Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav agrochemie, půdoznalství, mikrobiologie a výživy rostlin
VÝŽIVA ROSTLIN V EKOLOGICKÉM ZEMĚDĚLSTVÍ Bakalářská práce
Brno 2006
Vedoucí bakalářské práce: Ing. Pavel Ryant, Ph.D.
Vypracovala: Zdeňka Tesaříková
3
Prohlášení
Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Výživa rostlin v ekologickém zemědělství vypracovala samostatně a použila jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém soupisu literatury. Souhlasím, aby práce byla uložena v knihovně Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně a zpřístupněna ke studijním účelům.
V Brně, dne 18.5.2006 Podpis bakalanta……………………
4
Poděkování
Ráda bych vyjádřila své upřímné poděkování vedoucímu své bakalářské práce Ing. Pavlu Ryantovi, Ph.D. za odborné vedení, obětavou pomoc i za cenné rady a připomínky při zpracování mé práce.
5
The Annotation The ecological agriculture is a kind of farming that takes care about the closest recycle of nutrients. My thesis is of a literature search form. It deals about plants nutrition in an ecological agriculture. Mineral fertilizers permitted by law. Phosphorus, nitrogen and sulfur are the most important nutrients. Key role in the ecologic nutrition of plants play organic manures. By this way the soil obtains the maximum of nutrients. In case that the agrochemical analysis reveals a deficit of nutrient in soil it is possible to replenish the nutrients by means of in an agricultural farm. It must be in concordance with a principle of a permanent sustainable growth. Key role in the ecologic nutrition of plants play organic manures. By this way the soil obtains the maximum of nutrients. In case that the agrochemical analysis reveals a deficit of nutrient in soil it is possible to replenish the nutrients by means of mineral fertilizers permitted by law. Phosphorus, nitrogen and sulfur are the most important nutrients. The importance of phosphorus comes from its low solubility in soil solution, which causes its poor utilization by plants. The second reason is that it cannot be supplied into the soil sufficiently in form of manures and it is necessary to use complementary mineral fertilizers. Nitrogen is supplied into the soil exclusively by means of organic manures (exception are plants of Fabaceae family, that take nitrogen with the help of symbiotical organisms that bind nitrogen from air). Nitrogen is, however, problematical due to its high losses caused by its high mobility in the soil. Sulfur plays a vital role in processes of induced resistance of plants, that is very important for ecological farming that renounced synthetic formulations for plants protection. All these elements play an unsubstitutable role in metabolism of plants. Their substantial and longterm deficit can endanger the life of plants and thus the necessary yield of crops.
6
OBSAH: 1 ÚVOD ............................................................................................................ 8 2. VÝŽIVA ROSTLIN V EKOLOGICKÉM ZEMĚDĚLSTVÍ............... 10 2.1 AGROCHEMIE PŮDY ...................................................................................................11 2.1.1 Plynná fáze ...........................................................................................................11 2.1.2 Kapalná fáze.........................................................................................................12 2.1.3 Pevná fáze ............................................................................................................13 2.1.3.1 Minerální podíl ..............................................................................................13 2.1.3.2 Organický podíl .............................................................................................14 2.1.4 Kvalita půdy .........................................................................................................15 2.1.5 Analýza půdy .......................................................................................................16 2.1.5.1 Rýčová diagnóza............................................................................................16 2.1.5.2 Agrochemické zkoušení půd (AZP) ..............................................................16 2.2 PŘÍJEM ŽIVIN ROSTLINAMI ........................................................................................17 2.2.1 Příjem živin kořeny ..............................................................................................17 2.2.2 Mimokořenová výživa .........................................................................................17 2.3 HNOJENÍ V EKOLOGICKÉM ZEMĚDĚLSTVÍ ................................................................18 2.3.1 Organická hnojiva ................................................................................................18 2.3.1.1 Chlévský hnůj ................................................................................................19 2.3.1.2 Kejda..............................................................................................................20 2.3.1.3 Močůvka ........................................................................................................21 2.3.1.4 Sláma .............................................................................................................21 2.3.1.5 Zelené hnojení................................................................................................22 2.3.1.6 Kompost.........................................................................................................23 2.3.2 Minerální hnojiva .................................................................................................23 2.3.2.1 Hnojení dusíkem ............................................................................................25 2.3.2.2 Hnojení fosforem ...........................................................................................25 2.3.2.3 Hnojení draslíkem..........................................................................................26 2.3.2.4 Hnojení vápníkem..........................................................................................26 2.3.2.5 Hnojení hořčíkem ..........................................................................................26 2.3.2.6 Hnojení sírou..................................................................................................26 2.3.2.7 Hnojení stopovými prvky ..............................................................................27
3. KRITICKÉ BODY VÝŽIVY ROSTLIN V EKOLOGICKÉM ZEMĚDĚLSTVÍ ........................................................................................... 28 3.1 FOSFOR .......................................................................................................................28 3.1.1 Základní charakteristika .......................................................................................28 3.1.2 Mechanismus příjmu fosfátů kořeny rostlin z vnějšího prostředí ........................29 3.1.3 Funkce fosforu v metabolismu.............................................................................30 3.1.4 Deficit fosforu ......................................................................................................30 3.1.5 Výživa fosforem v ekologickém zemědělství ......................................................31 3.2 DUSÍK ..........................................................................................................................32 3.2.1 Základní charakteristika .......................................................................................32 3.2.2 Asimilace nitrátového dusíku...............................................................................33 3.2.3 Asimilace amoniakálního dusíku .........................................................................34 3.2.4 Asimilace močoviny.............................................................................................34
7
3.2.5 Fixace vzdušného dusíku .....................................................................................35 3.2.5.1 Nesymbiotická fixace ....................................................................................36 3.2.5.2 Symbiotická fixace ........................................................................................36 3.2.6 Inkorporace dusíku...............................................................................................38 3.2.7 Symptomy nedostatku a nadbytku dusíku............................................................38 3.3 SÍRA ............................................................................................................................39 3.3.1 Základní charakteristika .......................................................................................39 3.3.2 Úloha síry v rostlinách a její potřeba ...................................................................40 3.3.3 Symptomy nedostatku a nadbytku síry ................................................................42
4 ZÁVĚR........................................................................................................ 43 5 POUŽITÁ LITERATURA........................................................................ 44
8
1 ÚVOD Počátky ekologického zemědělství ve střední a západní Evropě můžeme datovat do období po první světové válce (Urban, Šarapatka a kol., 2003). Z tohoto období existují první údaje o poškození půdní úrodnosti, změně půdního pH, snížené kvlitě potravin a zvýšené potřebě užití konzervantů. Výrazný rozvoj zaznamenalo v Evropě ekologické zemědělství v 50. a 60. letech minulého století, kdy se také projevilo několik přístupů k tomuto druhu hospodaření. Jedná se především o biodynamické hospodaření, organickobiologické zemědělství či britský způsob hospodaření. Ke sjednocení přístupů došlo v 70. letech 20. století, kdy byla založena organizace IFOAM (Mezinárodní federace hnutí ekologického zemědělství). V Evropě je ekologické zemědělství rozšířeno v mnoha zemích a již od roku 1994 je součástí i Společné zemědělské politiky EU (Ryant, 2005). V Československu byly první důležitější zmínky o ekologickém zemědělství publikovány teprve na sklonku socialistické éry, to je v letech 1985-1987 (Urban, Šarapatka a kol., 2003). V roce 1989 zahájily první tři podniky přechod na ekologické hospodaření v Jeseníkách a Bílých Karpatech. V letech 1994-1998 u nás došlo ke stabilizaci ekologického zemědělství, rozvoji národního trhu a exportu do zahraničí. V současnosti je Česká republika v ekologickém zemědělství na špici mezi novými zeměmi EU a řadí se na přední světové místo v rozsahu ploch zařazených do ekologického hospodaření (Doubravská, 2004). Rozvoj ekologického zemědělství v ČR dokumentuje tab. 1. Jasným lídrem v oblasti spotřeby ekoproduktů je Švýcarsko, kde je ovšem odlišná kupní síla obyvatelstva. Cena biopotravin v ČR je často až dvakrát vyšší než stejných produktů z konvenčního zemědělství. Přes tuto skutečnost a současně různá omezení a přísnější kritéria zájem o ekologické zemědělství u nás roste, a to zejména díky dotacím, jimiž jak ČR, tak EU tento druh hospodaření podporuje (Ryant, 2005). Ekologické zemědělství je popisováno jako zvláštní druh zemědělského hospodaření, které dbá na životní prostředí a jeho jednotlivé složky. Ekologický systém hospodaření je v souladu s principem trvale udržitelného rozvoje, protože představuje uplatňování metod, které nezpůsobují újmu na potřebách budoucích generací. Hospodaří se tedy s kladným vztahem ke zvířatům, půdě, rostlinám a přírodě bez používání syntetických hnojiv, chemických přípravků, postřiků, hormonů apod. Tato problematika je u nás upravena legislativně, zabývá se jí Zákon o ekologickém zemědělství č. 242/2000 Sb., Vyhláška MZe č. 16/2006 Sb. a Nařízení Rady (EHS) č. 2092/91. Vzniklo též několik důležitých
9
institucí zabývajících se ekologickým zemědělstvím, jako např. KEZ, o. p. s. (Kontrola ekologického zemědělství), PRO-BIO (Svaz ekologických zemědělců) nebo IFOAM (International federation of organic agriculture movements). V meziročním srovnání let 2004 a 2005 došlo v České republice k mírnému poklesu výměry ekologicky obhospodařované půdy na 254 982 ha, což bylo 5,98 % z celkové výměry zemědělské půdy u nás (viz tab. 1). Ministerstvo zemědělství vypracovalo studii zvanou
„Akční
plán“,
která
přesto
počítá
s podílem
až
10 %
ekologicky
obhospodařovaných půd z celkové výměry zemědělské půdy u nás. Převážnou část výměry ploch v ekologickém zemědělství však zaujímají trvalé travní porosty (asi 90 %), orná půda zaujímá pouze necelých 9 % výměry. Já jsem si pro svou práci vybrala jednu z nejdůležitějších oblastí, která rozhoduje o kvalitě potravin, a to výživu rostlin. Cílem mé práce bylo najít kritické body výživy rostlin v ekologickém zemědělství a nastínit možné řešení. Tab. 1. Vývoj výměry zemědělské půdy v ekologickém zemědělství ČR (Ryant, 2005, www.kez.cz) Rok
Počet kontrolovaných podniků celkem
Výměra zemědělské půdy v EZ v ha
1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
3 132 135 141 187 181 182 211 348 473 563 654 721 810 836 829
480 17 507 15 371 15 667 15 818 14 982 17 022 20 239 71 621 110 756 165 699 217 869 235 136 254 995 263 299 254 982
Procentický podíl ze zemědělského půdního fondu 0,41 0,36 0,37 0,37 0,35 0,4 0,47 1,67 2,58 3,86 5,09 5,5 5,97 6,16 5,98
10
2. VÝŽIVA ROSTLIN V EKOLOGICKÉM ZEMĚDĚLSTVÍ Podstatou ekologického hospodaření na půdě je fungující agroekosystém, jehož základem je vyvážený osevní postup zaměřený na udržení a zvyšování úrodnosti půdy a obsahu organických látek v půdě. Je nutné mít v půdě neustále k dispozici dostatek lehce rozložitelných organických látek. Minerální látky pomocí činnosti mikroorganismů předkládány rostlinám k využití. Je kladen velký důraz na co nejuzavřenější koloběh živin (viz obr. 1), co nejlepší ošetření půdy, aby byly minimální ztráty živin dodávaných do půdy organickými hnojivy, udržování a zlepšování dlouhodobé úrodnosti půdy a podporu biologické diverzity zvýšením počtu pěstovaných plodin a odrůd. Půdu lze definovat jako samostatný, přírodně historický útvar, který vznikl v důsledku komplexního působení vnějších činitelů na mateční horninu v určitém čase. Pro člověka je půda základem jeho trvalé existence na Zemi. Nejdůležitějším znakem půdy je její úrodnost, kterou definujeme jako schopnost půdy umožňovat rostlinám růst, vývoj a dosažení žádoucích výnosů, kvality a nezávadnosti produkce. K nejdůležitějším faktorům, které spolupůsobí při tvorbě půdní úrodnosti náleží: •
složení půdy,
•
hloubka ornice,
•
hloubka podzemní vody,
•
svahovitost a expozice terénu,
•
klimatické podmínky,
•
antropogenní činnost .
11
Obr. 1 Koloběh živin na ekologické farmě, která je soběstačná v krmivech (čísla v závorkách udávají kilogramy č.ž. na 1 ha za rok) (Moudrý, 1997)
2.1 Agrochemie půdy Rozlišujeme složení: fázové, zrnitostní a chemické. U různých půd je odlišné a podmiňuje tvorbu nejrůznějších vlastností půdy. Podle fází rozlišujeme složení půdy na pevnou, kapalnou a plynnou fázi.
2.1.1 Plynná fáze Jedná se o půdní vzduch, který je významný pro biologické a chemické procesy probíhající v půdě. Oproti tomu atmosférickému obsahuje více oxidu uhličitého (až 0,3 %, oproti atmosféře, kde je 0,03 %), stejně tak zvýšené množství vodních par, ale méně kyslíku (10 - 20 %). Rovněž je zvýšen obsah amoniaku, který je zapříčiněn rozkladnou činností mikroorganismů, stejně jako u oxidu uhličitého. Kyslík v půdě zajišťuje dýchání všech půdních organismů a slouží k oxidaci organických i minerálních látek.
12
2.1.2 Kapalná fáze Kapalnou fází půdy rozumíme půdní vodu. Podmiňuje existenci koloběhu látek jako nenahraditelného faktoru pro edafon a vegetaci. Z hlediska výživy je důležitý nejen transport látek z půdního roztoku do živých buněk kořenového systému rostlin, ale i vertikální transport půdním profilem. Hybnou silou transportu látek je difúze a hromadný tok půdního roztoku. Složení i koncentrace půdního roztoku jsou výsledkem působení řady procesů probíhajících v půdě v těsné souvislosti s teplotou, vlhkostí, provzdušněním půdy a složením tuhé fáze půdy. Půdní roztok obsahuje řadu rozpuštěných minerálních i organických látek v různém množství a poměru. Celkové množství solí v půdním roztoku může kolísat od několika setin procenta do několika procent (zasolené půdy). Ve „zdravých půdách“ činí obsah solí v půdním roztoku asi 0,05 %, přičemž se složení i koncentrace solí během roku mění. Tab. 2 uvádí rozdělení rostlin podle reakce na hodnotu osmotického tlaku v MPa.
Tab. 2 Rozdělení rostlin podle reakce na hodnotu osmotického tlaku v MPa (Ryant, 2003) Skupina rostlin
Osmotický tlak v MPa
Vliv na rostliny
1.
< 0,076
vliv solí lze pominout
2.
0,076-0,145
projevuje se deprese jen u citlivých rostlin
3.
0,146-0,288
projevuje se silnější deprese u většiny rostlin
4.
0,289-0,576
snášejí jen rostliny odolné vůči solím
5.
> 0,576
snášejí jen vysoce odolné rostliny
Rozdělení rostlin podle odolnosti vůči zvýšené koncentraci solí v půdním roztoku: ♦ dobrá odolnost: př. krmná řepa, cukrovka, řepka, čirok… ♦ střední odolnost: př. obiloviny, kukuřice, proso, slunečnice, chřest, salát, špenát, rajčata, paprika… ♦ nízká odolnost: př. hrách, vikev, celer, zelí, brambory… Rostliny reagují na vysokou koncentraci solí v půdě zpomalením růstu a tvorbou malých tmavozelených listů.
13
2.1.3 Pevná fáze Je tvořená souborem pevných částic půdy nejrozmanitějšího složení a velikostí. Skládá se z minerální (95-98 %) a organické (2-5 %) části. Rozdělení složek pevné fáze nám ukazuje obr. 2. Jílové minerály Minerální podíl
Oxidy a hydroxidy Primární minerály
Fáze pevná
Organické látky nehumifikované
Organický podíl
Organické látky přechodné Organické látky humifikované
Obr. 2 Rozdělení složek pevné fáze půdy (Ryant, 2003)
2.1.3.1 Minerální podíl Nejdůležitější skupinu půdních sekundárních minerálů tvoří jílové minerály vznikající v půdotvorném procesu rozpadem primárních křemičitanů nebo syntézou produktů, které se uvolňují při zvětrávání minerálů. Tvoří až 70-80 % z celkové hmotnosti půdy (Ryant, 2003). Stavebním kamenem krystalové mřížky jílových minerálů jsou anionty kyseliny ortokřemičité SiO44-, krystalující v pravidelných čtyřstěnech neboli tetraedrických tvarech. Krystalová mřížka všech jílových minerálů je tvořena z vrstev tetraedrů a oktaedrů. Tím vzniká navenek teoreticky elektroneutrální vrstva, vrstvy vytváří lamely krystalové mřížky. Ty se skládají ze dvou nebo tří vrstev tetraedrů a oktaedrů. Další složkou minerálního podílu jsou oxidy a hydroxidy, které vznikají při zvětrávání primárních minerálů nebo mineralizací zbytků organických látek v půdě. Jde zejména o hydratované oxidy železa, hliníku, křemíku nebo manganu. Také tyto sloučeniny vykazují určitou schopnost poutat na svém povrchu živiny do forem pro rostlinu přístupných (Ryant, 2003). Vliv oxidů a hydroxidů se uplatňuje hlavně ve fyzikálních
14
a fyzikálně chemických vlastnostech půdy. Význam primárních minerálů je pro bezprostřední výživu rostlin malý, vzhledem k jejich malému podílu v minerální složce půdy. Tyto minerály postupně zvětrávají a uvolňují některé ionty, avšak proces zvětrávání je velmi pomalý a tudíž je okamžitý vliv na výživu rostlin zanedbatelný.
2.1.3.2 Organický podíl Organické látky v půdě tvoří veškerý spalitelný podíl půdy, který můžeme rozdělit na látky nehumifikované, přechodné a humifikované. Organické látky nehumifikované (primární) představují v půdě většinou pouze 10–15 % z celkového organického podílu půdy.
Jsou
tvořeny
posklizňovými
zbytky,
organickými
hnojivy,
odumřelými,
nerozloženými nebo částečně rozloženými zbytky rostlin, zooedafonu a mikroedafonu. Tyto látky jsou postupně za přístupu vzduchu rozkladnými procesy odbourávány na konečné produkty mineralizace, které slouží jako zdroj výživy rostlin a půdních mikroorganizmů (Ryant, 2005). Veškeré množství organických látek však není v půdě úplně mineralizováno. Současně s mineralizací probíhá v půdě syntéza nových, velmi složitých organických látek či organominerálních látek nazývaných látky humusové nebo také humifikované. Příznivý vliv humusových látek v půdě je mnohostranný a spočívá v kladném ovlivnění všech půdních vlastností působících rozhodující měrou na obsah živin v půdě i na půdní úrodnost (Ryant, 2003). Humifikované látky dělíme na huminové kyseliny, fulvokyseliny a huminy. Obsah vlastního humusu je relativně stálou hodnotou v půdně klimatických podmínkách dané oblasti. Bylo prokázáno, že půdní organická hmota, její množství a kvalita v dané lokalitě je produktem dlouhodobého vývoje, který probíhal řádově ve stovkách až tisících letech (Richter a kol., 2002). Základním prostředkem pro zachování vyrovnané bilance živin je tedy péče o půdní organickou hmotu. Právě pro ekologické zemědělství je půdní organická hmota velmi důležitá. Ztráty na půdní organické hmotě, k nimž dochází v procesech rozkladu, mineralizace a humifikace organických látek, ale i v důsledku eroze (vodní, větrné) musí být nahrazovány vstupy nové (primární) organické hmoty do půdy (Ryant, 2005). Graf 1 nám ukazuje vztah dlouhodobého účinku hnojení na obsah uhlíku v půdách.
15
Graf 1 Dlouhodobý účinek hnojení na obsah uhlíku v půdách (Ryant, 2005)
2.1.4 Kvalita půdy Pojem kvalita půdy byl spojován historicky s produktivitou zemědělských systémů. Vedle funkce produkční má však i řadu dalších, jako např. filtrační, pufrační, transformační, je prostředím pro život organismů, má též socio-ekonomické funkce. Kvalita půdy je chápána jako schopnost fungovat v hranicích ekosystému a udržovat jeho produktivitu, zajišťovat kvalitu prostředí a podporovat zdravý vývoj rostlin a živočichů. Hodnocení půdy a určení standardů je velmi složitá problematika z důvodu její značné variability, heterogenity a množství probíhajících procesů. Jako indikátory kvality můžeme užít charakteristiky: •
fyzikální – hloubka půdy, pórovitost, textura, hydraulická vodivost apod.
•
chemické – obsah a kvalita humusu, reakce (pH), obsah celkového dusíku apod.
•
biologické – obsah uhlíku a dusíku v biomase mikroorganismů, aktivita enzymů, respirace apod. Vážným problémem na velkých plochách zejména orných půd je větrná a vodní eroze,
která může nastat zejména z důvodů: •
častého mechanického zpracování půdy a
•
pomalého vývoje rostlin vzhledem k nižšímu obsahu minerálního dusíku v půdě.
16
2.1.5 Analýza půdy Nejprve je důležité, aby zemědělec znal vlastní obhospodařovanou půdu a sledoval změny po různých zásazích přímo na poli. K tomu může využít tzv. rýčovou diagnózu. Pro přesnější zjišťování parametrů půdní úrodnosti, zabezpečení a zlepšení trvalé produkční schopnosti zemědělsky využívaných půd nám slouží tzv. Agrochemické zkoušení půd (AZP). 2.1.5.1 Rýčová diagnóza Slouží pro prvotní orientaci o struktuře, zbarvení, pachu, utužení, vzhledu kořenů pěstovaných plodin a přítomnosti větších živočichů. Pro tuto formu prvotní analýzy je důležitý jak termín odběru vzorku (provádí se v době nejsilnějšího rozvoje kořenů rostlin) tak volba vhodného místa odběru (ve značně nevyrovnaném porostu je nutno zkoumat více míst). V získaném půdním monolitu lze alespoň odhadnout druh půdy (písčitá, hlinitá, jílovitá), obsah skeletu, rozeznáme vrstvy ornice a podorničí, lze pozorovat vliv kultivačního nářadí, stagnaci vody apod. (Urban, Šarapatka a kol., 2003). 2.1.5.2 Agrochemické zkoušení půd (AZP) Zajišťuje celostátně jednotný postup vzorkování, analýz a hodnocení výsledků půd. V České republice se provádí od šedesátých let minulého století je zajišťováno Ústředním kontrolním a zkušebním ústavem zemědělským (ÚKZÚZ). Od roku 1993 se provádí v šestiletých cyklech (Richter a kol., 1999).
V půdních vzorcích se v rámci AZP stanovuje: •
půdní reakce, obsah uhličitanů a potřeba vápnění,
•
obsah přístupného P, K, Ca, Mg a
•
kationtová výměnná kapacita. Výběrově se stanoví:
•
obsah mikroelementů,
•
obsah toxických látek (př. těžké kovy).
17
2.2 Příjem živin rostlinami Příjem živin chápeme především jako proces postupu živin z vnějšího prostředí do rostliny. Je to jeden ze základních projevů života rostliny. Jedná se především o proces, kdy na počátku stojí abiotický materiál a na konci dochází k produkci nové hmoty. Pro rostliny je zásadní příjem vody a živin kořenovou cestou, jsou však schopny přijímat živiny i nadzemními orgány (tzv. mimokořenová výživa).
2.2.1 Příjem živin kořeny Příjem živin je zajišťován absorpčním povrchem kořenů. Pohyb živin ke kořenům rostlin se děje: ♦ absorpcí iontů živin z půdního roztoku, ♦ výměnnou absorpcí adsorbovaných živinných iontů, ♦ zpřístupňováním živin vázaných v půdní zásobě. Rozhodující vliv má kořenové vlášení, které mnohonásobně zvětšuje absorpční plochu kořene. Příjem látek je spojen s jejich transportem, který dělíme na transport na krátké (z vnějšího prostředí do buňky), střední (transport k vodivým svazkům symplastem či apoplastem) a na dlouhé vzdálenosti (vodivými svazky do míst spotřeby). Děje se tak aktivně (uniport, symport, antiport, elektroneutrální tok) nebo pasivně (difúze, usnadněná difúze, konvekční tok).
2.2.2 Mimokořenová výživa Používá se jako doplněk k výživě kořenové, kterou tímto nelze zcela nahradit, zejména při malé dostatečnosti živin v půdě. Minerální formy živin se aplikují na nadzemní části rostlin v podobě vodných roztoků. Rychlost absorpce živin je závislá na celé řadě podmínek a rozhoduje o ní řada faktorů, jako např. anatomicko-morfologická stavba listů, tloušťka kutikuly, stáří listů a rostliny aj. Mimokořenovou výživou lze zabránit přehnojování půd a snížit riziko ohrožení životního prostředí.
18
2.3 Hnojení v ekologickém zemědělství Za hnojiva jsou považovány látky obsahující živiny pro výživu kulturních rostlin a lesních dřevin, pro udržení nebo zlepšení půdní úrodnosti a pro příznivé ovlivnění výnosu či kvality produkce. V ekozemědělství je možné dodat rostlinám potřebné látky: 1. organickými hnojivy, 2. minerálními hnojivy, 3. fixací vzdušného dusíku.
2.3.1 Organická hnojiva Motorem setrvalé zemědělské výroby je dostatek organické hmoty v půdě. Ta ovlivňuje nejen mikrobiální činnost půd, ale má přímou vazbu k půdní kyselosti a obsahu živin v půdách. V půdách, kde je deficit organických látek je omezena činnost půdního edafonu. Organická hnojiva vedle toho, že zabezpečují přísun organických látek, plní další funkce: –
jsou zdrojem energie a uhlíku pro půdní mikroorganismy, a tím pozitivně ovlivňují biologickou činnost půdy,
–
chrání humus před rozkladem (degradací) dodáním primární organické hmoty,
–
příznivě působí na řadu fyzikálně-chemických vlastností půdy (tvorbu drobtovité struktury, poměr vody a vzduchu, poutání živin, zlepšení ústojčivé schopnosti půdy),
–
organická hnojiva jsou hnojivy univerzálními, obsahují všechny rostlinné živiny,
–
zlepšují v půdě hospodaření s vodou (zvyšují vsak dešťové vody, vododržnost půdy, umožňují gravitační a kapilární pohyb vody aj.)
–
omezují působení vodní a větrné eroze v půdě,
–
příznivě ovlivňují obsah přístupného fosforu v půdě,
–
mohou působit na vyvázání (imobilizaci) cizorodých prvků,
–
zvyšují účinnost čistých živin z minerálních hnojiv (Richter, Kubát, 2003).
Pro pokrytí roční průměrné potřeby organických látek 1,7 t.ha-1 orné půdy nedosahuje podíl stájových hnojiv ani 50 %. Proto je nutné využít i dalších zdrojů (sláma obilnin, řepky, luskovin, zelené hnojení aj.) k vyrovnání její bilance.
19
Organická hnojiva rozdělujeme takto:
organická hnojiva
statková hnojiva
průmyslová
stájová
ostatní
hnůj
zelené hnojení
průmyslové komposty
hnojůvka
sláma
humáty
močůvka
statkové komposty
kejda
silážní šťávy
2.3.1.1 Chlévský hnůj Zrání mrvy v hnůj by mělo probíhat zásadně na hnojišti, které se buduje nejčastěji u stáje nebo jako provizorní polní hnojiště. Rozklad organických látek nemá na hnojišti proběhnout úplně a měl by být přerušen ve fázi, kdy lehce rozložitelné látky jsou v určité chemicko-biologické rovnováze k jejich rozkladným produktům. Tohoto stavu lze dosáhnou asi za 2-3 měsíce zrání mrvy. Dobře vyzrálý hnůj je tmavá, snadno rýpatelná hmota v povrchových vrstvách hnědočerná, ve spodních nazelenalá, která při styku se vzduchem rychle černá. Páchne slabě po amoniaku, zbytky steliva jsou patrné a dají se mechanicky snadno oddělit (Richter a kol., 2002). Dávku hnoje volíme takovou, aby množství dusíku v ostatních organických hnojivech nepřekročilo 170 kg N.ha-1 (Nařízení Rady (EHS) 2092/91). Průměrný obsah živin v hlavních druzích chlévského hnoje nám ukazuje tab. 3.
20
Tab. 3 Průměrné složení hlavních druhů chlévského hnoje v % (Richter a kol., 2002) Ukazatel
Skot
Koně
Ovce
Drůbež
Sušina
24,0
25,0
25,0
31,0
Organické látky
17,0
20,0
20,0
25,0
N celkový
0,48
0,65
0,85
2,80
P
0,11
0,13
0,14
1,25
K
0,51
0,52
0,66
1,23
Ca
0,37
0,21
0,25
0,25-1,00
Mg
0,08
0,11
0,12
0,06-0,08
2.3.1.2 Kejda Kvalitní kejda (skotu, prasat, drůbeže) je vysoce hodnotné organominerální hnojivo, spojující vlastnosti hnoje a minerálních hnojiv. Správně vyrobená a ošetřená kejda je velmi významným zdrojem organických látek, živin, bakterií a látek stimulující povahy (heteroauxiny), které při správné aplikaci zvyšují půdní úrodnost. V kejdě obsažené živiny (viz tab. 4) představují značnou úsporu financí pro farmu, které by bylo nutno věnovat nákupu minerálních hnojiv (Richter a kol., 2002). Podmínkou pro získání kvalitní a nezávadné kejdy je potřebná doba skladování (fermentace), po níž je téměř nulový infekční potenciál kejdy (snížení životnosti škodlivých mikroorganismů a zárodků cizopasníků na minimum).
Tab. 4 Průměrný obsah živin v kejdě v % čerstvé hmoty (Richter a kol., 2002) Druh kejdy Sušina
Org. látky
N
P
K
Ca
Mg
Skot
7,5
5,5
0,4
0,10
0,40
0,1
0,04
Prasata
7,2
6,0
0,6
0,13
0,27
0,2
0,05
Drůbež
15,0
10,5
1,0
0,30
0,40
1,0
0,10
21
2.3.1.3 Močůvka Je to zkvašená moč ustájených zvířat zředěná vodou. Podle kvality a složení řadíme močůvku k velmi účinným dusíkato-draselným hnojivům. Živiny v močůvce jsou obsaženy v přijatelném stavu pro rostliny (viz tab. 5) a plně využitelné ihned po hnojení. Přímé použití moči ke hnojení je riskantní, protože organické dusíkaté kyseliny (hipurová a močová) ale i jejich meziprodukty mohou „pálit“ rostliny, proto je nutno skladovat ji v jímkách a omezit ztráty drahého dusíku.
Tab. 5 Obsah organických látek a živin v močůvce v % (Richter a kol., 2002) Kvalita močůvky
Sušina
Org. látky
pH
N
P
K
Ca
Mg
Nejlepší
2,4
1,7
8,4
0,91
0,03
1,43
0,02
0,03
Průměrná
1,4
1,0
7,8
0,23
0,01
0,33
Stopy
0,01
Nejhorší
0,8
0,5
7,2
0,05
Stopy
0,10
Stopy
Stopy
2.3.1.4 Sláma Nedostatečný přívod organických látek do půdy v podobě stájových hnojiv je možné do značné míry nahradit hnojením slámou. To je aktuální zejména při přechodu na bezstelivové provozy, při nadprodukci slámy nebo u farem specializovaných výlučně na rostlinnou výrobu, kde nemůžeme počítat s produkcí stájových hnojiv. Chemické složení jednotlivých druhů slámy je rozdílné (viz tab. 6) a po stránce obsahu hlavních živin je blízké chlévskému hnoji (Richter a kol., 2002). Použití slámy je tedy žádoucí zejména u plodin hnojených chlévským hnojem, což jsou především okopaniny, silážní a krmné plodiny. Při správném použití slámy ke hnojení se zvyšuje obsah trvalého humusu v půdě a rovněž se zlepšuje půdní struktura. Důsledkem toho jsou půdy vzdušnější (kypřejší), rychleji vysychávající, a tím snáze obdělávatelné (Richter a kol., 2002).
22
Tab. 6 Průměrné chemické složení slámy v % (Richter a kol., 2002) Druh slámy
Sušina
Org. látky
N
P
K
Ca
Mg
C:N
Obilnin
86
82
0,45
0,09
0,79
0,24
0,06
80-100
Kukuřičná
85
80
0,48
0,16
1,26
0,32
0,14
60-80
Řepková
84
80
0,56
0,11
0,85
0,81
0,16
60-80
Luskovin
86
80
1,33
0,16
1,07
0,91
0,16
20-25
2.3.1.5 Zelené hnojení Zaoráním zelených rostlin obohacujeme půdu jak o organické látky, tak o živiny. Jedná se o univerzální hnojivo, kterým lze až z 50 % nahradit chlévský hnůj. Zeleným hnojením je možné do určité míry eliminovat nedostatky při střídání plodin, které jsou vzhledem k ekonomickým tlakům v posledních letech často zřetelné. Tím, že do půdy dodáváme značná množství lehce rozložitelných organických látek, se podporuje mikrobiální činnost, může při pravidelném používání vést i k negativním jevům. Při pěstování bobovitých rostlin je půda obohacována o dusík a rovněž se zvyšuje přístupnost fosforu a draslíku pro rostliny. Zelené hnojení svým vegetačním krytem brání růstu plevelů a rovněž chrání půdu před větrnou a vodní erozí. Prostřednictvím biomasy se vrací zpět do koloběhu část živin, které se již dostaly do spodních vrstev ornice a nehrozí nebezpečí jejich vyplavení. Zaoraná zelená hmota má pozitivní vliv na vodní i tepelný režim půd, biologickou aktivitu, a tím i nepřímo kladně spolupůsobí na fyzikálně-chemické vlastnosti půdy.
23
2.3.1.6 Kompost Deficit stájových hnojiv způsobený poklesem stavu hospodářských zvířat v minulém desetiletí je možné uhradit také používáním kompostů. Statkové komposty slouží k recyklaci organické hmoty v rámci zemědělského podniku. Kompostování je původní přirozený proces rozkladu různorodé organické hmoty, při kterém za aerobních podmínek dochází k rozkladu organické hmoty (Urban, Šarapatka a kol., 2003). Při kompostování rozlišujeme čtyři fáze. V první fázi se začíná materiál zahřívat (až 60 °C), což je důsledek masového rozmnožení mikroorganismů odbourávajících lehce rozložitelné látky. Dochází v této fázi i k likvidaci choroboplodných zárodků a semen plevelů. V další fázi následuje rozklad hůře rozložitelných látek. Ve třetí fázi dochází k látkovým přeměnám a začíná mineralizace. V poslední fázi jsou chemickými reakcemi a činností mikroorganismů produkovány složitější organické látky humusové povahy. Vyzrálý kompost je velmi stabilní organické hnojivo. Živiny se z něj do půdy uvolňují velmi pomalu nehrozí jejich vyplavování do podzemních vod. Kompost obohacuje půdu o užitečnou mikroflóru a zlepšuje některé vlastnosti půdy jako např. vododržnost, pufrační kapacitu, strukturu apod. Při hnojení kompostem je minimalizováno nebezpečí přehnojení vzhledem k formě živin v organických vazbách a lze ho aplikovat na jaře i na podzim (Urban, Šarapatka a kol., 2003). Graf 1 ukazuje dlouhodobý účinek hnojení na obsah uhlíku v půdách.
2.3.2 Minerální hnojiva V podnicích se specializací na zelinářství či pěstování vinné révy a ovoce dochází k nedostatečnému vyvážení vnitřního koloběhu živin. K zajištění optimální výživy nebo při poklesu zásoby živin (P, K, Mg) zjištěné agrochemickým zkoušením půd do oblasti vyhovující nebo nízké zásoby je možné využít povolených organických a minerálních hnojiv uvedených v příloze 2 vyhlášky o ekologickém zemědělství č. 53/2001, resp. její novely 263/2003. Tab. 7 a tab. 8 uvádí seznam pro ekologické zemědělství povolených minerálních hnojiv.
24
Tab. 7 Minerální hnojiva povolená pro používání v ekologickém zemědělství podle vyhlášky MZe č. 263/2003 Sb. Číslo
Označení typu*)
Složení a způsob výroby
typu*) Fosforečná hnojiva 2.1.1.
Thomasova moučka
silikofosfát vápenatý, struska z výroby oceli
2.6.
přírodní měkký fosforit
trikalcium fosfát a uhličitan vápenatý; mletí měkkého fosforitu
Draselná hnojiva 3.1.
surová draselná sůl
surová draselná sůl
(Kainit)
(KCl + MgSO4 )
3.5.
síran draselný
síran draselný
3.6.
síran draselný
síran draselný,
s hořčíkem
síran hořečnatý
síran draselný s
monohydrát síranu hořečnatého, síran draselný
3.7.
kieseritem Hnojiva s vápníkem, hořčíkem a sírou (hnojiva s druhotnými živinami) 4.1.
síran vápenatý
síran vápenatý – pouze z přírodních zdrojů (sádrovec)
4.2.
chlorid vápenatý –
chlorid vápenatý – ošetření listů jabloní při prokázaném
roztok
nedostatku vápníku
kieserit
monohydrát síranu hořečnatého
4.4.
síran hořečnatý 4.5.
hořká sůl,
hořká sůl,
síran hořečnatý
heptahydrát síranu hořečnatého
Stopové prvky 10.-16. Stopové prvky – pouze při prokázaném nedostatku Chelatizace stopových prvků se připouští pouze kyselinou citrónovou. 17.1.
Vápenatá a hořečnatovápenatá hnojiva
17.1.1. Vápenec
mletý přírodní vápenec
17.1.2. Dolomitický vápenec
mletý přírodní dolomitický vápenec
17.1.3. Vápnitý dolomit
mletý přírodní vápnitý dolomit
25
17.1.4. Dolomit
mletý přírodní dolomit
kurzívou označené položky jsou nově zařazeny v novele platné od 15.9.2003 ---------------------------*) Číslo typu a označení typu podle vyhlášky č. 474/2000 Sb., o stanovení požadavků na hnojiva.
Tab. 8 Organická a organominerální hnojiva povolená pro používání v ekologickém zemědělství podle vyhlášky MZe č. 53/2001 Sb., resp. její novely č. 263/2003 Sb. Číslo
Označení typu*)
Složení a způsob výroby
organické hnojivo**)
a) průmyslový kompost
typu*)
18.1.1
b) ze statkových hnojiv, termofilní aerobní fermentací c) ze statkových hnojiv, zpracování žížalami Eisenia foetida 18.2.
organominerální
z melasy po vydestilování lihu a přidání minerálních
hnojivo
hnojiv, také „melasové výpalky zahuštěné obohacené“
---------------------------*) Číslo typu a označení typu podle vyhlášky č. 474/2000 Sb., o stanovení požadavků na hnojiva. **) Při jejich výrobě smí být použita pouze statková hnojiva, hnojiva, pomocné půdní látky, pomocné rostlinné přípravky a substráty uvedené v této příloze.
2.3.2.1 Hnojení dusíkem Lehce rozpustná syntetická minerální hnojiva, jako např. ledky, síran amonný, močovina aj., nejsou v ekologickém zemědělství povoleny. Potřeba dusíku je proto plně pokryta hnojením organickými hnojivy, fixací vzdušného dusíku v půdě, popř. depozicemi (10-40 kg.ha-1 N za rok). Bilancování dusíku je vzhledem ke složitým závislostem na mnoha faktorech velmi obtížné a nepřesné. 2.3.2.2 Hnojení fosforem V Ekologickém zemědělství je to nejproblematičtější živina. Je velmi stabilní, nevyplavuje se z půdy, ale je také málo přístupný, dostupnost pro rostliny je velmi ovlivněna stavem půdy. Vzhledem k malému obsahu fosforu v organických hnojivech a obtížné přeměně na přijatelné formy, je náhrada fosforu organickými hnojivy nedostačující. Proto je i v Ekologickém zemědělství často nezbytné dodávat fosfor do půdy
26
v minerální podobě. Vyhláška povoluje aplikovat mleté fosfáty s nízkým obsahem kadmia (do 50 mg.kg-1 P2O5), jehož celková roční dávka nesmí překročit 2 g.ha-1. Je vhodné fosfátovou moučku přimíchat do chlévské mrvy ve stáji, popř. na hnojišti, nebo ji přidávat do kejdy a kompostů. Novela vyhlášky dovoluje použití také Thomasovy moučky, strusky z výroby oceli. 2.3.2.3 Hnojení draslíkem Nejvíce draslíku je v obdělávaných půdách mírného pásma, nejbohatší jsou jílovité půdy, naopak nejchudší půdy jsou písčité a rašelinné. Řada rostlin je schopna pomocí kořenových výměšků zpřístupnit některé formy draslíku a využít je pro svoji výživu. Část přírodního draslíku je rostlinám k dispozici zvětráváním, čímž se dostane do půdního roztoku. V organických hnojivech se dostává do půdy dostatek dusíku. Pokud se však vyskytne nedostatek, je povoleno použít pomaleji rozpustný síran draselný, surovou draselnou sůl, síran draselný s hořčíkem a nově také síran draselný s kieseritem. 2.3.2.4 Hnojení vápníkem Dostává se do půdy především vápněním, nesmí se však používat pálené vápno, které poškozuje mikrobiální složku půdy, ale doporučuje se používat vápenec nebo dolomit (podle obsahu Mg v půdě), nově je povoleno využít také přírodní sádrovec (síran vápenatý) a při prokazatelném nedostatku vápníku u jabloní listovou aplikaci chloridu vápenatého. 2.3.2.5 Hnojení hořčíkem Obsah v půdě je závislý na minerálním složení matečné horniny. Jeho obsah je možno doplnit dolomitem, kieseritem (síran hořečnatý, hořečnatodraselný) nebo hořkou solí (síran hořečnatý). Je nutno sledovat poměr prvků draslík:hořčík. 2.3.2.6 Hnojení sírou Kořeny rostlin přijímají síru ve formě aniontu SO42-, jeho příjem závisí na iontové síle půdního roztoku. Přijaté sírany musí být před utilizací redukovány a teprve potom mohou být zabudovány do organických látek. U vyšších rostlin je prvním stupněm při inkorporaci síry reakce H2SO4 s ATP. Většina pro ekologické zemědělství povolených hnojiv a přípravků obsahuje síru, takže její zvýšená potřeba, zvláště u olejnin a obilovin, může být pokryta také těmito zdroji. Dostatek rostlinám přijatelných forem síry v půdě je jedním z předpokladů tzv. „indukované rezistence“ rostlin, která je pro ekologické zemědělství zvláště významná.
27
2.3.2.7 Hnojení stopovými prvky Podle novely vyhlášky č. 263/2003 Sb. je při symptomaticky nebo rozborem při AZP prokázaném nedostatku stopových prvků možné doplnit je v minerálním hnojivu.
28
3. KRITICKÉ BODY ZEMĚDĚLSTVÍ
VÝŽIVY
ROSTLIN
V EKOLOGICKÉM
Mezi limitující faktory výživy v systému ekologického zemědělství řadíme výživu třemi důležitými prvky, a to: fosforem, dusíkem a sírou. Podívejme se nyní na tyto prvky podrobněji.
3.1 Fosfor
3.1.1 Základní charakteristika Základem různých forem fosforu v půdě jsou sloučeniny odvozené od kyseliny trihydrogenfosforečné (H3PO4). Atomy fosforu se nacházejí vždy v oxidovaném stavu a na rozdíl od dusíku a síry nepodléhají v půdě redukci či oxidaci (Balík a kol., 2002). Celkový obsah fosforu v půdě je dostatečný přibližně pro 150 sklizní, avšak všeobecně je známo, že množství labilního fosforu, dopravovaného ke kořenům, nevytváří podmínky pro optimální výživu rostlin (Macháček, Čermák, 2004). Z hlediska vazeb fosforu v půdě můžeme vytvořit tyto tři základní skupiny: anorganické sloučeniny fosforu, organicky vázaný fosfor a výměnně sorbovaný fosfor (Balík a kol., 2002). Anorganické sloučeniny fosforu v půdě (viz tab. 9) značně kolísají. Děje se tak v závislosti na druhu a typu půdy, hloubce půdního profilu, úrovni hnojení a podobně. Převážná část sloučenin fosforu v půdě je ve formách ve vodě málo rozpustných až nerozpustných, a proto fosfor z nich je pro rostliny málo přístupný (Macháček, Čermák, 2004).
Tab. 9 Významné minerály fosforu v půdě (Balík a kol., 2002) hydrogenfosforečnan vápenatý
CaHPO4
oktakalciumfosfát
Ca8H2(PO4)6
hydroxylapatit
Ca5(PO4)3OH
fluorapatit
Ca(PO4)3F
chlorapatit
Ca5(PO4)3Cl
strengit
Fe(OH)2H2PO4
Variscit
Al(OH)2H2PO4
29
Největší část organicky vázaného fosforu tvoří fytin a jeho soli fytáty. Je pokládán za potenciální zdroj využitelného fosforu pro rostliny (Macháček, Čermák, 2004). Fytáty se vyskytují v půdě jako anionty a mohou být stejně sorbovány půdními částicemi jako ortofosforečnanový iont. To znamenmá, že mohou vzájemně soupeřit o vazebné pozice v sorpčním komplexu (Balík a kol., 2002). Forma fosfátu, myoinositolmonofosfát, je dobře pohyblivá v půdním roztoku a může přispívat k doplnění fosforu v rhizosféře. Rostliny nejsou schopny přijímat organicky vázaný fosfor. Při jeho rozkladu mají značný význam enzymy (fytáza) produkované rostlinami, mikroorganismy i hyfami mykorrhizy (Balík a kol., 2002). Poslední skupinou je výměnně sorbovaný fosfor. Sorpce fosforu může být uskutečněna na Fe/Al oxidech, allofanu, jílových minerálech, organických Al/Fekomplexech a na kalcitu. Obecně platí, že je tím větší, čím je sorbent více amorfní. Sorpce fosforu je významná zejména na půdách s vysokým obsahem oxidů železa. V některých případech sorbovaný fosforečnan na oxidy a hydráty železa může být opět uzavřen (okludován) oxidy železa. Takto okludovaný fosfor není přístupný pro rostliny. K tomuto procesu dochází zejména na kyselých, dobře provzdušněných půdách. Ke zvýšené mobilitě takto sorbovaného fosforu bude přispívat vápnění půd (Balík a kol., 2002).
3.1.2 Mechanismus příjmu fosfátů kořeny rostlin z vnějšího prostředí Je známo, že příjem fosfátového iontu se uskutečňuje za podmínek, kdy jeho koncentrace v cytoplazmě značně převyšuje koncentraci vnějšího živného prostředí (Michalík, 1985). Je tedy jisté, že příjem fosfátů se uskutečňuje proti koncentračnímu i elektrochemickému gradientu. Musíme však zohlednit skutečnost, že živiny jsou pro rostliny přístupné v disociované formě v půdním roztoku, eventuálně výměnně sorbované na sorpční komplex. U mnoha druhů rostlin navozuje deficit fosfátu několikanásobné zvýšení rychlosti transportu fosfátu do buňky, čemuž předchází indukce přenašeče s vysokou afinitou k fosfátu. Deficit fosforu zvyšuje také aktivitu kyselých fosfatáz, i jejich sekreci do vnějšího prostředí. Tím se patrně zvyšuje dostupnost fosfátu, protože fosfátová skupina je odštěpena z různých organických sloučenin (Nátr, 2003). Zvýšená kapacita přenašečů fosfátu v plazmalemě kořenových buněk u rostlin s deficitem fosforu se projevuje dříve, než lze detekovat pokles fosfátu v cytozolu těchto buněk. To naznačuje, že samotná koncentrace fosfátu v cytozolu není faktorem spouštějícím celý mechanizmus zvýšení
30
rychlosti přenosu fosfátů (Nátr, 2003). Obecně je známo, že je koncentrace fosfátu udržována na poměrně stálé hladině, zatímco je-li ve vnějším médiu jeho dostatek, jeho velká část se hromadí ve vakuole. Přenos fosfátu z vakuoly velmi citlivě reaguje na jeho nedostatek v cytozolu.
3.1.3 Funkce fosforu v metabolismu Fosfor je v organismu vázán na mnoho významných sloučenin, jako fosfolipidy coby složky membrán, bílkoviny a fosforylované sacharidy, DNA, RNA, ATP, ADP a jiné. Fosfor je důležitou součástí systémů zabezpečujících přenos signálů na vnitrobuněčné i mezibuněčné úrovni. Mimořádný je význam fosforu v reakcích souvisejících s využíváním a přeměnou energie (Nátr, 2003). Je-li dostatečně zabezpečena výživa, je více než polovina množství fosforu v buňce lokalizována ve vakuole, což značí, že v tonoplastu existují přenašečové systémy, v nichž je směr přenosu fosfátu řízen především obsahem fosfátu v cytozolu. Jednou z dalších významných sloučenin je fytát se 6 atomy fosforu v molekule. Vyskytuje se v zásobních orgánech (semenech) rostlin. Při klíčení je spolu s dalšími sloučeninami rozkládán a fosfor i s ostatními kationy je využíván k syntézám v rostoucích kořenech i listech.
3.1.4 Deficit fosforu Navození deficitu fosforu snižuje triózafosfátů z chloroplastu do cytozolu příslušným transfokátorem. Zároveň je pak indukována syntéza škrobu v chloroplastech i syntéza sacharózy v cytozolu (Nátr, 2003). Dlouhodobý deficit fosforu vede k aklamaci rostlin, což je zabezpečeno několika mechanismy: 1. zvýšení syntézy látek neobsahujících fosfor, např. jednoduché cukry, škrob nebo polysacharidy, které tvoří buněčnou stěnu, 2. zvýšení aktivity fosfatáz, 3. snížení tvorby molekul, které obasují fosfor, jako fosfáty sacharidů nebo adenyláty. Za normálních podmínek jsou příznaky nedostatku málo výrazné. Vysoký deficit fosforu se projevuje jako hyperchlorofylace spodních částí rostlin, kde se objevuje červené až fialové zbarvení (viz obr. 3 a 4). U obilnin dochází k menšímu odnožování, stébla jsou krátká a slabě vyvinuta. Opožďuje se též rašení pupenů.
31
Obr. 3 Purpurové zabarvení stébel Obr. 4 Hyperchlorofylace listů řepky ozimé při ovsa setého při nedostatku fosforu nedostatku fosforu (Ryant, 2003) (Ryant, 2003)
3.1.5 Výživa fosforem v ekologickém zemědělství V ekologickém zemědělství je spolu s dusíkem nejproblematičtější živinou. V celosvětovém měřítku jsou půdy až příliš chudé na fosfát, vzhledem k nízké rozpustnosti fosforečných sloučenin a vysokou absorpční účinnost zejména jílovitých půd (Michalík, 1985). Jílovité půdy jsou až z 99 % schopné pevně vázat anorganický fosfát ve své krystalické mřížce. Dochází tedy k nízké využitelnosti fosforu z aplikovaného hnojiva. Je-li fosfor v půdě, třebas ve složitých vazbách, je možné ho pomocí mikrobiální aktivity, aktivity kořenů rostlin (rhizosféry) i pomocí mykorrhizy uvolnit (Moudrý, 1997). Při přímém hnojení fosforečnými hnojivy mykorrhiza ustupuje a naopak. Na těžkých, jílovitých půdách je mikrobiální aktivita i aktivita kořenového systému rostlin menší, protože v půdě chybí vzduch, resp. kyslík (Moudrý, 1997). Ročně odčerpávají plodiny 20-30 kg fosforu z hektaru půdy. Vzhledem k nízkému obsahu fosforu v organických hnojivech a jeho obtížné přeměně je jeho náhrada těmito hnojivy nedostačující. Např. při dávce hnoje 40 t.ha-1 se při obsahu 0,2 % dostává do půdy asi 80 kg fosforu. Z toho se uvolní první rok asi 25 %, tj. 20 kg, 2. rok 15 %, tj. 12 kg a 3. rok 5 %, tj. 4 kg fosforu. Zbývajících 55 % zůstane vázáno v organických sloučeninách (Moudrý, 1997).
32
Situace je tedy taková, že fosforu je v organických hnojivech nedostatek a je nutno plodiny přihnojovat fosforem v minerální podobě. Užívají se mleté fosfáty s nízkým obsahem kadmia. Toto je ošetřeno vyhláškou, která povoluje množství kadmia 50 mg.kg-1 P2O5, jehož celková roční dávka nesmí překročit 2 g.ha-1. Přijatelnost pro rostliny závisí i na jemnosti mletí fosfátů, tedy čím jemnější mletí, tím vyšší je přístupnost fosfátů pro rostliny. Je vhodné fosfátovou moučku přimíchat do chlévské mrvy ve stáji, popř. na hnojišti, nebo ji přidávat do kejdy a kompostů. Novela vyhlášky dovoluje použití také Thomasovy moučky, strusky z výroby oceli. Fosfor působí také příznivě na poutání atmosférického dusíku. Jak uvádí Koubová (2004), hnojení různými fosforečnými hnojivy (kromě jiných přírodními fosfáty a biokompostem) v dávce zhruba 250 kg P.ha-1 vede ke zvýšení fixace dusíku hlízkovými bakteriemi na kořenech leguminóz. U jetele lučního tak došlo ke zvýšení výnosu sušiny až na 230 %.
3.2 Dusík
3.2.1 Základní charakteristika Dusík je za běžné teploty plyn. Vyskytuje se ve všech třech skupenstvích v dvouatomových molekulách N2; je bezbarvý, bez chuti a zápachu, málo rozpustný ve vodě, nehořlavý a hoření nepodporuje (Strauch, 1999). S většinou látek reaguje až při vysoké teplotě. Po zahřátí s hliníkem, borem, křemíkem a s2-prvky vznikají nitridy. V přírodě vzniká amoniak, oxid dusný, dusnatý a dusičitý převážně činností mikroorganismů (Strauch, 1999). Amoniak (NH3) je nejdůležitější sloučenina dusíku s vodíkem. V přírodě vzniká rozkladem dusíkatých organických látek. Schopnost amoniaku vázat proton, za vzniku amonného kationu (NH4+), způsobuje, že v chemických reakcích má převážně zásaditou povahu. Protolytickou reakcí amoniaku s kyselinami vznikají amonné soli, např. chlorid amonný- salmiak (NH4Cl) (Strauch, 1999). Amoniak je využíván k výrobě kyseliny dusičné a dusíkatých hnojiv. Dále se používá k výrobě sody, různým chemickým syntézám (výbušniny, vlákna, plasty) aj. S kyslíkem poskytuje dusík oxidy. Nejvýznamnějšími z nich jsou oxid dusnatý (NO) a oxid dusičitý (NO2). Oxidy dusíku jsou jedovaté, jsou součástí např. výfukových plynů, podílejí se na vzniku „kyselých dešťů“ a jejich zvýšená koncentrace vede k vážnému narušení životního
33
prostředí. Další významnou sloučeninou dusíku je kyselina dusičná (HNO3), což je silná kyselina a silné oxidační činidlo. Oxiduje všechny kovy s výjimkou zlata a některých platinových kovů. Jejím působením dochází ke žloutnutí bílkovin a tzv. xantoproteinové reakci. Reakcí kyseliny dusičné s uhličitany, hydroxidy nebo oxidy kovů vznikají soli, dusičnany. Ty jsou vesměs ve vodě dobře rozpustné, po zahřátí se rozkládají a některé jsou důležitá průmyslová hnojiva (která však nejsou v systému ekologického zemědělství povolena). Jinou kyselinou je kyselina dusitá (HNO2). Je to nestálá kyselina s oxidačními účinky, ale její soli, dusitany, jsou již mnohem stálejší. Rostliny přijímají dusík ve dvou formách a to: nitrátových (NO3-) a amonných (NH4+) iontů. Omezeně přijímají močovinu a aminokyseliny, bobovité (Fabaceae) pomocí symbiotických organismů i vzdušný dusík N2.
3.2.2 Asimilace nitrátového dusíku Nitrátový dusík hraje ve výživě rostlin největší roli. Jeho příjem je aktivní, při kyselejším pH. Při pH 6,8 je vyrovnaný příjem iontů nitrátových a amonných. Na příjem nitrátové formy působí amonný iont inhibičně. Kontrola příjmu nitrátů je spíše negativní, tzn. že rychlost příjmu nitrátů nedosahuje obvykle maximální možné rychlosti, kterou mají kořeny. Před vstupem do metabolismu je třeba nitrátový iont redukovat na amoniak. To se děje za pomoci enzymů, kdy enzym nitrátreduktáza redukuje nitrát na nitrit a poté enzym nitritreduktáza redukuje tento na amoniak. Tyto procesy probíhají hlavně v listech, méně pak v kořenech. Aktivita nitrátreduktázového systému závisí na několika různých faktorech, jako jsou: •
Světlo: při nižší intenzitě světla dochází k akumulaci nitrátu v rostlině. Akumulace nitrátu může často probíhat i jako důsledek nízké intenzity osvětlení a vysokého hnojení nitráty
•
Teplota: při teplotě kořenů kolem 30 ºC dochází k intenzivnímu přijmu nitrátů, ale snižuje se aktivita nitrátreduktázy
•
Minerální výživa: Příjem nitrátů závisí také na doprovodném kationu, např. KNO3 snižuje redukci nitrátů, kdežto Ca2+ nebo Na+ redukci zvyšují
Rostlinami přijatý nitrát se ukládá: 1. do metabolického poolu, kde nitrát podléhá redukci, 2. do zásobního poolu ve vakuole, kde nitrát není redukován a jeho obsah se může zvyšovat na nežádoucí úroveň,
34
3. do poolu indukčního, který je krátkodobý a stimuluje aktivitu nitrátreduktázového systému. Ke kumulaci nitrátů dochází je-li vyšší příjem nitrátů než jejich redukce. Určité rostliny se vyznačují neefektivní redukční schopností a dochází u nich k vysokému příjmu nitrátů. Mezi tyto zeleniny patří např. špenát, celer, ředkvička a další. Toxická dávka je pro dospělého 6 g nitrátů, pro kojence je tato dávka 100 mg. V zažívacím traktu se nitráty přeměňují na karcinogenní nitrosaminy. Lze tomu předejít dodržováním ochranných opatření, jako je hnojení přiměřenými dávkami dusíkatých hnojiv nebo kontrola nitrátů v zeleninách a krmivech.
3.2.3 Asimilace amoniakálního dusíku V neutrálním a zásaditém prostředí je amoniak (NH3) přijímán přednostně. Jak již bylo zmíněno, ionty amonné působí inhibičně na příjem iontů nitrátových. Při výživě rostlin amoniakálním dusíkem je v nich celkově nižší příjem ostatních iontů, zvláště kationtů (jako Ca2+, Mg2+, K+) a organických aniontů. Příjem amoniakálního dusíku je pro rostliny výhodný, protože může být přímo zapojen do metabolismu bez dalších požadavků na energii. Při asimilaci amonných iontů (NH4+) dojde pouze k odštěpení protonu (H+) za vzniku amoniaku. Můžeme vyjádřit rovnicí: NH4+ ==> NH3 + H+ Vzniklé vodíkové ionty jsou rostlinami vylučovány do vnějšího prostředí, čímž snižují jeho pH a tím jej okyselují. Při hnojení amoniakálním dusíkem si musíme dát pozor na jeho koncentraci, protože je pro rostliny toxický už při nízkých koncentracích (řádově mikromolárních). Velmi účinně totiž odpojuje syntézu ATP od přenosu elektronů v membránách tylakoidů.
3.2.4 Asimilace močoviny Příjem močoviny (NH2CONH2) probíhá buď po rozkladu enzymem ureázou v půdě, nebo ve formě celých molekul a pak probíhá rozklad ureázou až v rostlině. Tuto vlastnost však nevykazují všechny rostliny, tato aktivita se snižuje s postupujícími vývojovými fázemi. Rozklad probíhá podle rovnice: CO(NH2)2 + 2H2O ==> (NH4)2CO3 ==> 2 NH3 + CO2 + H2O
35
3.2.5 Fixace vzdušného dusíku Vzdušný dusík využívají diazotrofní organismy. Tyto organismy představují ekologicky nejvýznamnější úroveň autotrofie vzhledem k dusíku, všechny jsou prokaryontní (sinice a bakterie včetně aktinomycet). Některé z nich žijí volně v půdě a vodě, jiné jako symbionty. Proto také dělíme fixaci dusíku na nesymbiotickou a symbiotickou. •
Nesymbiotická fixace na ní se angažuje řada půdních bakterií (př. Azotobacter chroococcum,…), vodní bakterie, sinice aj.
•
Symbiotická fixace využívá energii získanou fotosyntézou u rostlin k přeměně N2 na NH3. Zde se podílí např. rod Rhizobium. Symbionti poutající N2 si opatřují potřebné sacharidy v buňkách autotrofních rostlin, Proto množství N2 poutaného symbionty velmi závisí na fotosyntéze hostitelské rostliny.
Redukce N2 probíhá velmi rychle. Předpokládá se, že má 3 stupně: diimid, hydrazin, NH3.
Fixace vzdušného dusíku je ovlivněna enzymem nitrogenázou; tento enzym katalyzuje redukční štěpení molekuly N2 na dvě molekuly NH3. Součástí nitrogenázy jsou dvě bílkovinné molekuly, z nichž jedna obsahuje atom železa a druhá vedle atomu železa ještě atom molybdenu- zvláště nedostatek molybdenu může tedy aktivitu biologické fixace omezovat. Zároveň se jedná o energeticky velmi náročný proces a pro hladký průběh fixace je zapotřebí dostatek energie (energeticky bohatého substrátu) (Holec, Štranc, 2005).
36
3.2.5.1 Nesymbiotická fixace Je zajišťována volně žijícími druhy diazotrofních organismů. Z heterotrofních např. Clostridium, Azospirillum, Azotobacter, z fotoautotrofních jsou to bakterie a především sinice jako Nostoc, Anabaena, Calothrix, Mastigocladus. Tyto rody fotoautotrofních organismů vytvářejí tzv. heterocysty. Ty slouží k ochraně enzymu nitrogenázy před kyslíkem, který nitrogenázu deaktivuje (reaguje s atomy železa). Proto mají heterocysty silnou buněčnou stěnu, která brání přístupu kyslíku a zároveň neobsahují fotosystém II, který v průběhu fotosyntézy kyslík produkuje. Jiné druhy fixují dusík v noci, kdy neprobíhá světelná fáze fotosyntézy a kyslík není tedy uvolňován. V našich zeměpisných šířkách je míra nesymbiotické fixace poměrně nízká, cca 1-5 kg.ha-1. V teplejších oblastech se hodnoty pohybují kolem 50-90 kg.ha-1 (Holec, Štranc, 2005). Vzhledem k energetické náročnosti probíhá tento proces ve větší míře pouze za dostatku vhodného zdroje uhlíkatých sloučenin, podpoříme jej např. zapravením zeleného hnojení do půdy. Přechod od nesymbiotické fixace k symbióze představují volné asociace diazotrofních organismů. Jedná se o to, že někteří z volně žijících fixátorů osidlují bezprostřední okolí kořenů rostlin, tzv. rhizosféru, od kterých přijímají organické uhlíkaté sloučeniny vylučované kořeny a takto získanou energii využívají k fixaci dusíku. Ten je ve formě přijatelné pro rostliny vylučován do okolí, odkud je rostliny přijímají svými kořeny. 3.2.5.2 Symbiotická fixace Symbiotická fixace je v ekologickém zemědělství velmi významná. Fixátoři žijí přímo uvnitř specializovaných struktur hostitelského druhu, např. u vyšších rostlin se jedná o hlízky, není to však pravidlem. Kromě vyšších rostlin se s tímto jevem setkáváme i u lišejníků (symbionty jsou zde houba a diazotrofní sinice), mechů (sinice rodu Nostoc) nebo kapradin (vodní kapradina Azolla žije v symbióze s diazotrofní sinicí rodu Anabaena). Důležitá je i symbióza sinic rodu Nostoc s cykasy, aktinomycet rodu Frankia žijících v kořenových hlízkách některých stromů (např. olše nebo rakytník řešetlákovitý aj.). Nejrozšířenější a nejvýznamnější je však symbióza rostlin z čeledi bobovitých (Fabaceae) s bakteriemi rodu Rhizobium. Zatímco výše uvedené rostliny představují i v rámci svých čeledí spíše výjimky, pro bobovité je schopnost symbiotické fixace typická (Holec, Štranc, 2005).
37
Po kolonizaci hostitelových buněk se jednotlivé bakterie mění na bakteroidy ty jsou zduřelé, nepohyblivé, dále se již nemnoží a právě bakteroidy se účastní vlastní fixace vzdušného dusíku. V hostiteli se vyvíjí speciální cévní systém, který zásobuje hlízky produkty fotosyntézy a odvádí z nich sloučeniny vázaného dusíku. Zároveň dochází k tvorbě leghemoglobulinu, který na sebe váže kyslík a udržuje tak jeho nízkou hladinu, čímž brání narušení procesu fixace (Holec, Štranc, 2006). Bobovité rostliny mají nezastupitelné místo v osevních postupech. Jde o velmi dobré předplodiny, které příznivě působí na půdní strukturu, pozitivně ovlivňují množství půdní organické hmoty svými posklizňovými zbytky a samozřejmě obohacují půdu dusíkem. Proto jsou v ekologickém zemědělství v osevních postupech tyto rostliny povinně zastoupeny. Lze je využít jako předplodiny, hlavní plodiny i meziplodiny (luskovinoobilné směsi kde je luskovinným komponentem hlavně peluška, bob aj., některé druhy jetelů, vikve či lupiny). Výkon fixace u vybraných bobovitých uvádí tab. 10 a 11.
Tab. 10 Výkonnost fixace N luštěnin na zrno (Ryant, 2003) Luštěnina
Množství (kg/ha)
Hrách
17 – 69
Bob
121 – 171
Lupina (Vlčí bob)
121 – 157
Tab. 11 Výkon fixace N u pícnin (Ryant, 2003) Pícnina
Množství (kg/ha)
Vojtěška
148 – 290
Jetel plazivý- bílý
128 – 268
- červený
165 – 189
Vikev
110 – 184
38
3.2.6 Inkorporace dusíku Dusík je v rostlinách součástí mnoha organických sloučenin: purinů a pyrimidinů v DNA a RNA, aminokyselin v bílkovinách, enzymech, dále v chlorofylu, biotinu, thiaminu, cytokininech, auxinech, v řadě alkaloidů aj. Jak uvádí Nátr (2003), zabudování amoniaku do aminokyselin probíhá dvěma způsoby. Při vyšších koncentracích NH3 je funkční glutamátdehydrogenáza, která katalyzuje reakci α-ketoglutarátu (2-oxoglutarátu): α-ketoglutarát + H+ + NH4+ + NADPH → glutamát + NADP+ + + H2O Účinnějším se však jeví systém GS/GOGAT (GS= glutaminsyntetáza, GOGAT= glutamátsyntáza), který dává vznik glutaminu a glutamátu. Glutaminsyntetáza je oblastí styku metabolismu uhlíku a dusíku v chloroplastech a podílí se také na zabudování amoniaku do kyseliny α-ketoglutarové i v peroxizomech a mitochondriích, tedy v glykolátovém metabolismu fotorespirace. Tento cyklus je u C3 rostlin velmi aktivní a předpokládá se, že tok dusíku je zde až 10krát větší, než je tok dusíku při výše uvedené redukci nitrátů (Nátr, 2003). Aminový dusík v glutamátu a glutaminu může být přenášen na jiné oxokyseliny transaminací, což katalyzují enzymy aminotransferázy. Degradace aminokyselin a dusíkatých sloučenin je provázena tvorbou sekundárních metabolitů, jejichž funkce v rostlinách nejsou, nebo donedávna nebyly přesně známy. Jde např. o tvorbu alkaloidů, biogenních aminů aj., některé z těchto látek jsou v rostlinách akumulovány.
3.2.7 Symptomy nedostatku a nadbytku dusíku Při deficienci dusíku dochází ke slabému růstu rostlin (viz obr. 5), rostliny jsou zakrslé. Objevují se chlorózy (viz obr. 6), barva se mění od nejstarších listů, v odstínech od bledě zelené po žlutou. Rostlina translokuje dusík ze starých částí do nově rostoucích. Listy nižších pater trpí nedostatkem více a dříve, odumírají až odpadávají, což budí klamný dojem rychlého dozrávání. Kořeny málo větví, poměr hmoty kořenů ku nadzemní biomase se zvyšuje. U obilnin dochází k redukci počtu a délky klasů, nízký je počet i hmotnost zrn. Při nadbytku dusíku se projevuje bujný růst rostlin, ale také poléhání z důvodu nedostatku mechanických pletiv. Rostliny mají větší asimilační plochu, s listy temně
39
zelenými. Spodní listy často žloutnou nedostatkem světla. U obilnin se objevují řídká stébla náchylná k poléhání a chorobám.
Obr.
5
Deficit
dusíku
u
brambor Obr.
(Ryant, 2003)
6
Deficit
dusíku
u
kukuřice
(Ryant, 2003)
3.3 Síra
3.3.1 Základní charakteristika Síra je žlutá, křehká krystalická látka. V závislosti na vnějších podmínkách se vyskytuje v různých alotropických modifikacích. Nejčastější z nich je síra kosočtverečná, popř. jednoklonná (Strauch, 1999). Síra je nerozpustná ve vodě, ale v nepolárních rozpouštědlech je dobře rozpustná. Za běžné teploty je poměrně stálá. Zapálená hoří na oxid siřičitý (SO2). Používá se při výrobě pryže z kaučuku, k výrobě zápalek, střelného prachu, prostředků proti rostlinným škůdcům. Mezi důležité sloučeniny patří sulfan (H2S), dříve nazývaný sirovodíkem. Je to prudce jedovatý plyn, zápachem připomínající zkažená vejce, který vzniká při rozkladu bílkovin. Sulfanem nasycená voda se nazývá sulfanová voda a odvozují se z ní dvě řady solí a sice sulfidy a hydrogensulfidy. Nejdůležitějšími oxosloučeninami síry jsou oxidy a kyseliny. Oxid siřičitý (SO2) je bezbarvý plyn dráždící dýchací cesty, jako nežádoucí složka se dostává do ovzduší lidskou činností, zejména spalováním uhlí a topných olejů. Má desinfekční (využívané ve vinařství) a bělící účinky. Je-li rozpuštěný ve vodě, chová se jako dvojsytná kyselina a od ní se odvozují soli hydrogensiřičitany, siřičitany a disiřičitany.
40
Dalším významným oxidem je oxid sírový, který vzniká slučováním oxidu siřičitého s kyslíkem. Ten reaguje s vodou za uvolnění tepla na kyselinu sírovou (H2SO4). To je silná dvojsytná kyselina s mohutně dehydratačními účinky. Jejím působením se organické látky zbavují veškeré vody a uhelnatějí. Odvozují se od ní dvě řady solí a to sírany a hydrogensírany. V půdě závisí celkový obsah síry na mnoha faktorech, hlavně na půdním typu a druhu, obsahu humusu, antropogenní činnosti aj. V půdě představují anorganické a organické sloučeniny síry 0,01-0,5 % půdní hmoty, tj. 100-5000 mg.kg-1. V půdách bohatých na humus se nachází podstatně větší množství celkové, ale i organicky vázané síry. Nejvyšší obsah celkové síry je v zasolených půdách aridních oblastí, kde se síra hromadí ve formě síranů (Fecenko, Ložek, 2000). Podíl organických sloučenin síry se pohybuje od 40 do 90 % na celkovém obsahu síry v půdě. Organická síra se nachází v rostlinných, živočišných a mikrobiálních zbytcích ve formě bílkovin, polypeptidů a aminokyselin /jako ke methionin a cystein). Obsah organické síry se těžko určuje hlavně proto, že rozsah mineralizace organických sloučenin a přechodu anorganických sloučenin do organických je větší než u dusíku a v důsledku toho podíl organické síry na celkovém obsahu síry v půdě v průběhu roku značně kolísá (Fecenko, Ložek, 2000). Z anorganických forem převládají v zemědělských půdách sírany, které jsou jednak rozpuštěny v půdním roztoku, dále sorbovány a vysráženy jako vápenaté, hořečnaté popřípadě i sodné sírany. Sírany v půdním roztoku jsou v rovnováze se sírany v pevné fázi a podobně jako fosforečnany jsou sorbovány na oxidy železa a hliníku (Tlustoš a kol., 2001). Obsah síranů (draslíku, vápníku, hořčíku a sodíku) v půdě v průběhu vegetace značně kolísá (Fecenko, Ložek, 2000). Výměnná sorpce je závislá na pH prostředí a je významná především v kyselých půdách. Vápnění kyselých půd vede následně k uvolňování síranů do půdního roztoku (Tlustoš a kol., 2001).
3.3.2 Úloha síry v rostlinách a její potřeba Síra je přijímána rostlinami převážně jako anion SO42- z půdy.Vlastní příjem je poměrně málo ovlivňován ostatními ionty v půdním roztoku i půdními vlastnostmi (Vaněk a kol., 2001). V posledních letech se však přísun síry do půdy výrazně snížil. Rostliny jsou schopny využívat i SO2 z ovzduší, ovšem jen asi do 30% své potřeby. Síra z ovzduší se však stále méně podílí na výživě rostlin z důvodu značného snížení znečišťování ovzduší především velkými energetickými zdroji, a proto jsou rozhodujícím zdrojem síry pro
41
rostliny sírany obsažené v půdě. Síra je v rostlinách poměrně dobře pohyblivá, je transportována hlavně do mladých listů a meristémů (Vaněk a kol., 2002). V kořenech přijatý síran je většinou transportován xylémem v minerální formě do nadzemních orgánů, kde se může hromadit a dle potřeby využívat pro syntézu organických látek. V nadzemních částech rostlin (i do kořenů) je síra transportována již převážně v organických sloučeninách, hlavně v glutationu (Vaněk a kol., 2001). Síra je po redukci v listech zabudována zejména do aminokyselin cysteinu a metioninu nebo do sulfhydrylových skupin koenzymů a sulfolipidů. Redukce SO42- i tvorba cysteinu probíhá v chloroplastech a je výrazně stimulována světlem (Nátr, 2003). Cystein se pak stává složkou bílkovin nebo je využit pro tvorbu metioninu. V rostlinách má značný význam především síra organická, která se zde vyskytuje v mnoha kovalentních sloučeninách. Z nich mnohé jsou také prekurzory vonných a chuťových látek, takže výživa rostlin sírou se významně podílí na kvalitě rostlinných produktů (Vaněk a kol., 2002). V poslední době je v rozvoji výzkum, který se zabývá blahodárnými účinky sirných sloučenin v rostlinách na lidský organismus. Důležité jsou např. isothiokyanáty. Některé z látky z této skupiny inhibují chemicky indukované nádorové bujení. Velké naděje vzbuzuje zvláště sulforafan, který ve formě svého prekurzoru glukorafaninu je obsažen hlavně v brokolici (Vaněk a kol., 2002). Jiné sirné sloučeniny se vyznačují mj. antimikrobiálními, antioxidačními, antikarcinogenními či insekticidními účinky. Z tohoto pohledu je v ekologickém zemědělství intenzivně zaměřována pozornost na tzv. indukovanou rezistenci rostlin, kterou mají na svědomí právě sloučeniny síry. Jak ve své práci o vlivu hnojení sírou na infikaci hlíz bramboru Rhizoctoniou Solani a Streptomyces Scabies píše Klikocka (2005), aplikace síry významně zvýšila výnos hlíz v obou letech pokusů. Obecně, se zvyšováním dávek síry, byl zjištěn významný pokles míry napadení Rhizoctoniou Solani
a to jak v případě aplikace
elementární síry tak K2SO4. Stupeň a vážnost napadení se zlepšila jenom aplikací elementární síry v důsledku sníženého půdního pH v případě Streptomyces Scabies. Tak může být usuzováno, že zdraví prospěšný efekt hnojení sírou byl spojován hlavně s postavením síry v rostlině v případě infekce Rhizoctoniou Solani, zatímco pro Streptomyces Scabies nebyl nalezen žádný mechanismus S-indukované rezistence.
42
3.3.3 Symptomy nedostatku a nadbytku síry Vlivem nedostatku síry je potlačován růst nadzemních částí rostlin, klesá hydraulická vodivost v kořenech. Typický je náhlý pokles obsahu chlorofylu, syntézy proteinů, včetně enzymů. To vede ke hromadění nebílkovinných organických dusíkatých látek a nitrátů. Vizuálním příznakem nedostatku síry v rostlinách (viz obr. 7 a obr. 8) je žloutnutí listů, které začíná od vrcholu a při trvalejším nedostatku přechází i na spodní listy (Ryant, 2002). Vlivem přebytku síry nebylo poškození rostlin v našich podmínkách pozorováno.
Obr. 7 Deficit síry na květech řepky ozimé Obr. 8 Žloutnutí mladých listů pšenice ozimé (Ryant, 2003)
při deficitu síry (Ryant, 2003)
43
4 ZÁVĚR Stěžejní úlohu ve výživě rostlin v systému ekologického zemědělství hraje půdní organická hmota. Její příznivý vliv spočívá v kladném ovlivnění všech půdních vlastností působících rozhodující měrou na obsah živin v půdě i na půdní úrodnost. Dále je při ekologickém hospodaření dbán důraz na co nejuzavřenější koloběh živin. Ne všechny živiny odebrané z půdy (po odnosu potravin) se tam však dají vrátit a po konzumaci lidmi končí jako zbytky v čistírně odpadních vod. Zde je však možná jejich kontaminace těžkými kovy, a proto je odtud nelze dodávat zpět do půdy. Nejkritičtější živinou je v ekologickém zemědělství fosfor, protože má z důvodu malé rozpustnosti v půdním roztoku nízkou využitelnost rostlinami a také proto, že jej nelze dodávat do půdy v dostatečné míře v podobě organických hnojiv a je nutno užívat doplňkových hnojiv minerálních. V těchto případech se užívá mletých fosfátů, u nichž závisí přijatelnost pro rostliny na jemnosti mletí. Další kritickou živinou je dusík, který je do půdy dodáván výhradně organickými hnojivy (výjimku tvoří rostliny čeledi Fabaceae, které přijímají dusík také pomocí symbiotických organismů poutajících vzdušný dusík), avšak je problémový vysokou ztrátovostí z důvodu vysoké mobility v půdě. Pro dostatek dusíku v půdě je proto důležité, aby alespoň jednu třetinu osevního postupu tvořily leguminózy, poutající právě vzdušný dusík. Nově se v rámci kritických bodů výživy rostlin hovoří také o síře, protože se posledních letech přísun síry do půdy výrazně snížil z důvodu značného snížení znečištění ovzduší především velkými energetickými zdroji. Síra hraje velmi důležitou roli v procesech indukované rezistence rostlin, jež je tak důležitá pro ekologický způsob hospodaření, který se zřekl syntetických přípravků na ochranu rostlin. Všechny tyto prvky mají nezastupitelnou úlohu v metabolismu rostlin a jejich dlouhodobý vysoký deficit může ohrozit život rostliny a tím i potřebný výnos plodin.
44
5 POUŽITÁ LITERATURA BALÍK , Jiří, a kol. Fosfor v půdě a jeho koloběh v přírodě. In Racionální použití hnojiv : Sborník z konference konané na ČZU v Praze dne 28.11.2002. Praha : Česká zemědělská univerzita v Praze, Katedra agrochemie a výživy rostlin, 2002. Fosfor v půdě a jeho koloběh v přírodě. s. 26-34. ISBN 80-213-0957-1.
DOUBRAVSKÁ, Markéta. Křížem krážem českým biosvětem : Nahlédněte s námi do světa ekologického zemědělství a biopotravin. Praha : Ministerstvo zemědělství ČR, 2004. ISBN 80-7084-355-1. s. 15.
FECENKO, Ján, LOŽEK, Otto. Výživa a hnojenie poľných plodín. Nitra : Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre v spolupráci s Duslom, a.s., Saľa, 2000. ISBN 807137-777-5. 452 s.
HOLEC, Josef, ŠTRANC, Přemysl. Biologická fixace dusíku : Ekologický a hospodářský význam. Agromanuál. 2005, roč. 0, č. 0, s. 35-36. ISSN 1801-4895.
HOLEC, Josef, ŠTRANC, Přemysl. Biologická fixace dusíku : Bobovité rostliny a rhizobia. Agromanuál. 2006, roč. 1, č. 1, s. 34-36. ISSN 1801-4895.
KLIKOCKA, Hanna, et al. Influence of Sulfur Fertilization on Infection of Potato Tubers with Rhizoctonia solani and Streptomyces scabies. Journal of Plant Nutrition. 2005, no. 28, s. 819-833. ISSN 0190-4167. KOUBOVÁ, Dana. Ekologické zemědělství : pozor na zásobení fosforem. Agronavigátor [online]. 2004 [cit. 2004-12-27]. Dostupný z WWW:
. MACHÁČEK, Václav, ČERMÁK, Pavel. Stabilizace půdní úrodnosti z hlediska výživy rostlin fosforem a draslíkem : Metodická příručka. 2. upr. vyd. Praha : Výzkumný ústav rostlinné výroby v Praze, Odbor výživy rostlin, 2004. ISBN 80-86555-48-8. 18s.
45
MICHALÍK, Ivan. Príjem a metabolizmus fosforu v rastlinách. 1. vyd. Bratislava : VEDA, vydavateľstvo Slovenskej akadémie vied, 1985. 180 s. POĽNOHOSPODÁRSKA VEDA. Poľnohospodárstvo; sv. 2. ISBN 71-015-85.
MOUDRÝ, Jan. Přechod na ekologický způsob hospodaření. Praha: Institut výchovy a vzdělávání Mze ČR v Praze, 1997
NÁTR, Lubomír. Minerální výživa. In PROCHÁZKA, Stanislav, MACHÁČKOVÁ, Ivana, KREKULE, Jan, Šebánek, Jiří. Fyziologie rostlin. 1. vyd. Praha : Academia, 1998. Minerální výživa. s. 89-123. ISBN 80-200-0586-2.
RICHTER, Rostislav, a kol. Organická hnojiva a jejich postavení v zemědělské praxi. Úroda. 2002, č. 9, 40 s. ISSN 0139-6013.
RICHTER, Rostlislav, HLUŠEK, Jaroslav, HŘIVNA, Luděk. Výživa a hnojení rostlin : praktická cvičení. 1. vyd. Brno : Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, 1999. ISBN 80-7157-346-9. s. 188.
RYANT, Pavel, a kol. Multimediální učební texty z výživy rostlin. [online]. 2003 [cit. 2005-11-19]. Dostupný z WWW:
RYANT, Pavel. Specifika výživy rostlin v systému ekologického zemědělství. In Principy a přístupy ekologického zemědělství v rostlinné a živočišné produkci. Brno : Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, 2003. Specifika výživy rostlin v systému ekologického zemědělství. s. 10. ISBN 80-7157-723-5. RYANT, Pavel. Vybrané aspekty výživy pšenice dusíkem a sírou. Brno, 2002. 176 s. Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně. Vedoucí disertační práce Prof. Ing. Rostislav Richter, DrSc. RYANT, Pavel. Výživa trvalých travních porostů v podmínkách ekologického zemědělství. Zpravodaj Svazu chovatelů ovcí a koz. 2005, č. 2. 52s. ISSN 1213-371X.
46
RYANT, Pavel. Zásobní hnojení : Fosfor a draslík, opomíjené živiny. Úroda : Tematická příloha. 2005, č. 10, s. 1-6. ISSN 0139-6013.
SAHULKA, Josef. Metabolismus nitrátových iontů v rostlinách. Praha : Academia, 1980. ISBN 509-21-827. 80 s.
STRAUCH, Bohuslav. Anorganická chemie. In VACÍK, Jiří, a kol. Přehled středoškolské chemie. Praha : SPN, a.s., 1999. Anorganická chemie. s. 153-222. ISBN 80-7235-108-7.
TLUSTOŠ, Pavel, a kol. Koloběh síry v půdě a v prostředí. In Racionální použití hnojiv : Sborník z konference konané na ČZU v Praze dne 29.11.2001. Praha : Česká zemědělská univerzita v Praze, Katedra agrochemie a výživy rostlin, 2001. Koloběh síry v půdě a v prostředí. s. 20-26. ISBN 80-213-0839-7.
URBAN, Jiří, ŠARAPATKA, Bořivoj, a kol. Ekologické zemědělství : Základy ekologického zemědělství, agroenvironmentální aspekty a pěstování rostlin. 1. vyd. Praha : Ministerstvo životního prostředí a PRO-BIO Svaz ekologických zemědělců, 2003. ISBN 80-7212-274-6. 280 s.
VANĚK, Václav, a kol. Úloha síry v rostlinách a její potřeba. In Racionální použití hnojiv : Sborník z konference konané na ČZU v Praze dne 29.11.2001. Praha : Česká zemědělská univerzita v Praze, Katedra agrochemie a výživy rostlin, 2001. Úloha síry v rostlinách a její potřeba. s. 27-34. ISBN 80-213-0839-7.
VANĚK, Václav, a kol. Výživa a hnojení : polních a zahradních plodin. 3. dopl. vyd. Praha : Ing. Martin Sedláček, 2002. ISBN 80-902413-7-9. s. 132.
Právní předpisy: Nařízení Rady (EHS) č. 2092/91 Vyhláška Ministerstva zemědělství č. 16/2006 Sb. Vyhláška Ministerstva zemědělství č. 53/2001 Sb. Zákon č. 242/2000 Sb. o ekologickém zemědělství
