Změna kvality půdní organické hmoty po translokaci tropických půd (Kamerun)

Bc. Klára Tesaříková

Master's thesis

Changes in soil organic matter quality after translocation of tropical soils in Cameroon

Abstract:

Mnoţství i kvalita organické hmoty v půdě jsou závislé na působení mnoha přírodních i antropogenních faktorů. Z hlediska přírodních podmínek je důleţitý typ ekosystému a pro něj typické vegetace, neboť právě rostlinné zbytky, opad či kořenové exudáty, jsou primárním zdrojem organické hmoty. Výsledná struktura organické hmoty je pak určena nejen zdroji, ze kterých vznikla, ale také aktivitou mikroorganismů, klimatickými poměry stanoviště a vlastnostmi půdy.S expanzí populace dochází čím dál častěji k zabírání půd, původně pokrytých lesními porosty, které slouţili jako primární zdroj organické hmoty. Intenzivní zemědělskou činností tak můţe velmi často docházet k nenávratné ztrátě úrodnosti půd. V tomto případě je nutné organickou hmotu v půdě regulovat vhodnými vstupy, jako je dodání posklizňových zbytků či vyuţití kvalitních organických hnojiv.Kvalita organické hmoty je významnějším ukazatelem neţ její mnoţství v půdě, a standardně se stanovuje několika způsoby. K posouzení kvality organické hmoty se tradičně uţívají extrakční metody, konkrétně určení poměru C/N, dále stupeň polymerace, který je dán poměrem huminových a fulvokyselin. Ke stanovení této půdní vlastnosti slouţí také barevný kvocient Q4/6 či spektroskopické metody, ke kterým je tendence přecházet vzhledem k větší přesnosti výsledků a menší časové náročnosti.Tato práce je zaměřena na kvalitu organické hmoty v tropických půdách, kde je antropogenně ovlivněná ztráta organické hmoty umocňována navíc zrychlenou mineralizací vlivem vysokých teplot. Zkoumanou lokalitou pro stanovení změn struktury organické hmoty v půdě jako ukazatele změny kvality po translokaci půd byla oblast Konţské pánve ve státě Kamerun, a to ve vesnici Ebogo II.V rámci sledování změn půdních vlastností byly provedeny translokace půdních výřezů o velikosti 1 m2 na stanoviště s jiným typem vyuţití půdy (primární les, sekundární les, kukuřičné pole, agrolesnictví – kakao). V časech 0, +3, +6 a +12 měsíců po translokaci byly sledovány hodnoty aktivního pH (pHH2O), výměnného pH (pHCaCl2), obsah výměnných kationtů a obsah organického uhlíku (Cox). U všech odebraných vzorků (celkem 256) pak byly v rámci stanoviště sledovány také změny struktury organické hmoty. K tomuto účelu byla vzhledem k počtu vzorků a poţadovaným výstupům vyuţita infračervená spektroskopie s Fourierovou transformací.Mezi časy 0 a +12 byl patrný pokles aktivního pH po translokaci zemědělských půd do lesních ekosystémů, a to především ve svrchních vrstvách (0-5 cm), pro které je typická vyšší biologická aktivita a přítomnost rozpustných organických kyselin. Půdní výřezy, přemístěné z lesů na agrolesnické a kukuřičné pole vykazovaly naopak vzrůstající trend hodnot, a to především díky „slash-and-burn“ systému, který zajišťuje zlepšení půdních vlastností.U výměnné půdní reakce byly trendy vývoje hodnot podobné, coţ je doloţeno i hodnotou Pearsonova korelačního koeficientu r = 0,966, která poukazuje na těsnou závislost,5U všech variant translokace došlo během 12 měsíců k poklesu obsahu organického uhlíku ve svrchní 5 cm půdy. Nejvýznamnější rozdíl v průměrech z času 0 a +12 byl pak u půd translokovaných ze sekundárního lesa na kukuřičné pole, kde docházelo ke zrychlené mineralizaci organické hmoty. V hlubších vrstvách půdních výřezů docházelo převáţně ke zvýšení obsahu organického uhlíku.Index aromaticity a index potenciální smáčivosti vykazovaly stejný trend vývoje hodnot, který byl doloţen hodnotou Pearsonova korelačního koeficientu r = 0,993. Ve všech případech je po přemístění půd patrný klesající trend hodnot ve svrchních vrstvách půd, tedy ztr

Abstract:

áta alifatické hydrofobní sloţky (-CH skupiny) a zvýšení potenciální smáčivosti organické hmoty. Oproti tomu vrstvy 5-20 cm vykazovaly převáţně nárůst poměrů v čase +12 v porovnání s časem 0.

Abstract:

The amount and quality of organic matter in the soil depends on the action of many natural and anthropogenic factors. From the point of view of natural conditions, the type of ecosystem and its typical vegetation is important for it, because it is plant residues, litter or root exudates that are the primary source of organic matter. The resulting structure of organic matter is then determined not only by the sources from which it originated, but also by the activity of microorganisms, the climatic conditions of the habitat and the properties of the soil.With the expansion of the population, the lands originally covered with forest stands, which served as the primary source of organic matter, are increasingly being occupied. Intensive agricultural activity can very often lead to an irreversible loss of soil fertility. In this case, it is necessary to regulate the organic matter in the soil with suitable inputs, such as post-harvest residues or quality organic fertilizers.The quality of organic matter is a more important indicator than its quantity in the soil and is standardly determined in several ways. To assess the quality of organic matter, extraction methods have traditionally been used, namely the determination of the C/N ratio, as well as the degree of polymerization, which is given by the ratio of humic and fulvic acids. The Q4/6 color quotient or spectroscopic methods, which tend to be switched over due to the greater accuracy of the results and less time consuming, are also used to determine this soil property.This work is focused on the quality of organic matter in tropical soils, where the anthropogenically affected loss of organic matter is amplified by accelerated mineralization due to high temperatures. The investigated locality for determining changes in the structure of organic matter in the soil as an indicator of quality change after soil translocation was monitored in the Congo Basin in the state of Cameroon, namely in the village of Ebogo II.As part of monitoring changes in soil properties, translocations of soil plots of 1 m2 were carried out to habitats with a different type of land use (primary forest, secondary forest, maize crop field, cocoa agroforestry). At 0, 3, 6 and 12 months after translocation, the values of active pH (pHH2O), exchange pH (pHCaCl2), content of exchangeable cations and content of organic carbon (Cox) were monitored. Changes in the structure of organic matter were also monitored within the site for all samples taken (256 in total). Due to the number of samples and the required outputs, Fourier transform infrared spectroscopy was used for this purpose.Between times 0 and 12, a decrease in active pH (pHH2O), was evident after translocation of agricultural soils to forest ecosystems, especially in the upper layers (0-5 cm), which is characterized by higher biological activity and the presence of soluble organic acids. Soil plots moved from forests to cocoa agroforestry and maize crop field showed an increasing trend of values, especially due to the "slash-and-burn" system, which ensures the improvement of soil properties.7For the exchange pH (pHCaCl2), the trends of the development of values were similar, which is also evidenced by the value of Pearson's correlation coefficient r = 0.966, which indicates a close dependence.In all translocation variants, the organic carbon content in the upper 5 cm of soil decreased within 12 months. The most significant difference in the averages from time 0 and +12 was then in the soils translocated from the secondary forest to the corn maize field, where there was an accelerated mineralization of organic matter. In the deeper layers of soil plots, there was mainly an increase in organic carbon content.The aromaticity index and the potential wettability index showed the same trend of values, which was evidenced by the value of Pearson's correlation coefficient r = 0.993. In all cases, after the translocation of the soils, a decreasing trend of value

Abstract:

s in the upper layers of soils is evident, which indicates the loss of the aliphatic hydrophobic component (-CH groups) and an increase in the potential wettability of the organic matter. In contrast, the 5-20 cm layers showed mostly an increase in the ratios at time +12 compared to time 0.

Keywords

Infračervená spektroskopie, management půd, půdní organická hmota, tropické půdy

Keywords

soil management, soil organic matter, tropical soils, infrared spectroscopy

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 24. 7. 2020

Thesis defence

• Supervisor: RNDr. Václav Tejnecký, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme / field:
Soil Assessment and Protection / Soil Assessment and Protection