Výzkumný tým 04: Zemědělská pedologie a pedobiologie

• RNDr. Mikuláš Madaras, Ph.D.: ředitel ústavu, samostantný vědecký pracovník
• Ing. Tomáš Šimon, CSc.: samostatný vědecký pracovník
• Mgr. Markéta Mayerová, Ph.D.: samostatný vědecký pracovník
• Ing. J A M Oushadee A J Abeyawardana, Ph.D: vědecká pracovnice – postdoc
• Ing. Wiktor Rafal Żelazny, Ph.D.: vědecký pracovník – postdoc
• Ing. Iva Stehlíková: vědecký asistent
• Mgr. Ema Némethová: vědecký asistent
• Ing. Alena Czakó: samostatný vědecko-technický pracovník specialista
• Mgr. Barbora Ďurajková: samostatný vědecko-technický pracovník specialista
• Ing. Štěpánka Matějková, Ph.D.: laborant

Kontakty na pracovníky týmu (telefon, mobil, e-mail) naleznete zde.

Nejvýznamnější aktuální výsledky týmu:

Mykorrhizní sítě podporují přežití rostlin v podmínkách sucha
Arbuskulární mykorrhizní houby mohou pomáhat rostlinám zvládat sucho tím, že usnadňují pohyb vody prostřednictvím svých rozsáhlých hyfových sítí. Pokud propojují sousední rostliny do společných mykorrhizních sítí (CMNs), mohou redistribuovat vodu mezi jednotlivci. Důsledky tohoto mechanismu pro rostlinné interakce však nejsou dosud dobře prozkoumány. V experimentu s květináči jsme sledovali interakce mezi semenáčky Andropogon gerardii za různých podmínek zavlažování a stavu mykorrhizní sítě. Neporušené CMNs zlepšily přežití semenáčků během sucha a podporovaly pozitivní rostlinné interakce ve všech podmínkách. CMNs poskytovaly nejvíce limitující zdroj v každé situaci – fosfor, vodu nebo obojí – čímž podporovaly růst a přežití. Rostliny v blízkosti velkých jedinců s rozsáhlými hyfovými sítěmi těžily z lepšího přístupu k vodě a rozpuštěnému fosforu v půdě. Vzhledem ke zvyšující se frekvenci a intenzitě sucha v důsledku klimatické změny mohou CMNs hrát klíčovou roli v odolnosti rostlinných společenstev.

• Russell M, Řezáčová V, Miller KS, Nardi WH, Brown M, Weremijewicz J (2025) Common mycorrhizal networks improve survival and mediate facilitative plant interactions among Andropogon gerardii seedlings under drought stress. Mycorrhiza 35, 8. DOI 10.21203/rs.3.rs-4693554/v1]

Složení rostlinných společenstev ovlivňuje distribuci zdrojů v mykorrhizních sítích
V přírodě rostliny a houby často spolupracují. Mykorrhizní houby vytvářejí podzemní sítě vláknitých hyf, které propojují kořeny sousedních rostlin a umožňují výměnu energie a živin. Tato výměna však není vždy rovnoměrná – některé rostliny dodávají houbám více zdrojů, zatímco jiné čerpají více živin. Invazní rostliny mohou narušovat rovnováhu v rostlinných společenstvech, ale jejich vliv na distribuci živin v mykorrhizních sítích není dosud dobře znám. V nádobovém experimentu jsme simulovali malou rostlinnou komunitu tvořenou dvěma původními druhy – omanem srstnatým (Inula conyzae) a škardou dvouletou (Crepis biennis) – a nepůvodním bělotrnem kulatohlavým (Echinops sphaerocephalus). V polovině nádob byla přítomna mykorhizní houba Funneliformis mosseae, v druhé polovině chyběla. Pomocí izotopového značení jsme sledovali výměnu zdrojů mezi jednotlivými rostlinami a společnou mykorrhizní sítí. Výsledky ukázaly, že když se bělotrn připojil k mykorrhizní síti, snížil náklady pro oman tím, že sám dodával uhlík houbám, ačkoli nezískával nejvíce fosforu. To naznačuje, že invazní druhy mohou měnit tok živin v mykorrhizních sítích, což podtrhuje důležitost jejich zohlednění při výzkumu i v ochraně ekosystémů.

• Řezáčová V, Weremijewicz J, Michalová T (2025) Nutrient exchange within common mycorrhizal networks is altered in a multispecies environment. Functional Ecology 39(2), 418-431. DOI 10.1111/1365-2435.14723

Nové postupy pro stanovení stability půdních agregátů

Doposud byla kvalita půdních agregátů stanovována zejména laboratorně, pomocí speciálního mechanického zařízení, což je časově i finančně náročné. Nové postupy se proto zaměřují na jednoduché technologie a zařízení využitelné širokou skupinou uživatelů. Byl sestrojen a testován LED panel pro měření stability půdních agregátů s využitím mobilní aplikace SLAKES, která umožňuje snímat proces rozpadu agregátů ponořených do vody pomocí digitální kamery se simultánním softwarovým vyhodnocením velikosti plochy, na kterou se agregát rozpadne. Dále byl navržen nový způsob stanovení stability půdních agregátů, který je založen na metodě měření prostupnosti světla měřící nádobkou, ve které dochází k rozpadu půdních agregátů. Tato měřící nádobka je umístěna na zdroji světla s plošně homogenní distribucí svítivosti. U tohoto postupu není nutné použít digitální snímání rastrového obrazu s následným softwarovým zpracováním. Výhoda nových metod stanovení spočívá v tom, že stanovení velikosti plochy pokryté rozpadajícím se agregátem je oproti vizuálnímu hodnocení zcela objektivní a velmi přesné. Předností je také finanční a provozní nenáročnost s téměř nulovými provozními náklady. Díky tomu mohou být navržené postupy využity k rychlému stanovení kvality půdní struktury v zemědělské praxi.

• Madaras M, Mayerová M, Krejčí M SlakeLight – měřič stability půdních agregátů. Datum zapsání funkčního vzorku: 2023. Číslo vzoru: FV-10-2023.
• Madaras M, Krejčí M Způsob stanovení stability půdních agregátů a zařízení pro toto stanovení. Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i. Číslo patentu: 308456. Datum udělení patentu: 15.07.2020.
• Madaras M, Stehlík M, Mayerová M, Procházka J LED panel pro měření stability půdních agregátů pomocí aplikace SLAKES. Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i. Datum zapsání vzoru: 01.10.2020. Číslo vzoru: FV-07-2020.
• Madaras M, Mayerová M, Krejčí R Měřič stability půdních agregátů. Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i. Datum zapsání vzoru: 01.10.2020. Číslo vzoru: FV-08-2020.
• Madaras M, Mayerová M, Czakó A Způsob stanovení stability půdních agregátů pomocí optické detekce jejich rozpadu ve vodě. Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i. Číslo technologie: VÚRV-OT-6/2019.
• Madaras M, Mayerová M, Stehlík M, Czakó A Stanovení kvality půdní struktury pomocí mobilních zařízení. Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i. Číslo certifikované metodiky: VÚRV-10/2020.
• Mayerová M, Křen J, Madaras M, Koubová M, Stehlíková I, Stehlík M, Czakó A Metody a agrotechnické postupy vedoucí ke zvýšení stability půdních agregátů. Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i. Číslo certifikované metodiky: VÚRV-389/2022.

Vliv agrotechnických opatření na stabilitu půdních agregátů

Stabilita půdních agregátů je důležitá vlastnost půdy, která ovlivňuje kvalitu půdy a půdní úrodnost. Kromě půdně-klimatických podmínek je ovlivňována i způsoby ohospodařování půdy. Na základě 5letých výsledků z polních pokusů s rozdílnými půdně-klimatickými podmínkami a různými agrotechnickými zásahy, byla definována opatření, která ovlivňují fyzikální vlastnosti půdy včetně stability půdních agregátů. Pozitivní vliv na stabilitu půdních agregátů má aplikace organického hnojení, a to nejen hnoje nebo kompostu, ale i digestátu. Využití digestátu jako hnojiva je jednou z perspektivních možností, jak zlepšit fyzikální vlastnosti půdy a infiltraci vody. V případě velmi špatného strukturního stavu lze stabilitu půdních agregátů významně zlepšit založením travního porostu minimálně na 3 roky. Toto řešení je však z ekonomického pohledu pro zemědělské podniky většinou nepřijatelné řešení. Proto je důležité zařazovat meziplodiny do osevního postupu a zajistit tak celoroční pokryv půdy plodinou. Neméně důležité je střídání pěstovaných plodin a ponechání posklizňových zbytků. Krátkodobě lze zvýšit stabilitu půdních agregátů aplikací syntetického hydrogelu do půdy. Byl pozorován i pozitivní vliv dřevní štěpky.

• Mayerová M, Šimon T, Stehlík M, Madaras M, Koubová M, Smatanová M (2023) Long-term application of biogas digestate improves soil physical properties, Soil Till Res 231, 105715, DOI: 10.1016/j.still.2023.105715
• Mayerová M, Šimon T, Stehlík M, Madaras M (2023) Improving the stability of soil aggregates using soil additives and revegetation by grassland, Plant Soil Envi 69, 282-290, DOI: 17221/123/2023-PSE
• Mayerová M, Křen J, Madaras M, Koubová M, Stehlíková I, Stehlík M, Czakó A (2022) Metody a agrotechnické postupy vedoucí ke zvýšení stability půdních agregátů. Certifikovaná metodika, VÚRV, v.v.i., Praha-Ruzyně. ISBN 978-80-7427-396-4.

Využití spektrálních metod při hodnocení stresu a rezistence rostliny vůči houbovým patogenům

Rostliny ovlivněné stresem charakterizuje prostorová proměnlivost spektrálních příznaků. Zejména, mladé listy se liší od listů starších. Tato bylo východiskem pro studii, v jejž rámci byly pořizovány hyperspektrální snímky dvou odrůd juvenilní řepky ozimé vystavené třem úrovním vodního stresu. Snímkování probíhalo z blízké vzdálenosti, díky čemuž bylo možné vzorkovat pixely v rámci jednotlivých listů stejných rostlin. Pixely byly klasifikovaný jako nesoucí příznaky stresu nebo ne. V souladu s hypotézou, bylo pro jednu z odrůd zaznamenáno, že varianta s vodním stresem vykazovala narůst ve frekvenci pixelů s příznaky o jeden řád velikosti oproti variantě s kontinuální zálivkou. Hyperspektrální metody mohou být využity také při hodnocení rezistence vůči chorobám. Pomocí spektrálních podpisů lze hodnotit míru závažnosti infekce. Hodnotili jsme hyperspektra klasů ozimé pšenice ve fenotypové studii spály klasu. Zde byla vhodnost využití metody závislá na fenotypické fázi. Ve fází mléčné zralosti predikční model spolehlivě odhadoval intenzitu příznaků nemoci s maximální chybou ±2 stupně na 9ti bodové stupnici. Nevýhodou metod je vysoká cena spektrofotometrických přístrojů. Je možné si ale přestavit vývoj jednoduchých měřičů určených pro jednotlivé aplikace. Možnost odhadovat stres na základě omezené spektrální informace ilustruje studie se stanovením obsahu listového chlorofylu u ovsa setého. Na hyperspektra pořízená z dronu byly aplikovány dvě metody pro selekci příznaků. Filtrovací metoda umožnila redukovat počet vstupů predikčního modelu na tři spektrální pásma. Zároveň došlo k mírnému zlepšení kvality odhadů. Je zřejmé, že přístroj snímající tak omezený počet pásem by byl cenově přístupnější než snímač zaměřený na sběr dat zahrnujících celý spektrální region.

• Żelazny, W.R., Chrpová, J., Hamouz, P. (2021) Fusarium head blight detection from spectral measurements in a field phenotyping setting—a pre-registered study. Biosyst Eng 211, 97-113.
• Żelazny WR and Lukáš J (2020) Application of feature selection for predicting leaf chlorophyll content in oats (Avena sativa) from hyperspectral imagery. Agronomy Res 18(4), 2665-2676.
• Żelazny WR and Lukáš J (2020) Drought Stress Detection in Juvenile Oilseed Rape Using Hyperspectral Imaging with a Focus on Spectra Variability. Remote Sens 12, 3462.

Význam biodiverzity a abundance prospěšných symbiotických hub v šíření nepůvodních plevelných rostlin

V posledních letech stále stoupá zájem o využívání symbiotických arbuskulárně mykorrhizních hub jako „bio-hnojiva“ v zemědělských ekosystémech. To je ovšem spojeno s řadou komplikací. Především inokulace těchto hub nezajišťuje jejich uchycení se v prostředí s již ustanovenými vztahy mezi přítomnými mikroorganizmy. Zachování a využití původní biodiverzity stanovišť tak představuje jednodušší cestu. K tomu je ale třeba nejprve poznat, co jsou faktory, které negativně ovlivňují biodiverzitu a abundanci těchto organizmů. My jsme v polních a ve skleníkových experimentech studovali význam arbuskulárních mykorrhizních hub pro šíření nepůvodních plevelných rostlin a vliv jejich přítomnosti na původní biodiverzitu těchto symbiotických mikroorganizmů. Ukázalo se, že biodiverzita a abundance prospěšných arbuskulárních mykorrhiznách hub je významně snižována vlivem invaze nepůvodních plevelných rostlin, což těmto rostlinám napomáhá v konkurenci s původními rostlinami. Výsledek interakce mezi původními a nepůvodními rostlinami skrze mykorrhizní houby je však závislý na identitě rostlinných a houbových partnerů, přičemž asociace s mykorrhizní houbou může být pro nepůvodní rostlinu výhodná i nevýhodná.

• Řezáčová V, Řezáč M, Wilson GWT, Michalová T (2022) Arbuscular mycorrhiza can be disadvantageous for weedy annuals in competition with paired perennial plants. Sci Rep 12, 20703.
• Řezáčová V, Michalová T, Řezáč M, Gryndler M, Duell EB, Wilson GWT, Heneberg P (2022) The root-associated arbuscular mycorrhizal fungal assemblages of exotic alien plants are simplified in invaded distribution ranges, but dominant species are retained: a trans-continental perspective. Environ Microbiol Rep, DOI: 1111/1758-2229.13108
• Řezáčová V, Řezáč M, Gryndler M, Hršelová H, Gryndlerová H, Konvalinková T (2021) Plant invasion alters community structure and decreases diversity of arbuscular mycorrhizal fungal communities. Appl Soil Ecol 167, 104039.
• Řezáčová V, Řezáč M, Líblová Z, Michalová T, Heneberg P (2021) Stable colonization of native plants and early invaders by arbuscular mycorrhizal fungi after exposure to recent invaders from the Asteraceae family. Invasive Plant Science and Management, 1-9. doi:10.1017/inp.2021.17
• Řezáčová V, Řezáč M, Gryndlerová H, Wilson GWT, Michalová T (2020) Arbuscular mycorrhizal fungi favor invasive Echinops sphaerocephaluswhen grown in competition with native Inula conyzae. Sci Rep 10, 20287.
• Řezáčová V, Konvalinková T, Řezáč M (2020) Decreased mycorrhizal colonization of Conyza canadensis (L.) Cronquist in invaded range does not affect fungal abundance in native plants. Biologia, DOI 2478/s11756-020-00446-6.

• Stehlíková I, Teplá D, Madaras M (2014) Vliv různých systémů hospodaření na půdě na stabilitu půdních agregátů. Úroda 62, 425-428.
• Stehlíková I, Madaras M, Lipavský J, Šimon T (2016) Study on some soil quality changes obtained from long-term experiments. Plant Soil and Environment 2016, 62, 74-79.
• Řezáčová V, Czakó A, Stehlík M, Mayerová M, Šimon T, Smatanová M, Madaras M (2021) Improved soil aggregation due to the application of compost and digestates is accompanied by increased abundance of eubacteria, glomalins, soil fertility and decomposition resistance. Sci Rep 11, 12548.

Vliv dlouhodobé aplikace herbicidů na změny plevelových společenstev

Pochopení vlivu zemědělských postupů na složení plevelových společenstev má významné důsledky pro udržitelnost strategií managementu plevelů. V naší studii byly v pokusech z roku 1972 srovnány dva osevní postupy (jednoduchý se 75 % obilnin a diverzifikovaný s 50 % obilnin) a dvě herbicidní strategie (ošetření pouze syntetickými auxiny a cílené ošetření kombinací herbicidů dle zaplevelení). Součástí pokusu byly neošetřené parcely. Bylo zjištěno, že typ plodiny a jejich střídání jsou hlavními faktory určujícími druhovou skladbu, nicméně vliv plodin byl částečně redukován herbicidním ošetřením. Proto navrhujeme použití diverzifikovaných osevních postupů, které podpoří jak druhovou rozmanitost plevelů, tak přijatelnou hustotu plevelů. Zároveň výběr účinných herbicidů podle výskytu a hustoty cílových druhů plevelů a vynechání opakované aplikace herbicidů se stejnou účinnou látkou přispěje ke snížení populační hustoty potenciálně dominantních a vysoce konkurenčních druhů, a tím podpoří menší druhy s nižší konkurenceschopností. Tato zjištění jsou v souladu s novým přístupem v ochraně rostlin šetrným k biodiverzitě, který vyžaduje rovnováhu mezi dostatečnou rostlinnou produkcí a zachováním uspokojivé druhové diverzity.

• Mayerová M, Mikulka J, Kolářová M, Soukup J (2023) Impact of 40 Years Use of Different Herbicide Strategies and Crop Rotations on Weed Communities in Two Sites of the Czech Republic. Agriculture 13,102, DOI: 10.3390/agriculture13010102

Řešené projekty: