Současné hodnocení sekvestrace uhlíku a kvality půdy

Ing. Daniel Růžička

Doctoral thesis

Simultaneous assessment of soil quality and carbon sequestration

Abstract:

Zemědělské půdy celosvětově čelí degradaci spojené se ztrátou kvality a poklesem obsahu organické hmoty. Mezi nástroje, které mohou tento trend zastavit a zvrátit, patří regenera-tivní zemědělské praktiky jako bezorebné zpracování půdy, pěstování druhově bohatých meziplodinových směsí a aplikace organických hnojiv (např. kompostu). Ačkoli jsou benefi-ty těchto jednotlivých praktik pro kvalitu půdy a sekvestraci organického uhlíku intenzivně zkoumány, jejich kombinovaný vliv zůstává do značné míry nepopsán a nepochopen. V této práci jsme se proto zaměřili na jejich kombinovaný efekt. Kvalita půdy a sekvestrace uhlíku byly hodnoceny v rámci pětiletého terénního experimentu u Březové nad Svitavou. Experiment sestával ze dvou identicky uspořádaných pokusných ploch a kombinoval bez-orebné zpracování půdy s pěstováním meziplodin, aplikací kompostu a hnojením minerál-ním dusíkem. Kvalita půdy byla hodnocena pouze na jedné z těchto lokalit, a to ve dvou hloubkách (0–15 a 30–45 cm). Po pěti letech kombinace bezorebného zpracování půdy, pěstování meziplo-din a aplikace kompostu (ATc) se významně zlepšila řada půdních parametrů v orniční vrst-vě oproti kontrole. Naměřené parametry byly integrovány pomocí váženého aditivního pří-stupu do indexu kvality půdy (SQI) pro snazší porovnání variant. Varianta ATc dosáhla v orniční vrstvě signifikantně vyšších hodnot SQI než ostatní varianty. Sekvestrace uhlíku byla hodnocena na obou experimentálních lokalitách na vzorcích půdy odebraných z hloubky 0–20 cm. Pro kvantifikaci stabilního, minerálně-asociovaného orga-nického uhlíku (MAOC) byla převzata, optimalizována a certifikována metoda fyzikální frak-cionace SOC. Po pěti letech nebylo u varianty ATc zjištěno významné zvýšení MAOC. Teprve kombinace regenerativních praktik (ATc) s aplikací minerálního dusíku (ATN100c) byla spo-jena s vyšším obsahem MAOC v porovnání s ostatními variantami. Výsledky práce ukazují, že synergický efekt integrace těchto praktik může přinést větší pro-spěch pro kvalitu půdy a sekvestraci uhlíku než jejich samostatná aplikace. Naše zjištění potvrzují potenciál integrovaných regenerativních praktik a zároveň upozorňují na některé nezodpovězené otázky, například: jak zajistit dostatečný vstup organického materiálu s vysokým potenciálem stabilizace SOC do půd a zároveň zvýšit efektivitu jejich aplikace a snížit rizika spojená se zvýšeným vstupem živin? Řešení těchto otázek je klíčové pro modi-fikaci zemědělského managementu, který co nejlépe vyváží ekologické přínosy s praktickými omezeními.

Abstract:

Agricultural soils worldwide are facing degradation associated with declining quality and organic matter content. Regenerative practices—such as no-till farming, cultivating diverse cover crop mixtures, and applying organic amendments (e.g., compost)—are promising tools to halt and reverse this trend. While the benefits of these individual practices for soil quality and soil organic carbon (SOC) sequestration are well-studied, their combined effects remain poorly understood. This study investigated the combined impact of these practices within a five-year field ex-periment in Březová nad Sázavou. The experimental design consisted of two parallel field trials integrating no-till farming with cover cropping, compost application, and mineral nitrogen fertilization. Soil quality was assessed at one site at two depths (0–15 cm and 30–45 cm). After five years, the combination of no-till, cover crops, and compost (ATc) significantly improved a range of soil parameters in the topsoil compared to the control. These parameters were integrated using a weighted additive approach into a Soil Quality Index (SQI) for easier treatment comparison. The ATc treatment achieved significantly higher topsoil SQI values than all other treatments. Carbon sequestration was evaluated at both sites using soil samples from 0–20 cm depth. To quantify stable, mineral-associated organic carbon (MAOC), a method of physical SOC fractionation was adopted, optimized, and validated. After five years, the ATc treatment did not result in a significant MAOC increase. However, the additional application of nitrogen to the ATc system (ATN100c) led to higher MAOC content at both sites compared to other treatments. The results demonstrate that the synergistic integration of these practices can yield greater benefits for soil quality and carbon sequestration than their individual application. Our findings confirm the potential of integrated regenerative management while highlighting critical unresolved questions. For instance: How can we ensure adequate inputs of suitable organic materials while increasing application efficiency and mitigating risks from elevated nutrient inputs? Addressing these questions is essential for designing agricultural systems that optimally balance ecological benefits with practical constraints.

Keywords

Meziplodiny, bezorebné zpracování půdy, kompost, organický uhlík v půdě (SOC), Fyzikální frakce SOC, Minerálně-asociovaný organický uhlík

Keywords

Cover cropps, No tillage, Compost, Soil organic carbon (SOC), Mineral -associated organic carbon

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 14. 8. 2026

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Petr Škarpa, Ph.D.

Mendel University in Brno

Faculty of AgriSciences

Doctoral programme:
General Plant Production