Rešerše: Uhlík v půdě
V organické půdní hmotě se nachází třikrát více uhlíku než v zemské atmosféře. To představuje velké riziko i příležitost – na jedné straně se v důsledku nevhodného zacházení s půdou může velké množství uhlíku do atmosféry uvolnit, na druhé straně má půda při využití vhodných postupů značný potenciál sloužit jako jeho dlouhodobé úložiště. Roli půdy v mitigaci (zmírňování) klimatických změn je proto v posledních letech věnována stále větší pozornost, což dokládá například i rozrůstající se trh s uhlíkovými kredity (offsety). Studie v této rešerši jsou rozděleny do tematických sekcí.
- Ukládání uhlíku do půdy a jeho vliv na mitigaci klimatické změny
- Faktory ovlivňující množství uhlíku v půdě
- Vliv globálního oteplování na množství uhlíku v půdě
- Schopnost půdy vázat uhlík a vhodné postupy sekvestrace
- Měření množství uhlíku v půdě
- Organický uhlík v půdě
- Anorganický uhlík v půdě
- Iniciativa 4 per mille Soils for Food Security and Climate
Ukládání uhlíku do půdy a jeho vliv na mitigaci klimatické změny
V následujících studiích lze najít základní informace o ukládání (sekvestraci) uhlíku do půdy a přehled metod, které je možné k ukládání využívat.
- Carbon sequestration in soil. Lal et al., 2015
-
Current Opinion in Environmental Sustainability
- Základní přehled informací o sekvestraci uhlíku do půdy (stručný popis procesu, stabilizační mechanismy, představení některých opatření a praktických postupů atd.)
- Stručný popis dalších ekosystémových a ekonomických benefitů souvisejících se sekvestrací uhlíku do půdy
- Role of soil carbon in natural climate solutions. Bossio et al., 2020
-
Nature Sustainability
- Analýza tzv. dvanácti opatření blízkých přírodě (Natural Climate Solutions – NCS), podporujících ukládání a uchovávání uhlíku v půdě – pro každé opatření je vyčíslen jeho mitigační potenciál v roce 2030 (v GtCO2eq ročně), ve třech různých úrovních finanční náročnosti
- Návaznost na Griscom et al., 2017
- Grassland management impacts on soil carbon stocks. A new synthesis. Conant et al., 2017
-
Ecological Applications
- Kontext: v půdě na pastvinách se celosvětově nachází o cca 50 % více organického uhlíku než v lesní půdě
- Metaanalýza vlivu různých způsobů obhospodařování pastvin na množství organického uhlíku (SOC) v půdě: přeměna orné půdy na pastvinu, přeměna přirozeného ekosystému na pastvinu, využití žížal, hnojení, vypalování, pastva, (trvalý) travní porost, rekultivace
- Přeměnou orné půdy na pastvinu je možné zvýšit množství SOC o 40 %
- Farming with crops and rocks to address global climate, food and soil security. Beerling et al., 2018
-
Nature Plants
- Základní představení metody enhanced weathering (urychlené zvětrávání), při které se do půdy přidávají křemičité horniny (studie se věnuje hlavně bazaltu), jež reagují s CO2 a vznikají stabilnější formy uhlíku a další produkty
- Zkoumání pozitivních účinků této metody na půdu a zemědělskou produkci; potřeba dalšího výzkumu
- Biochar in climate change mitigation. Lehmann et al., 2021
-
Nature Geoscience
- Podrobný přehled možností využití biouhlu v mitigaci klimatické změny
- Vysvětlení, jak biouhel v půdě funguje (chemické mechanismy)
- Výhody využití biouhlu (pyrolyzované biomasy):
- Oproti surové biomase odolnější vůči rozkladu a uvolňování skleníkových plynů
- Podpora růstu rostlin
- Snížení mineralizace organického uhlíku nacházejícího se v půdě
- Možnost zachytávání a ukládání (carbon capture and storage) látek vznikajících při pyrolýze
- The Carbon Sequestration Potential of Regenerative Farming Practices in South Carolina, USA. Kanne & Kloot, 2019
-
American Journal of Climate Change
- Zkoumání pozitivního vlivu metod využívaných v regenerativním zemědělství (zejména přínos krycích plodin) na celkové zdraví půdy a zvyšování množství organického uhlíku v půdě
Studie/článek | Zdroj | Shrnutí |
---|---|---|
Carbon sequestration in soil. Lal et al., 2015 | Current Opinion in Environmental Sustainability |
|
Role of soil carbon in natural climate solutions. Bossio et al., 2020 | Nature Sustainability |
|
Grassland management impacts on soil carbon stocks. A new synthesis. Conant et al., 2017 | Ecological Applications |
|
Farming with crops and rocks to address global climate, food and soil security. Beerling et al., 2018 | Nature Plants |
|
Biochar in climate change mitigation. Lehmann et al., 2021 | Nature Geoscience |
|
The Carbon Sequestration Potential of Regenerative Farming Practices in South Carolina, USA. Kanne & Kloot, 2019 | American Journal of Climate Change |
|
Faktory ovlivňující množství uhlíku v půdě
Tyto studie se zabývají množstvím uhlíku v půdě a faktory, které mohou toto množství ovlivňovat (např. typ půdy, množství srážek, klimatické podmínky či způsob hospodaření).
- Global Soil Organic Carbon Map
-
FAO
- Interaktivní mapa poskytující informace o množství organického uhlíku (SOC) v půdě v různých částech světa
- Total carbon and nitrogen in the soils of the world. Batjes, 2014
-
European Journal of Soil Science
- Přehled o množství organického uhlíku v 26 hlavních typech půdy (rozdělených do 106 podtypů) ve čtyřech různých hloubkách půdního profilu (0–30 cm, 0–50 cm, 0–100 cm, 0–200 cm)
- Přehled o množství dusíku a poměru uhlík a dusíku v hlavních typech půdy (ve třech různých hloubkách půdního profilu)
- Data vhodné kombinovat s mapou FAO Soil map of the world
- Odhadovaný celkový podíl organického i anorganického uhlíku v půdě celého světa: 2157–2293 Pg (petagramů, tj. 2157–2293 miliard tun) v horních 100 cm půdy
- A global meta-analysis of soil organic carbon in the Anthropocene. Beillouin et al., 2023
-
Nature Communications
- Metaanalýza faktorů ovlivňujících množství organického uhlíku v půdě
- Zkoumané faktory:
- Změna ve využití půdy (LUC, Land-Use Change, např. přeměna lesa na pastvinu či přeměna močálu na ornou půdu)
- Způsob zacházení s půdou (např. orba, hnojení, obnova močálů)
- Klimatická změna (přímé vlivy jako např. oteplování, nepřímé vlivy jako např. požáry)
- LUC jako nejsilnější faktor, mající pozitivní i negativní vliv
- Interaktivní graf
Studie/článek | Zdroj | Shrnutí |
---|---|---|
Global Soil Organic Carbon Map | FAO |
|
Total carbon and nitrogen in the soils of the world. Batjes, 2014 | European Journal of Soil Science |
|
A global meta-analysis of soil organic carbon in the Anthropocene. Beillouin et al., 2023 | Nature Communications |
|
Vliv globálního oteplování na množství uhlíku v půdě
Při modelování scénářů nebo výpočtu sekvestračního potenciálu ekosystémů je důležité brát v úvahu různé související procesy, např. pozitivní zpětnou vazbu mezi globálním oteplováním a dynamikou půdního uhlíku. Tomuto výzkumu se věnují následující studie.
- Five years of whole-soil warming led to loss of subsoil carbon stocks and increased CO2 efflux. Soong et al., 2021
-
Science Advances
- Terénní experiment v jehličnatém lese mírného pásma – potvrzení pozitivní zpětné vazby mezi klimatickou změnou a dynamikou uhlíku (a dusíku) v hlubších vrstvách půdy (>20 cm hluboko)
- Několik možných vysvětlení úbytku uhlíku (a dusíku) v půdě vlivem oteplování
- Global soil profiles indicate depth-dependent soil carbon losses under a warmer climate. Wang et al. 2022
-
Nature Communications
- Pozitivní zpětná vazba mezi oteplováním a uvolňováním půdního uhlíku, přičemž vrchní vrstvy půdy (0–0,3 m) reagují citlivěji než vrstvy hlubší – oteplení o 1 °C = ztráta přibližně 6 % z původních zásob uhlíku v horních vrstvách půdy
- Vliv na množství uvolněného uhlíku mají tyto faktory:
- zejména původní zásoba uhlíku, míra oteplení a množství srážek
- typ biomu – největší ztráty lze očekávat v oblasti severské tajgy, v případě tundry se naopak očekává nárůst sekvestračního potenciálu (díky většímu množství vegetace, jemuž oteplování poskytne vhodné podmínky)
Studie/článek | Zdroj | Shrnutí |
---|---|---|
Five years of whole-soil warming led to loss of subsoil carbon stocks and increased CO2 efflux. Soong et al., 2021 | Science Advances |
|
Global soil profiles indicate depth-dependent soil carbon losses under a warmer climate. Wang et al. 2022 | Nature Communications |
|
Schopnost půdy vázat uhlík a vhodné postupy sekvestrace
Tyto studie se zaměřují na schopnost různých typů půd uchovávat uhlík. Tato schopnost není neomezená a ovlivňuje ji řada faktorů.
- Global stocks and capacity of mineral-associated soil organic carbon. Georgiou et al., 2022
-
Nature Communications
- Studie mapuje:
- světové zásoby organického uhlíku vázaného na minerály
- kapacitu půd pro dlouhodobé uložení uhlíku
- nasycení půd uhlíkem vázaným na minerály
- Celosvětová kapacita půd pro vázání uhlíku na minerály: 4 596 Pg (petagramů, tj. miliard tun) uhlíku (± 453 Pg) do hloubky 1 m; celkové nasycení půd: 38–42 %. Na změnu v množství takto vázaného uhlíku mají vliv klimatické podmínky a způsob hospodaření
- Studie mapuje:
- Soil carbon debt of 12,000 years of human land use. Sanderman et al., 2017
-
PNAS
- Rekonstrukce historického množství organického uhlíku v půdě – výrazné změny jeho zásob vlivem zemědělských postupů (pěstování plodin a pastvy); přehled světových lokalit s největšími ztrátami půdního uhlíku
- Upozornění – ani při zavedení nejlepších postupů hospodaření s půdou nelze obnovit zásoby organického uhlíku na původní úroveň
- Možný základ pro výběr lokalit vhodných pro obnovu půdního uhlíku
- Soil carbon storage informed by particulate and mineral-associated organic matter. Cotrufo at al., 2019
-
Nature Geoscience
- Výzkum zaměřený na stav půdy na evropských pastvinách a v lesích
- Pastviny: v půdní organické hmotě (SOM) dominuje typ uhlíku vázaný na minerály MAOM-C (dělení podle Lavallee et al, 2019), který v půdě zůstává dlouho, jeho sekvestrace je ale náročná na množství dusíku a půda může dosáhnout své maximální sekvestrační kapacity
- Lesy: schopné sekvestrovat více uhlíku, ten je zde však uložen v méně trvalé formě pevných organických částic (POM)
Studie/článek | Zdroj | Shrnutí |
---|---|---|
Global stocks and capacity of mineral-associated soil organic carbon. Georgiou et al., 2022 | Nature Communications |
|
Soil carbon debt of 12,000 years of human land use. Sanderman et al., 2017 | PNAS |
|
Soil carbon storage informed by particulate and mineral-associated organic matter. Cotrufo at al., 2019 | Nature Geoscience |
|
Měření množství uhlíku v půdě
Tyto studie poskytují přehled různých metod, které se využívají k měření množství uhlíku v půdě. Přesnost a opakovatelnost měření je klíčová například při posuzování efektivity offsetových projektů.
- Comparisons of Three Methods for Organic and Inorganic Carbon in Calcareous Soils of Northwestern China. Wang et al., 2012
-
Plos One
- Představení a porovnání tří metod laboratorního měření půdního uhlíku (organického i anorganického)
- Data driven approach on in-situ soil carbon measurement. Acharya et al., 2020
-
Carbon Management
- Přehled několika metod měření půdního uhlíku a) v laboratorních podmínkách, b) in situ (přímo na místě) a c) na základě dálkového pozorování (drony, satelity), včetně výhod a nevýhod každé metody
- Možnosti využití umělé inteligence (AI) v předpovídání množství uhlíku v půdě na základě některých vlastností půdy (např. barva, vlhkost, hustota) – metoda s potenciálem velkoplošného využití
- Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) to measure quantitatively soil carbon with emphasis on soil organic carbon. A review. Senesi & Senesi, 2016
-
Analytica Chimica Acta
- Základní popis metody LIBS a jejího využití při měření uhlíku v půdě: hlavní principy, historický vývoj metody, výhody a nevýhody
- Výhody LIBS oproti dvěma nejčastěji používaným metodám měření uhlíku v půdě (dry combustion a wet combustion):
- nevyžaduje žádnou předchozí přípravu vzorku
- nenarušuje půdu
- měření je jednoduché a rychlé, což umožňuje provést velký počet měření v krátké době
- využívá malé přenosné zařízení, které lze snadno využít k měření in situ
- Podle autorů vzbuzuje tato metoda ze všech nových způsobů měření největší zájem
Studie/článek | Zdroj | Shrnutí |
---|---|---|
Comparisons of Three Methods for Organic and Inorganic Carbon in Calcareous Soils of Northwestern China. Wang et al., 2012 | Plos One |
|
Data driven approach on in-situ soil carbon measurement. Acharya et al., 2020 | Carbon Management |
|
Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) to measure quantitatively soil carbon with emphasis on soil organic carbon. A review. Senesi & Senesi, 2016 | Analytica Chimica Acta |
|
Organický uhlík v půdě
Studie představuje dva hlavní typy organického uhlíku v půdě – toto rozdělení je důležité pro pochopení dynamiky půdních procesů a aplikaci vhodných metod sekvestrace.
- Conceptualizing soil organic matter into particulate and mineral-associated forms to address global change in the 21st century. Lavallee et al., 2019
-
Global Change Biology
- Dělení půdní organické hmoty (jejíž podstatnou složkou je právě uhlík) na organickou hmotu ve formě pevných organických částic (particulate organic matter, POM) a na organické částice vázané na minerály (mineral-associated organic matter, MAOM)
- Přehledné shrnutí rozdílných vlastností POM a MAOM (např. poločas rozpadu, možnost nasycení)
Studie/článek | Zdroj | Shrnutí |
---|---|---|
Conceptualizing soil organic matter into particulate and mineral-associated forms to address global change in the 21st century. Lavallee et al., 2019 | Global Change Biology |
|
Anorganický uhlík v půdě
Tyto studie představují základní úvod do tématu anorganického uhlíku v půdě (soil inorganic carbon, SIC), kterému je věnována mnohem menší pozornost než výzkumu organického uhlíku v půdě (soil organic carbon, SOC). Světové zásoby SIC jsou menší než zásoby SOC, jsou však považovány za stabilnější a studie ukazují významný vliv anorganického půdního uhlíku na globální uhlíkový cyklus.
- A review on the possible factors influencing soil inorganic carbon under elevated CO2. Ferdush at al., 2021
-
CATENA
- Informace umožňující pochopení dynamiky anorganického uhlíku v půdě (SIC) – další výzkum je ale nutný
- Přehled dalších prací zabývajících se SIC
- Přírodní a antropogenní faktory ovlivňující množství SIC při zvýšené koncentraci oxidu uhličitého v atmosféře
- Effects of land-use change on soil inorganic carbon. A meta-analysis. An et al., 2019
-
Geoderma
- Metaanalýza zaměřená na vliv změn ve využívání půdy (Land Use Change – LUC) na SIC v suchých a polosuchých oblastech světa
- Hlavní zjištění z hlediska vlivu na množství SIC:
- přeměna travnatých ploch na zemědělskou půdu – pozitivní vliv
- přeměna zemědělské půdy na travnaté plochy – negativní vliv
- zalesňování písčitých oblastí – silně pozitivní vliv
- zalesňování travnatých ploch a zemědělské půdy – slabě negativní vliv
- Diskuze o možných faktorech ovlivňujících množství SIC
- Inorganic carbon losses by soil acidification jeopardize global efforts on carbon sequestration and climate change mitigation. Raza, 2021
-
Journal of Cleaner Production
- Přehledová studie zaměřující se na okyselování (acidifikaci) zemědělských půd a jeho nezanedbatelný dopad na množství SIC v půdě
- Obecné informace k okyselování půd, ale také konkrétní čísla (ztráty SIC), přehled dalších procesů souvisejících s poklesem SIC (snižování kvality půdy, zhoršená dostupnost minerálů pro rostliny, snadnější uvolňování těžkých kovů, které jsou toxické pro rostliny atd.) a navrhované zemědělské postupy, které by pomohly acidifikaci snížit
Studie/článek | Zdroj | Shrnutí |
---|---|---|
A review on the possible factors influencing soil inorganic carbon under elevated CO2. Ferdush at al., 2021 | CATENA |
|
Effects of land-use change on soil inorganic carbon. A meta-analysis. An et al., 2019 | Geoderma |
|
Inorganic carbon losses by soil acidification jeopardize global efforts on carbon sequestration and climate change mitigation. Raza, 2021 | Journal of Cleaner Production |
|
Iniciativa 4 per mille Soils for Food Security and Climate
Tyto studie poskytují základní informace o iniciativě 4 per mille a zkoumají reálné využití jejích návrhů v praxi.
- The 4p1000 initiative. Opportunities, limitations and challenges for implementing soil organic carbon sequestration as a sustainable development strategy. Rumpel, 2020
-
Ambio
- Základní informace o iniciativě 4p1000 představené na summitu COP21 v Paříži (2015)
- Cíl iniciativy: každoročně zvyšovat podíl půdní organické hmoty o 0,4 %
- Kritika iniciativy, biofyzikální a socioekonomické bariéry sekvestrace organického uhlíku
- Potenciál iniciativy budovat spolupráci napříč různými obory a sektory (na lokální i globální úrovni)
- Soil Carbon 4 per Mille. Minasny et al., 2017
-
Geoderma
- Analýza situace ve 20 regionech světa a otázka, zda je pro daný region reálné cíl iniciativy naplnit
- Závěr: při využívání nejlepších možných postupů lze tohoto cíle dosáhnout celosvětově
Studie/článek | Zdroj | Shrnutí |
---|---|---|
The 4p1000 initiative. Opportunities, limitations and challenges for implementing soil organic carbon sequestration as a sustainable development strategy. Rumpel, 2020 | Ambio |
|
Soil Carbon 4 per Mille. Minasny et al., 2017 | Geoderma |
|
Související infografiky a studie
Zaujala vás naše práce? Prozkoumejte další související infografiky a studie: