přirozeným děním je jen zdánlivá• jde o činnost s mnoha potenciálními i reálnými nežádoucími

důsledky projevujícími se v biosféře, v jejích částech i v lidské populaci

Zábor ekosystémů, resp. odstranění společenstev a využití stanovišť

• začíná před 12 tis. lety a trvá dosud• z plochy souše (asi 149,4 mil.km2) využito pro zemědělství 35% (52

mil.km2); do roku 2020 očekáváno rozšíření o 1% o.p. a o 6% ttp.• u nás začíná před 6,5 tis.lety; před 4 tis.lety již proniká do vrchoviny;

kolem 500 n.l.již nížiny bez lesů; stabilizace ploch v 18.a 19.stol.;• 50.léta 20.stol.kolektivizace a nárůst záborů; „náhradní“ rekultivace;• vysoké zornění (orchidej. a květnaté louky, pastviny na horách);• vládní usn.1026/58 Sb. – zábor 2,4 mil.ha těžkých půd, 435 tis. ha

písč.půd a 35 tis. ha rašelinišť• z výměry státu (7886680 ha) - z.p.54,2% (z toho 72% o.p.- patrně

nejvyšší stupeň zornění v Evropě; 23% ttp.)

Změny mikro- a mezoklimatu

• změny od neolitu• odlesnění a následné polní obhospodařování mělo za následek

pronikavou xerotermizaci krajiny• naše území charakterizováno „lesním“ makroklimatem• při odlesnění vyšší zachycování a kumulace zářivé energie – vede

ke zvýšení teploty a neefektivnímu vypařování – ztrátě vody• xerofytizace vegetace („stepní relikty“)• posun hranic mezi výškovými vegetačními stupni (např. mezi

dubovým a bukovým stupněm až o 100 m výšky)• mikroklima výrazně ovlivňují i vodní nádrže (rybníky, zavlažovací

nádrže apod.)

Změny vodního režimu stanovišť a vlhkostních poměrů půd

• ekologická valence druhu – vyhovujících stanovišť relativně málo;• zásahy do vodního režimu již před 7 tis.lety (Mezopotamie, Egypt);

u nás od 10.stol. (vysoušení bažin);• úpravy koryt vodotečí (napřimování toků, rušení meandrů, zahlubování, změny profilu, zpevňování, omezování veget.

doprovodu,zatrubnění); postihlo na 20 000 km toků v zemědělské krajině;

• odvodňování – plán 903 tis.ha (skutečnost 1 087 tis.ha – více než třetina rozlohy orné půdy); paušálně, zbytečně uplatněné; ztráta vody v krajině; vlhkomilné druhy a společenstva nejohroženější;

• závlahy - plán 680 tis.ha (skutečnost asi 150 tis.ha) – z ekonom. důvodů nejsou dnes plně využívány

Vliv na diverzitu a utváření krajiny

• přirozená krajina je charakterizována nekonečným množstvím objektů, jevů a interakcí litosféry, půdy, atmosféry, hydrosféry, flóry a fauny;

• rozvíjení zemědělské výroby vede k odstraňování mnoha prvků, jevů i interakcí a principiálně a programově směřuje k uniformitě stanovišť, s cílem nastolení ekologického optima pro pěstované plodiny;

• velkovýrobní zemědělství odstraňuje i objekty vzniklé při rozvíjení tradičního zemědělství (např. meze, remízy, cesty, vegetační doprovod cest a vodotečí, odvodňovací příkopy apod.);

• zemědělství zásadně utváří vzhled krajiny – absence dřevin, urovnaný povrch, odstranění větších kamenů, síť cest, vytvoření honů, monokultury apod.

Změny trofických poměrů

• trofie (úživnost) půd je podmíněna chemismem matečných substrátů; oligo- X eu-trofní (živinami chudý X bohatý);

• k úbytku živin dochází jejich vyplavováním a odnášením sklizní;• častější je přírůstek živin (eutrofizace prostředí), především N a P;

nadbytečné živiny ovlivňují půdu, vodu a rostliny na místě i v okolí– potlačování oligo- a šíření eutrofních a ruderálních druhů rostlin– ve vodách přemnožení planktonních řas a sinic; poté kyslíkový deficit– v pitných vodách dusičnany (max.50 mg/l )–redukce na dusitany-

methemoglobinémie; nitrosaminy (karcinogenní vliv);• spotřeba hnojiv rostla do 1988 – asi 240 kg č.ž./ha; dnes do 100 kg

č.ž./ha (66% spotřeby v EU 15)

Změny genofondu území

• redukce genofondu – nejdramatičtější změna při prvním záboru stanoviště (u nás zánik lesních společenstev) – až vymření druhů

• introdukce nových, užitkových druhů (u živočichů domestikace)• segetální druhy (zavlečené s obilím); dnes výraz pro plevele;

archeofyta; nástup eutrofních druhů• jakákoliv změna obdělávání, technologie, chemikálií, druhu plodiny

apod. vede ke změnám genofondu• v pořadí druhou nejdramatičtější změnu přineslo „zprůmyslňování“

(hnojení, pesticidy) a kolektivizace zemědělství – postiženy dřeviny, cesty a jejich vegetační doprovod, tekoucí vody, další druhy rostlin a živočichů

• ovlivnění i okolí zemědělských ploch - ruderalizace

Nárůst vodní a větrné eroze půdy

• eroze je přirozeným přírodním jevem (geologický globální cyklus)• v zemědělské krajině až katastrofický nárůst vodní eroze – zánik

vícepatrových společenstev, nekrytí opadankou, odkrytí půdy – jen dočasný vegetační kryt, zornění svahů a niv, vytváření velkých honů, utužení půd a podorničí, odstranění přirozených protierozních zábran, obdělávání půdy po spádnici, plodiny s malým protierozním účinkem, nedostatečná péče o humus a strukturu půdy, poškozování drnu, koleje po těžké technice aj.

• ohrožení větrnou erozí jen v teplých oblastech v období sucha• potenciální ohrožení – vodní erozí – 1 800 000 ha (42% z.p.) - větrnou erozí – 320 000 ha (7,5% z.p.)

Změny struktury půd

• struktura půdy dána existencí půdních agregátů, jejich utvářením a uspořádáním (např. drobtovitá struktura)

• nadměrné utužování půd (těžká technika, zbytečné pojezdy, živelné vytváření dočasných cest) vede k narušování struktury (snižování pórovitosti, menší obsah půdního vzduchu, zhoršování infiltrace, zvyšování eroze, uvolňování jílovitých částic – půdní škraloup, klesá mikrobiální aktivita, zhoršování obdělávatelnosti aj.

• plocha stop mechanizačních prostředků za rok je i několika násobkem rozlohy pozemku – jarní ječmen 261% plochy, cukrovka 350% plochy, vojtěška 417% plochy

• až 40% zemědělských půd a jejich podorničí je v různém stupni zhutnělých

Vnášení pesticidů do prostředí

• agroekosystémy jako umělé ekosystémy postrádají mnohé vlastnosti ekosystémů přirozených, např. autoregulaci; kalamitnímu přemnožení některých druhů bráníme užitím pesticidů (herbicidy, fungicidy, insekticidy, akaricidy, nematocidy, moluskocidy, rodenticidy aj.)

• látky s biologickým účinkem dělíme– látky koncentrační– látky kumulační– látky sumační

• absence přísné selektivnosti (organismy z jedné „prabuňky“)• rezidua v půdě, vodě, biomase (proto i v potravních řetězcích)• spotřeba 2 – 3 kg účinných látek / ha (v 80.letech až 14 kg)• seznam povolených přípravků

Vnášení ostatních cizorodých látek

• mnoho polutantů v půdách (vodě, biomase) pochází ze spadů z ovzduší (atmosférická depozice)

• v zemědělství bylo a je používáno množství vysoce toxických látek• kadmium – pochází z fosforečných hnojiv (součást fosfátů)• rtuť – k ošetření osiva byla používána rtuťnatá mořidla• ropné deriváty – z palivových soustav motorů a hydraulických

systémů strojů• polychlorované bifenyly (PCB) a polyaromatické uhlovodíky (PAH) z

různých materiálů užívaných v odvětví (např. z barev aj.)• DDT (dichlordifenyltrichlorethan) – kontaktní insekticid používaný do

počátku 80. let min.stol.

Specifický vliv odpadů ze živočišné výroby

• v odvětví vznikají velká množství odpadů (vedlejších produktů), které mohou mít negativní vliv v biosféře. K hlavním patří:

• chlévská mrva – směs tuhých zvířecích výkalů, moče, podestýlky, zbytků krmiva, příp. vody (hnůj – na hnojišti vyzrálé hnojivo)

• hnojůvka – tekutina uvolňující se na hnojišti ze skladované chlévské mrvy, resp. hnoje (často naředěná vodou z atmosférických srážek)

• močůvka – ve sklad. jímkách zkvašená moč hospodářských zvířat• kejda – tekutá směs (suspenze) z tuhých exkrementů zvířat, moči a

různého množství vody• silážní vody – tekutý obsah buněčných vakuol uvolněný při dusání

rostlinné biomasy (často naředěný vodou z atmosférických srážek)

Uvedené látky (odpady, vedlejší produkty) jsou běžně zapravovány do půdy, většinou jako dusíkato-draselná hnojiva; hrozbou pro biosféru (zvláště pro vody) se stávají pouze v některých případech a situacích:

• havárie jímek a skladovacích zařízení (porušení těsnosti; nedostatečná kapacita a její překročení apod.)

• místní nebo celoplošné předávkování (např. při zapadnutí cisterny v rozmáčeném terénu; při nedostatku ploch pro aplikaci apod.)

• použití na březích vodotečí a vodních nádrží, nebo vypuštění přímo do vody

• aplikace na sníh nebo zmrzlou půdu• aplikace na svazích před atmosférickými srážkami• použití v travních porostech (louky, pastviny) s výskytem

oligotrofních druhů rostlin (např. vstavačovitých)• aplikace na lokalitách chráněných v zájmu vodohospodářském

(pramenné oblasti) a v zájmu ochrany přírodních prvků

Mechanismy nežádoucích a negativních vlivů v biosféře jsou velmi rozdílné a mnohočetné:

• mikrobiální znečištění prostředí (hygienické problémy)• epidemiologické problémy (šíření choroboplodných zárodků)• vliv volného amoniaku na organismy (zvláště ve vodě)• znečištění vod organickými látkami• eutrofizace prostředí (půdy i povrchových a podzemních vod)• rychlé změny pH půdního roztoku i povrchových vod• lákání hlodavců a obtížného hmyzu (např. dvoukřídlých)• silný zápach• ruderalizace nezemědělských porostů

Hygienické a epidemiologické vlivy a problémy uvedených látek

• uvedené odpadní látky způsobují silné mikrobiální znečištění prostředí; např. v 1g chlévské mrvy je až několik miliard mikrobů (tvoří asi 10% hmotnosti mrvy); pocházejí hlavně ze zažívacího traktu zvířat; např. v čerstvých exkrementech skotu je v 1g až 80 miliard mikrobů

• ve vodnatých produktech (hnojůvka, močůvka, kejda) je obsah mikrobů i řádově nižší (v závislosti na stupni naředění), přesto stále vysoce nebezpečný pro kvalitu vod

• možná přítomnost choroboplodných zárodků přináší i epidemiologické problémy (nejčastěji jsou přenášeny salmonelózy)

• mikrobiologické ukazatele patří k hlavním ukazatelům jakosti povrchových a pitných vod

• silážní vody způsobují specifické mikrobiální znečištění

Vliv volného amoniaku na organismy (zvláště ve vodě)

• amoniak (čpavek, NH3) je bezbarvý, dráždivý, štiplavý plyn zásadité povahy, silného biologického účinku, uvolňovaný mj. z moči hospodářských zvířat (proto i z kejdy a hnojůvky) a při amonizaci (fáze nitrifikačního procesu), kdy amonizační bakterie uvolňují amoniak z odumřelé biomasy

• ztěžuje dýchání, poškozuje buňky sliznic; při vyšší koncentraci může leptat i pokožku (nebezpečný pouze v uzavřených prostorách; ve volném ovzduší rychle neutralizován přebytkem látek kyselé povahy)

• ve vodě silně toxický pro všechny vodní organismy; poškozuje žábry organismů a leptá povrch jejich těla

Znečištění prostředí (zvláště vod, příp. ovzduší) organickými látkami

• vysoké nebezpečí pro biosféru (zvláště pro povrchové a podzemní vody) představuje obsah organických látek v odpadech ze ŽV (např. v chlévské mrvě až 18% hmotnosti; BSK5 silážních vod se pohybuje v desítkách tisíc)

• jejich mikrobiální rozklad ve vodě vede ke kyslíkovému deficitu, při kterém odumírá většina vodních organismů - velké množství organických látek tak znemožňuje život v povrchových vodách

• vody znečištěné organickými látkami (nad 4 BSK5) nelze použít jako surovinu k výrobě pitné vody

• živočišná výroba také produkuje velké objemy metanu (CH4), který je významným „skleníkovým“ plynem

Eutrofizace prostředí (půdy i povrchových a podzemních vod)

• mikrobiální rozklad organické hmoty z exkrementů zvířat vede ve vodě k silnému nárůstu obsahu živin (eutrofizaci vod) a následným nežádoucím jevům – přemnožení sinic a řas, prohloubení kyslíkového deficitu a eutrofizace

• působením podobného mechanismu jsou eutrofizací ohroženy i terestrické lokality – ty jsou poté obsazovány eutrofními a ruderálními společenstvy

• eutrofizace vod znemožňuje jejich využití jako suroviny pro přípravu pitné vody (vysoký obsah dusičnanů; redukce na dusitany; methemoglobinémie)

Ostatní nepříznivé vlivy odpadů ze ŽV v biosféře

• změny pH půdního roztoku i povrchových vod jsou vyvolávány přísunem větších objemů tekutin odlišného pH (např. silně kyselé silážní vody)

• odpady z ŽV lákají některé druhy hlodavců a obtížného hmyzu (např. dvoukřídlých)

• většina odpadů ze ŽV silně zapáchá a tak znepříjemňuje pobyt v postižené oblasti

• znečištění lokalit odpady ze ŽV vede k ruderalizaci nezemědělských porostů

Neošetřované polní hnojiště s vytékající hnojůvkou

Zanedbaný stav silážního žlabu

Pevné hnojiště ohrožující svým stavem okolní biosféru

Ruderální druhotný porost na lokalitě ovlivněné odpady z ŽV

Mykotoxiny v biomase (potravních řetězcích)

• velmi účinné látky (až 1000x toxičtější než současné pesticidy) produkované „nižšími“ houbami („plísněmi“)

• je známo přes 20 různých skupin těchto látek (nejznámější jsou aflatoxiny od druhu Aspergillus flavus); produkují je i druhy rodů Penicillium, Fusarium, rody čeledi Dematiaceae aj.

• vysoká chronická i akutní cyto- a neurotoxicita, tremorgenní a imunosupresivní, mutagenní, teratogenní a karcinogenní účinky

• za nárůst obsahu mykotoxinů v rostlinných produktech mohou některé velkovýrobní technologie zemědělství

• potenciálním zdrojem mykotoxinů tak mohou být ovesné vločky, celozrnná pečiva, kukuřice, sojové výrobky, sušené ovoce (fíky, rozinky), oříšky všech druhů, koření aj.

Acidifikace půd

• větší část zemědělských půd je přirozeně mírně kyselá (kyselé srážky a horninové podloží, výměšky kořenů a mikroorganismů, vyplavování kationtů atmosférickými srážkami aj.)

• další okyselování zemědělskými zásahy– fyziologicky kyselá průmyslová hnojiva– likvidace kyselých odpadů (silážních vod, zbytků siláží apod.)– nesprávný režim zavlažování (vyplavování kationtů)

• snižování pH vede k– zpomalování rychlosti rozkladu detritu– inhibování mikrobiální složky půdních organismů– ústup neutrofytních a podpora acidofytních druhů– uvolňování fytotoxických sloučenin

Zvyšování obsahu prachu v ovzduší

• přítomnost jistého množství prachu v ovzduší je přirozeným stavem (např. nezbytnost prachových kondenzačních jader aj.)

• množství antropogenních zdrojů prachu• v zemědělství je hlavním zdrojem prašnosti minerální podíl půd

uvolňovaný prouděním vzduchu (větrná eroze) a obděláváním půdy za sucha

• významným zdrojem je tzv. druhotná prašnost – víření prachu usazeného na povrchu rostlin při sklizni (např. výmlat obilí, sklizeň slámy apod.)

Změny obsahu solí v půdním prostředí

• zemědělství může způsobovat jak zasolování, tak snižování obsahu solí v půdě

• zasolování není příliš aktuální (humidní klima, malý podíl zavlažovaných půd)

• významnější je snižování obsahu solí v půdě (slaniska začleněna do zem. půdního fondu a soli postupně odneseny sklizněmi)

• ústup a vymizení halofytů (význačný ochranářský problém)

Vznik postagrárních lad

• v 90.letech min.stol. byly opuštěny rozsáhlé plochy dříve využívané zemědělské půdy

• část ploch byla oseta jednoduchými travními směskami a jsou nanejvýš pouze extenzívně ošetřována

• vegetační kryt rozsáhlých ploch byl ponechán spontánnímu vývoji; iniciální sukcesní stádia jsou charakterizována téměř výhradním zastoupením segetálních, konkurenčně silných druhů, a jsou nežádoucím invazním potenciálem pro široké okolí