Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav agrochemie, půdoznalství, mikrobiologie a výživy rostlin
UPLATNĚNÍ DUSÍKU A SÍRY VE VÝŽIVĚ A HNOJENÍ KUCHYŇSKÉ CIBULE (Allium cepa, L.) Diplomová práce
Vedoucí diplomové práce:
Vypracoval:
Ing. Tomáš Lošák, Ph.D.
Bc. Petr Jakšík
Brno 2008
Mendelova
zemědělská
a lesnická
univerzita Ústav
v Brně
agrochemie,
půdoznalství,
Agronomická
fakulta
2007/2008
mikrobiologie a výživy rostlin
ZADÁNÍ DIPLOMOVÉ PRÁCE
Autor práce:
Bc. Petr Jakšík
Studijní program:
Fytotechnika
Obor:
Fytotechnika
Název tématu:
Rozsah práce:
Uplatnění dusíku a síry ve výživě a hnojení kuchyňské cibule (Allium Cepa, L.)
40 - 50 stran
Zásady pro vypracování:
1. Diplomový úkol bude zpracován formou vegetačního nádobového pokusu u cibule se dvěma dávkami dusíku a třemi hladinami síry. 2. Cílem pokusu bude posouzení vlivu dusíku a síry na výnos a kvalitu cibule. 3. Schéma pokusu: 1. N1S0, 2. N1S1, 3. N1S2, 4. N2S0, 5. N2S1, 6. N2S2 4. Každá varianta bude 4x opakována a při sklizni budou odebírány vzorky rostlin k chemickým analýzám. 5. Dosažené výsledky budou zhodnoceny statistickými metodami.
Seznam odborné literatury:
2
1.
2.
HLUŠEK, J., RICHTER, R., RYANT, P.(2002): Výživa a hnojení zahradních plodin. 81 s. ISBN80-902413-5-2. MARSCHNER, H. (1995): Mineral Nutrition of Higher Plants. Academic Press Limited, London, 889 s. ISBN 0-12-473542-8.
3. RICHTER, R., HLUŠEK, J. (1994): Výživa a hnojení rostlin. VŠZ Brno, 171 s. 4.
ZELENÝ, F., ZELENÁ E. (1996): Síra a její potřeba pro výživu rostlin. Ústav zemědělských a potravinářských informací, Praha, 42 s.
Datum
zadání
diplomové
práce:
Termín
odevzdání
diplomové práce:
listopad 2006
duben 2008
Bc. Petr Jakšík
Ing. Tomáš Lošák, Ph.D.
řešitel diplomové práce
vedoucí diplomové práce
prof. Ing. Jaroslav Hlušek,
prof. Ing. Ladislav Zeman,
CSc.
CSc.
vedoucí ústavu
děkan AF MZLU v Brně
3
Prohlášení
Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma Uplatnění dusíku a síry ve výživě a hnojení kuchyňské cibule (Allium Cepa, L.) vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém soupisu literatury. Souhlasím, aby práce byla uložena v knihovně Agronomické fakulty Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně a zpřístupněna ke studijním účelům.
V Brně, dne …………………………..
Podpis …………………………..
4
Děkuji tímto vedoucímu diplomové práce Ing. Tomáši Lošákovi, Ph.D. za odborné vedení a korekturu práce a dále všem ostatním, kteří mně byli nápomocni při vypracování této práce.
5
ANNOTATION In diplomas work in title „Exercise nitrogen and sulfur in the sustenance and the fertilization onion (Allium Cepa, L.)" was in tableware experiment judged common effect two taxs nitrogen (0,6 and 1,2 g N on vessel) at comparative sustenance sulfur (natural content - 5, 30 and 60 ppm S-SO42-) on yield and onion quality. Yield onion snowballed conclusive with both of increased surfaces sulfur in the earth at average about 7,2 – 7,7 % compared to sulfur unmanured variants, indeed without effect taxs nitrogen. Horizontal average of onion unchangeable. The content undesirable nitrates in onions snowballed with tax N on the average about 153 % and it was reduced fertilization of sulfur about 5,2 – 20,2 %. Contents N and S in onions and S in tops snowballed with their applied tax. Contents of others elements (P, K, Ca, Mg) were without major difference. The content of Mg and Ca was higher in tops of compared onions. Ratio of N : S developed positively and narrowed with crescendo taxs sulfur in onions (4,41 – 3,52) also tops (6,95 – 4,35).
Key words: sulfur, nitrogen, yield, quality, onion
ANOTACE V diplomové práci s názvem „Uplatnění dusíku a síry ve výživě a hnojení kuchyňské cibule (Allium Cepa, L.)“ byl v nádobovém experimentu posuzován společný efekt dvou dávek dusíku (0,6 a 1,2 g N na nádobu) při stupňované výživě sírou (přirozený obsah - 5, 30 a 60 ppm S-SO42-) na výnos a kvalitu cibule kuchyňské. Výnos cibule signifikantně narůstal s oběma zvýšenými hladinami síry v zemině v průměru o 7,2 – 7,7 % oproti sírou nehnojeným variantám, ovšem bez efektu dávek dusíku. Horizontální průměr cibulí se neměnil. Obsah nežádoucích dusičnanů v cibulích narůstal s dávkou N průměrně o 153 % a byl redukován hnojením sírou o 5,2 – 20,2 %. Obsahy N a S v cibulích a S v nati narůstaly s jejich aplikovanou dávkou. Obsahy ostatních prvků (P, K, Ca, Mg) byly bez významnějších diferencí. Obsah Mg a Ca byl vyšší v nati oproti cibulím. Poměr N : S se vyvíjel pozitivně a zužoval se s narůstajícími dávkami síry v cibulích (4,41 – 3,52) i nati (6,95 – 4,35).
Klíčová slova: síra, dusík, výnos, kvalita, cibule
6
OBSAH 1.0
ÚVOD................................................................................................. 2
2.0
CÍL PRÁCE....................................................................................... 2
3.0
LITERÁRNÍ PŘEHLED ................................................................. 2
3.1
KOLOBĚH DUSÍKU V PŘÍRODĚ .............................................................. 2
3.1.1
DUSÍK V PŮDĚ........................................................................................... 2
3.1.2
DUSÍK V ROSTLINĚ.................................................................................. 2
3.2
KOLOBĚH SÍRY V PŘÍRODĚ .................................................................... 2
3.2.1
SÍRA V PŮDĚ.............................................................................................. 2
3.2.2
SÍRA V ROSTLINĚ..................................................................................... 2
3.3
INTERAKCE DUSÍKU A SÍRY VE VÝŽIVĚ ROSTLIN ......................... 2
3.4
FOSFOR, DRASLÍK, VÁPNÍK A HOŘČÍK VE VÝŽIVĚ ROSTLIN..... 2
3.4.1
FOSFOR ...................................................................................................... 2
3.4.2
DRASLÍK ..................................................................................................... 2
3.4.3
VÁPNÍK........................................................................................................ 2
3.4.4
HOŘČÍK....................................................................................................... 2
3.5
MIKROBIOGENNÍ PRVKY VE VÝŽIVĚ ROSTLIN .............................. 2
3.6
NÁROKY CIBULE NA PĚSTOVÁNÍ, VÝŽIVU A HNOJENÍ .............. 2
4.0
MATERIÁL A METODY................................................................ 2
5.0
VÝSLEDKY A DISKUZE ............................................................... 2
5.1
VÝNOSOVÉ VÝSLEDKY............................................................................. 2
5.2
VÝSLEDKY CHEMICKÝCH ANALÝZ .................................................... 2
6.0
ZÁVĚR............................................................................................... 2
7.0
SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY ............................................ 2
8.0
SEZNAM OBRÁZKŮ ...................................................................... 2
9.0
SEZNAM TABULEK....................................................................... 2
7
1.0
ÚVOD Z hlediska lidské výživy je zelenina významným zdrojem vitamínů, minerálních
látek, vlákniny a dalších látek, které jsou pro lidský organismus prospěšné. Světová produkce cibule v roce 2005 dosáhla 58 mil. t, z toho 35 mil. t se vyprodukovalo v Asii, 10 mil. t v Evropě, 8 mil. t v Americe a 5 mil. t v Africe. V roce 2006 byla sklizeň cibule v mnoha pěstitelských zemích nižší než v roce 2005. Zelenina se v České republice v roce 2006 pěstovala na celkové ploše 16 406 ha, včetně ploch domácností. Z toho a na největších plochách je pěstována cibule 2970 ha, dále zelí hlávkové 1510 ha, hrách dřeňový, rajčata a okurky nakladačky zaujímají každé plochy přes 1400 ha. Průměrné hektarové výnosy zeleniny v roce 2006 byly v důsledku nepříznivého průběhu počasí většinou nižší než v předchozích letech. Průměrný výnos z hektaru byl u cibule 15,28 t, u zelí hlávkového 37,06 t, u hrachu dřeňového 4,64 t a rajčat 24,45 t. Spotřeba zeleniny v České republice vzrostla v roce 2006 téměř o 5 % oproti předchozímu roku a to na 81,4 kg na osobu a rok. Z toho se nejvíce na osobu a rok spotřebuje rajčat 12,0 kg, cibule 10,0 kg. zelí hlávkového 8,8 kg, salátových okurek 7,4 kg a mrkve 6,0 kg (MZE ČR, 2007). Optimální výživa a hnojení je nezastupitelnou součástí úspěšné zelinářské produkce. Z důvodu velkého omezení používání jak minerálních tak i organických hnojiv, fungicidů a dále z důvodu výrazné redukce emisí SO2 jako důsledek ekologických zásahů, nastal v posledních letech výrazný pokles obsahu přístupných živin v půdě, včetně síry. U plodin náročných na síru, kam je řazena i cibulová zelenina, je proto nezbytné aplikovat i tuto živinu v harmonickém poměru k ostatním živinám z důvodu zajištění odpovídajícího výnosu a nutriční hodnoty produkce.
8
2.0
CÍL PRÁCE Cílem
diplomové
práce,
realizované
formou
vegetačního
nádobového
experimentu, bylo posuzování vlivu stupňovaných dávek síry (5, 30, 60 mg S-SO42-.kg-1 zeminy) a dusíku (0,6 a 1,2 g N na nádobu) na: -
hmotnost cibule při sklizni (g)
-
horizontální průměr cibulí (mm)
-
obsah dusičnanů v cibulích (mg NO3−.kg−1)
-
obsah makroelementů v cibulích i nati a poměr N : S
-
změny půdní reakce po sklizni
9
3.0
LITERÁRNÍ PŘEHLED 3.1 KOLOBĚH DUSÍKU V PŘÍRODĚ Koloběh dusíku (obr. 1) v přírodě je biogeochemický cyklus, popisující přeměnu
dusíku a jeho sloučenin. Koloběh dusíku je složen z několika dílčích procesů. Velký podíl na koloběhu dusíku mají organismy a především biologická fixace dusíku.
Obr.1: Koloběh dusíku v přírodě (RYANT et al., 2003)
3.1.1 DUSÍK V PŮDĚ Prvotním zdrojem půdního dusíku je atmosféra, v které se nachází 77,5 dílů N2, což odpovídá 78 %. Tato forma dusíku, i když se v půdě nachází ve velkém množství, není bez předchozí ionizace a vytvoření hlavně iontů NH4+ a NO3- pro vyšší rostliny přijatelná (RICHTER et HLUŠEK, 1999). Dalším významným zdrojem dusíku je fixace vzdušného N2, schéma uvedeno na obrázku 2. Vlastní redukce vzdušného dusíku vyžaduje značné množství energie (28 ATP), které představuje přibližně polovinu energie spotřebované při výrobě dusíkatých hnojiv (29,3 MJ). Vytvořený amoniak je vázán na oxokyseliny za vzniku aminokyselin (glutamová, glutamin). Fixaci vzdušného dusíku rozlišujeme volnou a symbiotickou. Volnou fixací se každý rok obohatí hektar o 3 – 12 kg dusíku (v průměru podle půdních podmínek 5 – 6 kg). Symbiotickou fixací se u bobovitých váže na hektar
10
50 – 120 kg dusíku u luskovin, u vojtěšky a jetele 200 – 300 kg, výjimečně i více (RYANT et al., 2003).
Obr. 2: Schéma fixace vzdušného dusíku (RYANT et al., 2003)
Celkový obsah dusíku v půdách je velmi rozdílný a kolísá nejčastěji od 0,05 – 0,5 %. V orniční vrstvě převážné části půd ČR je 0,1 – 0,2 % veškerého dusíku. 98 až 99 % veškerého dusíku v ornici je přítomno ve formě organické, zbytek ve formě minerální (RICHTER et HLUŠEK, 1999). Obrázek 3 uvádí rozdělení forem dusíku v půdě.
Obr. 3: Formy dusíku v půdě (IVANIČ et al., 1979)
11
Obsah celkového dusíku v půdě je hodnotou poměrně stálou, poněvadž je tvořen sloučeninami těžce chemicky i mikrobiologicky rozložitelnými. Dusík je zde vázán na aromatická jádra huminových kyselin, fulvokyselin a huminů. Z tohoto důvodu se obsah celkového dusíku často dává do vztahu Cox a vyjadřuje se poměrem C : N. V našich půdách je uváděna průměrná hodnota C : N, 10 – 12 : 1 i když za dostatečné zásobení rostlin dusíkem považují mnozí autoři ještě poměr 15 – 18 : 1. Poměr C : N s hloubkou klesá a proto v podorniční vrstvě ho bývá 5 – 10x méně (RICHTER et HLUŠEK, 1999). Organické dusíkaté látky hydrolyzovatelné jsou v půdě mineralizovány až na amoniak. Rovněž rostlinná a živočišná bílkovinná látka je pod vlivem proteolytických enzymů vylučovaných různými skupinami mikroorganismů aerobního a anaerobního charakteru přeměňovaná postupně přes polypeptidy na peptidy, aminokyseliny a působením deamináz až na NH3. Do této činnosti jsou zapojeny jak bakterie (Bact. vulgare, subtilis, mezentericus aj.), tak plísně (Penicillium, Aspergillus aj.). Uvedenými reakcemi je zajišťováno spojení mezi organickými dusíkatými sloučeninami a dusíkem minerálním v půdě. Přitom tyto procesy zajišťují jak rozklad dusíkatých organických látek, tak vlivem půdního fytoedafonu a zooedafonu i syntézu nových dusíkatých organických látek. Pro tyto procesy je nutné zajistit pravidelný přísun organické hmoty. Rychlost mineralizace organického dusíku na dusík minerální je stimulována celou řadou povětrnostních a půdních podmínek (teplota, vlhkost, pH, aerace, obsah organických látek aj.) (RYANT et al., 2003). Amoniakální dusík se v půdě nachází v různém stavu (NH4+, NH3). V nepatrném množství je rozpuštěn v půdním roztoku ve formě amonných solí, odkud jej mohou rostliny bezprostředně využít. Část NH4+ je ve výměnné formě a po jeho vytěsnění z [VSK] může být rostlinami rovněž přijímán. Část NH3 u lehkých a alkalických zemin může volatilizovat (FENECKO et LOŽEK, 2000). V biologicky činných půdách podléhá NH4+ dusík nitrifikaci. Nitrifikační bakterie získávají z amonných solí potřebnou energii nezbytnou pro syntézu organických látek a současně jsou tyto sloučeniny pro ně také zdrojem dusíku. Nitrifikace probíhá ve dvou stupních. 1. stupeň - nitritace: 2 NH4+ + 3 O2
2 HNO2 + 2 H2O + 2 H+ + 661 J
2. stupeň - nitratace: 2 HNO2 + O2
2 HNO3 + 201 J
12
Vysoká intenzita nitrifikace může vést ke značným ztrátám dusíku vyplavením případně posléze i k denitrifikaci (RICHTER et HLUŠEK, 1999). Z dynamiky přeměn půdního dusíku je zřejmé, že přeměna dusíkatých látek v půdě do forem pro rostliny přijatelných je závislá na půdních a povětrnostních podmínkách, a proto jsou značné problémy s využitím Nmin a dusíku lehce mineralizovatelného pro praktickou výživu rostlin. Přesto je z ekonomického a ekologického hlediska výhodné upřesňovat výživu rostlin touto živinou alespoň podle Nmin a to nejen z orniční vrstvy, ale i do hloubky 0 – 0,6 m. Podle obsahu dusíku v půdě lze pak upravit základní dávku dusíku případně korigovat i dávku dusíku nutnou k přihnojení během vegetace (RYANT et al., 2003).
3.1.2 DUSÍK V ROSTLINĚ Dusík je významným prvkem pro všechny živé organismy včetně rostlin. Je součástí aminokyselin, amidů, bílkovin, pyrimidinových, purinových bází, nukleových kyselin, chlorofylu, enzymů a dalších biologicky aktivních látek. V rostlinách se jeho obsah pohybuje ve značném rozmezí v závislosti na druhu orgánu a stáří rostliny. V počátečních fázích vývoje je jeho obsah vysoký a s tvorbou biomasy postupně klesá. Pro rostliny NO3- a NH4+ formy představují základní výživu dusíkem. O efektivním využití jednoho, a nebo druhého zdroje dusíku rostlinami rozhoduje celá řada faktorů, např. půdní reakce, teplota půdy, vlhkost a provzdušněnost půdy, samotná rostlina apod. (RYANT et al., 2003). Nitrátový a amonný dusík je hlavním zdrojem anorganického dusíku přijatého kořeny vyšších rostlin. Příjem jak dusičnanového, tak amonného dusíku je považován za vyrovnaný v závislosti na pH půdy, její teplotě, aeraci, vlhkosti, sorpční kapacitě, druhu pěstované plodiny, úrovni agrotechniky a dalších faktorech (MENGEL et KIRKBY, 1978). Příjem kationtové formy dusíku není dosud plně objasněn. Názory se liší v tom, jestli je dusík přijímán jako NH4+ kationt nebo ve formě neutrální molekuly NH3. Předpokládá se, že NH3 je přijímán přednostně, zvláště při vyšším pH, tj. v neutrálním a zásaditém prostředí. Amonný iont působí inhibičně na příjem nitrátové formy dusíku. Inhibice není zdůvodňována zvyšující se koncentrací NH4+ v roztoku, ale je i důsledkem saturace specifických míst jeho příjmu. Vznikem aminokyselin a iontů H+ jako produktu
13
asimilace NH4+ se v cytoplazmě zvyšuje acidita, která může neutralizací transmembránového gradientu pH v kořenových buňkách omezit přenos iontů NO3- přes membránu do buňky (RICHTER et HLUŠEK, 1999). Za normálních podmínek má nitrát pro výživu rostlin největší význam. Kořeny ho přijímají aktivně ve směru elektrochemického gradientu. V protikladu s příjmem je výdej NO3- procesem pasivním. Nitrátový dusík je přijímán při pH kyselejším. Při pH 6,8 se příjmem NO3- a NH4+ v rostlinách může vyrovnat. Amonný iont působí inhibičně na příjem nitrátové formy. Dříve než může být nitrát metabolizován, je třeba jej redukovat na NH3. Tento proces zvaný redukce nitrátů sestává ze dvou etap, a to z redukce NO3- na NO2- a z další redukce NO2- na NH3. Obecně uznávaný mechanismus asimilace NO3- zelenými rostlinami na světle uvádí obrázek 4 (MARSCHNER, 1995). Obr. 4: Schéma asimilace nitrátů v buňkách listu (MARSCHNER, 1995)
Nedostatek dusíku Nedostatečná výživa dusíkem od počátku vegetace vede k nižší tvorbě stavebních a funkčních bílkovin, což se projevuje omezeným a nevyrovnaným růstem nadzemních orgánů i kořenů. Druhotným projevem deficitu je snížení příjmu dalších živin, proto mají takové rostliny kratší vegetační dobu a rychleji dozrávají (JONES, 1998). Nedostatek se projevuje slabým růstem rostlin, rostliny jsou malé. Podle stupně nedostatku dusíku se mění barva nejstarších listů od bledě zelené do žluté, viz obrázek 5.
14
Při silném nedostatku dusíku list od spodu odumírá, a někdy i odpadne. Listy nižších pater obyčejně trpí nedostatkem dusíku dříve, protože se z nich dusík přemisťuje, aby udržel vývoj mladších listů, plodů a semen. Výrazné změny jsou i v morfologii kořenů. Kořen se málo větví (roste do délky). Poměr hmoty kořenů ku nadzemní biomase se zvyšuje (RICHTER et HLUŠEK, 1999).
Obr. 5: Deficit dusíku u cibule (RYANT et al., 2003)
Nadbytek dusíku Nadbytek dusíku má naopak vliv na bujný růst rostlin. Rostliny se vyznačují větší asimilační plochou, listy jsou temně zelené (spodní často žloutne v důsledku nedostatku světla). Rostliny jsou náchylné k poléhání a chorobám (MENGEL et KIRKBY, 1978).
3.2 KOLOBĚH SÍRY V PŘÍRODĚ Následující obrázek 6 názorně vystihuje koloběh síry v přírodě, jedná se rovněž o biogeochemický cyklus. Podobně jako koloběh dusíku tak i koloběh síry je tvořen několika odlišnými fázemi. Koloběh je výrazně ovlivňován lidskou činností.
15
Obr. 6: Koloběh síry v přírodě (RYANT et al., 2003)
3.2.1 SÍRA V PŮDĚ Celkový obsah síry v půdě kolísá od 0,01 do 2 %. V půdě se síra vyskytuje v anorganické a organické formě (REISENAUER et al., 1973). Ve většině půd je síra organicky vázaná. Po mineralizaci a následné sulfurikaci přechází na síranovou síru, která má význam pro výživu rostlin. V půdách mírného pásma se celkový obsah síry pohybuje v intervalu 50 – 500 mg.kg-1 (TLUSTOŠ et al., 2001). V orných půdách České republiky se hodnoty celkové síry pohybují mezi 85 – 250 mg.kg-1 (MATULA, 1999). Přirozeným zdrojem síry jsou sirníky (pyrit, markasit FeS, chalkopyrit Cu FeS2, sádrovec CaSO4 . 2H2O, anhydrit CaSO4, baryt BaSO4 aj.). Minerální složku síry v aerobních podmínkách tvoří v převážné míře sírany a v anaerobních sirníky. Značný podíl síry v půdě je vázán ve formě organických sloučenin. Některé černozemní půdy obsahují v této formě až tři čtvrtiny veškeré síry, slabě podzolované půdy až jednu polovinu. Tato skutečnost ukazuje, že přeměny organicky vázané síry, a tím i množství síry pro rostlinu přístupné, závisí do značné míry od intenzity mineralizace organických látek, podmíněné biologickou činností půdy (RICHTER et HLUŠEK, 1999). Celkový obsah síry v půdě závisí také na obsahu organické hmoty a na klimatických podmínkách. V humidnějších oblastech kolísá od 0,01 do 2 % a síranová síra se zde může snadno vyluhovat a její přeměny jsou rychlejší (BLAIR, 1980). V aridních oblastech jednoznačně převládají v půdách organické sloučeniny síry 16
(TLUSTOŠ et al., 2001), které se kumulují v horních vrstvách půdy. Písčité půdy mohou obsahovat i méně jak 0,01 % síry, zatímco organické půdy i nad 0,5 % (ZELENÝ et ZELENÁ, 1996). Síra v půdě podléhá přeměnám, na nichž se podílí v závislosti na půdním prostředí oxidace, redukce, mineralizace a zabudování síry do organických kyselin. Při mikrobiálním rozkladu bílkovin a jiných látek obsahujících síru vzniká H2S a v malém množství merkaptany (SH). V aerobních podmínkách je H2S ihned oxidován sirnými bakteriemi (např. Thiobacillus, Thiotrix, Beggiaboa aj.) přes elementární síru až na H2SO4 a přitom uvolněná energie slouží těmto bakteriím k redukci CO2 (chemoautotrofy). Proces přeměny redukované formy síry označujeme jako sulfurikace a můžeme ji schématicky znázornit takto:
Desulfurikace je naopak, proces postupné redukce SO42- na H2S působením bakterií (RICHTER et HLUŠEK, 1999). Důležitými zdroji síry jsou považovány ty, které vznikají při mikrobiálním rozkladu organické hmoty, čerstvé rostlinné nebo živočišné zbytky, půdní biomasu včetně mikroorganismů a humus (FRENEY, 1967). Mikrobiální biomasa hraje důležitou roli v transformacích všech forem síry, zatímco mikrobiální aktivita usměrňuje tok síry mezi minerální formou (sírany), labilní organickou sírou a trvalou organickou sírou (SYLVIA et al., 1999). Aplikací organických hnojiv je půda rovněž obohacována sírou, její množství závisí na formě hnojiva a na použité technologii. V hnoji je síra vázána ze 40 % v organických vazbách na uhlík, 20 % je vázáno ve formě sulfidů a zbývajících 40 % ve formě organických a anorganických síranů (PEDERSEN et al., 1998). V čerstvém hnoji je obsah síry v rozmezí 0,02 – 0,06 % (IVANIČ et al., 1979). Při průměrném obsahu 0,035 % síry, dodáme do půdy dávkou 40 t hnoje na hektar 14 kg síry. V prvním roce po aplikaci organických hnojiv přijmou rostliny jen 8 % a zbylých 92 % přijmou z půdy. Na přeměnách síry v organické formě v půdě se podílí v závislosti na půdním prostředí oxidace, redukce, mineralizace a její zabudování do organických kyselin (RICHTER et HLUŠEK, 1999). V závislosti na podmínkách se může mineralizací organicky vázané síry uvolnit 17
do prostředí od 5 do 49 kg S.ha-1. Přístupnost síry rostlinám a její dynamiku ovlivňuje obsah organické hmoty a poměr C : S. Bude-li užší než 200 : 1 dochází k uvolňování síranů do vnějšího prostředí a v případě poměru širšího než 400 : 1 je přístupná síra imobilizována (TLUSTOŠ et al., 2001). Mineralizace síry je závislá i na rostlinném druhu, ze kterého jsou posklizňové zbytky (ERIKSEN, 1998). V závislosti na oxidačních podmínkách se síra vyskytuje v různých oxidačních stupních od sulfidů přes elementární síru, thiosírany, siřičitany až po sírany (ZELENÝ et ZELENÁ, 1996). V zemědělských půdách převažují podmínky aerobní, proto jsou zde stabilní a hlavní formou anorganické síry sírany, a proto ostatní formy s nižším oxidačním číslem jsou zastoupeny pouze v minimálním množství (BOHN et al., 1986). Sírany jsou rozpuštěny v půdním roztoku v podobě síranového aniontu (SO42-) a chovají se v půdě podobně jako dusičnany (NO3-). S rostoucím pH klesá sorpce síranů a dochází k jejich postupnému vyplavování do spodních horizontů. Roční ztráty síranů mohou dosahovat až 60 – 100 kg S.ha-1 (RICHTER et HLUŠEK, 1999). Výměnná sorpce je závislá na kyselosti prostředí a je významná především v kyselých půdách. Vápnění kyselých půd vede k uvolňování síranů do půdního roztoku. Sírany jsou také vytěsňovány z vazebných míst fosforečnany, proto jak úprava pH, tak aplikace fosforečných hnojiv mohou vést k růstu jejich koncentrace v půdním roztoku (TLUSTOŠ et al., 2001).
Obr. 7: Vývoj roční depozice síry v ČR (ČHMÚ, 2007)
18
Atmosférická depozice síry se považuje za významný zdroj. Depozice výrazně poklesla, ale za posledních 10 let došlo k určité stabilizaci. Rozděluje se na mokrou a suchou depozici (obr. 7). Průměrná depozice síry se v ČR pohybuje okolo 8,5 kg.ha-1.rok-1, což je z ekologického hlediska pozitivní, ovšem z pohledu výživy rostlin již méně příznivé (PROVAZNÍK et al., 2004). Minerálním zdrojem síry je sádra (CaSO4), která obsahuje 12 – 18 % síry a může být vysrážena společně s uhličitanem vápenatým (PRASAD et POWER, 1994). Dalším zdrojem síry je podzemní voda, avšak závisí na výšce její hladiny a především na množství v ní rozpuštěných síranových iontů. Přístupnost síranů je spojena s vodním režimem půdy, zrnitostí půdy a klimatických podmínkách (HARWARD et REISENAUER, 1966).
3.2.2 SÍRA V ROSTLINĚ Obsah síry v rostlinách se pohybuje v rozmezí od 0,15 do 1 % v sušině, celkový obsah se liší v závislosti na rostlinném druhu a stáří rostliny (JONES, 1998). Rostliny přijímají síru kořeny ve formě aniontu SO42-. Příjem sulfátů (síranů) není pravděpodobně citlivý na pH prostředí. Příjem sulfátů je výrazně ovlivněn přítomností aniontů v půdním roztoku, kořeny jsou velmi tolerantní k vysoké koncentraci síranu v půdním roztoku, a to až do extrémní koncentrace 1600 mg.l-1, aniž by došlo k jejich poškození (MATULA, 1999a). Rostliny jsou schopny využívat i SO2 z ovzduší, který je absorbován přes průduchy, vstupuje do listů difúzí, avšak rostliny tak jen pokryjí určitou část své potřeby (přibližně do 30 % celkové potřeby). Při malé koncentraci SO2 v ovzduší a nedostatku SO42- v půdě je využití vyšší a působí příznivě, ale od koncentrací 1,0 – 1,5 mg.m-3 SO2 působí poškození rostlin (RICHTER et HLUŠEK, 1999). Asimilace síranové síry (obr. 8) je podobná asimilaci nitrátů. U vyšších rostlin je prvním stupněm při inkorporaci síry reakce H2SO4 s ATP. Sulfurylová skupina H2SO4 nahrazuje pyrofosforylovou skupinu, takže vznikne adenosinfosfosulfát a pyrofosfát (MARSCHNER, 1995). Sulfurylová skupina H2SO4 nahrazuje pyrofosforylovou skupinu, takže vznikne adenosinfosfosulfát a pyrofosfát. Reakce je katalyzována enzymem ATP-sulfuryláza. Sulfurylová skupina adenosinfosfosulfátu (APS) je přenášena na komplex SH nosiče,
19
dále na acetylserin a přitom je původní SH komplex nosiče regenerován. Acetylserin je štěpen na cystein a acetát (RYANT et al., 2003). Proces redukčního cyklu lze vyjádřit rovnicí:
Obr. 8: Mechanismus asimilace síranů u vyšších rostlin (MARSCHNER, 1995)
Reakce síranu tedy vyžaduje energii ve formě ATP. Redukční proces závisí opět na fotosyntéze a energetickém metabolismu rostliny. Místem redukce jsou pravděpodobně mitochondrie. Redukce síranu vyvolává alkalický efekt, který lze vysvětlit rovnicí (RICHTER et HLUŠEK, 1999):
SO42- + 8 H+ + 8 e-
(S2- - H2) + 2 H2O + 2 OH
Redukce síranu probíhá u celé řady organismů včetně vyšších rostlin, řas, hub, sinic, bakterií. Metabolismus živočichů je závislý na příjmu redukované síry od rostlin. Prvním stálým produktem, v němž je síra přítomna v redukované a přitom organicky vázané formě je cystein. Ve formě cysteinu vstupuje síra do bílkovin, glutathionu, do sirných derivátů typu alliinu a allicinu nebo je donorem skupiny SH pro další syntézy (RYANT et al., 2003). U čeledi Alliaceae (cibule, česnek) působením enzymu alliinázy
20
na alliin vzniká allicin. Typická chuťová látka dimethylsulfid a dimethyltrisulfid tvoří aroma brukvovitých zelenin a je i například složkou aroma čaje, kávy, kakaa a česneku (VANĚK et al., 2001). Celkový obsah síry se pohybuje v rostlinách od 0,2 do 0,5 %, u olejnin 1,0 – 1,7 %. Klesne-li obsah síry pod kritickou koncentraci, neprojeví se přímo symptomy deficience síry, ale klesá rychlost biosyntézy bílkovin, a tím i celá produkce rostliny. V rostlinách je síra transportována akropetálně. Z kořenů a petiol je předávána mladým listům. Síra ze starších listů nemůže být převáděna do mladých listů (RICHTER et HLUŠEK, 1999). Při nedostatku síry se zpravidla snižuje obsah aminokyselin obsahujících síru (cystein, methionin) a zastavuje se proteinová syntéza. Dochází ke zvýšené akumulaci asparaginu, glutaminu a argininu a zvyšuje se hladina amidů a rozpustných N frakcí u ječmene. Při nízkém obsahu síry se v rostlinách zvyšuje koncentrace nitrátů (LOŠÁK, 2005; LOŠÁK et DUCSAY, 2005) a klesá výnos (HLUŠEK et al., 2003). Typické příznaky nedostatku síry se u rostlin projevují žloutnutím listů, které na rozdíl od deficience dusíku se objevují na mladších listech a při trvalém nedostatku přechází i na další části, viz obrázek 9. Rostliny trpící deficitem síry jsou obecně zranitelnější vůči biotickým a abiotickým stresovým faktorům (SCHNUG, 1997).
Obr. 9: Deficit síry u celeru (RYANT et al., 2003)
21
Pokud poklesne obsah síry pod její kritickou hladinu, neprojeví se symptomy deficience přímo na rostlinách, ale klesá biosyntéza proteinů a v rostlinách se hromadí větší množství volných aminokyselin. Celkově dochází k inhibici všech metabolických procesů, ve kterých se zúčastňují sulfhydrylové nebo disulfidické, případně i další formy síry (MENGEL et KIRKBY, 1978).
3.3 INTERAKCE DUSÍKU A SÍRY VE VÝŽIVĚ ROSTLIN Dusík a síra zastupují v metabolismu rostlin velmi podobné funkce a určují výši výnosu. Nedostatečná zásoba jedné živiny, snižuje utilizaci druhé. Deficit síry může snižovat využití dusíku a tím se mohou zvyšovat jeho ztráty z půdy, zvláště vyplavením nitrátů do spodních vod nebo únikem plynů do atmosféry. Dávky síry v optimálním množství jsou nezbytné pro získání dobrého výnosu při určité úrovni dusíkaté výživy. Dusík by měl být společně se sírou aplikován v jarním období, aby se omezilo riziko jejich vyplavení během zimních měsíců (SCHNUG et al., 1993). Vysoké dávky dusíku v minerálním hnojivu ovlivňují kvalitu plodin, které reagují širším poměrem N : S, což vede často k poklesu obsahu dusíkatých proteinů a ke zvýšení obsahu nitrátů. Na vzrůstající hnojení minerálním dusíkem mohou reagovat plodiny zvýšeným obsahem síry ve svých orgánech (MURPHY, 1998). Aplikace síry u některých zelenin (mrkev, cibule)
může
vést
ke
snižování
obsahu
nežádoucích
dusičnanů
(NO3-)
v konzumovatelných částech (LOŠÁK et PRÁŠKOVÁ, 2005; LOŠÁK, 2005). Dusičnany působí na lidský organismus toxicky, po redukci na nitrity dochází u člověka k methemoglobinemii (hemoglobin není schopen poutat vzdušný kyslík). Dále mohou být dusičnany v zažívacím traktu přeměňovány na karcinogenní nitrosaminy. Toxická dávka dusičnanů je pro dospělého člověka 6 g a pro kojence 100 mg (RICHTER et HLUŠEK, 1999).
3.4 FOSFOR, DRASLÍK, VÁPNÍK A HOŘČÍK VE VÝŽIVĚ ROSTLIN
3.4.1
FOSFOR
Obsah veškerého fosforu v půdách kolísá od 0,03 – 0,13 % P (0,07 – 0,29 % P205). Fosfor se v přírodě vyskytuje vždy ve svém nejvyšším oxidačním stupni, jakožto aniont kyseliny ortofosforečné PO43-. V půdě je fosfor obsažen ve formách
22
anorganických i organických. Agronomicky nejvýznamnějším přirozeným zdrojem fosforu v půdě je primární minerál apatit. Ve všech magmatických horninách se tento minerál vyskytuje jako rozptýlené různé formy fluor-, chlór- a hydroxylapatitu (Ca5(PO4)3.F,Cl,OH). V menší míře se vyskytují v půdách také primární minerály fosforečnanu železa a příměsí Mn - tripity nebo vodnaté forsforečnany hliníku wawelity. V málo provzdušených, zamokřených půdách se může také vyskytovat fosforečnan železnatý - vivianit Fe3(PO4)2.8H2O (RICHTER et HLUŠEK, 1999). Organický fosfor představuje podstatnou část z celkového obsahu fosforu v půdě. V jeho zastoupení jsou mezi různými půdami značné rozdíly (od 10 do 80 %). Z organických fosfátů, které byly v půdě identifikovány, nacházíme nejčastěji fytin (minositol-hexafosfát),
dále
fosfolipidy,
nukleinové
kyseliny
a
nukleoproteidy,
fosforylované pyrimidinové sloučeniny a fosforylované cukry. Největší část organicky vázaného fosforu tvoří fytin a jeho soli fytáty, přičemž v kyselých půdách převládají fytáty železa a hliníku, v půdách zásaditých fytát vápníku. Fytin je chemicky velmi málo reaktivní a půdou téměř nemigruje. Je pokládán za potenciální zdroj využitelného fosforu pro rostliny (RYANT et al., 2003). Rostliny potřebují značná kvanta fosforu již v počátečních stadiích růstu. Potřebný fosfor získávají z fytinu v semeni a dále z lehce přístupných forem fosforečných sloučenin z vnějšího prostředí. V této fázi růstu kořenový systém není ještě plně rozvinut, a proto má velký význam hladina přijatelného fosforu v blízkosti primárních kořenů (HAVELKA, 1984). Rostliny přijímají fosfor ve formě aniontů H2PO4- nebo HPO42-. Příjem P aniontu probíhá za podmínek, kdy jeho koncentrace v cytoplazmě výrazně převyšuje obsah fosforu v živném prostředí. Intenzita příjmu fosforu je závislá na obsahu kyslíku v živném prostředí, světle, teplotě (opt. při 20 oC), poměru H2PO4- ku HPO42- a na přítomnosti Ca2+, NO3- a BO33-. Příjem fosforu výrazně inhibují také OH- ionty (RYANT et al., 2003). Rostliny obsahují fosfor vázaný v anorganických i organických sloučeninách. Anorganický fosfor je v rostlinách velmi mobilní a je přítomný ve vyšších koncentracích, hlavně v buňkách vykazujících metabolickou aktivitu. V listech převažují organické sloučeniny fosforu a anorganický fosfor je tu přítomný ve zvýšené míře jen tehdy, jestliže rostliny byly vydatně vyživovány fosforem. Obsah fosforu je důležitým ukazatelem stavu výživy rostlin. Nejvyšší obsah fosforu se obyčejně nachází
23
v mladých listech v počátečních růstových fázích rostlin. Fosfor zvyšuje výživnou hodnotu a skladovatelnost zeleniny (FENECKO et LOŽEK, 2000). Nedostatek fosforu se na starších rostlinách projevuje změnou habitu. Rostliny jsou nízké, menší a vzpřímené, stonky jsou slabší, viz obrázek 10. Listy mají šedavé zabarvení, které často přechází do fialova v důsledku nadměrné tvorby antokyanů. Dochází k omezení násady květů. Běžný obsah fosforu se v rostlinách pohybuje mezi 0,3 – 0,4 % v sušině (MENGEL et KIRKBY, 1978).
Obr. 10: Deficit fosforu u cibule (RYANT et al., 2003)
3.4.2
DRASLÍK
Celkový obsah draslíku v půdě je vesměs vyšší než obsah dusíku nebo fosforu. Nejvíce draslíku obsahují obdělávané půdy mírného pásma, nejchudší jsou laterity a podzoly. V našich podmínkách se připouští možnost kolísání celkového obsahu K2O v ornici v rozmezí 0,05 – 3,2 %. Nejbohatší draslíkem jsou zpravidla jílovité půdy (FENECKO et LOŽEK, 2000). Draslík nacházející se v půdě v různých sloučeninách, je možno rozdělit z hlediska přístupnosti pro rostliny a druhu vazby do tří skupin: a) Nevýměnný draslík Do této skupiny řadíme všechny sloučeniny obsahující draslík, z nichž ho nelze vytěsnit roztoky neutrálních solí. Tento podíl tvoří více než 95 % z veškerého draslíku 24
v půdě. Nevýměnný draslík v půdě tvoří: draslík pevně vázaný v krystalové mřížce silikátových minerálů (primárních i sekundárních), fixovaný draslík a organicky vázaný draslík. b) Výměnný draslík Pod tímto pojmem se rozumí ionty K+, vázané fyzikálně chemickou sorpcí na povrchu půdních koloidů, odkud mohou být vytěsněny roztoky neutrálních solí. Obsah draslíku z celkové výměnné kapacity činí 2 – 7 %. c) Draslík vodorozpustný Představuje v půdě především ve vodě rozpustné draselné soli (KCl, K2SO4, KNO3, K2CO3 apod.). Podíl draslíku rozpustného ve vodě činí asi 1 – 10 % z draslíku výměnného (RICHTER et HLUŠEK, 1999). Obsah draslíku v rostlinách se pohybuje mezi 2 – 6 %. Nejvyšších hodnot dosahuje ve fázi kvetení a v období dozrávání dochází k jeho snížení v důsledku vylučování do živného prostředí. Draslík je monovalentní kationt, který rostlina přijímá aktivně při nižších koncentracích nebo pasivně při koncentracích vyšších. Příjem draslíku je výrazně ovlivňován interakcemi antagonistického charakteru. Zvyšující se koncentrace draslíku snižuje příjem Mg2+, Ca2+, NH4+, Zn2+, Mn2+ a stimuluje příjem NO3-, H2PO4-, Cl-, SO42-. Z kationtů je nejméně ovlivněn příjem NH4+. Na příjem draslíku pozitivně působí i řada vnějších podmínek (přístup vzduchu, teplota půdy, intenzita osvětlení). Draslík zasahuje do celé řady metabolických procesů. Významná je jeho účast v procesu fotosyntézy a dýchání, kde má dominantní postavení ve světelné fázi. Draslík dále pozitivně ovlivňuje dusíkatý metabolismus (RICHTER et HLUŠEK, 1999). Nároky na draslík u jednotlivých druhů zelenin jsou vysoké. Tato živina zvyšuje obsah cukru, škrobu, celulózy a některých vitamínů. Působí příznivě na vybarvení květů a plodů. Při dostatečné zásobenosti draslíkem se prodlužuje skladovatelnost zeleniny a rostliny jsou odolnější proti napadení chorobami. Draslík dále podporuje tvorbu sacharidů u zelenin a jejich přemisťování do zásobních orgánů, ovlivňuje vodní režim a zvyšuje odolnost proti mrazu (HLUŠEK et al., 2002). Nedostatek draslíku výrazně ovlivňuje řadu metabolických a fyziologických funkcí rostliny, které jsou spojené s poklesem výnosu i jeho kvalitou. U zelenin se snižuje jejich skladovatelnost a chuťové vlastnosti. Nižší je obsah vitamínu C. Nedostatek vyvolává změnu habitu rostlin (hlavní stonek není vzpřímený a dlouhý, ale 25
zkrácený a vytváří boční výhony). Listy jsou úzké, okraje listů se stáčejí směrem dolů. Nekrózy listů se objevují od okrajů a rozšiřují se až ke střední ose (RYANT et al., 2003).
3.4.3
VÁPNÍK
Celkový obsah vápníku vykazuje značné rozdíly a pohybuje se mezi 0,15 – 6 % i když střední obsah je odhadován na 2 %. V půdě se vápník vyskytuje v různých sloučeninách, které s ohledem na jejich význam pro výživu rostlin rozdělujeme na: a) Nevýměnný vápník Vápník vázaný v krystalové mřížce je uvolňován jen velmi pomalu v průběhu zvětrávacích procesů a má tedy pro bezprostřední výživu rostlin malý význam. b) Výměnný vápník Představuje v půdě asi 1 – 2 % vápníku nevýměnného, ale přitom jeho množství činí v sorpčně nasycených půdách 60 – 80 % všech výměnných kationtů. Výměnný vápník je poután hlavně fyzikálně chemicky na povrchu půdních koloidů, a to úměrně jejich sorpční kapacitě. Ionty Ca2+ ve výměnné formě jsou pro rostliny lehce přístupné a zvláště významné pro tvorbu drobtovité struktury. c) Vápník vodorozpustný Poměrně malý podíl vápníku v půdě je ve formě sloučenin rozpustných ve vodě (RYANT et al., 2003). Obsah vápníku v sušině se v rostlinách pohybuje v rozmezí 0,4 – 1,5 % v závislosti na druhu rostliny, orgánu a jeho stáří. Vápník je přijímán ve formě Ca2+ aktivně kořeny pomocí elektrochemického gradientu přes biologické membrány. Přijatý vápník je translokován xylémem. Transport vápníku je však velmi omezen, protože je značně adsorbován anionty. Vápník se účastní nepřímo řady enzymatických reakcí soustředěných v membránách a nejbližším okolí zejména jako významný přenašeč signálů ve spojení s kalmodulinem a dalšími bílkovinami poutajícími Ca2+ (RICHTER et HLUŠEK, 1999). Při nedostatečném zásobení rostlin vápníkem dochází k poruchám na kořenovém systému, Kořeny jsou krátké a odumírají směrem od špičky. Kořenové vlášení se netvoří vůbec nebo málo a boční kořeny se nevyvíjejí. Kořeny slizovatí a rozkládají se
26
(MARSCHNER, 1995). U mnoha druhů začínají okraje těsně za špičkami listů blednout. Vedle chloróz je charakteristická zvláště chlorotická kropenatost mladších listů. Výrazněji se jeví poškození u stonků. Na hypokotylu se vyloučí kapka sekretu, hypokotyl se stává sklovitým a hnědne. Tvorba semen a plodů je silně bržděna, i když tvorba květů probíhá normálně (RYANT et al., 2003).
3.4.4
HOŘČÍK
Průměrný obsah veškerého hořčíku činí asi 0,4 – 0,6 % a je závislý především na minerálním složení mateční horniny (FENECKO et LOŽEK, 2000). Podle rozpustnosti rozdělujeme hořčík v půdě do tří základních skupin: a) Nevýměnný hořčík Nevýměnný hořčík je obsažen v nejrůznějších primárních a sekundárních minerálech. Součástí nevýměnné formy je však také hořčík vázaný v pevných vysokomolekulárních organických látkách v půdě. b) Výměnný hořčík Tvoří nejvýznamnější část přijatého hořčíku pro rostliny. Jeho podíl v sumě vázaných kationtů činí 10 – 15 % z celkově sorbovaných iontů a schopnost sorpce je vyšší než u draslíku a nižší než u vápníku. c) Hořčík vodorozpustný V rozpustné formě je hořčík v různých solích, jako MgCl2, Mg(NO3)2, Mg(HCO3)2, MgSO4, Mg(H2PO4)2 aj., tvořících součást půdního roztoku, z něhož může být ion Mg2+ rostlinami přijímán (RICHTER et HLUŠEK, 1999). Hořčík je přijímán rostlinami jako kationt Mg2+ v menším množství než vápník. Hořčík je rostlinami přijímán pasivně. V příjmu Mg2+ existuje antagonistický vztah ke K+, NH4+, Ca2+, Mn2+, H+. V rostlině je hořčík transportován ve formě chelátů a v některých případech je závislý na vápníku. Jeho pohyb je třikrát rychlejší než u vápníku. V rostlině se hořčík nachází ve formě solí jako Mg-oxalacetát, fytin nebo sorpčně vázaný iont, případně ve formě chelátu (chlorofyl). Více než 70 % z celkového obsahu Mg v rostlině je v difuzibilní podobě ve formě anorganických nebo organických aniontů. Hořčík zasahuje do celé řady metabolických procesů v rostlině. Velmi důležitá je jeho funkce v chlorofylu, kde je vázán v porfyrinovém jádře. Z celkového obsahu
27
v rostlině je v chlorofylu vázáno 15 – 20 % Mg. Rostliny vyžadují rovnoměrný přísun hořčíku během celé vegetace. Jeho obsah v sušině rostlinných orgánů se pohybuje pod 0,5 % (RYANT et al., 2003). Nedostatek hořčíku (obrázek 11) se u rostlin projevuje abnormální tvorbou pigmentů, které propůjčují listu zářivou barvu. Vznikají žluté, oranžové, červené a purpurové skvrny nebo chlorózy s barevnými okraji (RICHTER et HLUŠEK, 1999).
Obr. 11: Deficit hořčíku u cibule (RYANT et al., 2003)
3.5 MIKROBIOGENNÍ PRVKY VE VÝŽIVĚ ROSTLIN Mezi mikroelementy patří ty prvky, které z hlediska kvantitativního vztahu tvoří nepatrný podíl ve složení půd, přičemž jsou velmi významné z pohledu výživy pěstovaných plodin. Je známo, že chování mikroelementů v půdách je odlišné jak v porovnání jednotlivých prvků, tak i z hlediska jednoho prvku v různých půdách. Charakteristickým znakem mikroelementů je poměrně úzké rozmezí mezi optimálním a škodlivým obsahem. Všechny tyto prvky mají vysoký faktor účinnosti. To znamená, že jejich celková potřeba je malá, ale většinou již nepatrné zvýšení obsahu určitého mikroelementu může mít za následek překročení fyziologicky únosné hranice a poškození rostlin (RYANT et al., 2003).
28
Železo Celkový obsah železa v půdě je vzhledem k jeho potřebě rostlinami poměrně vysoký. Všechny půdy ho mají dostatek mimo půd křídových. Největší část železa nacházíme v půdě ve formě pevně vázané nevýměnné formě v krystalových mřížkách různých minerálů a to ať primárních, tak sekundárních (RICHTER et HLUŠEK, 1999). Výměnné železo je obsaženo v sorpčním komplexu, kde může být výměnně vázáno, avšak vazba je dosti pevná a jeho podíl je nízký. Vodorozpustné železo je v půdním roztoku slabě zastoupené. Podíl Fe2+ a Fe3+ je silně závislý na pH. Fe3+ při pH 3 se z roztoku vysráží ve formě Fe(OH)3, kdežto Fe(OH)2 se sráží až při neutrální reakci. Poměr mezi Fe2+ a Fe3+ se mění podle redoxpotenciálu půdy (RYANT et al., 2003). Příjem železa rostlinou probíhá mladými částmi kořenového systému, a to převážně jako Fe2+, Fe3+ nebo ve formě Fe-chelátů. Jeho příjem antagonisticky ovlivňují Cu2+ > Ni2+ > Co2+ > Zn2+ > Cr2+ > Mn2+. Vedle příjmu působí uvedené prvky i na translokaci a utilizaci železa (RICHTER et HLUŠEK, 1999). Železo je důležité při tvorbě chlorofylu a bílkovin, funguje v enzymatických systémech, dýchání a fotosyntéze. Charakteristickým příznakem nedostatku železa jsou typické chlorózy zejména na mladých listech rostlin. Tyto listy se kromě nervatury odbarvují od světle zelené až po bílou barvu a jejich špičky, pokud se deficit prohlubuje, odumírají. Lodyhy jsou zkrácené. Kořeny jsou krátké a hnědě zbarvené (HLUŠEK et al., 2002).
Mangan Obsah veškerého manganu v půdě kolísá v rozmezí 0,01 – 0,29 %. Vrchní vrstva půdy v důsledku biologické akumulace obsahuje více manganu než půdotvorný substrát. Maximální obsah manganu se vyskytuje v půdách na vyvřelinách a sedimentech. Sloučeniny vyskytující se v půdě obsahují mangan ve formě Mn2+, Mn3+ a Mn4+. V půdě se mangan nachází v následujících formách: vodorozpustný Mn2+, ve formě adsorbovaného manganu v minerálních a organických koloidech, ve formě oxidů a jejich hydrátů, ve formě těžce rozpustných solí manganu (fosforečnany a uhličitany) a mangan organicky vázaný. Rostliny přijímají mangan především vodorozpustný a výměnný. Trojmocný a čtyřmocný mangan musí být nejprve redukován na Mn2+ nebo jako Mn-chelát. 29
Antagonisticky působí vápník, hořčík, NH4+ aj., synergický vliv se projevuje u nitrátů. Obsah manganu v rostlinách kolísá od 0,001 – 0,01 % sušiny u různých druhů i v různých orgánech jedné a téže rostliny. Nejbohatší jsou obaly semen a plodů, zárodky semen a zelené listy. Pohyblivost manganu v rostlině je velmi nízká, pohybuje se zřejmě v chelátové vazbě (RYANT et al., 2003). Zúčastňuje se mnoha enzymatických reakcí v úzké spojitosti s fotosyntetickými pochody. Má význam při asimilaci nitrátů, metabolismu železa a tvorbě chlorofylu. Při nedostatku manganu dochází ke žloutnutí starších listů mezi nervaturou, i menší žilky zůstávají většinou zelené, později přechází na skvrnité hnědé nekrózy (HLUŠEK et al., 2002).
Bór Obsah bóru v půdě je podmíněn půdotvornou horninou, zvětráváním, obsahem jílnatých částic a půdní reakcí. K dalším faktorům patří vlhkost půdy a atmosférické srážky (MENGEL et KIRKBY, 1978). Celkový obsah bóru v půdách velmi kolísá, a to jak v jednotlivých půdních typech, tak i druzích. Přirozeným zdrojem bóru jsou některé křemičitany, např. turmalín (3 – 4 % B). Na celkovém obsahu nevýměnného bóru v půdě se podílejí také organické zbytky, z nichž se bór stává přístupným až po mineralizaci. Přijatelný bór je tvořen ve vodě rozpustnými boritany a bórem výměnným (RYANT et al., 2003). Bór je rostlinami přijímán hlavně přes kořeny při optimálním pH 5 – 6, je přijímán jako nedisociovaný H3BO3. V rostlinách je bór relativně nepohyblivý. Významná je úloha bóru v metabolismu cukrů, kdy se tvoří estery a alkoholy a cukry, které mohou v této formě snadněji přecházet přes buněčné membrány než samotné vysoce polární molekuly cukrů. Dále je důležitý pro syntézu nukleových kyselin (RICHTER et HLUŠEK, 1999). Nedostatek bóru se projevuje morfologickými změnami a chlorózou mladých listů. Terminální pupeny respektive výhony odumírají. Internodia jsou protáhlá. U listů a stébel se projevuje křehkost s lámavostí, listy jsou kadeřavé. Kořeny mají omezený růst a na plodech se objevuje hnědá skvrnitost, sklovitost a deformace. Nedostatek bóru snižuje syntézu cytokininu a zvyšuje hladinu auxinu (RYANT et al., 2003).
30
Zinek Zinek je v půdě obsažen v různých formách, jeho celkový obsah je značně rozdílný a závisí zejména na obsahu zinku v mateční hornině a charakteru půdotvorného procesu. V ornicích činí 10 – 300 ppm zinku, a to z převážné části v anorganické vazbě. V nevýměnné formě je zinek vázán v mřížce různých minerálů (biotit, augit, amfibol aj.). Nevýměnné formy zinku včetně organických sloučenin tvoří v půdě převážnou část celkového obsahu zinku. Jeho přijatelnost je velmi nízká. Obsah výměnného zinku v našich půdách je v rozmezí 0,2 – 2,0 ppm, z čehož vodorozpustný podíl je pouze 1 – 10 %. Obsah výměnného zinku v půdě závisí na obsahu koloidů. Nepatrné množství zinku se v půdě nachází ve formě vodorozpustných solí (RYANT et al., 2003). Zinek je rostlinami přijímán převážně jako kationt Zn2+, v hydratovaných formách nebo může být přijat v chelátové vazbě. Obsah zinku v rostlinách je závislý na druhu rostliny, orgánu a vývojové fázi (RICHTER et HLUŠEK, 1999). Zinek je aktivátorem a stabilizátorem mnohých enzymů a v mnohých případech má podobnou funkci, jako hořčík a měď, které může i nahradit. Působí taky na tvorbu biologicky účinných látek jako je syntéza tryptofanu, což je prekurzor auxinů, zodpovědných za dlouživý růst rostlin (MARSCHNER, 1995). U rostlin ovlivňuje syntézu bílkovin a tvorbu škrobu, má význam pro správnou funkci enzymatických systémů a růstových hormonů. Na jeho přítomnosti v rostlině je závislý i vývoj kořenů. Nedostatek zinku je často spojen s vysokým obsahem fosforu. Symptomy se projevují obvykle v růstových vrcholech rostlin (jeho pohyb v rostlině je pomalý). K dalším symptomům deficience patří chlorózy části listů mezi nervaturou, případně chlorotické pruhy podél středního žebra listu (HLUŠEK et al., 2002).
Molybden Celkový obsah molybdenu v půdách je relativně nízký a pohybuje se v rozmezí 0,1 – 5 ppm. V půdě je přítomen hlavně jako komplexní aniont MoO42-, pouze v malé míře se vyskytuje jako iont kovu. Nevýměnný molybden obsažený v nerostech (olivín, molybdenit), v hydratovaných oxidech molybdenu a v půdní organické hmotě. Výměnný představuje ionty MoO42- vázané na povrchu půdních koloidů. Pevnost této vazby se s klesajícím pH zvyšuje, což má za následek snížení přístupnosti molybdenu
31
pro rostliny v kyselých půdách. Obsah vodorozpustných iontů MoO42- je v půdách velmi rozdílný (1 – 60 % z celkového obsahu). Rozpustnost, a tím i pohyblivost molybdenu v půdě záleží zejména na stupni nasycení sorpčního komplexu vápníkem (RICHTER et HLUŠEK, 1999). Rostliny přijímají molybden převážně jako aniont MoO42-. Jeho potřeba je všeobecně velmi nízká. Obsah molybdenu v sušině organické hmoty se pohybuje většinou kolem 1 mg.kg-1. Molybden má mimořádně vysokou fyziologickou účinnost. Význam molybdenu při redukci nitrátů aktivací nitrátreduktázy při syntéze bílkovin bývá zdůrazňován jako jeho hlavní funkce (RYANT et al., 2003). Nedostatek molybdenu se objevuje nejčastěji ve středu rostliny nebo na starých listech žlutou nebo žlutozelenou barvou. Listy jsou malé a mají nekrotické tečky (RICHTER et HLUŠEK, 1999). S nedostatkem molybdenu bývá problém nejčastěji na kyselých půdách. U brukvovitých se místo širokých symetrických listů vyvíjí pouze listy úzké, pokud deficit pokračuje, dochází až k odumření vegetačního vrcholu (HLUŠEK et al., 2002).
Měď Celkový obsah mědi v půdě je uváděn v rozmezí 1 – 100 mg.kg-1 půdy. V půdě se měď nachází ve formě kationtů Cu2+ a Cu+, přičemž ionty Cu+ vznikají v půdě pouze redukcí Cu2+ v anaerobních podmínkách. Měď nepřístupná je tvořena vazbou Cu2+ v minerálech (chalkopyrit, malachit). Velmi pevná vazba mědi je i v organických sloučeninách. Výměnná měď představuje přibližně 1 % z celkového obsahu. Vododrozpustná forma mědi je v půdě nejpohyblivější. Kationty Cu2+ se do půdního roztoku dostávají z vodorozpustných solí (RYANT et al., 2003). Obsah mědi v rostlinách závisí především na druhu rostliny a na půdních podmínkách. Průměrný obsah mědi v rostlinných pletivech kolísá od 1,5 do 8,5 ppm v sušině. Vysoký obsah mědi byl zjištěn v listech, generativních orgánech, v plodech a semenech. Měď není v rostlinách příliš mobilní (RICHTER et HLUŠEK, 1999). Má význam pro správnou funkci enzymatických systémů, uplatňuje se při tvorbě bílkovin, tvorbě semen a syntéze chlorofylu. Významně zasahuje do metabolismu dusíku (HLUŠEK et al., 2002). Při nedostatku mědi se projevují chronická onemocnění. Postižené rostliny
32
rostou zpočátku normálně, avšak v pozdějším období ontogeneze dochází k postupnému odumírání apikálních listů, jejich zasychání a změně barvy do silně žlutého odstínu. Takto jsou postiženy především staré listy, protože měď je ze starých listů transportována do mladých. Dalším z charakteristických příznaků deficience mědi je zastavení růstu, pokles turgoru a vadnutí (RYANT et al., 2003).
3.6 NÁROKY CIBULE NA PĚSTOVÁNÍ, VÝŽIVU A HNOJENÍ
Základní charakteristika Původ není s jistotou znám, ale předpokládá se jako pravlast střední Asie, kde cibule (obr. 12) vznikla z planého druhu Allium oschaninii. Jedná se o dvouletou až vytrvalou (spíše jen teoreticky) rostlinu (ANONYM, 2008). Patří k jednoděložným rostlinám. Listy má oblé, duté a spolu s kořeny vyrůstají z podpučí. Cibule jsou ve skutečnosti zdužnatělé báze listů. Obsah sušiny 10,5 – 15 %, bílkovin 1,5 – 2 %, sacharidů 9,6 %, vlákniny 0,7 – 1,4 %, popelovin 0,5 – 0,6 % (MALÝ et PETŘÍKOVÁ, 2000).
Obr. 12: Cibule kuchyňská (Allium Cepa, L.) (MZE ČR, 2007)
33
Nároky na prostředí Cibule vyžaduje slunné, teplé a sušší polohy. Nesvědčí ji vlhko, důležité je teplé a sušší počasí při dozrávání (KUCHTÍK et al., 1998). Daří se ní na půdách středně těžkých, strukturních, humózních a vododržných. Vyžaduje za vegetaci 250 – 300 mm srážek, hlavně v údobí těsně po výsevu a v období tvorby cibulí (ZIMOLKA, 2000). Nejlepší předplodinou jsou obiloviny, dobrou je cukrovka a košťáloviny, špatnou předplodinou jsou pro následné zaplevelení brambory. Cibule se zařazuje do druhé trati, na humózních půdách lze zařadit až do třetí tratě. (MALÝ et PETŘÍKOVÁ, 2000).
Výživa a hnojení Cibuloviny jsou středně náročné na fosfor, draslík i dusík, náročné na hořčík. Odběr živin l tunou produkce cibule je 2,67 kg N; 0,67 kg P; 3,3 kg K; 1,67 kg Ca; 0,67 kg Mg a 0,71 kg S (HLUŠEK et al., 2002). Cibuli vyhovuje spíše slabě alkalická půdní reakce, tj. pH 6,5 – 7,5 (MALÝ et PETŘÍKOVÁ, 2000). Je velmi citlivá na zvýšenou koncentraci solí (ZIMOLKA, 2000). Na vysokou koncentraci solí v půdě reagují rostliny zpomalením růstu a tvorbou malých tmavozelených listů (RICHTER et HLUŠEK, 1999). Přímé hnojení hnojem cibule a česnek nesnáší. Důvodem je intenzivní růst nadzemní části na úkor tvorby cibule. Dochází rovněž ke zhoršení kvality v důsledku vyššího výskytu škůdců a houbových chorob. U cibule v první polovině vegetace převládá nad ostatními prvky příjem dusíku. Proto vyšší dávky dusíku ve druhé polovině vegetace (tvorba cibulí) prodlužují vegetační období, zvyšují krkatost cibule a snižují skladovatelnost. Cibule vyžaduje hnojiva s amonnou formou dusíku (HLUŠEK et al., 2002). Ve druhé fázi, období tvorby cibulí, naopak převládá spotřeba fosforu a draslíku (MALÝ et PETŘÍKOVÁ, 2000). Pro stanovení dávky dusíku je rozhodující plánovaný výnos a potřeba na jednu tunu produkce. Vyžaduje dobrou zásobu přístupného fosforu. Při vysoké zásobě je možno hnojení fosforem vynechat. Draslík je nezbytnou živinou, protože podporuje dobré dozrávání a skladovatelnost cibulí, nedostatek hořčíku se projevuje fyziologickými poruchami na nadzemní části, což má za následek snížení výnosu. Z hlediska zajištění výnosu a kvality cibulové zeleniny je důležité po stránce
34
výživy dostatečné zajištění sírou i přesto, že rostliny potřebují tento prvek v relativně malém množství (výnos 35 t.ha-1 cibule v našich podmínkách odčerpá z hektaru 25 kg síry, což znamená, že na jednu tunu produkce se spotřebuje 0,71 kg síry). Pokud je cibule pěstována na lokalitě, kde emise síry nepokrývají její potřebu, je třeba věnovat zvýšenou pozornost doplňování síry ve formě minerálních hnojiv, aby nedošlo k ovlivnění výnosu a kvality (HLUŠEK et al., 2002). Při akutním deficitu síry dochází k nárůstu obsahu dusičnanů v pletivech zeleniny (SCHNUG et al., 1993; LOŠÁK, 2005).
35
4.0
MATERIÁL A METODY Vegetační nádobový pokus byl zaměřen na zhodnocení vlivu tří stupňovaných
dávek síry při dvou hladinách dusíku na výnos a kvalitu cibule kuchyňské. Pokus byl založen 29.3.2007 v areálu Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně ve vegetační hale Ústavu agrochemie, půdoznalství, mikrobiologie a výživy rostlin. Samotný pokus byl realizován v Mitscherlichových vegetačních nádobách, do kterých bylo naváženo 6 kg středně těžké zeminy charakterizované jako fluvizem s agrochemickými vlastnostmi uvedenými v tabulce 1.
Tab. 1: Agrochemická charakteristika zeminy před založením pokusu Živiny [mg.kg-1] pH/CaCl2 P
K
Ca
Mg
S
72
94
2074
111
5
7,6
Podle hodnot uvedených v tabulce 1, měla zemina použitá k pokusu vyhovující obsah fosforu a hořčíku, nízký obsah draslíku a síry, dobrý obsah vápníku a vykazovala alkalickou půdní reakci. Zemina byla extrahována podle Mehlicha III (CH3COOH, NH4NO3, NH4F, HNO3 a EDTA). Stanovení obsahu přístupného fosforu ve výluhu bylo provedeno kolorimetricky a obsah přístupného draslíku, hořčíku a vápníku byl stanoven atomovou absorpční spektrofotometrií (AAS). Stanovení síranové síry v půdě předcházela extrakce demineralizovanou vodou v poměru 1 : 5 podle ČSN ISO 11048 po dobu 16 hod. na rotační třepačce. Vlastní měření bylo prováděno kapilární zonální elektroforézou (CZE) s křemennou kapilárou. Aktivita vodíkových iontů se zjišťovala ve výluhu půdy 0,2 M KCl potenciometricky skleněnou elektrodou proti referentní kalamelové elektrodě (ZBÍRAL, 2002). Nitráty byly stanoveny v čerstvých cibulích potenciometricky s použitím iontově selektivní elektrody. Pokus byl realizován v 6 variantách, každá z variant byla ve 4 opakováních. U variant 1 – 3 (N1) byl dusík doplněn na úroveň 0,6 g N na nádobu, u variant 4 – 6 (N2) bylo doplněno 1,2 g N na nádobu. Navýšení hladiny dusíku bylo dosaženo aplikací dusičnanu amonného obsahujícího 34,5 % dusíku. Síra nebyla u varianty 1 a 4 (S0)
36
aplikována, zemina byla jen z přirozeným obsahem síry (5 mg S-SO42-.kg-1). U dalších variant byl obsah síranové síry navýšen aplikací síranu amonného, který obsahuje 20,5 % N a 24 % S. Je to nejpoužívanější dusíkaté hnojivo s fyziologicky kyselou reakcí, proto je ho vhodné používat na půdách neutrálních až alkalických. Varianty 2 a 5 (S1) byly navýšeny na obsah síranové síry 30 mg S-SO42-.kg-1 zeminy a k variantám 3 a 6 (S2) bylo dodáno 60 mg S-SO42-.kg-1 zeminy. Přehled variant je uveden v tabulce 2. Tab. 2: Přehled variant pokusu Hladina N
Hladina S-SO42 -
[g.nádobu-1]
[mg.kg-1 zeminy]
Číslo
Varianta
1
N1S0
0,6
5
2
N1S1
0,6
30
3
N1S2
0,6
60
4
N2S0
1,2
5
5
N2S1
1,2
30
6
N2S2
1,2
60
Cibule byla do Mitscherlichových nádob vysázena po pěti cibulích (sazečkách) 29.3.2007, odrůda Štutgartská. Použitá odrůda je charakteristická žlutou barvou slupky, bílou šťavnatou dužninou a ostřejší chutí. Dosahuje poměrně vysokých výnosů. Cibule začala vzcházet 12.4.2007. Hnojiva byla aplikována 26.4.2007 formou zálivky, cibule měly v této době 3 – 4 listy. Během růstu cibulí se provádělo kypření, udržoval se povrch půdy bez plevelů a prováděla se zálivka demineralizovanou vodou na úroveň 60 % maximální kapilární kapacity. Přípravkem Acrobat MZ byla provedena ochrana cibule proti plísni cibulové. 1.8.2007 se v plné zralosti cibule sklízela, zároveň se zjišťovala hmotnost cibulí, průměr cibulí a obsah dusičnanů. Vliv hnojení dusíkem a sírou na sledované charakteristiky byl hodnocen dvoufaktorovou analýzou variance, s následným testováním dle Scheffeho při 95% hladině významnosti (α = 0,05).
37
5.0
VÝSLEDKY A DISKUZE 5.1 VÝNOSOVÉ VÝSLEDKY Zjištěné hodnoty při sklizni pokusu z cibulí kuchyňskou uvádí tabulka 3.
Tab. 3: Přehled výnosových výsledků (α = 0,05) Hmotnost 1 cibule Č.
Průměr 1 cibule
Var. [g]
[rel. %]
[mm]
[rel. %]
Obsah dusičnanů [mg NO3−.
[rel. %]
N1S0 42,8a
100
100
47,2a
100
100
2
N1S1 46,4b
108,4
108,4
46,5a
98,5
98,5
201 b
80,7
80,7
3
N1S2 47,0b
109,8
109,8
47,8a
101,3
101,3
234 a
93,4
93,4
4
N2S0 43,2a
100
100,9
46,7a
100
98,9
630 c
100
253
5
N2S1 45,8b
106,0
107,0
47,0a
100,6
99,6
501 d
79,5
201,2
6
N2S2 45,5b
105,3
106,3
47,0a
100,6
99,6
600 c
95,2
241,0
Průměr
1
kg−1] 249 a
100
100
N1
45,4a
100
47,2a
100
228 a
100
N2
44,8a
98,6
46,9a
99,4
577 b
253,1
S0
43,0a
100
47,0a
100
440 a
100
S1
46,1b
107,2
46,8a
99,6
351 b
79,8
S2
46,3b
107,7
47,4a
100,9
417 a
94,8
Pozn.: rozdílná písmena (a, b) značí průkazný rozdíl mezi variantami při α = 0,05
Zvýšené dávky síranové síry v půdě se u varianty 2, 3 statisticky průkazně projevily na zvýšení hmotnosti jedné cibule o 8,4 – 9,8 % oproti kontrole (tab. 3), ale mezi variantou 2 (30 mg S-SO42−.kg−1) a 3 (60 mg S-SO42−.kg−1) již nebylo rozdílů. Podobné výsledky byly zjištěny i u vyšší dávky dusíku u variant 4 – 6. Tyto výsledky korespondují z výsledky LOŠÁK et DUCSAY (2005), avšak tito zaznamenali nárůst hmotnosti jedné cibule při hladině 60 mg S-SO42−.kg−1 až o 17,3 %. Také MUSIL (2006) uvádí, že při zvýšené hladině síranové síry (40 a 60 mg S-SO42-.kg-1 zeminy) bylo dosaženo průměrného nárůstu hmotnosti připadající na jednu cibuli o 19,3 % až 21,2 % v porovnání s kontrolní variantou. Mezi dávkami dusíku N1 a N2 v našem experimentu ovšem nebyly zaznamenány statisticky významné rozdíly (tab. 3). Zvýšené hladiny síry v půdě (S1 a S2) se však projevily statisticky signifikantním nárůstem hmotnosti jedné
38
cibule v průměru o 7,2 – 7,7 %. ZHANG et al. (2001) shodně prezentuje pozitivní vliv spojené aplikace sloučenin dusíku a síry na výnos osmi druhů zelenin, přičemž nejvyšší dávka síry neodpovídala vždy nejvyššímu výnosu. Horizontální průměr cibulí (tab. 3) nevykazoval mezi variantami signifikantní diference a kolísal v úzkém rozmezí 46,5 – 47,8 mm. Vliv dávek dusíku a síry byl tedy neprůkazný, což je ovšem v rozporu se závěry LOŠÁKA (2005), který prokázal statisticky signifikantní zvýšení horizontálního průměru u cibulí hnojených sírou oproti nehnojené variantě o 20,9 – 23,1 %. Velikost cibulí u jednotlivých variant uvádí obrázek 13 a 14. Obr. 13: Porovnání velikosti cibulí variant N1
Obr. 14: Porovnání velikosti cibulí variant N2
39
Na obsah dusičnanů měla rozhodující vliv úroveň dusíkaté výživy, kdy u variant N2 byl zaznamenám průměrný narůst NO3- až o 153 % oproti variantám N1 (tab. 3). Varianty hnojené sírou pozitivně reagovaly na snižování dusičnanů, přičemž hladiny S1 a S2 redukovaly obsah NO3- ve spojení s nižší dávkou dusíku na 80,7 – 93,4 % oproti přirozené hladině síry v půdě – S0 (100 %). Rovněž u dávky dusíku N2 nastala redukce obsahu dusičnanů po přidání síry do zeminy na 79,5 – 95,2 % oproti sírou nehnojené kontrole. Průměrně snižovaly obě hladiny síry v půdě koncentraci dusičnanů o 5,2 (S2) – 20,2 % (S1) oproti sírou nehnojené kontrole, přičemž pouze hladina S1 vykázala signifikantní rozdíly. Vyhláška č. 53/2002 Sb. uvádí nejvyšší přípustné množství dusičnanů pro cibuli 2000 mg NO3-.kg-1 čerstvé hmoty (MZ ČR, 2002). Podle této vyhlášky nedošlo k překročení obsahu nitrátů u žádné z variant pokusu. Tato vyhláška však po vstupu ČR do EU pozbyla svého významu a nyní ji lze brát pouze jako doporučení. Tyto výsledky odpovídají poznatkům SMATANOVÉ et al. (2004), která uvádí pokles koncentrace nitrátů u papriky o 44,1 % při nárůstu obsahu síry v půdě na 30,6 mg S.kg−1. LOŠÁK et DUCSAY (2005) publikují, že koncentrace dusičnanů v cibulích klesala po aplikaci síry signifikantně o 7,5 % u varianty 2 (40 mg SSO42−.kg−1) a vysoce signifikantně o 31,6 % u varianty 3 (60 mg S-SO42−.kg−1) oproti kontrole (přirozený obsah síry 18,3 mg S-SO42−.kg−1). Koncentrace dusičnanů v cibulích byla na nízké úrovni a klesala po aplikaci síry u variant hnojených sírou (hladina 40 – 60 mg S-SO42−.kg−1) statisticky vysoce signifikantně o 13,1 – 14,4 % oproti kontrole (LOŠÁK, 2005). Koncentraci dusičnanů v rostlinách ovlivňuje především druh pěstované zeleniny, úroveň dusíkatého hnojení, sledovaný orgán rostliny, fáze růstu a koncentrace síry v pletivech. Přitom byla zjištěna negativní lineární korelace mezi koncentrací dusičnanů a koncentrací síry v rostlinách. U 19 vzorků zelenin byl prokázán trend poklesu obsahu NO3− při nárůstu obsahu síry (ZHANG et al., 2001). Síra je v chloroplastech rostlin součástí enzymu nitritreduktáza zodpovědného za redukci NO2- na NH4+ (MENGEL et KIRKBY, 1978).
5.2 VÝSLEDKY CHEMICKÝCH ANALÝZ Obsah dusíku v cibuli (tab. 4) narůstal s jeho aplikovanou dávkou, kdy u variant N2 kolísal v úzkém rozpětí 2,02 – 2,09 % N, zatímco u nižší hladiny dusíku N1 klesal s narůstající hladinou síry v půdě (1,69 – 1,57 – 1,55 % N). KYNCLOVÁ (2007) taktéž popisuje, že zvýšené hladiny síry se neprojevily změnami v obsazích dusíku při
40
jednotlivých dávkách dusíku u kedluben. DIAZ-PEREZ et al. (2003) taktéž zaznamenali nárůst obsahu dusíku v cibulích po zvýšení jeho hektarové dávky.
Tab. 4: Obsahy makroelementů v cibuli Poměr
Obsah makroelementů [% v sušině]
Varianta N
P
K
Mg
Ca
S
N:S
N1S0
1,69
0,33
0,86
0,10
0,21
0,41
4,12
N1S1
1,57
0,35
0,91
0,09
0,21
0,43
3,65
N1S2
1,55
0,33
0,89
0,10
0,21
0,44
3,52
N2S0
2,03
0,31
0,88
0,09
0,20
0,46
4,41
N2S1
2,02
0,29
0,87
0,09
0,24
0,47
4,30
N2S2
2,09
0,30
0,90
0,10
0,23
0,49
4,27
V obsazích ostatních makroelementů (P, K, Ca, Mg) v cibuli nebylo významných diferencí pod vlivem dusíkaté či sirné výživy. Stupňované dávky síranové síry se pozitivně odrazily na nárůstu její koncentrace v cibulích na úroveň 0,41 – 0,43 % S u nižší hladiny dusíku a na 0,46 – 0,49 % S u vyšší hladiny dusíku. Je předpoklad, že minerální hnojení podpořilo i větší uvolnění síry z organických vazeb (MUSIL, 2006) a tím byl umožněn vyšší příjem síry. Poměr N : S se žádoucím způsobem snižoval z narůstající dávkou síry u hladiny N1 (4,12 – 3,65 – 3,52) i hladiny N2 (4,41 – 4,30 – 4,27). Z uvedeného vyplývá, že optimální výživa sírou zvyšuje utilizaci dusíku, která se promítla jak na výnosu čerstvé hmoty, tak i v produkci sušiny. Důsledkem zvýšené utilizace dusíku byl snížený poměr N : S (HLUŠEK et al., 2001). Chemická analýza nati cibule (tabulka 5) ukazuje, že obsah hořčíku a především vápníku je v sušině nati významně vyšší oproti cibulím. Ponecháním nati na pozemku dochází tedy k obohacování půdy o tyto živiny. Obsahy N, P, K a S jsou naopak v nati nižší než v cibulích. Koncentrace N, P, Mg a Ca se výrazně neměnila pod vlivem NSvýživy. Hladina draslíku v nati byla výrazněji stimulována u vyšší dávky dusíku. Tento poznatek zcela koresponduje se závěry VAŇKA et al. (2007) o synergickém vlivu nitrátového dusíku a draslíku.
41
Tab. 5: Obsahy makroelementů v nati Poměr
Obsah makroelementů [% v sušině]
Varianta N
P
K
Mg
Ca
S
N:S
N1S0
1,42
0,072
0,176
0,262
3,17
0,27
5,26
N1S1
1,44
0,092
0,190
0,204
2,72
0,30
4,80
N1S2
1,48
0,078
0,176
0,271
3,20
0,34
4,35
N2S0
1,53
0,071
0,264
0,274
3,65
0,22
6,95
N2S1
1,53
0,065
0,276
0,304
4,06
0,25
6,12
N2S2
1,56
0,066
0,275
0,285
3,72
0,29
5,38
Obsah síry v nati se zvyšoval s její aplikovanou dávkou, nicméně byl redukován u zvýšené hladiny dusíku (N2). Toto zjištění souhlasí s tvrzením, že stoupající dávka dusíku na nádobu snižovala obsah síry v listech kedluben oproti nižší dávce N (KYNCLOVÁ, 2007). Rostoucí dávky síranové síry v zemině snižovaly rovněž v nati poměr N : S, i když byl tento poměr celkově vyšší než u cibulí (5,26 – 4,80 – 4,35 u N1 a 6,95 – 6,12 – 5,38 u N2). Rovněž MUSIL (2006) dospěl k podobným závěrům, který popisuje výrazně klesající tendenci poměru N : S v nati cibule v závislosti na vzrůstající hladině S – SO42- v půdním prostředí. Z rozboru zeminy po sklizni cibule (tab. 6) vyplývá, že ačkoliv je síran amonný považován za fyziologicky kyselé hnojivo, jeho aplikace se neprojevila významnými změnami v hodnotách půdní reakce (pH) u jednotlivých variant oproti hodnotě na počátku experimentu.
Tab. 6: Změna pH půdy po sklizni Číslo
Varianta
pH/CaCl2
1
N1S0
7,42
2
N1S1
7,45
3
N1S2
7,40
4
N2S0
7,44
5
N2S1
7,36
6
N2S2
7,41
42
Hodnoty pH kolísaly v úzkém rozpětí 7,36 – 7,45. Každá zemina vykazuje určitou pufrovací (ústojčivou) schopnost, která spočívá v přítomnosti pufrů schopných odolávat náhlým změnám pH (RICHTER et HLUŠEK, 1999). Taktéž podle FECENKA et LOŽEKA (2000) se proces okyselování výrazně projevuje na půdách s nízkou pufrovací schopností. Dále je předpoklad, že rostliny síru průběžně odčerpávaly během celé vegetace a tím se neprojevily její okyselující účinky. Tyto poznatky korespondují se závěry DUCHONĚ (1948), který uvádí, že se aniont SO42- může hromadit v půdě, pokud ovšem není zužitkován pro svoji síru, která je přijímána především rostlinami olejnými a siličnatými, kam právě řadíme cibuli. Rovněž LOŠÁK (2005a) popisuje u nádobového experimentu s kedlubnami při stupňovaných dávkách síry v zemině (25 – 35 – 45 ppm S) neprůkazné rozdíly v hodnotách půdní reakce na počátku vegetace a po sklizni.
43
6.0
ZÁVĚR V diplomové práci s názvem „Uplatnění dusíku a síry ve výživě a hnojení
kuchyňské cibule (Allium Cepa, L.)“ byl v nádobovém experimentu posuzován společný efekt dvou dávek dusíku (0,6 a 1,2 g N na nádobu) při stupňované výživě sírou (přirozený obsah - 5, 30 a 60 ppm S-SO42-) na výnos a kvalitu cibule kuchyňské. Z dosažených jednoletých výsledků je možné učinit následující závěry: a) výnos cibule signifikantně narůstal s oběma zvýšenými hladinami síry v zemině v průměru o 7,2 – 7,7 % oproti sírou nehnojeným variantám b) zvýšená dávka N se na úrovni výnosu neprojevila v porovnání s nižší dávkou N c) horizontální průměr cibulí nevykazoval mezi variantami průkazné diference d) obsah nežádoucích dusičnanů v cibulích narůstal s dávkou dusíku průměrně o 153 % e) obsah dusičnanů v cibulích byl redukován u variant hnojených sírou (v závislosti na dávce dusíku) v průměru o 5,2 – 20,2 % oproti variantám sírou nehnojeným f) obsah N v cibulích narůstal s jeho aplikovanou dávkou a pouze u jeho nižší hladiny redukovaly stupňované dávky síry % N v cibulích (1,69 – 1,57 – 1,55 % N) g) obsah S v cibulích narůstal s její aplikovanou dávkou a dále byl stimulován dávkou dusíku (0,41 – 0,43 – 0,44 % S u N1, resp. 0,46 – 0,47 – 0 ,49 % S u N2) h) v obsazích P, K, Ca, Mg v cibulích nebylo pod vlivem NS-výživy rozdílů i) obsah S v nati se zvyšoval s její aplikovanou dávkou, nicméně byl redukován u vyšší hladiny dusíku (0,27 – 0,30 – 0,34 % S u N1 a 0,22 – 0,25 – 0,29 % S u N2) j) obsah N, P, Mg, Ca v nati se výrazně neměnil pod vlivem NS-výživy k) obsah K v nati stimulovala vyšší dávka N l) obsah Mg a Ca byl vyšší v nati oproti cibulím m) poměr N : S klesal s dávkami síry v cibulích (z 4,41 na 3,52) i nati (z 6,95 na 4,35) n) hodnoty pH zeminy se významně nelišily po sklizni oproti počátku vegetace
Výsledky diplomové práce ukazují, že společná aplikace dusíku a síry nachází u cibule kuchyňské plné opodstatnění z hlediska úrovně výnosu i jeho kvality bez negativního vlivu na hodnotu půdní reakce.
44
7.0
SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY 1. ANONYM
Cibule
kuchyňská.
[online].
2008
[cit.
Wikipedie:
Otevřená
2008-03-06].
encyklopedie.
Dostupné
z:
http://cs.wikipedia.org/w/index.php?title=Cibule_kuchy%C5%88sk%C3%A1& oldid=2206844 2. BLAIR, G. J. The biogeochemical cycle of sulphur. In Freney, J. R. Sulphur in Australia, Australian Acad. Sci. Canberra, 1980, p. 3 – 13 3. BOHN, H. L., BARROW, N. J., RAJAN, S. S. S., PARFITT, R. L. Reaction of inorganic sulphur in soils. In Tabatabai, M. A. Sulphur in Agriculture. Agronomy Series No.27. ASA, CSSA, SSSA, Madison, WI, USA, 1986, s. 233 – 249 4. ČESKÝ HYDROMETEOROLOGICKÝ ÚSTAV v ČR
[online].
2007
[cit.
Vývoj roční depozice síry
2008-03-01].
Dostupné
z:
http://www.chmu.cz/uoco/isko/groc/gr06cz/gif/o321vyvdep9506.gif 5. DIAZ-PEREZ, J. C., PURVIS, A. C., PAULK, J. T. Bolting, yield, and bulb decay of sweet onion as affected by nitrogen fertilization. Journal of the American Society for Horticultural Science, 128, 1, 2003, p. 144-149. 6. DUCHOŇ, F. Výživa a hnojení kulturních rostlin zemědělských. Československá akademie zemědělská, Praha, 1948, 796 s. 7. ERIKSEN, J., MURPHY, M. D., SCHNUG, E. The soil sulphur cycle. In Schnug, E. (ed.), Sulphur in Agrosystems. Kluwer Academic publishers, 1998 8. FENECKO, J., LOŽEK, O. Výživa a hnojenie poľných plodin. SPU v Nitre, 2000 9. FRENEY, J. R. Sulfur – containing organics. In A. D. McLaren, G. H. Petersen, Soil Biochemistry, New York, N. Y., 1967, p.229 – 259 10. HARWARD, M. E., REISENAUER, H. M. Reactions and movement of inorganic soilsulphur. Soil Sci. 101, 1966, s 326 – 335 11. HAVELKA, B Výživa a hnojení rostlin. MZLU Brno, 1984, 312 s. 12. HLUŠEK, J., RICHTER, R., RIGEROVÁ, L. Sulphur in the nutrition and fertilization of vegetables. Chemia i inzynieria ekologiczna 11, 2003 13. HLUŠEK, J., RICHTER, R., RYANT, P. Výživa a hnojení zahradních plodin. Praha, 2002
45
14. HLUŠEK, J., RICHTER, R., SMATANOVÁ, M. Výživa a hnojení zelenin sírou. In Sborník z konference, Racionální použití hnojiv. Praha: ČZU v Praze, 2001, s. 56 – 61 15. IVANIČ, J., HAVELKA, B., KNOP, K. Výživa rastlín a hnojenie. SZN, Bratislava, 1979 16. JONES, J.B. Jr., WOLF, B., MILLS, H.A. Plant analysis handbook. A practical sampling, preparation, analysis and interpretation guide. Inc., 183, Paradise Blvd, Georgia, 1998 17. KUCHTÍK, F., PROCHÁZKA, I., TEKSL, M., VALEŠ, J. Pěstování rostlin II. Nakladatelství FEZ, 1998 s. 62 18. KYNCLOVÁ, V. Výživa kedlubnu bílého dusíkem a sírou. MZLU Brno, 2007, 58 s. 19. LOŠÁK, T., DUSCAY, L. Závislost výnosu a kvality cibule kuchyňské na hnojení sloučeninami síry. Chemické listy 99, 2005 20. LOŠÁK, T., PRÁŠKOVÁ, L. Odraz hnojení dusíkem a sírou na výnos a obsah dusičnanů u mrkve. In Mezinárodní vědecká konference „Enviro“ Zahradnické fakulty v Nitře, sborník abstraktů, 2005, s. 52 21. LOŠÁK, T. Response of onion (Allium cepa, L.) to nitrogen and sulfur fertilization. Vegetable Crops Research. Bulletin. Research Institute of vegetable crops – Skierniewice, 2005 22. LOŠÁK, T. Vliv síranu amonného na hodnotu půdní reakce při pěstování kedluben. In: Sborník „Racionální použití hnojiv“, ČZU Praha, 2005a, s. 159161 23. MALÝ, I., PETŘÍKOVÁ, K. Základy pěstování cibulové zeleniny. Praha: Ministerstvo zemědělství, 2000 24. MARSCHNER, H. Mineral Nutrittion of Higher Plantts. Academic Press Limied, 2nd Edition, london, 1995 25. MATULA, J. Výživa a hnojení sírou. Agro, 1999a, s. 11 – 18 26. MATULA, J. Výživa řepky a zásoba živin v půdě. Úroda 7, 1999, s. 19 – 21 27. MENGEL, K., KIRKBY, E. A. Principles of Plant Nutrition. International Potash Institute, Bern, 1978 28. MINISTERSTVO ZDRAVOTNICTVÍ ČR Vyhláška č.53/2002 Sb., ve znění pozdějších předpisů, kterou se stanoví chemické požadavky na zdravotní nezávadnost jednotlivých druhů potravin a potravinových surovin, podmínky 46
použití látek přídatných, pomocných a potravních doplňků. Částka 22. [online]. 2002 [cit. 2008-02-29]. Dostupné z: http://web.mvcr.cz/sbirka/2002/sb02202.pdf 29. MINISTERSTVO ZEMĚDĚLSTVÍ ČR Situační a výhledová zpráva Zelenina. [online].
2007
[cit.
2008-02-20].
Dostupné
z:
http://81.0.228.70/attachments/ZELENINA_2007.pdf 30. MURPHY, D. M. The Interaction of Applied S with N, P, Se and Mo in Soils and on the Uptakeof these Elements by Plants. Joint Meetings of the Working Groups Regulatory Aspects of Uptake and Reduction of Sulphate in Plants in Relation to the Metabolic Need for Growth. Institute of Plant Nutrition and Soil Science, 1998 31. MUSIL, D. Výživa cibulové zeleniny dusíkem a sírou. MZLU Brno, 2006, 51 s. 32. PEDERSEN, C. A., KUNDSEN, L., SCHNUG, E. Sulphur fertilisation. In Schnug, E. (ed.), Sulphur in Agroecosystems, 1998, s. 115 – 134 33. PRASAD, R., POWER, J. F. Soil Fertility Management for Sustainable Agriculture. Lewis Publishers, New York, 1994 34. PROVAZNÍK, K., PRÁŠKOVÁ, L., BERÁNEK, K., KLEMENT, V., MALÝ, S. Kontrola a monitoring cizorodých látek v zemědělské půdě a vstupech do půdy. Zpráva ÚKZÚZ Brno, 2004 35. REISENAUER, H. M., WALSH, L. M., HOEFT, R. G. Testing soils for sulphur, boron, molybdenum and chlorine. In L. M. Walsh and J. D. Beaton Soil testing and plant Analysis, Soil. Sci. Soc. Inc. Madison, 1973 36. RICHTER, R., HLUŠEK, J. Výživa a hnojení rostlin I. obecná část. MZLU Brno, 1999 37. RYANT, P., RICHTER, R., HLUŠEK, J., FRYŠČÁKOVÁ, E. Multimediální učební texty z výživy rostlin. [online]. 2003 [cit. 2008-01-14]. Dostupné z: http://www.af.mendelu.cz/ustav/221/multitexty/index.htm 38. SCHNUG, E., HANEKLAUS, S., MURPHY, D. Impact of Sulphur Fertilization on Fertilizer Nitrogen Efficiency. Sulphur in Agriculture, 1993, s. 8 – 12 39. SCHNUG, E. Significance of sulphur for the nutritional and technological quality of domesticated plants. In W. J. Cram et al. (ed.) Sulphur metabolism in Higher Plants, 1997, s. 109 – 130 40. SMATANOVÁ, M., RICHTER, R., HLUŠEK, J. Plant Soil Environ. 2004 41. SYLVIA, D. M., FUHRMANN, J. J., HARTEL, P. G., ZUBERER, D. A. 47
Principles and Applications of Soil Microbiology. Prentice-Hall International Limited, New Jersey, 1999, s. 346 – 368 42. TLUSTOŠ, P., PAVLÍKOVÁ, D., BALÍK, J., SZÁKOVÁ, J. Koloběh síry v půdě a v prostředí. In Sborník referátů, Racionální použití hnojiv zaměřené na problematiku síry v rostlinné výrobě, Praha: ČZU v Praze, 2001, s. 20 – 26 43. VANĚK, V., BALÍK, J., PAVLÍKOVÁ, D., TLUSTOŠ, P. Výživa polních a zahradních plodin. Profi Press, Praha, 2007, 176 s. 44. VANĚK, V., KOLÁŘ, L., ŠTÍPEK, K., JAKL, M. Úloha síry v rostlinách a její potřeba. In Sborník referátů, Racionální použití hnojiv zaměřené na problematiku síry v rostliné výrobě, Praha: ČZU v Praze, 2001, s. 27 – 34 45. ZBÍRAL, J. Analýza půd I. Jednotné pracovní postupy, ÚKZÚZ Brno, 2. vydání 2002 46. ZELENÝ, F., ZELENÁ, E. Síra a její potřeba pro výživu rostlin. ÚZPI, Praha, 1996 47. ZHANG, J., MA, Y., ZHANG, L., XU, CH., ZHENG, L., BIAN, G., SI, Y., WANG, H., LIU, L. 12th World Fertiliz. Congress of CIEC, Beijing, 2001 48. ZIMOLKA, J. Speciální produkce rostlinná – rostlinná výroba (Polní a zahradní plodiny, základy pícninářství). MZLU Brno, 2000
48
8.0
SEZNAM OBRÁZKŮ
Obr. 1: Koloběh dusíku v přírodě Obr. 2: Schéma fixace vzdušného dusíku Obr. 3: Formy dusíku v půdě Obr. 4: Schéma asimilace nitrátů v buňkách listu Obr. 5: Deficit dusíku u cibule Obr. 6: Koloběh síry v přírodě Obr. 7: Vývoj roční depozice síry v ČR Obr. 8: Mechanismus asimilace síranů u vyšších rostlin Obr. 9: Deficit síry u celeru Obr. 10: Deficit fosforu u cibule Obr. 11: Deficit hořčíku u cibule Obr. 12: Cibule kuchyňská (Allium Cepa, L.) Obr. 13: Porovnání velikosti cibulí variant N1 Obr. 14: Porovnání velikosti cibulí variant N2
49
9.0
SEZNAM TABULEK
Tab. 1: Agrochemická charakteristika zeminy před založením pokusu Tab. 2: Přehled variant pokusu Tab. 3: Přehled výnosových výsledků (α = 0,05) Tab. 4: Obsahy makroelementů v cibuli Tab. 5: Obsahy makroelementů v nati Tab. 6: Změna pH půdy po sklizni
50
