Preskočiť na obsah Preskočiť na pätu (NCP VaT)
VEDA NA DOSAH – váš zdroj informácií o slovenskej vede

Pôdne mikroorganizmy ako indikátory kvality pôd

VEDA NA DOSAH

ilustračné foto /pôda/

Pôda ako náš najheterogénnejší, konečný a neobnoviteľný systém mení svoje vlastnosti v čase a priestore tak, ako žiaden iný ekosystém. Okrem dobrých výnosov v poľnohospodárstve, ako aj lesníctve je potrebné zaistiť, aby pôdy na daných lokalitách boli zdravé a kvalitné. Ochrana pôd je teda jednou z najvyšších priorít, kde porozumenie ekosystémovým procesom je kritickým faktorom v zaistení dlhodobo udržateľnej kvality pôd.

„Aby sme však mohli manažovať a udržiavať pôdu v potrebnom stave, je potrebné zaistiť, aby termín pôdneho zdravia alebo kvality pôdy zahrňoval širokú škálu funkcií pôdy. Pôdne zdravie je teda čistým výsledkom pretrvávajúcich konzervačno-degradačných procesov, je vysoko závislé od biologických komponentov pôdneho ekosystému a ovplyvňuje zdravie rastlín, okolitého prostredia a bezpečnosť a bezchybnosť potravy (tak pre zver, ako aj pre ľudí), ako aj jej kvalitu,“ uvádza Ing. Richard Gere z Lesníckej fakulty Technickej univerzity vo Zvolene vo svojom príspevku Pôdne mikroorganizmy ako indikátory kvality pôd.

Pokračuje, že biologická aktivita v pôde je koncentrovaná najmä vo vrchných vrstvách, v hĺbke od pár centimetrov po 30 cm. „Aj keď mikroorganizmy v pôde zahŕňajú iba malú frakciu z jej celkového objemu (menej ako 0,5 %), pričom tvoria menej ako 10 % celkového objemu živej hmoty v pôde, sú kľúčovými v cykle dusíka, síry a fosforu, ako aj pri rozklade organických rezíduí. Týmto ďalej ovplyvňujú cyklus uhlíka a živín v pôde. Organické rezíduá sú touto cestou konvertované do biomasy alebo sú mineralizované na CO2, H2O, minerálny dusík, fosfor a iné živiny. Minerálne živiny imobilizované v mikrobiálnej biomase sú následné uvoľnené pri požieraní mikroorganizmov mikrobivorami, ako sú Protozoa alebo Nematoda. Mikroorganizmy sú ďalej taktiež spojované s transformáciou a degradáciou odpadových materiálov a syntetických organických zložiek. Taktiež ovplyvňujú fyzikálne vlastnosti pôdy, napr. produkciou mimobunkových polysacharidov a ďalších látok, ktoré prispievajú k udržiavaniu pôdnej štruktúry, keďže slúžia ako ´cement´, ktorý prispieva k stabilizácií agregátov. Taktiež majú vplyv na vodnú kapacitu pôdy, rýchlosť jej vsakovania, erodovateľnosť a citlivosť na zhutnenie.“ 

Odborník konštatuje, že mikroorganizmy teda oplývajú schopnosťou podať ucelenú informáciu o kvalite pôdy; aspekt, ktorý nemôže byť získaný fyzikálno-chemickými meraniami alebo analýzami diverzity vyšších organizmov. „Mikroorganizmy veľmi rýchlo reagujú na zmeny, rýchlo sa adaptujú na podmienky prostredia. Tie, ktoré sú najlepšie adaptované na podmienky prostredia, budú v danom ekosystéme prevládať. Ich rýchla adaptabilita potenciálne dovoľuje, aby výsledky mikrobiálnych analýz mohli byť diskriminačnými v posudzovaní kvality pôd, pričom zmeny v populáciách mikroorganizmov môžu slúžiť ako excelentný indikátor zmien ich kvality. Vďaka ich užšiemu kontaktu s okolím podstatne rýchlejšie reagujú na akékoľvek stresové podmienky než vyššie organizmy. V niektorých prípadoch môžu zmeny v zložení mikrobiálnych populácií a v ich aktivite predpovedať zmeny vo fyzikálnych a chemických vlastnostiach pôdy a poskytovať skorú informáciu o prípadných zmenách v kvalite pôdy a varovať pred ich prípadnou degradáciou. Príkladom takéhoto indikátora môže byť miera fluktuácie mikrobiálnej biomasy, ktorá je podstatne vyššia ako napríklad fluktuácia celkovej organickej zložky v pôde.“

Biologická dostupnosť chemických prvkov ako napríklad ťažkých kovov alebo pesticídov je podľa odborníka taktiež dôležitým faktorom kvality pôd, najmä pre jej spojitosť s mikrobiálnou aktivitou. „Dopad takýchto substancií na kvalitu pôdy vysoko závisí od mikrobiálnej aktivity. Ako príklad môžeme uviesť prípad, keď sa celkové množstvo ťažkých kovov v pôde počas určitej doby nezmení, avšak ich biologická prístupnosť áno. Niečo takéto bolo preukázané na prípade biologickej prístupnosti polyaromatických uhľovodíkov, ktoré boli omnoho prístupnejšie počas skorej jari ako v jeseni, a to v dôsledku vyššej mikrobiálnej aktivity po ukončení vegetačnej sezóny. V dôsledku toho môžeme povedať, že celkové množstvo rôznych chemických substancií v pôde nie je spoľahlivým ukazovateľom ich biologickej prístupnosti, a teda kvality pôd. Namiesto toho by mala byť biologická prístupnosť meraná vo vzťahu k biotestom – meraniam koncentrácie alebo účinku chemických substancií pomocou ich efektu na živé bunky alebo pletivá alebo špecifické mikrobiálne procesy. Okrem toho reakcia mikrobiálnych spoločenstiev taktiež zjednocuje efekty chemických zlúčenín a podáva informáciu, ktorá by sa nedala získať iba štúdiom samostatných chemických zlúčenín.“

ilustračné foto /pôda/

Ing. Richard Gere vysvetlil pojem „index kvality pôd“, pod ktorým vedci rozumejú spojenie niekoľkých mikrobiálnych meraní do jednej číselnej hodnoty a pridelenie váh príbuzným mikrobiálnym charakteristikám. „Z praktického hľadiska je lepšie stanoviť prahové hodnoty pre index ako pre jednotlivé indikátory. Nedostatkom tohto prístupu je, že všetky informácie o vzťahu medzi jednotlivými indikátormi sú stratené, a to že váha jednotlivých indikátorov môže byť posúdená len veľmi subjektívne. Okrem toho neexistuje žiadny priamy vzťah medzi hodnotou indexu a špecifickou funkciou alebo indikátorom, čo môže spôsobovať problémy s jeho intrepretovateľnosťou.“ 

Viacrozmerné štatistické metódy zjednodušujú interpretáciu veľkého množstva dát a môžu byť podľa odborníkov použité na vývoj indexu kvality pôd. Analýza hlavných komponentov, diskriminačná, faktorová a kovariančná analýza sú príkladom takýchto viacrozmerných štatistických metód. Týmito analýzami sú dáta redukované do malého množstva ukazovateľov (hlavné zložky a faktory), ktoré sú lineárnymi kombináciami originálnych hodnôt a reprezentujú väčšinu variácií v súbore dát.

Ďalšou možnosťou ako vyhodnocovať použité indikátory je modelovanie dynamických systémov (MDS). MDS môže byť takýmto spôsobom rozšírené o odhady tých indikátorov, ktoré sú finančne náročne alebo ťažko merateľné. Jedným z príkladov modelovania je PTF (Pedo Transfer Function), ktorá je matematickou funkciou predpovedajúcou ťažko stanoviteľné vlastnosti z už známych základných pôdnych vlastností. Presnosť PTF je však dostačujúca iba na regionálnej škále a nie pre špecifické lokality, v ktorých priame merania sú jedinou možnosťou.

Odborník Ing. Richard Gere vyslovil záver, že pôdne mikroorganizmy sú veľmi vhodným a citlivým nástrojom na predpovedanie zmien v kvalite monitorovaných pôd. „Vďaka veľmi vysokej adaptabilite mikroorganizmov na prírodne podmienky, ako aj ich citlivosti sú efektívnym prostriedkom pre rôzne pôdno-monitorovacie programy zamerané na získanie informácií o vývoji kvality pôd na daných stanovištiach a odrazovým mostíkom pre prijatie opatrení, ktoré by napomohli zlepšeniu ich či už fyzikálno-chemického alebo biologického stavu.“

Tento príspevok vyšiel v zborníku recenzovaných príspevkov z konferencie konajúcej sa 7. – 8. novembra 2017 s názvom Dlhodobý ekologický výskum a monitoring lesov, Súčasné poznatky a výzvy do budúcnosti.

 

Informácie poskytol: Ing. Richard Gere z Technickej univerzity vo Zvolene – Lesnícka fakulta

Spracovala: Slávka Cigáňová (Habrmanová), NCP VaT pri CVTI SR

Ilustračné foto: Pixabay.com

Uverejnila: VČ

CENTRUM VEDECKO-TECHNICKÝCH INFORMÁCIÍ SR Ministerstvo školstva, výskumu, vývoja a mládeže Slovenskej republiky