Zemědělství a biosféra

1. 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

2. 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

3. 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.)

4. 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.)

5. 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

6. 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.

7. 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)

8. 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

9. 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.)

10. 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

11. 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

12. 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.

13. 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)

14. 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

15. 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

16. 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

17. 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

18. 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

19. 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)

20. 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

21. Neošetřované polní hnojiště s vytékající hnojůvkou

22. Zanedbaný stav silážního žlabu

23. Pevné hnojiště ohrožující svým stavem okolní biosféru

24. Ruderální druhotný porost na lokalitě ovlivněné odpady z ŽV

25. 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.

26. 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

27. 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.)

28. 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)

29. 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