Rýže je jednou z nejvýznamnějších potravin světa. Globální změna klimatu je velmi komplexní jev závisející na mnoha faktorech. Mezi tyto faktory patří kupříkladu Milankovićovy cykly, změny sluneční aktivity, desková tektonika, mořské proudění, přítomnost aerosolů v atmosféře, vliv vegetačního krytu zemského povrchu či změny magnetické polarity Země. Jeden z klíčových vlivů na zemské klima má i skleníkový efekt. Ačkoliv je koncentrace metanu v atmosféře řádově nižší než oxidu uhličitého, molekula metanu má mnohonásobně vyšší potenciál absorbovat infračervené záření. Metan přirozeně vzniká při vulkanické činnosti a jako koncový produkt dekompozice organické hmoty působením metanogenních archeí. V aerobním prostředí může být metan oxidován metanotrofními bakteriemi. S rostoucí lidskou populací rostla i antropogenní produkce metanu, která dnes převažuje nad přirozenou produkcí. Produkce metanu rýžovišti je jedním z nejvýznamnějších antropogenních zdrojů metanu. Bylo zjištěno, že přerušované zaplavení půdy při pěstování rýže vede díky aerobním procesům ke snížení emisí metanu i k lepšímu prospívání rostlin rýže. Dále se ukázalo, že samotná přítomnost rostliny rýže významně zvyšuje emise metanu, pravděpodobně díky produkci kořenových exudátů a odumřelé biomasy rostlinou. Vedle vodního managementu má klíčový vliv i přítomnost organické hmoty v půdě. Hnojení organickým hnojivem tedy vede ke zvýšení produkce metanu. Další úkon, který může snížit produkci metanu rýžovištěm je aplikace anorganických hnojiv. Rozdíly v produkci obilek mezi jednotlivými ošetřeními ale nebylo možné stanovit kvůli technickým možnostem. Ideální management pro pěstování rýže s nízkou produkcí metanu a při zachováním výtěžku by pravděpodobně zahrnoval změny anaerobních podmínek v rýžovišti, jako např. aeraci vody či pěstování v brázdách. Dále je vhodné aplikovat anorganická hnojiva namísto organických a nevracet sklizenou biomasu do rýžoviště. Aplikace karbidu vápenatého v kapslích či využití systému Azolla-Anabaena mohou rovněž snížit emise metanu z rýžovišť.
Anotace v angličtině
Rice is one of the world's important food crops. Global climate change is very complex phenomenon depending on many factors. These factors include Milankovitch cycles, changes in solar activity, plate tectonics, thermohaline circulation, presence of aerosols in the atmosphere, influence of the vegetation cover of the Earth's surface or the change of the Earth's magnetic polarity. One of the key effects on the Earth's climate is the greenhouse effect. Although the concentration of methane in the atmosphere is lower than that of carbon dioxide, the methane molecule has a much higher potential to absorb infrared radiation. Methane is naturally produced by volcanic activity and as a terminal product of organic matter decomposition by methanogenic archaea. In an aerobic environment, methane can be oxidized by metanotrophic bacteria. With the growing human population, anthropogenic methane production has also grown and which now prevails over the natural production. Rice paddy methane production is one of the most important anthropogenic sources of methane. It has been found that the intermittent flooding of the soil during rice cultivation, due to aerobic processes, leads to a mitigation of methane emissions as well as a better growth of the plants. Furthermore, the presence of the rice plant has been shown to significantly increase methane emissions, probably due to the plant's production of root exudates and dead biomass. In addition to water management, the presence of organic matter in the soil is also crucial. Thus, fertilization with organic fertilizer leads to increased methane production. However, differences in the production of caryopses between treatments could not be determined due to technical possibilities. Ideal management for rice cultivation with low methane production and yield maintenance would likely involve changes in anaerobic conditions in the rice paddy such as water aeration or ridge cultivation. Moreover, it is advisable to apply inorganic fertilizers instead of organic and not to return harvested biomass to the paddy. The application of o encapsulated calcium carbide or the use of the Azolla-Anabaena cultivation system can also reduce methane emissions from paddy fields.
Klíčová slova
pěstování rýže, změna klimatu, skleníkový efekt, emise metanu
Rýže je jednou z nejvýznamnějších potravin světa. Globální změna klimatu je velmi komplexní jev závisející na mnoha faktorech. Mezi tyto faktory patří kupříkladu Milankovićovy cykly, změny sluneční aktivity, desková tektonika, mořské proudění, přítomnost aerosolů v atmosféře, vliv vegetačního krytu zemského povrchu či změny magnetické polarity Země. Jeden z klíčových vlivů na zemské klima má i skleníkový efekt. Ačkoliv je koncentrace metanu v atmosféře řádově nižší než oxidu uhličitého, molekula metanu má mnohonásobně vyšší potenciál absorbovat infračervené záření. Metan přirozeně vzniká při vulkanické činnosti a jako koncový produkt dekompozice organické hmoty působením metanogenních archeí. V aerobním prostředí může být metan oxidován metanotrofními bakteriemi. S rostoucí lidskou populací rostla i antropogenní produkce metanu, která dnes převažuje nad přirozenou produkcí. Produkce metanu rýžovišti je jedním z nejvýznamnějších antropogenních zdrojů metanu. Bylo zjištěno, že přerušované zaplavení půdy při pěstování rýže vede díky aerobním procesům ke snížení emisí metanu i k lepšímu prospívání rostlin rýže. Dále se ukázalo, že samotná přítomnost rostliny rýže významně zvyšuje emise metanu, pravděpodobně díky produkci kořenových exudátů a odumřelé biomasy rostlinou. Vedle vodního managementu má klíčový vliv i přítomnost organické hmoty v půdě. Hnojení organickým hnojivem tedy vede ke zvýšení produkce metanu. Další úkon, který může snížit produkci metanu rýžovištěm je aplikace anorganických hnojiv. Rozdíly v produkci obilek mezi jednotlivými ošetřeními ale nebylo možné stanovit kvůli technickým možnostem. Ideální management pro pěstování rýže s nízkou produkcí metanu a při zachováním výtěžku by pravděpodobně zahrnoval změny anaerobních podmínek v rýžovišti, jako např. aeraci vody či pěstování v brázdách. Dále je vhodné aplikovat anorganická hnojiva namísto organických a nevracet sklizenou biomasu do rýžoviště. Aplikace karbidu vápenatého v kapslích či využití systému Azolla-Anabaena mohou rovněž snížit emise metanu z rýžovišť.
Anotace v angličtině
Rice is one of the world's important food crops. Global climate change is very complex phenomenon depending on many factors. These factors include Milankovitch cycles, changes in solar activity, plate tectonics, thermohaline circulation, presence of aerosols in the atmosphere, influence of the vegetation cover of the Earth's surface or the change of the Earth's magnetic polarity. One of the key effects on the Earth's climate is the greenhouse effect. Although the concentration of methane in the atmosphere is lower than that of carbon dioxide, the methane molecule has a much higher potential to absorb infrared radiation. Methane is naturally produced by volcanic activity and as a terminal product of organic matter decomposition by methanogenic archaea. In an aerobic environment, methane can be oxidized by metanotrophic bacteria. With the growing human population, anthropogenic methane production has also grown and which now prevails over the natural production. Rice paddy methane production is one of the most important anthropogenic sources of methane. It has been found that the intermittent flooding of the soil during rice cultivation, due to aerobic processes, leads to a mitigation of methane emissions as well as a better growth of the plants. Furthermore, the presence of the rice plant has been shown to significantly increase methane emissions, probably due to the plant's production of root exudates and dead biomass. In addition to water management, the presence of organic matter in the soil is also crucial. Thus, fertilization with organic fertilizer leads to increased methane production. However, differences in the production of caryopses between treatments could not be determined due to technical possibilities. Ideal management for rice cultivation with low methane production and yield maintenance would likely involve changes in anaerobic conditions in the rice paddy such as water aeration or ridge cultivation. Moreover, it is advisable to apply inorganic fertilizers instead of organic and not to return harvested biomass to the paddy. The application of o encapsulated calcium carbide or the use of the Azolla-Anabaena cultivation system can also reduce methane emissions from paddy fields.
Klíčová slova
pěstování rýže, změna klimatu, skleníkový efekt, emise metanu
1) Sledovat emise CO2 a metanu produkované rýží pěstovanou ve skleníku při různých experimentálních zásazích
2) Vyhodnotit tzv. denní tok (flux) plynů a posoudit dopady jednotlivých zásahů
s ohledem na finální výtěžek
3) Navrhnout optimální management pěstování rýře ve vztahu k celkové emisi CO2 a metanu
Zásady pro vypracování
1) Sledovat emise CO2 a metanu produkované rýží pěstovanou ve skleníku při různých experimentálních zásazích
2) Vyhodnotit tzv. denní tok (flux) plynů a posoudit dopady jednotlivých zásahů
s ohledem na finální výtěžek
3) Navrhnout optimální management pěstování rýře ve vztahu k celkové emisi CO2 a metanu
Seznam doporučené literatury
Alpana, S., Vishwakarma, P., Adhya, T. K., Inubushi, K. & Dubey, S. K. (2017): Molecular ecological perspective of methanogenic archaeal community in rice agroecosystem Science of the Total Environment. 596597 136146.
Bridgham, S. D., Cadillo-Quiroz, H., Keller, J. K., & Zhuang, Q. (2013): Methane emissions from wetlands: biogeochemical, microbial, and modeling perspectives from local to global scales. Global Change Biology. 19, 13251346.
Bronson, K. F. & Mosier A. R. (1991): Effect of encapsulated calcium carbide on dinitrogen, nitrous oxide, methane, and carbon dioxide emissions from flooded rice. Biology and Fertility of Soils. 11: 116120.
Burton, A. (2003): Draining Rice Paddies Cuts Methane Emissions. Frontiers in Ecology and the Environment. 1(2): 64.
Ehhalt, D. H., Conrad, R., Mitra, A. P., Neue, H. U. & Sass R. (1996): Methane Emissions from Rice Cultivation: Flooded Rice Fields. In: Greenhouse Gas Inventory Reference Manual: Revised 1996 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories: Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) at its Twelfth Session. Mexico City, 11-13 September 1996: IPCC. Vol. 3: 4.534.71.
Gathorne-Hardy, A. (2013): Greenhouse gas emissions from rice. RGTW Working Paper Number 3.
Hongmin, D., Erda, L., Yue, L., Minjie, R. & Qichang, Y (1996): An Estimation of Methane Emissions from Agricultural Activities in China. Ambio. 25(4): 292296.
Hu, Z., Wu, S., Ji, C., Zou, J., Zhou, Q., Liu, S. (2016): A comparison of methane emissions following rice paddies conversion to crab-fish farming wetlands in southeast China. Environ Sci Pollut Res 23: 15051515.
Chen, H., Zhu, Q., Peng, C., Wu, N., Wang, Y., Fang, X., Jiangk, H., Xiang, W., Chang J I E, Deng, X. & Yu, G. (2013): Methane emissions from rice paddies natural wetlands, lakes in China: synthesis new estimate. Global Change Biology. 19, 1932.
Khan M. B., Boult S., Duy P., Sharmin E. & Baten M. A. (2011): Methane and Carbon Dioxide Flux from Rice Field: Contribution of Environmental Controls. J. Environ. Sci. & Natural Resources. 4(2): 16.
Liu, D., Ding, W., Jia, Z. & Cai, Z. (2012): The impact of dissolved organic carbon on the spatial variability of methanogenic archaea communities in natural wetland ecosystems across China. Applied Microbiology Biotechnology. 96: 253263.
Liu, D., Ding, W., Yuan, J., Xiang, J. & Lin, Y. (2014): Substrate and/or substrate-driven changes in the abundance of methanogenic archaea cause seasonal variation of methane production potential in species-specific freshwater wetlands. Applied Microbiology Biotechnology. 98: 47114721.
Liu, Y., Wan, K-y., Tao, Y., Li, Z-g., Zhang, G-s., Li, S-l. & Chen, F. (2013): Carbon Dioxide Flux from Rice Paddy Soils in Central China: Effects of Intermittent Flooding and Draining Cycles. PLoS ONE. 8(2): 18.
Neue, H.-U. (1993): Methane Emission from Rice Fields. BioScience. 43(7): 466474.
Sampanpanisha, P. (2012): Use of organic fertilizer on paddy fields to reduce greenhouse gases. ScienceAsia. 38: 323330.
Shin, Y-K., Yun, S-H., Park, M-E., & Lee, B-L. (1996): Mitigation Options for Methane Emission from Rice Fields in Korea. Ambio 25(4): 289291.
Wagner, G. M. (1997): Azolla: A Review of Its Biology and Utilization. Botanical Review. 63(1): 126.
Zelený, V. (1984): Botanika I.; 2. sv. Soustavná botanika. Praha: Vysoká škola zemědělská v Praze; Agronomická fakulta, 222 p.
Zhou, J., Deng, Y., Luo, F., He, Z. & Yang, Y. (2011): Phylogenetic molecular ecological network of soil microbial communities in response to elevated CO2. mBio 2 (4): e00122-11. doi:10.1128/mBio.00122-11.
Seznam doporučené literatury
Alpana, S., Vishwakarma, P., Adhya, T. K., Inubushi, K. & Dubey, S. K. (2017): Molecular ecological perspective of methanogenic archaeal community in rice agroecosystem Science of the Total Environment. 596597 136146.
Bridgham, S. D., Cadillo-Quiroz, H., Keller, J. K., & Zhuang, Q. (2013): Methane emissions from wetlands: biogeochemical, microbial, and modeling perspectives from local to global scales. Global Change Biology. 19, 13251346.
Bronson, K. F. & Mosier A. R. (1991): Effect of encapsulated calcium carbide on dinitrogen, nitrous oxide, methane, and carbon dioxide emissions from flooded rice. Biology and Fertility of Soils. 11: 116120.
Burton, A. (2003): Draining Rice Paddies Cuts Methane Emissions. Frontiers in Ecology and the Environment. 1(2): 64.
Ehhalt, D. H., Conrad, R., Mitra, A. P., Neue, H. U. & Sass R. (1996): Methane Emissions from Rice Cultivation: Flooded Rice Fields. In: Greenhouse Gas Inventory Reference Manual: Revised 1996 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories: Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) at its Twelfth Session. Mexico City, 11-13 September 1996: IPCC. Vol. 3: 4.534.71.
Gathorne-Hardy, A. (2013): Greenhouse gas emissions from rice. RGTW Working Paper Number 3.
Hongmin, D., Erda, L., Yue, L., Minjie, R. & Qichang, Y (1996): An Estimation of Methane Emissions from Agricultural Activities in China. Ambio. 25(4): 292296.
Hu, Z., Wu, S., Ji, C., Zou, J., Zhou, Q., Liu, S. (2016): A comparison of methane emissions following rice paddies conversion to crab-fish farming wetlands in southeast China. Environ Sci Pollut Res 23: 15051515.
Chen, H., Zhu, Q., Peng, C., Wu, N., Wang, Y., Fang, X., Jiangk, H., Xiang, W., Chang J I E, Deng, X. & Yu, G. (2013): Methane emissions from rice paddies natural wetlands, lakes in China: synthesis new estimate. Global Change Biology. 19, 1932.
Khan M. B., Boult S., Duy P., Sharmin E. & Baten M. A. (2011): Methane and Carbon Dioxide Flux from Rice Field: Contribution of Environmental Controls. J. Environ. Sci. & Natural Resources. 4(2): 16.
Liu, D., Ding, W., Jia, Z. & Cai, Z. (2012): The impact of dissolved organic carbon on the spatial variability of methanogenic archaea communities in natural wetland ecosystems across China. Applied Microbiology Biotechnology. 96: 253263.
Liu, D., Ding, W., Yuan, J., Xiang, J. & Lin, Y. (2014): Substrate and/or substrate-driven changes in the abundance of methanogenic archaea cause seasonal variation of methane production potential in species-specific freshwater wetlands. Applied Microbiology Biotechnology. 98: 47114721.
Liu, Y., Wan, K-y., Tao, Y., Li, Z-g., Zhang, G-s., Li, S-l. & Chen, F. (2013): Carbon Dioxide Flux from Rice Paddy Soils in Central China: Effects of Intermittent Flooding and Draining Cycles. PLoS ONE. 8(2): 18.
Neue, H.-U. (1993): Methane Emission from Rice Fields. BioScience. 43(7): 466474.
Sampanpanisha, P. (2012): Use of organic fertilizer on paddy fields to reduce greenhouse gases. ScienceAsia. 38: 323330.
Shin, Y-K., Yun, S-H., Park, M-E., & Lee, B-L. (1996): Mitigation Options for Methane Emission from Rice Fields in Korea. Ambio 25(4): 289291.
Wagner, G. M. (1997): Azolla: A Review of Its Biology and Utilization. Botanical Review. 63(1): 126.
Zelený, V. (1984): Botanika I.; 2. sv. Soustavná botanika. Praha: Vysoká škola zemědělská v Praze; Agronomická fakulta, 222 p.
Zhou, J., Deng, Y., Luo, F., He, Z. & Yang, Y. (2011): Phylogenetic molecular ecological network of soil microbial communities in response to elevated CO2. mBio 2 (4): e00122-11. doi:10.1128/mBio.00122-11.
Přílohy volně vložené
CD ROM
Přílohy vázané v práci
ilustrace, grafy, schémata, tabulky
Převzato z knihovny
Ano
Plný text práce
Přílohy
Posudek(y) oponenta
Hodnocení vedoucího
Záznam průběhu obhajoby
V úvodu své prezentace diplomant zevrubně charakterizoval problematiku klimatických změn a skleníkových plynů a poté nastínil cíle a hypotézy své práce, která je součástí doktorského výzkumu myanmarského doktoranda katedry. V metodické části autor podrobně popsal použité metody měření emisí metanu a postup pěstování rýže v podmínkách skleníku. Výsledky představil formou několika grafů, s důrazem na rozdíly mezi zaplavovaným a nezaplavovaným režimem a pokusy s organickcými a anorganickými hnojivy. Zobecnění výsledků a návrh na možné řešení, jak snižovat emise metanu při zachování optimální produkce rýže prezentoval v závěrečném souhrnu. V následné diskuzi pak diplomant pohotově reagoval na dotazy oponentky práce i dalších členů komise