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

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

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.)

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.)

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

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.

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)

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

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.)

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

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

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.

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)

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

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

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

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

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

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)

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

Neošetřované polní hnojiště s vytékající hnojůvkou

Zanedbaný stav silážního žlabu

Pevné hnojiště ohrožující svým stavem okolní biosféru

Ruderální druhotný porost na lokalitě ovlivněné odpady z ŽV

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.

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

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.)

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)

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