5.1 Vertisoly: hlavní charakteristiky, procesy vzniku a rozšíření

Nejcharakterističtější zvláštností Vertisolů je jejich sytě černá barva a sezónní silné praskání při vysychání a bobtnání při zamokření (IUSS Working Group WRB, 2014). Vertisoly vznikají při kombinaci několika procesů/faktorů – dostatečného množství srážek, které vedou ke zvětrávání primárních horninotvorných minerálů, ale bez jejich výplachu mimo profil; zvětrávání vede ke krystalizaci nových jílových minerálů; ztíženého odvodňování, které brání vyplavování produktů zvětrávání; a vysokých teplot, které urychlují proces zvětrávání (Schaetzl a Anderson, 2009). Kombinace těchto faktorů vede ke vzniku smektitových jílů za přítomnosti bazických kationtů (Ca2+, Mg2+). Vertisoly se vyznačují vysokým obsahem jílů, zastoupených především skupinou smectitových fylosilikátových minerálů. Hlavním jílovým minerálem je obvykle montmorillonit (Schaetzl a Anderson, 2009). Vertisoly se vyvíjejí na různých matečných materiálech včetně vyvřelých hornin, metamorfovaných sedimentárních hornin a aluviálních a koluviálních materiálů vzniklých zvětráváním hornin obohacených bazickými kationty (Driese et al., 2003; Schaetzl a Anderson, 2009; Pal et al., 2012). Díky své schopnosti adsorbovat velké množství vody v mezivrstvách jílových minerálů mohou smektity výrazně měnit svůj objem. Vertisoly se běžně vyskytují v nízkých a plochých formách reliéfu, jako jsou nížiny, údolí, čela pohoří, bývalá dna jezer, spodní říční terasy apod. kde často existují podmínky příznivé pro akumulaci a stagnaci vody. Během suchých období se na povrchu objevují široké pukliny, které pronikají hluboko do solí. Vyplňují se půdním materiálem v důsledku sesuvů půdy, eolického vstupu, přívalových dešťů apod. Hlouběji v půdním profilu, kde se tento proces neprojevuje, vznikají v důsledku vzniklých smykových napětí slickensidy (Schaetzl a Anderson, 2009). Slickensidy se obvykle objevují v hloubce 25 až 125 cm a nejlépe se projevují v půdách vyvíjejících se při sezónním střídání extrémně suchých a extrémně vlhkých období. V důsledku vzájemného působení procesů pedoturbace a smršťování/smršťování se na povrchu objevuje specifický mikroreliéf nízkých a vysokých poloh (gilgai).

Železo (Fe) a mangan (Mn) patří mezi prvky v půdě nejcitlivější na redox (Cornell a Schwertmann, 2003) a jejich chování ve vertisolech je považováno za hlavní faktor při vytváření různých modelů geneze a funkcí vertisolů (Nordt a Driese, 2009). Výskyt Vertisolů v nížinách se ztíženým odvodněním podmiňuje vznik redukčních podmínek v půdě během vlhkých období. Hlavní podmínky nutné k tomu, aby se půda stala redukovanou, jsou tyto: půda musí být nasycena vodou; musí obsahovat organická pletiva, která se mohou rozkládat; musí být přítomna mikrobiální populace, která využívá organické látky jako respirační médium; a voda by měla stagnovat nebo se pohybovat velmi pomalu (Vepraskas a Faulkner, 2001). Respirující mikrobiální populace má zásadní význam pro tvorbu redukovaných půd. Nedávné studie naznačují, že bakterie jsou rozšířené a hojné v mnoha půdách a jsou přizpůsobeny fungování v různých klimatických podmínkách (Bazylinski, 1996; Konhauser, 1998; Fredrickson a kol., 1998; Zachara a kol., 2002). Sezónní změny oxidačně-redukčních podmínek vedou k tvorbě Fe-Mn konkrecí a konkrecí, glejových skvrn apod. doprovázených redukčními procesy v oxyhydroxidech železa (van Breemen, 1988). Periodické střídání oxidačních a redukčních podmínek v půdách vyvolává zvýšenou mobilitu Fe v důsledku přenosu elektronů z rozkládající se organické hmoty na Fe3+. Když se redukované půdy s vysokou koncentrací Fe2+ oxidují, často vznikají oxidy Fe se smíšenou valencí (Brennan a Lindsay, 1998). Dalším procesem souvisejícím s cyklickou redukcí/oxidací železa v otevřeném systému je tzv. ferolýza (Brinkman, 1970; van Breemen, 1988). Proces ferolýzy se předkládá jako vysvětlení vzniku písčitějších, silně kyselých povrchových půdních horizontů, které leží nad jílovitějšími a ne tak kyselými horizonty v půdách. Takové jsou půdy vyvinuté v nížinách se sezónním zamokřením povrchu. Bylo prokázáno, že za určitých podmínek může ferolýza probíhat i ve Vertisolech (Barbiero et al., 2010), kde se v jejím důsledku tvoří amorfní křemík a konkrece CaCO3. Většina nejnovějších studií však ukazuje, že ferolýza jako proces v půdách vystavených sezónnímu zamokření je přeceňována (Van Ranst et al., 2011). Místo toho se pro vysvětlení pozorovaných kontrastních půdních vlastností navrhují procesy translokace jílu (Montagne et al., 2008) nebo geogenní procesy (Barbiero et al., 2010).

Většina Vertisolů je považována za mladé půdy vzniklé během čtvrtohor, protože jejich matečným materiálem jsou často čtvrtohorní náplavy (Singh et al., 1998; Pal et al., 2006). Nejnovější studie využívající různé datovací techniky (tj. izotopové datování 14C z pedogenních a nepedogenních karbonátů) ukazují, že Vertisol může vzniknout během 500 let a většina Vertisolů z tropických, subtropických a aridnějších oblastí je holocenního stáří (Kovda et al., 2006; Pal et al., 2012). Časté jsou však i staré, paleo Vertisoly, které vznikly během pliocénu (Nordt et al., 2004; Achyuthan et al., 2010).

Vertisoly se vyvíjejí v různých klimatických podmínkách – často se vyskytují v tropických a subtropických oblastech s vysokým množstvím srážek a také v subaridních oblastech (Pal et al., 2012; IUSS Working Group WRB, 2014). Vertisoly vyvinuté v aridních a semiaridních oblastech se vyznačují přítomností karbonátového horizontu obsahujícího primární a/nebo sekundární karbonáty ve formě rozptýlených hmot, konkrecí a krystalů (Kovda et al., 2006; Nordt a Driese, 2009; Pal et al., 2012). Bylo prokázáno (Nordt a Driese, 2010a), že při průměrném ročním úhrnu srážek (MAP) <900 mm je hlavní část CaO ve formě CaCO3, zatímco při MAP >900 mm je vápník ve formě výměnných kationtů (Ca2+) a Vertisoly jsou odvápněné. Srážení pedogenních karbonátů vede ke zvýšení pH i relativního obsahu Na2+ v půdě a v půdním roztoku. Tyto sodné kationty zase způsobují rozptýlení částic smektitu, které se mohou pohybovat po hloubce. To je důvod, proč jsou i přes přítomnost karbonátů jílové částice ve Vertisolech illuviální (Pal et al., 2012).

Vertisoly a půdy s vertikálními vlastnostmi jsou identifikovány a popsány v mnoha zemích, ale největší podíl Vertisolů na světě je soustředěn v Indii (25 %), Austrálii (22 %), Spojených státech (6 %), Africe (5 %) a Číně (4 %) (Soil Survey Staff, 2003). Celosvětové rozložení Vertisols je znázorněno na obr. 5.1.1 (FAO, 2001). V Evropě jsou Vertisoly charakteristické pro středomořské a balkánské země (Itálie, Kypr, Bulharsko, Maďarsko, Rumunsko, Španělsko) (Tóth et al., 2008).

Obrázek 5.1.1. Zemědělské půdy. Prostorové rozložení Vertisolů ve světě (FAO, 2001). Poznámky k přednášce o hlavních půdách světa). http://www.fao.org/docrep/003/y1899e/y1899e00.htm#toc.

V Bulharsku jsou Vertisoly rozšířeny v nížinách a údolních nivách ve středním a jižním Bulharsku (Koinov et al., 1998; Shishkov a Kolev, 2014). Podobně jako v jiných regionech je místní název pro Vertisoly příznačný pro barvu půdy – „Smolnitza“ („dehtově černá“). Bulharsko patří mezi evropské země, kde se Vertisoly vyskytují jako dominantní půdní typ (Tóth et al., 2008). Rozšíření Vertisolů v Bulharsku souvisí s bývalými pliocenními plošinami a starými čtvrtohorními terasami (Koinov et al., 1998). Během pozdního miocénu pliocénní jezera vyschla a převládly bažinaté podmínky (Koinov et al., 1998; Shishkov a Kolev, 2014). To podpořilo rozvoj glejových půd, které se dále přeměnily na Vertisoly (Ninov, 2002). Později nebyly Vertisoly pohřbeny, aby vytvořily paleosol, ale zůstaly na povrchu během čtvrtohor. Stáří Vertisolů nalezených v různých oblastech Bulharska je nejisté (Shishkov a Kolev, 2014). Obvykle se přijímá názor, že stáří půdy je určeno stářím matečné horniny. V Bulharsku se rozeznává několik odrůd Vertisolů – karbonátové, typické, vyluhované a degradované (Shishkov a Kolev, 2014). Nejrozšířenější je vyluhovaná odrůda

.