Půdní úrodnost – nezbytný předpoklad pro setrvalou rostlinnou produkci Prof. Ing. Rostislav Richter, DrSc. • Institut pro Regionální Spolupráci a OAK Vyškov 10.102012 Vyškov, Palánek 1
Dusík v půdě a v rostlině
Při dobré zásobě všech živin v půdě rozhoduje o výši výnosu hnojení dusíkem.
..„Dusík je jazýčkem na váze, jehož nadbytek nebo nedostatek vede ke škodlivým efektům, které se projeví nejen na výnosu, ale i na kvalitě pěstovaných plodin“ … Duchoň 1948
Obecná závislost mezi jednotlivými živinami nebo růstovými faktory a intenzitou růstu rostlin (Russel, 1950) produkce hmoty
luxusní prahová
deficitní
obsah živin v prostředí koncentrace živin v rostlině
toxická
Sché Schéma vstupů vstup a výstupů výstup dusí dusíku
VSTUPY Atmosfé Atmosféra - srá srážky - spad
VÝSTUPY Přírodní rodní obohacení obohacení
volatilizace vyplavování denitrifikace
- biologická biologická fixace Statková hnojiva Organická Organická hnojiva Minerá Minerální lní hnojiva
Antropogenní Antropogenní obohacení
sklizeň sklizeň
Na Zemi jsou 2 pooly dusíku: 1. 99 % N - vázán v atmosféře jako N2 2. 1 % N - chemicky vázán v dalších vazbách Interní atmosferický dusík vstupuje: - 10 % N je fixováno světlem a fotochemickou radiací - biologickou cestou - volná - symbiotická fixace
Doba setrvání N a jeho plynů v atmosféře N2
106 - 107 roku
N 2O oxid dusný
2,5 – 4 roky (kontaminuje zemědělství 38, příroda 29 %)
NO2 oxid dusičitý nitr.plynů)
8 – 11 dnů (prům. – součást
NO
9 dnů (snadno oxiduje na s 0 na NO2
oxid dusnatý
NH 4+
6 dnů
NO3-
5 dnů
Formy dusíkatých sloučenin v půdě N v půdě N minerální
NO2NO3-
N organický
2970 - 5940 kg
60 - 120 kg
30 - 60 kg
NH4+ V
3000 – 6000 kg
NH4+F 1000 - 2500 kg
HYDROLYZOVATELNÝ
NEHYDROLYZOVATELNÝ
- amidy
- nehydrolyzovatelný org. vázaný (20–35 %)
- aminocukry - alfa aminocukry - zbytek N v hydrolyzátu
Mineralizace statkových hnojiv v půdě Statková a organická hnojiva
mineralizují humifikují
N látky + živiny
tvoří se humus
Slouží pro výživu rostlin
N látky
Amin.kys.
polypeptidy
deaminace
NH3
NH4+
Amoniak (NH4 ) se v půdě : - váže na VSK - je přijímán rostlinami - je nitrifikován – přeměňován na nitráty Průběh nitrifikace
I.Fáze: nitritace 2NH3 + 3 O2 = 2HNO2 + 2H2O + 158 tis kal. II.Fáze: nitratace 2 HNO2 + O2 = 2 HNO3 + 42 tisíc kal.
Podmínky ovlivňující nitrifikaci : A) vliv půdní kyselosti na nitrifikaci: • pH nad 7,6 - amoniak se velmi rychle oxiduje, NO2 pomaleji • 6,5 - amoniak a NO2 se oxiduje pomaleji • 5,0 - amoniak a NO2 se oxiduje pomalu • pod 5 - amoniak a NO2 se oxiduje velmi pomalu B) vliv teploty na nitrifikaci : • nad 45 °C - nitrifikace se zastavuje • 20 – 30 °C - optimální teplota • pod 5 °C - výrazně se snižuje • 0 °C - nitrifikace je zastavena
C) vliv půdní vlhkosti na nitrifikaci: • 50 -70 % plné vodní kapacity - optimum • 70 % PVK - nitrifikace se snižuje pro nedostatek O2 • 3 % PVK - nitrifikace se zastavuje D) vliv provzdušenosti půdy: • při poměru voda: vzduchu 60:40% nitrifikace je optimální • při snížení podílu vzduchu v půdě je brzděna (hromadí se více NO2)
Na výnose plodin se podílí N: - z minerálních hnojiv 35 -70 % ( 50 %) - 20 – 50 % je vázáno v půdě - ztráty volatilizací, vyplavením, erozí Zásada : hnojit dusíkem porosty v období intenzivního růstu NO3
NO3
NH4
NH4
ztráty těkáním a denitrifikací zůstatek v půdě odběr rostlinami ztráty vyplavením
pod porostem
úhor
NO3i m o b i l i z a c e
NH4+
TURNOVER DUSÍKU
Organické látky
Organické N-látky
amonizace
NH3
mineralizace
nitrifikace
NO3-
Hodnoty poměru C:N u vybraných materiálů (Kára a kol. 2000) Materiál
Poměr C:N
Poměr C : N
Materiál
Kůra
120:1
Digestát
3-4:1
Piliny
500:1
Chlév.hnůj skot
25:1
Zahr.odpad
40:1
Sláma(žito,oves)
60:1
Listí
50:1
Sláma(pšen.,ječ)
100:1
Poseč. tráva
20:1
Sláma luskovin
Drůbeží trus
10:1
Sláma řepky
20-25:1
Močůvka
2:1
Sláma máku
20-25:1
Kejda skotu
10:1
25:1
NO3NH3
Formy dusí dusíku a jejich pů působení sobení
CO(NH2)2
NH4+
Nitrátová forma N-NO3v půdě: - dusík je velmi mobilní - z půdního roztoku ho rostlina přijímá při teplotě nad 5°C - poután je v půdě pouze biologickou sorpcí (z 10-20%) v rostlině: - je přeměňován systémem NR a NiR na amoniak - rostlina ho kumuluje v poolech
Zabudování nitrátů v rostlině
xylém
jiné buňky zásobní pool (vakuola) indukční pool metabolický pool NO3 z půdy
Schéma nitrátové a nitritové redukce v rostlinách
Obecné schéma metabolismu spojené s redukcí NO3 dle Bidwella 1979 Fotosyntéza
cukry
dýchání Redukční sila C- skelety NADH, NADPH NO3-
NO2-
NH3
NR ferredoxin
NiR
aminokyseliny
Amoniakální forma N-NH4+ v půdě: - je imobilizovaná na VSK - je fixovaná do intermicelárních prostor jílových minerálů (1000 – 2500 kg.ha-1) - volně obsažená v půdním roztoku - nitrifikovaná podle hydrotermických a půdních podmínek v rostlině: - je amoniak zabudováván cestou GS/GOGAT – glutaminsyntetáza, glutamátsyntetáza GDH – glutamátdehydrogenáza
1.
Zatímco nitrátová forma dusíku může být uložena ve vakuole rostlinné buňky bez škodlivých vlivů, NH4+ a NH3 jsou toxické již ve zcela malých koncentracích.
2.
Asimilace NH4+ vyžaduje velké množství uhlíkatých skeletů pro syntézu aminokyselin
3.
Je nutný fungující fotosyntetický aparát a dostatečný zdroj cukrů
Organická forma N v močovině v půdě: - močovina je snadno rozpustná a proniká do hlubších vrstev - při nižších teplotách půdy dochází pouze k omezenému rozkladu na amoniak a močovina je transportovaná do větší hloubky - Močovina zapravená do půdy se štěpí urobakteriemi (enzym ureáza) na uhličitan amonný, který se snadno rozkládá na amoniak, CO2 a vodu. - Intenzita rozkladu močoviny v půdě závisí na obsahu vody v půdě, půdním druhu a typu, pH půdy i na pěstovaných plodinách - při aplikaci močoviny na povrh půdy je nebezpečí ztrát dusíku těkáním čpavku
v rostlině: - močovina je přijímána ve formě celých molekul - vedle NH2 zabudovává i C skelety - v rostlinné buňce je močovina rozkládaná ureázou na amoniak a ten je zapojen cestou GS/GOGAT do AK - k rozkladu močoviny dochází na povrchu půdy nebo v půdě - při teplotě nad 10 oC je močovina na půdě slabě kyselé až alkalické rychle rozkládaná ureázou až na amoniak který snadno volatilizuje
Močovina Mo ovina s inhibitorem ureá ureázy
Močovina obohacená o IU by neměla být tak rychle přeměňovaná na amoniak, CO2 a vodu zvýší se doba, po kterou bude celá molekula močoviny rozpustná v půdním roztoku a dostane se hlouběji do půdy Snižují se ztráty volatilizací
TRANSFORMACE MOČOVINY V PŮDĚ imobilizace
inhibitory ureázy Močovina
H 2N
O Hydrolýza
NH2
(Ureáza)
NH4+
Nitritace (Nitrosomonas)
NH3
inhibitory nitrifikace
NO2Nitratace (Nitrobacter)
Vyplavení
NO3
-
Denitrifikace
N2, N2O, NO
Močovina s inhibitorem nitrifikace
neomezíme přeměnu močoviny na uhličitan amonný a dále na amoniak prodloužíme sorbci amonného N v půdě (výměnná sorbce i fixace) výrazně omezíme nitrifikaci
Obsah nitrátového a amoniakálního dusíku v mg. kg-1 zeminy po aplikaci močoviny Druh hnojiva Dny od aplikace hnojiva Močovina N-NH4 Urea Stabil N-NH4 Urea IN Alzon N-NH4
10
17
27
37
47
133
99
37
50
5,6
3,0
3,0
59
177
148
155
89
6,5
5,9
2,3
15
33
52
112
97,7
62,4
35,3
34,1
Teplota půdy:15-18oC, vlhkost půdy: 50-60% PVK
Schéma koloběhu N v rostlině Formy N
Primární produkty
Metabolity
aminokyseliny
proteiny
amidy
nukleové kyseliny
NO3NH4+ NH2 N2
utilizace
aminy
Reutilizace
Nedostatek dusíku: – omezuje tvorbu a růst listů – listy od spodu žloutnou – redukuje se počet odnoží – odnože zasychají – klas má malý počet vřeten – snižuje se obsah bílkovin v zrnu (pšenice, žito, oves)
-N
+N
Rostliny ječmene ve fázi 2-3 listů – foto Richter
Dusík u kukuřice :
podporuje růst a vývoj rostlin
zasahuje do celého metabolismu rostliny
Nedohnojení: nevyvinutý list zkrácená délka palic snížen počet zrn v palici malá HTZ Přehnojení: rostliny temně zelené generativní fáze nastupuje později snižuje se klíčivost osiva
Zasychání listu listu od od špičky špičky Zasychání dovnitř ve vettvaru V varu V dovnitř
Rostliny slabší, slabší, nižší nižší aa Rostliny světleji zbarvené zbarvené světleji
Deficit P z chladu
Deficit Mg a N
DUSÍK A JEHO VLIV NA RŮST A VÝVOJ ROSTLIN PŘI OPTIMÁLNÍM OBSAHU OSTATNÍCH BIOGENNÍCH PRVKŮ:
- podporuje vegetační růst rostlin - zvyšuje počet a velikost listů - optimální obsah příznivě působí na vývoj listů - zvyšuje obsah morfinu v semeni - zvyšuje výnos a kvalitu produkce semene
Teď není čas přemýšlet o tom, co nemáme, přemýšlejte, co můžete udělat s tím, co máte.
(Ernest Hemingway- 1899-1961)
Ra d ost n é p r oži t í V á n oc a m n oh o št ěst í a z d r a ví v r oce 2012 p řej e Rost isla v Rich ter
