Bachelor's Thesis

Optimization of Soil Respiration Assessment Using the OxiTop-IDS System

Final Thesis 1.17 MB

Author of thesis: Markéta Švecová

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Michal Kalina, Ph.D.

Reviewer: Ing. Kateřina Šťastná

Abstract:

This bachelor’s thesis focused on optimizing the measurement of soil respiration using the OxiTop IDS system and on evaluating the influence of selected characteristics of the soil used and measurement conditions on the intensity of soil respiration. For these purposes, an artificial soil simulating low-fertility soil was prepared. First, within the optimization steps of respirometric measurement, the effects of moisture and temperature on soil respiration intensity were investigated. The results showed that the rate of soil respiration increases with increasing moisture and temperature. Based on these experiments, a temperature of 25 °C and soil moisture corresponding to 60% of its maximum water-holding capacity were determined as optimal conditions for further measurements. In the subsequent parts of the work, the effect of the application of selected soil conditioners (biochar, alginate, PGPR, and PGPR with alginate) on the respiration rate of the artificial soil was examined. All applied soil conditioners increased the rate of soil respiration, with this increase being more pronounced in soil treated with alginate, PGPR, and PGPR with alginate than in soil treated with biochar. For comparison, real agricultural soils were also analyzed; these showed higher soil respiration intensity than the model artificial soil used, which was related to their higher organic matter content. For all mentioned soil samples (artificial soil, artificial soil with added soil conditioners, and real soils), analyses of physicochemical properties were performed. These included thermogravimetric and elemental analyses, measurement of pH and extract conductivity, ICP-OES analysis of water-extractable elements in aqueous extracts, and determination of maximum water holding capacity. The measured soil respiration values were discussed with regard to the properties of individual soil samples and subsequently compared with data in the literature. The results show that soil respiration is significantly influenced by moisture, temperature, and the application of soil conditioners, and they confirm the suitability of the OxiTop-IDS system for evaluating the microbial activity of microorganisms present in soil samples.

Keywords:

Soil respiration, OxiTop-IDS, artificial soil, soil conditioners, biochar, alginate, PGPR, physicochemical soil properties

Date of defence

10.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Obhajoba proběhla podle následujícího schématu: prezentace studentky-vyjádření vedoucí/ho-oponentský posudek-reakce na posudek-diskuse s komisí. Studentka přednesla výborný výtah výsledků své bakalářské práce, řádně zodpověděla všechny dotazy oponentské i členů komise, pohotově reagovala na připomínky. V diskusi tak studentka prokázala výbornou schopnost orientace v teoretických i praktických základech problematiky bakalářské práce. Komise zhodnotila její bakalářskou práci celkově jako výbornou. Pekař: Na jaký objem byla přepočítávána spotřeba kyslíku? Nedal by se pokus urychlit, aby dosáhl rychleji ustálené spotřeby kyslíku? Kozáková: Jaký substrát byl použit pro umělou půdu? Enev: Jak byla získaná data z TGA? Dzik: Jak se stanovovala maximální nasákavost půdy?

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta chemická

Department

Institute of Physical and Applied Chemistry

Study programme

Chemistry for Medical Application (BPCP_CHMA)

Composition of Committee

prof. Ing. Miloslav Pekař, CSc. (předseda)
doc. Ing. Zdenka Kozáková, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Stanislav Obruča, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Vojtěch Enev, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Petr Dzik, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Michal Kalina, Ph.D.

Bakalářská práce Markéty Švecové byla zaměřena na aktuální a metodicky zajímavou problematiku optimalizace stanovení půdní respirace pomocí systému OxiTop-IDS. Téma vhodně zapadá do výzkumného zaměření pracoviště, zejména v oblasti studia půdních kondicionérů, mikrobiální aktivity půdy a souvisejících fyzikálně-chemických charakteristik.
V rámci experimentální části se studentka nejprve seznámila s fungováním systému OxiTop-IDS a následně optimalizovala podmínky respirometrického měření u připravené artificiální půdy simulující málo úrodnou půdu. Sledovala zejména vliv vlhkosti a teploty na intenzitu půdní respirace a na základě získaných výsledků stanovila jako vhodné podmínky teplotu 25 °C a navlhčení půdy odpovídající 60 % její maximální nasákavosti. Optimalizovanou metodiku dále využila pro posouzení vlivu vybraných půdních kondicionérů, konkrétně biouhlu, alginátu, PGPR a kombinace PGPR s alginátem, na míru půdní respirace. Součástí práce bylo také srovnání s reálnými zemědělskými půdami a doplňující fyzikálně-chemická charakterizace jednotlivých vzorků.
Musím podotknout, že se jednalo po experimentální i časové stránce o poměrně náročné téma. Studentka k jeho řešení přistupovala samostatně, cílevědomě a s velmi dobrým časovým rozvržením jednotlivých experimentálních kroků. Oceňuji její svědomitý přístup, schopnost systematicky optimalizovat metodiku a vhodně zpracovat získaná experimentální data. Podle mého názoru by si misty jinak velmi zajímavá experimentální data zasloužila důkladnější diskuzi ve vzájemných souvislostech, ale celkově jsem s prací studentky spokojen.
Řešením bakalářské práce byl získán hodnotný soubor experimentálních dat, který může být dále využit při studiu vlivu půdních kondicionérů na mikrobiální aktivitu půdních systémů i při dalším využívání systému OxiTop-IDS na pracovišti. Bakalářská práce Markéty Švecové splnila všechny cíle definované v jejím zadání. Práci doporučuji k obhajobě a hodnotím ji stupněm „výborně“ (A).
Evaluation criteria Grade
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse B
Závěry práce a jejich formulace B
Využívání konzultací při řešení práce A
Celkový přístup k řešení úkolů A
Splnění požadavků zadání A
Studium literatury a její zpracování A
Využití poznatků z literatury B

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Kateřina Šťastná

Předložená bakalářská práce Markéty Švecové je zaměřena na optimalizaci stanovení půdní respirace pomocí systému OxiTop-IDS. Téma práce považuji za zajímavé a dobře korespondující se zaměřením absolvovaného studijního programu. Práce má standardní rozsah (celkem 28 stran textu bez referencí a formálních částí), je logicky členěná a psána čtivou a poutavou formou. Autorka v práci použila a až na drobné detaily správně odcitovala dle ČSN ISO 690 celkem 58 zdrojů odborné literatury (zde bych pouze upozornila na duplikát – citace 36 a 50). V úvodních kapitolách autorka prokazuje velmi dobrou orientaci v teoretických souvislostech studované problematiky. V samotném textu práce je jen málo formálních nebo věcných nedokonalostí (např. str. 9 – půda dokáže rozkládat organickou hmotu, str. 11 – složení humusu – spíše bych volila označení huminové látky, str. 11 – rozdělení na huminové a fulvinové kyseliny a huminy dle rozpustnosti – ale v jakém prostředí?). V kapitole Současný stav řešené problematiky autorka na dvou stranách předkládá přehledně zpracovanou aktuální rešerši odborných studií zaměřených na konkrétní aplikace systému OxiTop-IDS, vliv půdních kondicionérů (zejména biouhlu, lignitu a hydrogelů) na půdní respiraci a tuto část zakončuje shrnutím, jak je půdní respirace ovlivněna klimatickými faktory. V experimentální části práce autorka za použití kombinace vhodných fyzikálně-chemických metod hodnotí vliv základních parametrů experimentu a vliv aplikace vybraných půdních kondicionérů na míru půdní respirace. Na základě výsledků této bakalářské práce byly zároveň vyhodnoceny optimální podmínky pro budoucí respirometrická měření, což představuje významný praktický přínos pro další experimentální práci v dané oblasti. Prezentované závěry práce jsou srozumitelné a představují jednoznačný přínos k současnému stavu poznání v oblasti půdního výzkumu na FCH VUT. Předloženou bakalářskou práci považuji za velice zdařilou. Práci doporučuji k obhajobě a hodnotím ji stupněm „Výborně (A)“.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Logické členění práce A
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse A
Využití literatury a její citace B
Úroveň jazykového zpracování B
Formální úroveň práce – celkový dojem A
Závěry práce a jejich formulace A
Topics for thesis defence:
  1. Na str. 33 přisuzuje autorka výraznější změnu hodnoty konduktivity půdního výluhu artificiální půdy po ošetření směsí PGPR a alginátem oproti samotné artificiální půdě heterogenitě vzorku a jeho kontaminaci. Mohla by prosím autorka vysvětlit, jakým způsobem kontaminace snížila konduktivitu?
  2. Na str. 9 autorka uvádí, že půda dokáže rozkládat organickou hmotu. Mohla by autorka toto tvrzení objasnit?
  3. Jaké jsou jiné metody, pomocí kterých je možné charakterizovat mikrobiální aktivitu půdy?
Points proposed by reviewer: 95

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová