Pohádka o železe a jeho přeměnách během pedogeneze uvnitř stromových vývratů v přirozených bučinách

proces formování půd závisí na mnoha faktorech - klimatu, lokální topografii, mateční hornině, lokální biotě, času a také disturbancích. Kombinace všech těchto faktorů přímo ovlivňuje pododu v půdě přítomného železa.

• vznik sloučenin Fe²⁺ (typických pro redukční prostředí) a Fe³⁺ (typických pro oxidační prostředí) je přímo závislý na řežimu vody v půdě. Organominerální komplexy obsahující železo jsou výsledkem činnosti bioty (a to především mikroorganismů a vegetačního pokryvu). Vegetace se významně podílí na obsahu iontů železa v organických horizontech půdy. Mateční hornina je primární zdroj železa, jež je uvolňováno do prostředí během v podobě sekundárních minerálů během zvětrávání.

• charakteritické proměny železa provází půdotvorné procesy podzolizace, braunifikace a tvorby půdní organické hmoty v temperátních lesích. Obecně vzato, nejvyšší podíl amorfních forem železa se nachází v organominerálních A horizontech půdy. Hlubší horizonty B-C hostí vyšší podíl krystalických forem železa.

stromové vývraty představují specifický proces na úrovni bioty a geomorfologie v temperátním lese. Vývrat zcela naruší stávající podobu daného mikrostanoviště - padlý kmen během svého rozkladu představuje živný substrát pro řadu organismů, jak rostlin tak živočichů.

zájmové území této práce představoval porost smrkové bučiny v Západních Karpatech (ČR). Podloží zdejšího území tvoří flyše (pískovce, jílovce a jílovcové břidlice). Zdejší půdy tvoří především modální a rankerové kambizoly. Na geomorfologicky homogenní části porostu bylo vybráno 1562 vývratů, u kterých byla dobře patrná jáma a jí příslušná halda substrátu. Minimální výška haldy/hloubka jámy byla 0,05 m pro menší stromy a 0,2 m pro stromy větší. Jako kontrola posloužilo 14 odatovaných vývratů.

• v každém vývratu byl proveden výkop o hloubce 1 m ve směru pádu stromu. Byla popsána půdní morfologie výkopu (přítomné horizonty, textura půdy, půdní skelet, podíl jílu, kořeny atd.); z výkopu (jámy i haldy) byly dále odebrány: vzorky ze svrchní horizontu A (průměrně v 5 cm hloubky), vzorky z horizontu B (z hloubky 15, 30 a 50 cm) a vzorky z hloubky 100 cm (horizont B, horizont BC).

• bylo určeno stáří vývratů za pomoci metody tzv. crossdating. V roce 1975 byly změřeny všechny stromy v porostu, jejichž průměr kmene ve výšce 130 cm (DBH) přesáhl 20 cm. Menší stromy s DBH mezi 10 a 20 cm, byly změřeny v letech 1995 a 2009. Tato měření byla porovnána se současnou hodnotou DBH jednotlivých stromů a jejich stavem (živý/mrtvý, souš, pařez apod.). Takto bylo zjištěno zda vývrat vznikl v letech mezi 2009-1995, mezi 1995-1975 či před rokem 1975. Získaná data byla pro zpřesnění dále porovnána s dendrochronologickými měřeními.

zásadní byly laboratorní analýzy vzorků půdy: vzorky z hloubek 3, 15 a 30 cm prošly RTG difraktometrií pro zjištění mineralogického složení. RTG difraktometrie neodhalila přítomnost žádného železa - možnou příčinou je nízká citlivost metody případně nanokrystalická struktura přítomných oxidů železa. U všech odebraných vzorků byla provedena analýza oxidovatelného uhlíku, stanovena půdní reakce, změřena kationtová výměnná kapacita, a zjištěn rozptyl velikosti půdních částic za použití areometru.

amorfní a krystalické formy železa byly extrahovány pomocí tří činidel a poté identifikovány pomocí metody ICP-OES (iCAP 6500; Thermo Scientific). Obsah výměnného železa byl extrahován roztokem KCl (0,5 M), amorfní železo se železem v organominerálních komplexech (Fe_ox)bylo extrahováno pomocí šťavelanu amonného, železo krystalické s amorfními formami a formami vázanými v organominerálních komplexech bylo extrahováno citronanem dithioničitanovým. Krystalické železo (Fe_d) bylo spočteno jako rozdíl hodnot Fe_d - Fe_ox.

celkový obsah železa ve vzorcích byl stanoven pomocí RTG fluorescence v laboratoři. 12 vzorků bylo zpracováno metodou mokré digesce v teflonových nádobách Savillex® za použití směsi koncentrované HF/HNO₃/HCl a následně analyzováno metodou ICP-OES.

ve vzorcích ze čtyř odatovaných vývratů (20, 28, 180, 191 let) byly určeny konkrétní formy a druhy železa pomocí voltametrie mikročástic a difúzně-reflexní spektroskopií. Jako kontrola byl vybrán stejný počet nenarušených lesních ploch (Viz Obr. 1, 2).

• jde o málo destruktivní metody, které nepoužívají extrakčních činidel a výrazně nepoškozují strukturu analyzovaného vzorku. Obě metody vyžadují jemný homogenní substrát, všechny vzorky proto byly ručně zpracovány v achátovém hmoždíři.

analýza a srovnání výsledků (Viz Obr. 3) ukazují, že půdní vlastnosti, včetně obsahu železa, se výrazně liší v závislosti na horizontu, lokalitě vývratu, umístění mikrostanoviště, a stáří vývratu. Vliv na přítomné formy železa má umístění mikrostanoviště, stáří vývratu a především síla půdní vrstvy. Z výsledků je patrné, že vývratové jámy představují zcela odlišný habitat ve srovnání s haldami a nenarušenými plochami. Obzvláště mladé jámy obsahují materiál s málo stabilními formami železa.