V první části (Ochrana přírody 6/2017) jsme se zaměřili na problematiku zemědělské krajiny z pohledu ochrany bezobratlých jako významné složky biologické rozmanitosti. Klíčem k podpoře biologické rozmanitosti je krajinná heterogenita. Ta je v našich podmínkách zajišťována především prostřednictvím navrhované sítě územních systémů ekologické stability. Nastínili jsme možnosti řešení prostřednictvím podpory konektivity ohrožených stanovišť. Konektivita ale může mít význam i pro další složky životního prostředí a hrát roli například při ochraně půdního fondu.
Žijeme v krajině, jejíž nedílnou součástí je zemědělská půda. Již letmý pohled do statistik nás však varuje, že více než polovina celosvětové výměry orné půdy je středně nebo silně poškozena. Degradace půdy a změna struktury krajiny jsou globálním procesem, a jakkoliv jsou výsledkem kombinace různých faktorů, ukazuje se, že převažují ty antropogenní. Zásadním environmentálním problémem, který významně postihuje i vlastní zemědělskou produkci v celosvětovém měřítku, je eroze půdy, a to zejména eroze vodní.
Obr. 1 Zemědělsky intenzivně využívaná krajina s převahou černozemí
s patrnými projevy plošné vodní eroze na vybělených částech svahů.
Foto: Bořivoj Šarapatka
Nejinak je tomu v Evropě i v České republice. Průměrné ztráty půdy z každého hektaru evropského území dosahují neuvěřitelných 2,46 tuny za rok (Panagos et al. 2015). V České republice je podle nejnovějších údajů (Ministerstvo zemědělství 2015) vodní erozí ohroženo více než 50 % zemědělské půdy (obr. 1). Při ní dochází k depozici půdy ve spodních částech svahů, nebo je splavována a v tocích unášena nenávratně pryč. Důsledkem eroze je snížení produktivity půdy, dochází k ochuzování společenstev edafonu, ke změně jejich druhového složení, a v neposlední řadě i ke snížení schopnosti krajiny zadržovat vodu. Vedle vodní eroze je vážným degradačním problémem eroze větrná, utužení půdy, ztráta půdní organické hmoty a kontaminace půdního prostředí. V krajině je degradace často výsledkem kombinace více faktorů. Narušení půdního fondu a pokles biologické rozmanitosti se stávají prioritními tématy ochrany životního prostředí. Podle našeho názoru je nutné hledat komplexní řešení obou negativně působících jevů.
Obr. 2 Příklad návrhu plošných a liniových opatření na ochranu
půdy před erozí. Zpracoval Marek Bednář
Vliv erozních a akumulačních procesů na půdní charakteristiky
Vliv erozních procesů na půdní vlastnosti přiblížíme s využitím výsledků našeho dlouhodobějšího výzkumu v černozemní oblasti jižní Moravy. Ten probíhá na řadě lokalit v erozních a akumulačních částech svahů, nejen terénním průzkumem a vzorkováním, ale i s využitím modelů pro kvantifikaci odnosu a akumulace půdy.
Mezi erozními a akumulačními částmi svahů (obr. 6) zjišťujeme nejvíce rozdílů ve studovaných fyzikálních, chemických a biologických vlastnostech půd. Rozborem chemických vlastností, hodnotícím zejména obsahy základních živin, byly zaznamenány průkazné rozdíly hlavně u draslíku a fosforu přijatelných pro rostliny, kdy vyšší zásoba těchto prvků byla v akumulačních plochách. Obdobné rozdíly byly zjištěny v případě obsahu organického uhlíku a celkového dusíku, základních charakteristik souvisejících s dynamikou organické hmoty v půdě. Naše výsledky tak podporují závěry publikovaných výzkumů i z jiných zemí, popisující akceleraci ztrát organického uhlíku, dusíku a fosforu vlivem eroze a prostorovou distribuci těchto látek ve svažitých územích. Erozní a akumulační části svahů se však neliší pouze množstvím, ale také kvalitou přítomných organických látek vyjádřenou složením humusu. Jak kvalita, tak množství organické hmoty mají vliv na činnost edafonu, který se proto spíše koncentruje na akumulačních plochách pod svahy než na plochách erozních. Některé chemické vlastnosti půd, např. obsah vápníku a půdní reakce (pH), svědčí o intenzivních erozních procesech a promíchávání povrchových horizontů se spraší jako půdotvorným substrátem. Výrazně odlišné podmínky erozních a akumulačních ploch dokladuje i struktura společenstev epigeických bezobratlých. V akumulačních částech svahů jsou pravidelně zjišťovány vyšší početnosti střevlíků a pavouků ve srovnání s plochami erozními, liší se i zastoupení jednotlivých druhů. Tyto rozdíly mohou být způsobeny jak přímým transportem a redistribucí, tak modifikací habitatu se změněnými podmínkami pro půdní biotu, což souvisí s popisovanými fyzikálními a chemickými vlastnostmi půd. Výsledky naší studie (Šarapatka et al. 2018) a publikované závěry dalších výzkumů přesvědčivě dokládají nutnost bezodkladného řešení problému prostřednictvím účinné protierozní ochrany.
Obr. 3 – Komplexní přístup návrhu opatření pro zvýšení biologické
rozmanitosti a ochrany půdy proti erozi. Mapy zachycují území na jižní Moravě
v blízkosti obce Čejč, kde aktuálně probíhá monitoring bezobratlých.
A) Potenciální průměrný erozní smyv pro jednotlivé půdní bloky v území.
B) Rastrová konektivita podle nově navrhovaného přístupu.
Zelený pás představuje území, kde by realizace plošného opatření o výměře
min. 200 m2 zvýšila konektivitu nového fragmentu na úroveň
pravděpodobného rozšíření sledovaného organismu.
C) Kombinace obou přístupů – návrh realizace protierozních
opatření, která zároveň přispívají k rozšíření organismu a zvýšení
funkční konektivity.
Z citovaných databází a podkladů UPOL zpracoval Marek Bednář
Návrhy řešení protierozní ochrany půdy
Protierozní ochrana půdy je řešena jak v pozemkových úpravách, tak v rámci jiných projektů v krajině. Vychází přitom ze zákonných norem (např. zákon 41/2015 Sb., o ochraně zemědělského půdního fondu) a prakticky je prováděna s využitím platných metodik (Janeček a kol. 2012). Při návrhu opatření se přitom vychází z přípustné ztráty půdy erozí, která by měla odrážet rychlost tvorby půd. Ta je velmi pomalá – 1 cm půdy se tvoří i více než 100 let. Erozní smyv lze snížit pomocí organizačních, agrotechnických a technických opatření. Na lokalitách silně erozně ohrožených přitom často nestačí jen jednodušší opatření, která jsou zvládnutelná samotným zemědělcem a souvisejí např. se změnou struktury plodin nebo s půdoochrannými technologiemi, ale je nutné přistupovat k opatřením složitějším, a to technickým a biotechnickým (průlehy, meze atd.), z nichž některá mohou úzce souviset s posílením biodiverzity v zemědělské krajině. Příklad navržených opatření v konkrétních podmínkách je znázorněn na obr. 2.
Inovativní přístup k ochraně biologické rozmanitosti a půdního fondu v zemědělské krajině
Změny ve struktuře a využívání krajiny, a to zejména v poválečném období, vedly ke značnému ovlivnění většiny složek životního prostředí (půdy, vody) a biologické rozmanitosti organismů. Poklesu biodiverzity logicky následujícímu snižování krajinné heterogenity jsme se věnovali v první části článku. Různorodost krajiny se snažíme navyšovat prostřednictvím budování sítě územních systémů ekologické stability, problematiku degradace půdy pak pomocí protierozních opatření. Nabízí se ovšem otázka, zda lze uvedená opatření v krajině řešit komplexně, tedy jak v zájmu ochrany půdního fondu a vody, tak i pro žádoucí podporu biodiverzity. V současné době proto hledáme způsob, jak tato opatření propojit do funkčního celku. Jako perspektivní se jeví podpora konektivity mimoprodukčních stanovišť, tedy stanovišť, na která se v agrární krajině váže biologická rozmanitost. Míra konektivity v krajině roste s množstvím přírodě blízkých stanovišť. Zvýšená konektivita různých typů stanovišť podporuje i žádoucí heterogenitu krajiny, a to i v dalších souvislostech v krajinném prostoru (např. s ochranou půdy a zadržováním vody v krajině).
Obr.4 Druhově bohatý květnatý pás vysetý při okraji biocentra
v k.ú. Šardice oddělující travní porosty biocentra od okolní orné půdy.
Hojně je v něm zastoupena např. pro čmeláky atraktivní ostrožka stračka
(Consolida regalis). Dlouhé ostruhy umožňují sát nektar především
specializovaným druhům čmeláků s dlouhým sosákem
(např. čmelák lesní – Bombus sylvarum), kteří z intenzivně využívané
krajiny rychle mizí. Foto Monika Mazalová
Přidržme se tedy myšlenky komplexního návrhu opatření v krajině, který by zohledňoval jak problematiku ochrany půdního fondu, tak i žádoucí podporu biodiverzity. Lze tato hlediska vůbec nějak propojit? Konektivitu, a nepřímo tak i biodiverzitu můžeme zvýšit doplněním současné krajinné struktury o prvky umožňující či podporující pohyb cílových organismů v krajině. Tyto prvky však při vhodném umístění mohou plnit i jinou funkci, a to funkci ochrany půdy. Jde o to, jak stanovit geograficky optimální lokalizaci stanovišť, která by tuto dvojí funkci plnila. Pro řešení tohoto problému musíme nahlédnout do aktuálních postupů zpracovávání konektivity i protierozních opatření a pokusit se je nějak spojit dohromady (obr. 5).
Vysvětlení pojmu konektivita bylo podáno v první části článku, způsoby jejího výpočtu (viz box) jsou různorodé, výsledkem většiny z nich jsou specifické hodnoty konektivity pro jednotlivé zdrojové fragmenty zájmového území.
Přestože běžný přístup vyhodnocování je výhodný pro stanovení funkční konektivity stávajících zdrojových plošek území, v nalézání nových plošek, které by konektivitu území vylepšily, nám moc nepomůže. K řešení, které by ohodnotilo i jiné než zdrojové fragmenty a umožnilo zacílit na nejvhodnější místa pro opatření, můžeme využít moderních nástrojů geografických informačních systémů a jejich rastrových analýz.
Obr. 5 V zemědělské krajině s intenzivní erozí a nedostatkem krajinných
prvků je nutné hledat řešení pro ochranu půdy i posílení biodiverzity.
Foto Bořivoj Šarapatka
Rastr krajiny si lze představit jako hustou síť pixelů (čtverců) s daným rozlišením, kde např. jeden pixel odpovídá území 5 x 5 m. Řešení je intuitivní. Stačí si představit každý pixel území jako potenciální zdrojový fragment a vypočítat pro něj pomocí již známého vzorce potenciální konektivitu. Ohodnotíme-li takto celé území rastru, získáme síť pixelů různé hodnoty, podobnou té na obr. 3, ze které již je patrné, kde je konektivita nízká a kde by bylo vhodné navrhnout nová opatření, jakési „nášlapné kameny“, jež přispějí k jejímu celkovému zvýšení. Obecně je problém samozřejmě poněkud složitější, neboť musíme uvažovat i odpor krajiny, kterou jedinec prochází, a zároveň přesně nejen graficky stanovit místa, kde má budování „nášlapných kamenů“ smysl. Tyto úkoly jsou výpočetně i časově značně náročné, a proto hledáme i nové metody pro jejich optimalizaci.
Problematika erozního ohrožení a protierozních návrhů vychází z modelu potenciálního erozního smyvu podle u nás používané metodiky USLE, která pro každý pixel území (i zde se používají metody rastrové analýzy) vypočítává potenciální odnos půdy. Velikost tohoto odnosu je dána kombinací více faktorů, zejména však tzv. topografického faktoru LS, tj. kombinace délky svahu a svažitosti. Protierozní opatření spočívají v aplikaci organizačních (organizace půdního fondu v krajině), agrotechnických (způsob obdělávání) nebo technických opatření (nový technický prvek). Z hlediska propojení funkcí konektivity a ochrany půdy jsou potenciálně nejzajímavější, ale i nejnákladnější protierozní technická opatření. Mezi tato opatření patří např. budování protierozních mezí, příkopů, průlehů, polních cest, hrázek nebo teras.
Obr. 6 Akumulační části svahu s depozicí erodovaného materiálu. Foto Bořivoj Šarapatka
Při automatizovaných rastrových výpočtech v GIS systémech se místo délky svahu používá plocha přispívajícího povodí (Mitas a Mitasova 1998) a tu lze právě zejména aplikací technických opatření vhodně snížit. Stanovení optimálního místa pro vybudování technických opatření je do značné míry závislé na celkové míře erozního smyvu a morfologii terénu, které určují místa i počet příslušných technických prvků (Dostál et al. 2000).
V zásadě však oba přístupy – modifikovaný přístup konektivity i technická protierozní opatření – cílí na konkrétní plošky v krajině, které by vhodnou změnou přispěly ke zlepšení v obou sledovaných ohledech. Optimálními místy jsou pak ta, která leží na průsečíku cílových ploch obou přístupů.
Naznačený postup návrhu optimálních míst krajinných opatření můžeme využít dvěma způsoby, a to:
- pro vylepšení krajinné konektivity a zvýšení ochrany proti erozi v rámci studovaného území;
- použít studované území pro nastavení parametrů prostředí vzhledem k cílovému organismu a aplikovat přístup na jiné více odpřírodněné území v podobném geografickém prostoru, kde by realizace krajinných opatření značně zvýšila pravděpodobnost výskytu cílového organismu.V této druhé části článku navrhujeme nové exaktnější přístupy k řešení ochrany biologické rozmanitosti a zároveň i k ochraně zemědělského půdního fondu, které vycházejí z teoretických východisek krajinné ekologie a konceptů erozního modelování. Věříme, že napomohou krajinu, nyní chřadnoucí erozí a sníženou biodiverzitou, alespoň do jisté míry napravit.
Poděkování
Článek byl vytvořen v rámci výzkumu podpořeného Ministerstvem zemědělství – Národní agenturou pro zemědělský výzkum (projekt QJ1630422).
Seznam literatury:
Dostál, T., Váška, J., Vrána, K. (2000): SMODERP – A simulation model of overland flow and erosion processes.In: Soil erosion ((online): 135 – 161. doi:10.1007/978-3-662-04295-3_8.
Hanski, I. (1994): A Practical Model of Metapopulation Dynamics. Journal of Animal Ecology, 63:151–162. Janeček, M. (Ed., 2012): Ochrana zemědělské půdy před erozí. ČZU Praha, 117 s.
Kuras, T., Šarapatka, B., Mazalová, M., Tuf, I.H., Bednář, M. (2017): Krajinná struktura: Klíč k ochraně biologické rozmanitosti, půdy a vody. Část I – Ochrana biodiverzity. Ochrana přírody, 6: 18 – 23.
Ministerstvo zemědělství (2015): Situační a výhledová zpráva půda. MZe Praha,134 s.
Mitas, L., Mitasova, H. (1998): Distributed soil erosion simulation for efective erosion prevention. Water Resources Research 34/3: 505 – 516. doi:10.1029/97wr03347.
Moilanen, A., I. Hanski, P. (2001): On the use of connectivity measures in spatial ecology. Oikos, 95: 147–151.
Panagos P., Borreli P., Poesen J., Ballabio C., Lugato E., Meusburger K., Montanarella L., Alewell C. (2015): The new assessment of soil loss by water erosion in Europe. Environmental Science & Policy, 54: 438–447.
Sarapatka, B., Cap, L., Bila, P. (2018): The varying effect of water erosion on chemical and biochemical soil properties in different parts of Chernozem slopes. Geoderma 314: 20 – 26.