Dlouhodobé následné efekty po aplikaci hnojiv na travinná společenstva: důsledky pro obnovu druhově bohatých luk Michal Hejcman Spolupracovníci: Michaela Klaudisová, Vilém Pavlů, Lenka Pavlů Jurgen Schellberg, Jan Gaisler, Jiří Ondráček
1. HISTORIE HNOJENÍ aneb Hnojilo se již od neolitu? jetel plazivý
Ing. Ludvík Hejcman, Velký Vřešťov v Podkrkonoší
Nepřímé hnojení – podpora druhů schopných poutat N2
1. HISTORIE HNOJENÍ aneb Hnojilo se již od neolitu?
Žďáření – získávání zemědělské půdy pomocí ohně
•
Neolitická rodová chata – Březno u Loun
Popel – organo-minerální Ca, Mg, P a K hnojivo
Přímé hnojení – aplikace minerálního nebo organického hnojiva
Nitrofilní kytky jsou fosforofilní
1. HISTORIE HNOJENÍ aneb Hnojilo se již od neolitu?
Košárování – přímé organické hnojení založené na transportu živin v krajině pomoci zvířat
1. HISTORIE HNOJENÍ • Vznik pestré škály vegetačních jednotek vlivem transportu organické hmoty (a hnojení) v krajině
Hrabání steliva
Transport sena v Krkonoších, Kozí Hřbety, poč. 20. stol.
1. HISTORIE HNOJENÍ • Kejdové hospodářství v Krkonoších již od 16. století, využívání i dřevěného popela
Letní boudy na hřebenech Krkonoš
2. TEORIE MINERÁLNÍ VÝŽIVY ROSTLIN • HUMUSOVÁ TEORIE – rostliny využívají již hotové organické sloučeniny, které získávají z půdy • Carl Sprengel: 1826 – zavrhnul humusovou teorii, 1828 – základy zákonu minima • Justus von Liebig: 1840 a 1856 – publikoval knihy, v nichž prezentoval minerální teorii a zákon minima bez citování předchozích prací Sprengela
SPRENGEL-LIEBIGŮV ZÁKON MINIMA pro růst rostlin je limitující ten prvek, který je v minimu (van der Ploeg et al. 1999) • Ústí nad Labem (1856): zahájení výroby superfosfátu (Vaněk et al. 2002)
Jak dlouhý je reziduální vliv hnojení na ekosystém? • Dlouhodobý vliv zejména P a Ca aplikace • N, K – rychlé vyplavování • Vysoká produktivita brání obnově druhově bohatých travních porostů (limit 4 – 5 t ha-1) • Nutné hledat jednoduché a levné způsoby vedoucí k rychlému snížení produkce biomasy
Reziduální vliv hnojení na aluviální travní porost
Honsová D., Hejcman M., Klaudisová M., Pavlů V., Kocourková D., Hakl J. (2007): Species composition of an alluvial meadow after 40 years of applying nitrogen, phosphorus and potassium fertilizer. Preslia 79: 245–258.
Poslední rok aplikace hnojiv, limitace N
Reziduální vliv hnojení sledován 16 let
Reziduální vliv hnojení na produkci patrný jen v určitých letech Hrevušová Z., Hejcman M., Pavlů V., Hakl J., Klaudisová M., Mrkvička J. (2009): Longterm dynamics of biomass production, soil chemical properties and plant species composition of alluvial grassland after the cessation of fertilizer application in the Czech Republic. Agriculture, Ecosystems and Environment 130: 123–130.
Reziduální vliv hnojení sledován po 16 letech
Chemické vlastnosti půdy 16 let po přerušení hnojení K (mg kg-1)
P (mg kg-1)
Mg (mg kg-1)
Ca (mg kg-1)
Control
173ab
± 6.1
13a
± 0.83
520a
± 21
3919a
± 118
PK
186a
± 13.3
24b
± 8.58
454a
± 41
3697a
± 472
N100PK
167ab
± 12.0
19ab
± 2.49
462a
± 26
4067a
± 124
N200PK
152b
± 13.9
17ab
± 1.30
477a
± 13
4299a
± 389
N300PK
149b
± 9.3
15ab
± 0.87
457a
± 40
3896a
± 131
N400PK
159ab
± 9.6
17ab
± 2.49
441a
± 53
3769a
± 492
Rostlinou dostupné (Mehlich III) P stále zvýšené v PK variantě!
Chemické vlastnosti biomasy 16 let po přerušení hnojení Treatment
K (%)
Ca (%)
Mg (%)
P (%)
N-tot (%)
N/P ratio
Control
2.37a
±0.09
0.91a
±0.08
0.24a
±0.02
0.28a
±0.04
2.37a
±0.09
8.7a
±0.89
PK
2.38a
±0.12
0.89a
±0.12
0.25a
±0.03
0.33a
±0.02
2.31a
±0.22
7.0b
±0.63
N100PK
2.28a
±0.08
0.86a
±0.10
0.23a
±0.02
0.30a
±0.01
2.12a
±0.03
7.2ab
±0.26
N200PK
2.33a
±0.20
0.96a
±0.24
0.24a
±0.04
0.30a
±0.02
2.35a
±0.28
7.7ab
±0.62
N300PK
2.36a
±0.16
0.81a
±0.22
0.23a
±0.03
0.30a
±0.02
2.10a
±0.20
7.2ab
±0.97
N400PK
2.35a
±0.05
0.76a
±0.17
0.21a
±0.03
0.30a
±0.02
2.18a
±0.18
7.4ab
±0.95
Množství odstraněných živin 5 t ha-1) Treatment
K (kg ha-1)
Ca (kg ha-1)
Mg (kg ha-1)
P (kg ha-1)
(při N-tot (kg ha-1)
Control
94
±14
58
±8
13
±2.0
11
±1.6
96
±14
PK
115
±20
66
±11
17
±3.0
17
±2.9
112
±20
N100PK
114
±35
66
±20
17
±5.1
17
±5.1
116
±36
N200PK
97
±26
67
±18
17
±4.6
14
±3.8
99
±27
N300PK
123
±40
73
±24
17
±5.6
17
±5.6
125
±41
N400PK
106
±15
65
±9
15
±2.1
15
±2.1
106
±15
Může být pokles produktivity stimulován vápněním a frekventovanou sečí?
Treatments: 2CL- two cuts 2CL+ two cuts with lime application 4CL- four cuts 4CL+ four cuts with lime application Control – still grazed and fertilized Lolium perenne pasture 1993 – 2007 (15 years) Hejcman M, Schellberg J, Pavlů V (2009) Long-term effects of cutting frequency and liming on soil chemical properties, biomass production, and plant species composition of Lolio-Cynosuretum grassland after the cessation of fertilizer application. Applied Vegetation Science. In press.
Může být pokles produktivity stimulován vápněním a frekventovanou sečí? • Pokles produkce biomasy z 7 to 5 t/ha za 14 let bez vlivu intenzity seče a vápnění!
Hejcman M, Schellberg J, Pavlů V (2009) Long-term effects of cutting frequency and liming on soil chemical properties, biomass production, and plant species composition of Lolio-Cynosuretum grassland after the cessation of fertilizer application. Applied Vegetation Science. Under review.
Může být pokles dostupnosti P a K stimulován vápněním a frekventovanou sečí?
P 0-10 cm
K 0-10 cm
Vliv různé frekvence seče a vápnění na druhové složení po 16 letech EN6.4
EN6.2 EN6.8
Vliv hnojení patrný po 40 letech CZ
PL P1
P2
P3 Hejcman M., Klaudisová M., Štursa J., Pavlů V., Hakl J., Schellberg J., Hejcmanová P., Rauch O., Vacek S. (2007): Revisiting a 37 years abandoned fertilizer experiment on Nardus grassland in the Czech Republic. Agriculture, Ecosystems and Environment 118: 231–236.
• Nardus stricta • Avenella flexuosa
Vliv hnojení patrný po 40 letech – smilka je dominantní tam, kde je N:P poměr v biomase nad 11, metlička pod 10
Klaudisová M., Hejcman M., Pavlů V. (2009) Long-term residual effect of short-term fertilizer application on Ca, N and P concentrations in grasses Nardus stricta L. and Avenella flexuosa L. Nutrient Cycling in Agroecoesystems 85: 187–193.
Vliv hnojení patrný po 65 letech • Poslední hnojení: 1944
Tadeus Haenke
Semelová V., Hejcman M., Pavlů V., Vacek S., Podrázský V. (2008): The Grass Garden in the Giant Mts. (Czech Republic): residual effect of long-term fertilization after 62 years. Agriculture, Ecosystems and Environment 123: 337– 342. Hejcman M., Jouany C., Cruz P. (2010): Subsoil P status could explain the absence of resilience in plant species composition of subalpine grassland 63 years after the last fertilizer application. Plant
Deschampsia cespitosa N/P = 8.5
Avenella flexuosa N/P = 7.8 Nardus stricta N/P = 22.9
7. REZIDUÁLNÍ VLIV HNOJENÍ NA TRAVNÍ EKOSYSTÉMY Přibližné výnosy píce (v t*ha-1) a množství živin (v kg*ha-1) odstraněných při sečném využívání různých travních porostů výnos sušiny
N
P
K
Ca
Mg
nivní psárkové louky
6-11
180-330
24-44
150-275
48-88
16,5-30,3
tužebníková lada
6-10
180-300
24-40
150-225
48-80
16,5-27,5
ovsíkové louky
3-5
90-150
9-15
75-125
24-40
8,3-13,8
trojštětové louky
2-5
60-150
6-15
50-125
16-40
5,5-13,8
horské a podhorské smilkové trávníky
0,5-1,5
10-25
0,1-0,3
7,5-22,5
1-3
0,8-2,3
širokolisté stepní trávníky
0,6-1,2
12-24
0,1-0,3
9-18
3,6-9,6 1,7-3,3
úzkolisté stepní trávníky
0,2-0,6
4-12
0,5-1,4
3-9
1,6-4,8 0,6-1,7
Rengen Grassland Experiment: založen v roce 1941 • • • • • •
Hejcman M., Klaudisová M., Schellberg J., Honsová D. (2007): The Rengen Grassland Experiment: plant species composition after 64 years of fertilizer application. Agriculture, Ecosystems and Environment 122: 259-266.
Kontrola Ca CaN CaNP CaNPKCl CaNPK2SO4
The Rengen Grassland Experiment (RGE): Decrease in P availability can be stimulated by long-term N application!
CaN varianta – dostupnost P na hranici detekce
Hejcman M., Klaudisová M., Schellberg J., Patzold S. (2010): The Rengen Grassland Experiment: effect of soil chemical properties on biomass production, plant species composition and species richness. Folia Geobotanica. In press.
Hejcman M., Smrž Z. (2010): Cropmarks on cereals, legumes and winter rape indicate sub-soil archaeological features in the agricultural landscape of Central Europe. Submitted paper.
Vliv hnojení patrný po 800 letech
•
Hejcman M., Ondráček J., Smrž Z. (2010) Příprava publikace
Vliv hnojení patrný po 800 letech
ZÁVĚRY • Snížit dostupnost P a produktivitu je po přerušení hnojení dlouhodobý proces • Někdy je potřeba se smířit s tím, že nelze všechno obnovit.
Děkuji za pozornost
