Jan Haberle, Marie Trčková, Pavel Růžek
Příčiny nepříznivého působení sucha a dalších abiotických faktorů na příjem a využití živin obilninami a možnosti jeho omezení METODIKA PRO PRAXI
Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i
2008
Metodika vznikla za finanční podpory MZe ČR a je výstupem řešení projektu MZe NAZV QF4176. Při zpracování metodiky byly také využity výsledky VZ MZe 2700601.
© Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i., 2008 ISBN: 978-80-87011-45-4
Jan Haberle, Marie Trčková, Pavel Růžek
Příčiny nepříznivého působení vlivu sucha a dalších abiotických faktorů na příjem a využití živin obilninami a možnosti jeho omezení
METODIKA PRO PRAXI
Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i. 2008
Příčiny nepříznivého působení vlivu sucha a dalších abiotických faktorů na příjem a využití živin obilninami a možnosti jeho omezení Metodika se zabývá abiotickými faktory, které nepříznivě ovlivňují příjem živin, růst, výnos a kvalitu zemědělských plodin. Hlavní pozornost je věnována vlivu nedostatku vody a nízkých či vysokých teplot na obilniny, především ozimou pšenici. Na základě vlastních výsledků pokusů v kontrolovaných a polních podmínkách a současných znalostí o vlivu nepříznivých abiotických faktorů na příjem a využití živin obilninami jsou popsány možnosti snížení jejich dopadu.
The causes of adverse effects of drought and other abiotic factors on uptake and utilization of nutrients by cereals and the possibilities of their reducing The methodics describes abiotic factors which adversely affect nutrient uptake, growth, yield and quality of crops. Main attention is devoted to the effect of water shortage and low or high temperatures on cereals, mainly on wheat. On the basis of own results of experiments in controlled and field conditions and the latest knowledge about the effect of adverse abiotic factors on uptake and utilization of nutrients by cereals, agrotechnical measures for reducing their negative impact are summarized.
Oponent: Ing. František Kůst Metodika je určena pěstitelům obilnin i dalších plodin a pracovníkům v zemědělském poradenství. Metodika byla schválena Ministerstvem zemědělství ČR – odborem rostlinných komodit pod č.j. 41752/2007-17220 Ministerstvo zemědělství doporučuje tuto metodiku pro využití v praxi.
Obsah
Úvod ........................................................................................................................................... 4 1
Možnosti snížení dopadu negativních abiotických faktorů: Současný stav....................... 5
2
Faktory ovlivňující nepříznivě příjem a využití živin........................................................ 6
3
2.1
Příjem živin kořeny a nadzemními orgány rostlin ..................................................... 6
2.2
Nedostatek vody......................................................................................................... 7
2.2.1
Využitelná zásoba vody v půdě a efektivnost jejího využití.............................. 8
2.2.2
Nedostatek vody ve vegetativní fázi vývoje obilnin .......................................... 9
2.2.3
Nedostatek vody a vysoké teploty v generativní fázi vývoje............................. 9
2.3
Nízká teplota vzduchu a půdy .................................................................................. 10
2.4
Nadměrný obsah vody v půdě.................................................................................. 11
Možnosti omezení nepříznivého vlivu některých faktorů na příjem živin....................... 12 3.1
Kvalita půdy a agrotechnické postupy zlepšující hospodaření s vodou v půdě ....... 12
3.2
Odrůdová skladba, termín výsevu a organizace porostu.......................................... 13
3.3
Výživa a hnojení rostlin ........................................................................................... 15
Aplikace živin a látek s regulační účinkem na list .............................................................. 15 4
Určení dostupné zásoby vody v půdě a odhad doby nástupu vodního stresu u obilnin... 18 4.1
Postup určení zásoby přístupné vody v půdě ........................................................... 19
4.2
Odhad aktuální spotřeby vody porostem evapotranspirací ...................................... 20
4.3
Odhad nástupu nedostatku vody .............................................................................. 21
4.4
Možnosti monitoringu a prognózy výskytu nepříznivých agrometeorologických
podmínek.............................................................................................................................. 23 5
Tabulky............................................................................................................................. 24
6
Internetové odkazy ........................................................................................................... 26 Doplňková literatura.................................................................................................. 26
7
Mapové přílohy ................................................................................................................ 27
Úvod Potenciální, dosažitelný výnos plodin je z velké části určen půdně-klimatickými podmínkami konkrétního stanoviště a genotypem pěstované plodiny. Nepříznivé abiotické faktory, spolu s biotickými vlivy, zhoršují efektivnost využití vstupů, snižují výnos a současně mají vliv na kvalitu produkce. To má negativní dopad na ekonomiku pěstování plodin. Z hlediska ekonomické udržitelnosti zemědělských podniků má důležitou roli nejen výše výnosů, ale i jejich ročníková stabilita a vyrovnanost kvalitativních parametrů. Právě abiotické činitele, podmíněné neregulovatelným průběhem počasí (ročníkem), především sucho a výkyvy teplot, se v posledních letech častěji negativně podepisují na hospodaření podniků. Nedostatek vody vždy představoval zkoušku dovednosti zemědělců ve velké části světa nejen v současnosti, ale v celé historii zemědělství. I když pro naši republiku scénáře vývoje klimatu neukazují na výrazné snížení celkových srážek, budou v následujících letech vyšší teploty spojené s intenzivnějším výparem a větším kolísáním srážek přinášet častější problémy s nedostatkem vody než dnes. Je přitom zřejmé, že problémem pro zemědělce není jen nedostatek vláhy, ale z velké míry i omezenou možnosti předpovědět počasí pro delší časové období. V nedávné době jsme byli svědky velmi teplých zim i ojedinělých vpádů mrazivého vzduchu, které způsobily vymrznutí ozimů a poškození jařin. Častěji než dříve se vyskytují velmi teplá a suchá období již na počátku vegetace v dubnu a v květnu, v průběhu růstu hlavních plodin se objevují období s extrémně vysokými teplotami. Bez ohledu na výsledek odborných a politických debat o příčinách nastupující změny klimatu, musí podnikatelé v rostlinné výrobě hledat nové postupy, jak omezit riziko dopadu nepříznivých faktorů prostředí na výnosy a kvalitu produkce. Cílem metodiky je shrnout současné poznatky o vlivu, příčinách a mechanismu působení sucha a nepříznivých teplot na příjem a využití živin obilninami a ukázat postupy pro omezení jejich negativního dopadu. Snížení vlivu sucha i vysokých teplot je nesnadný úkol, který spočívá v převážné míře na opatřeních před jejich nástupem. Prohloubení znalostí o působení nepříznivých faktorů v procesu růstu a tvorby výnosu by mělo umožnit efektivnější využití možných opatření v zemědělské praxi. Metodická příručka, zabývající možnostmi snížení negativního vlivu abiotických stresů nebyla zatím v České republice zpracována. Hlavní pozornost je věnována vlivu nedostatku vody a nízkých či vysokých teplot na obilniny, především pšenici. V první části práce je podán stručný přehled vlivu nepříznivých faktorů na fyziologické procesy v rostlině spojené s příjmem a využitím živin. Z mechanismu jejich působení vyplývá, že v polním výrobě je nutné využívat kombinace více postupů, protože (s výjimkou závlahy) neexistuje žádný agrotechnický zásah, který by negativní působení stresů plně eliminoval. Opatření začínají u péče o kvalitu půdy, nezbytné je šetření vodou v celém osevním postupu, výběr vhodné technologie zpracování půdy, zajištění optimální a vyrovnané zásoby přístupných živin v půdě a vytvoření podmínek pro dobrý rozvoj kořenového systému. Důležitý je výběr vhodné odrůdy, termínu setí a vytvoření správné struktury porostu a fyziologicky zdůvodněné hnojení v průběhu vegetace. Abiotické stresy ovlivňují i efektivnost aplikace hnojiv a fyziologicky účinných látek na list, proto je nezbytné reagovat na aktuální průběh počasí a odhadnout možný nástup stresu s co největším předstihem. K tomu slouží postup pro určení dostupné zásoby vody v půdě a odhad spotřeby vody porostem v průběhu růstu. Příručka je doplněna o mapy zemědělských oblastí ČR z hlediska rizika sucha a internetovými odkazy, kde lze nalézt další informace využitelné v praxi.
4
1 Možnosti snížení dopadu negativních abiotických faktorů: Současný stav Hlavním nástrojem pro eliminaci rizika vodního stresu a vysokých teplot je ve světovém zemědělství závlaha. U obilnin nelze v ČR v nejbližších letech z ekonomických důvodů očekávat významné zvýšení zavlažovaných ploch, proto je potřeba se zaměřit na ostatní agrotechnické možnosti a postupy. I v případě, že by v budoucnu závlahy byly u obilnin ziskové, scénáře hydrologické bilance ukazují, že v suchých obdobích pro ně nebude dostatek vody. Pozornost výzkumu pro snížení dopadu nepříznivých abiotických faktorů se ve světě zaměřuje do dvou oblastí. První je šlechtění, kde se hledají genotypy se zvýšenou plasticitou, adaptačními vlastnostmi a tolerancí ke stresům. Zde šlechtitelé zaznamenali klasickými postupy určité úspěchy ve šlechtění odrůd pro pravidelně se vyskytující, výrazně stresové podmínky středozemního a semiaridního klimatu. Pokrok v molekulární biologii umožňuje postupně lokalizovat specifické vlastnosti v genomu rostlin a slibuje pokrok i ve šlechtění na odolnost k suchu. Schopnost genotypu odolávat nepříznivým podmínkám je však dána souborem vlastností projevujících se na různé úrovni, od metabolismu na úrovni buňky, morfologie nadzemních orgánů a kořenů až po strukturu porostu, a proto je nutné definovat šlechtitelské cíle u jednotlivých dílčích znaků a procesů. To se zatím úplně nedaří. Nejvyšší přínos se očekává od snížení transpirace bez redukce produkce (rychlé uzavření průduchů, robustnější Caspariho proužky, mechanismus ochlazování listů) nebo zvýšení produkce bez zvýšení transpirace (kratší vegetační doba, vysoká vitalita mladých rostlin, vyšší sklizňový index, vyšší čistá fotosyntéza na jednotku transpirované vody, prodloužení životnosti praporcového listu, vyšší efektivnost využití dusíku). Jako nezbytný základ se uvádí genotypově založený rychlý růst kořenů a jejich efektivnost v příjmu živin a vody. Dosud však byla introdukce genů vyšší odolnosti ke stresům ve srovnání s méně odolnými genotypy provázena nižším výnosovým potenciálem za příznivých podmínek. To je pro podmínky přechodného klimatu České republiky velmi nevhodná vlastnost. Druhou oblastí výzkumu je široká problematika agrotechniky, sahající od termínů a technologie zpracování půdy a setí, přes organizaci porostu, systémy hnojení až po aplikaci fyziologicky aktivních látek a hnojiv na list. Cílem těchto opatření je vytvořit s předstihem vhodné podmínky v půdním prostředí, rostlině a porostu, které by zvýšily schopnost překonat období stresu. Pro efektivní zásah až při nástupu stresu nemáme zatím vhodné metody. Některé z agrotechnických postupů jsou samozřejmě pěstiteli používány na základě dlouholetých zkušeností, ale netvoří ucelený systém pro konkrétní podmínky, které jsou charakterizované např. mírou rizika (pravděpodobnosti výskytu) stresu sucha určité úrovně nebo typu. Podobně jako u šlechtění jsou tyto agrotechnické postupy ve světě ověřovány především pro pravidelně se dostavující a výrazně suché podmínky, zatímco pro naše klima, kolísající mezi ročníky s přebytkem vody po extrémní sucho, není dostatek spolehlivých údajů. Požadavek na moderní odrůdy pro naše podmínky lze formulovat jako maximální využití optimálních podmínek vhodného ročníku a současně schopnost tolerance k suchu a vysokým teplotám, alespoň na úrovni průměru ostatních odrůd.
5
2 Faktory ovlivňující nepříznivě příjem a využití živin Nepříznivé abiotické faktory působí na výživu rostlin přímo i nepřímo, přes půdu a atmosféru. Jde o velké množství různorodých procesů v rostlině od hormonálních a biochemických změn na úrovni buňky, přes adaptační změny v anatomii a morfologii kořenů a nadzemních částí, až po změny ve struktuře porostu. Bez pochopení těchto dějů a jejich vzájemných interakcí není možné efektivně omezit působení stresových faktorů. 2.1
Příjem živin kořeny a nadzemními orgány rostlin
Rozhodující podíl minerálních živin nezbytných pro růst rostlina přijímá z půdy, kde jsou přítomny v relativně nízkých koncentracích, které se významně mění během vegetace. Tato vnější koncentrace živin ovlivňuje jak rychlost příjmu tak i jejich vnitřní obsah v rostlině. Prvním krokem v osvojování živin rostlinou je jejich transport z bezprostředního okolí kořenů do buňky. Minerální látky rozpuštěné ve vodě (půdním roztoku) vstupují do povrchových vrstev kořene, kde pronikají k povrchu buněk pokožky. Kromě toho se mohou „volně“ pohybovat v buněčných stěnách (jsou propustné pro vodu a v ní rozpuštěné ionty) a v mezibuněčných prostorech napříč kořenem. Neprostupnou bariéru pro tento pasivní transport tvoří vrstva buněk s nepropustnými stěnami, která se nazývá endodermis. Nejpozději zde musí být živiny aktivně přijaty do buňky. Po vstupu do kořenové buňky jsou přijaté živiny metabolizovány nebo ukládány do vakuoly. Hlavní podíl přijatých živin je transportován symplastem napříč kořenem dále k vodivým pletivům. Po uvolnění do xylému jsou přijaté živiny pasivně unášeny s transpiračním proudem na místo spotřeby do listů. Pasivní vstup živin do vodivých pletiv je omezen pouze na ty části kořene, kde dosud není plně vyvinuta endodermis. K nim patří zóna dlouživého růstu za apikálním vrcholem kořene a místa tvorby postranních kořenů Části kořene umožňující pasivní vstup rozpuštěných látek do xylému jsou považovány za hlavní vstupní bránu pro hořčík, vápník a některé další kationy (stopové živiny). Vlastní příjem živin (aktivní příjem) je přenos iontů nebo molekul z vnějšího prostředí přes cytoplasmatickou membránu (plasmalemu) do nitra buňky. Tento proces probíhá proti koncentračnímu spádu a je podmíněn spotřebou metabolické energie. Četné fyziologické a molekulárně genetické studie ukázaly, že aktivní příjem minerálních živin je zprostředkován specifickými přenašeči, které jsou lokalizovány na plasmalemě kořenových buněk. Výkonnost těchto transportních systémů je velmi vysoká – např. jediná rostlina moderních odrůd jarní pšenice (Munk, Sandra) na konci odnožování je schopna přijmout okolo 0,15 mg nitrátového N za hodinu. S rozvojem kořenového systému v období intenzivního vegetativního růstu schopnost přijímat živiny dále stoupá a před začátkem kvetení dosahuje svého maxima. Krátce po odkvětu schopnost kořenů obilnin přijímat živiny z půdy rychle klesá. Hlavní překážkou pro vstup živin z povrchu do nitra listu tvoří kutikula. Je to nebuněčný útvar, který se tvoří na vnějším povrchu buněčných stěn pokožky. Protože se kutikula vyvíjí po celou dobu životnosti listu, je její povrch hydrofilní (relativně propustný pro vodu) u mladých, vyvíjejících se listů a naopak hydrofobní (vodu odpuzující) u listů zralých. Kutikula má velké množství (1010 . cm-2) hydrofilních pórů o velikosti okolo 1 nm. Tyto póry jsou dobře propustné pro vodu a malé molekuly. Kromě toho hydrofilní póry nesou fixní negativní náboj, jehož hustota se zvyšuje směrem k buněčné stěně a usnadňuje tak průchod kationů do volného prostoru listu. Důležitou součást pokožky tvoří průduchy, které jsou umístěny převážně na spodní straně listů. Hlavní funkce průduchů spočívá v zajištění
6
výměny plynů (CO2, H2O, NH3, NOx, SO2). Podle novějších poznatků mají pro listovou výživu jen omezený význam, protože i vnitřní dutiny průduchů jsou pokryty kutikulou. Z uvedených údajů je zřejmé, že hlavním místem pro vstup živin do pletiv listu jsou póry. Obecně platí pro vstup sloučenin do listu několik zásad: − − − −
rychlejší je příjem malých molekul ve srovnání s velkými molekulami, nenabité molekuly jsou lépe přijímány než ionty, ionty s jedním nábojem jsou přijímány lépe než ionty se 2 nebo 3 náboji, kationy vstupují do listu rychleji než aniony.
Rychlost penetrace minerálních živin přes kutikulu (resp. pokožku) listů je pozitivně ovlivněna vzdušnou vlhkostí, hygroskopičností a rozpustností použitých sloučenin ve vodě. Čas potřebný k průniku živin kutikulou lze významně zkrátit snížením povrchového napětí aplikovaných roztoků přídavkem vhodného smáčedla. 2.2 Nedostatek vody Dostupnost vody v půdě a její nedostatek pro rostlinu lze posuzovat z různých hledisek. Z agronomického hlediska lze za hranici negativního působení považovat stav, kdy se začne snižovat růst rostliny s průkaznými důsledky pro výnos a kvalitu produkce. Tomuto stavu předchází delší či kratší období, kdy rostlina nedokáže pokrýt plně potřebu vody, ale dopad na konečný výnos je nevýznamný. V reakci na nedostatek vody se v rostlině spouští kaskáda biochemických a fyziologických procesů a morfologických změn, kterými se rostlina adaptuje na sníženou dostupnost vody. Tyto adaptace můžeme pozorovat v porostu jako urychlený vývoj, vadnutí a stáčení listu za horkých větrných dnů nebo rychlejší žloutnutí a opad spodních pater listů. Je třeba připomenout, že citlivost k suchu, stejně jako k vysokým teplotám, se u plodin mění v průběhu vývoje, což souvisí s tvorbou výnosotvorných prvků a kvalitativních znaků. U obilnin je hlavním kritickým obdobím především kvetení a období nalévání zrna, dále i odnožování, které rozhoduje o počtu klasů a založení sekundárních kořenů.
Využitelná vodní kapacita (%)
120 PVK
100
Písčitá
80
Hlinitá
Jílovitá
70%
60
50%
40
30%
20
BV
0 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
Vodní potenciál půdy (-MPa)
Obr. 1. Vztah mezi množstvím vody využitelné rostlinami a vodním potenciálem půdy (sací tlak půdy). Těžší půdy zadržují při stejném sacím tlaků více vody než lehké půdy. BV-bod trvalého vadnutí, PVK-polní vodní kapacita.
7
S poklesem vlhkosti půdy se zvyšuje sací tlak půdy (Obr.1), což snižuje množství vody, které je rostlina schopna přijmout kořeny. I po dosažení bodu vadnutí (BV) je v půdě stále obsaženo určité množství nedostupné vody (v těžké půdě i 15-20 % objemových). Současně s vysoušením půdy se zhoršuje kontakt kořenů s půdními agregáty a kořeny samy se částečně smršťují. Z hlediska příjmu živin dochází při vysychání k nepříznivým změnám v přístupnosti živin – snižuje se pohyb živin ke kořenům difúzí a transpiračním tokem, zvyšuje se osmotický tlak půdního roztoku, utlumují se mikrobiální procesy, takže klesá mineralizace dusíku a dalších živin z organické hmoty, snižuje se pufrační schopnost půdy a může docházet k hromadění škodlivých látek. Důsledkem je nevyrovnaná výživa, protože například dostupnost fosforu a draslíku je závislá hlavně na difúzi iontů ke kořenům. Draslík je přitom důležitý prvek v hospodaření vodou v rostlině a nedostatek fosforu narušuje syntézu energeticky bohatých metabolitů s dopady až do kvality zrna. Sucho omezuje i příjem stopových živin (mikroelementů) a tím nepřímo snižuje i efektivnost využití ostatních živin a vegetačních faktorů. Na nedostatek vody reaguje rostlina zvýšeným růstem kořenů (na úkor nadzemních částí), silný vodní stres však již růst kořenů snižuje, protože rostlina nemá dostatek asimilátů. Hlubší kořenový systém zlepšuje přístup k zásobě vody v podorničí, vyšší hustota kořenů zlepšuje příjem živin z vysychající půdy. Rostliny jsou dokonce schopny kořeny vylučovat vodu přijatou z hlubokých vrstev do vyschlých povrchových vrstev a tak zlepšovat v malé míře podmínky pro příjem živin. Po obnovení srážek může mohutnější kořenový systém (spolu s adaptacemi nadzemních částí) představovat dokonce výhodu ve fázi dozrávání ve srovnání s rostlinami, které neprošly obdobím mírného nedostatku vody. Tento efekt můžeme v některých letech pozorovat u obilnin a dalších plodin i v našich klimatických podmínkách (například rok 2000 a 2007). 2.2.1 Využitelná zásoba vody v půdě a efektivnost jejího využití Z hlediska využitelné zásoby vody v půdě a její dostupnosti pro rostliny jsou rozhodující hodnoty základních hydropedologických ukazatelů. Ty jsou specifické pro různé půdní druhy a typy. Největší množství vody, které je schopna půda zadržet po delší období je polní (plná) vodní kapacita – PVK. Při zvýšení vlhkosti nad úroveň PVK, po dešti nebo závlaze, nedokáže půda vodu zadržet a ta neproduktivně prosakuje mimo dosah kořenů. S klesající vlhkostí půdy roste sací tlak půdy a po dosažení hodnoty bodu trvalého vadnutí (BV) již kořeny nejsou schopny odčerpat z půdy prakticky žádnou vodu. Množství vody mezi PVK a BV je využitelná zásoba vody (využitelná vodní kapacita VVK), důležitý ukazatel pro prognózu nástupu sucha u různých půd (Tab 1, Obr.1). Klíčovým ukazatelem využití vody plodinami v podmínkách omezené zásoby vody je efektivnost využití vody (water use efficiency, WUE). Odrůdové rozdíly ve WUE se projevují na úrovni fyziologické efektivnosti využití vody, která odpovídá množství transpirované vody na jednotku čisté produkce fotosyntézy. Z agronomického hlediska se WUE vyjadřuje jako množství vody spotřebované na jednotku hospodářského výnosu nebo celkové biomasy (případně jako obrácená hodnota-hmotnost produkce na jednotku množství spotřebované vody). Na této spotřebě se podílí hlavně transpirace, ale do bilance musíme započítat i neproduktivní ztráty výparem z půdy, průsak mimo dosah kořenů a případně i povrchový odtok. I když se spotřeba vody porostem obilnin pohybuje podle podmínek prostředí a sledovaného období růstu v širokém rozmezí (300-800 l/kg sušiny nadzemních částí), nemůže z biologických a fyzikálních důvodů klesnout pod určitou hranici. Ozimy potřebují pro vysoké výnosy (8 t zrna/ha a více) nejméně 500-600 mm za celou vegetaci (=500-600 litrů vody/m2), u jařin je to vzhledem ke kratší vegetační době méně, okolo 400 8
mm. Snížená dostupnost vody může zvyšovat i snižovat efektivnost využití vody v závislosti na období působení stresu, ale na úkor výše výnosu (obr. č.2). Z hlediska výživy rostlin je důležité, že nevyrovnaná nebo nedostatečná výživa zhoršuje efektivnost využití vody porostem. Na obrázku č. 2 je ukázka vlivu hnojení dusíkem (nedostatečná výživa=N0) a odlišného vodního režimu na spotřebu vody porostem na jednotku hmotnosti zrna ozimé pšenice. Jde o výsledky polního pokusu, ve kterém byla zásoba dostupné vody od kvetení, v době růstu zrna, uměle snížena nebo zvýšena pomocí mobilního krytu nebo kapkovou závlahou. 2004 - 2006
2007
4.0
12.0
9.0
3.0
9.0
3.0
6.0
2.0
6.0
2.0
3.0
1.0
3.0
1.0
0.0
0.0
12.0
N1
N1
Sucho
N0
N1
Závlaha
t/ha
t/ha
Kontrola
N0
0.0 N0
N1
Kontrola
N0
N1
Sucho
N0
N1
Závlaha
Obr. 2 Vliv vodního režimu na výnos zrna a efektivnost evapotranspirace porostu ozimé pšenice (odrůda Nela, Praha-Ruzyně, průměr let 2004-2006 a suchý ročník 2007). Bilance vody byla měřena v období od sloupkování rostlin do zralosti zrna (zde vyjádřeno v kg sušiny zrna na 1000 litrů vody). 2.2.2 Nedostatek vody ve vegetativní fázi vývoje obilnin Kromě zhoršeného vzcházení za sucha má nedostatek vody v počátečních etapách vývoje především negativní vliv na strukturu porostu, vytváří se menší počet odnoží a později dochází k jejich nadměrné redukci. Tato adaptace porostu může být výhodná v podmínkách pravidelného a silného vodního stresu v období nalévání zrna (semi-aridní a středozemní klima), protože v půdním profilu se uchová větší rezerva využitelné vláhy. V našich podmínkách, kdy přicházejí větší či menší srážky i v letních měsících, je výsledkem propad výnosů, protože při silné redukci odnoží ani vysoká plasticita obilnin nedokáže nahradit ztrátu počtu klasů a zrn na ploše. Nevyrovnaná výživa, přehnojení dusíkem, má za následek horší využití vody u obilnin, kdy dochází k rychlejšímu vyčerpání zásoby dostupné vody porostem s vysokým počtem neproduktivních odnoží a vzniku rizika výrazné deprese výnosu nebo kvality zrna v případě letního sucha. Výrazné jarní sucho má také za následek, že kořeny nedokážou prorůstat přeschlou povrchovou vrstvou ornice, redukuje se růst sekundárních kořenů hlavního stébla a odnoží, které se zakládají blíže povrchu než primární kořeny. To má negativní dopad na příjem vody a živin v době nalévání zrna, protože tyto kořeny za běžných podmínek prorůstají do hlubokých vrstev podorničí. 2.2.3 Nedostatek vody a vysoké teploty v generativní fázi vývoje Z vývojového hlediska přímý vliv vnějších podmínek prostředí na tvorbu generativních orgánů u obilnin začíná již od rýhování vzrostného vrcholu. V této fázi vývoje je listy chráněný vzrostný vrchol blízko povrchu půdy a v našich podmínkách je rizikovým prvkem 9
kg/m3
N0
kg/m3
0.0
4.0
Výnos zrna Využití vody
Výnos zrna Využití vody
spíše pokles přízemních teplot. S postupem diferenciace klasu dochází při nedostatku vody k založení menšího počtu klásků a zrn, při pozdějším nástupu stresu je již založený počet zrn dále redukován. Nedostatek vody je spojen většinou s vysokou teplotou a zrychleným vývojem, jehož negativní následky již naši předci popsali známým rčením o studeném máji. Kritickou fází je kvetení, kdy má nedostatek vody a/nebo vysoké teploty horší dopad než v jiných fázích vývoje. Dalším kritickým obdobím je fáze počátku tvorby zrna, kdy se rozhoduje o počtu buněk v endospermu. Menší počet buněk má za následek nižší úložnou kapacitu, takže i případné optimální podmínky v době zrání nedokáže porost využít. Ve fázi nalévaní zrna vodní stres narušuje celý proces syntézy/ukládání škrobu a zásobních bílkovin. Dřívější ukončení tvorby škrobu má za následek známý efekt zvýšení koncentrace dusíku, ale za cenu poklesu výnosu. V závislosti na načasování, délce trvání a intenzitě sucha jsou ovlivněny jednotlivé ukazatele kvality zrna, zvláště HTS, vyrovnanost a objemová hmotnost zrna. Bylo prokázáno, že optimální průměrné teploty pro tvorbu zrna ozimé pšenice se pohybují okolo 15-20 oC. Při průměrných teplotách nad 20-22 oC se růst zrna zhoršuje a klesá výnos. Podobně působí vysoké denní teploty, nad 30-35 oC a nepříznivý je i velký rozdíl mezi denní a noční teplotou. Zde je potřeba připomenout ochlazovací efekt transpirace vody rostlinami. Porost obilnin, povrch listů i nejbližší prostor okolo povrchu rostlin se za nedostatku vody přehřívá a negativní vliv vysoké teploty vzduchu na vývoj zrna se tak prohlubuje. Teplota porostů obilnin snímaná z letadel nebo z družic se využívá i jako ukazatel vodního stresu na velkých plochách, pro předpověď výnosů v regionálním měřítku. Strategie tvorby zrna obilnin odpovídá jejich stepnímu původu. V relativně krátkém období intenzivního vegetativního růstu, to je od konce odnožování do začátku kvetení obilniny přijmou hlavní podíl živin a vytvoří podstatnou část asimilátů. Např. rostliny pšenice v závislosti na vnějších podmínkách do počátku kvetení přijmou 50 – 95 % dusíku a vytvoří asi polovinu i více (sklizňové) sušiny. V této době a v počáteční fázi tvorby zrna jsou vytvořené asimiláty buď využity pro růst nebo ukládány do dočasných úložných prostorů (to je především do posledního internodia). Při zhoršení podmínek pro metabolickou funkci/aktivitu listů (např. zastínění, vysoká teplota, nedostatek vody, živin atd.) dochází ke spuštění procesu senescence (programovaná smrt buňky). Funkční složky listů jsou odbourávány a získané metabolity jsou využity pro růst nových orgánů a/nebo pro tvorbu zrna. Z toho vyplývá, že předčasná senescence praporcových (resp. druhých) listů způsobená abiotickým stresem omezí především tvorbu asimilátů a projeví se následným snížením výnosu. 2.3 Nízká teplota vzduchu a půdy Limitujícím faktorem, který určuje délku vegetační doby v mírném pásu je teplota. Nízká teplota půdy redukuje růst a příjmovou aktivitu kořenů, ale u jednotlivých živin a případně jejich forem existují značné rozdíly. Negativní je i vysoký rozdíl teplot v kořenové a nadzemní zóně – vysoké teploty a transpirace na jaře, kdy může současně být teplota půdy ještě blízko nule mohou dále oslabovat rostliny poškozené mrazem. Příjem N a K začíná již při 2°C, dále rychle stoupá od 5°C. Příjem P, Mg a Ca byl při 2°C nepatrný, avšak měřitelný. Na rozdíl od P se rychlost příjmu Ca a Mg významně zvyšovala až od 10°C. Ve všech případech se optimální teplota pohybuje mezi 15 – 20°C (Obr.3).
10
Rychlost příjmu 80
μg/g kořenů/hod
N
P
K
Ca
Mg
60
40
20
0 0
5
10 15 teplota (°C)
20
25
Obr.3 Závislost rychlosti příjmu jednotlivých živin na teplotě Závislost příjmu různých forem dusíku na teplotě je komplikovanější. Při teplotách 2°C – 15°C je příjem amonných iontů v průměru 2,5 x rychlejší než příjem nitrátů. Naproti tomu močovina (resp. 15N z močoviny) ve srovnání s nitráty je přijímána 2x pomaleji. Při teplotě nad 15°C se rozdíly v rychlosti příjmu jednotlivých forem zmenšují. V teplotním intervalu 5°C – 15°C zůstává více než 90 % amonného N v kořenech. Teprve se stoupající teplotou a s ní spojenou metabolickou aktivitou kořenů se podíl do listů translokovaného N odvozeného z příjmu amonných iontů zvyšuje. Závislost rychlosti příjmu a distribuce N z odlišných forem na teplotě je patrná z obrázku č.4 60
μg N/hod
45 kořeny
listy
30 15 0 2
5
10
15 20°C
2
nitráty
5
10
15 20°C
amonné ionty
2
5
10
15 20°C
močovina
Obr. 4 Distribuce N přijatého z různých forem mezi kořeny a listy pšenice v závislosti na teplotě 2.4
Nadměrný obsah vody v půdě
Vliv přebytku vody v půdě je zpočátku vizuálně méně nápadný (kromě případů dlouhodobého zaplavení) než vliv stresu sucha a teplotního šoku. Nedostatek kyslíku v rhizosféře má však výrazný dopad na příjmovou a metabolickou aktivitu kořenů, protože tyto procesy jsou energeticky náročné. Při špatném provzdušení půdy dochází k hromadění produktů metabolismu rostlin a mikroorganismů, růst kořenů se zpomaluje nebo úplně zastavuje. Kromě těchto přímých efektů se snižuje mineralizace organické hmoty, zvyšují se ztráty N denitrifikací a vyplavením. Půdy se jen pomalu prohřívají. Negativní může být i obnovení srážek v době zrání, kdy se zvýší přístupnost dusíku v půdě.
11
3 Možnosti omezení nepříznivého vlivu některých faktorů na příjem živin Z mechanismu působení negativních abiotických faktorů na příjem a využití živin u obilnin je zřejmě, že v polních podmínkách neexistuje (s výjimkou závlahy u sucha) možnost významně eliminovat jejich vliv. Je nezbytné využívat souboru více opatření, které vytvoří takové podmínky v půdním prostředí a porostu, které zvýší schopnost rostlin hospodařit efektivně s vodou a živinami, odolávat obdobím nepříznivých teplot a adaptovat se na stresy. Z hlediska pěstitele rozhodování zásadně komplikuje skutečnost, že nelze dopředu určit jaký bude průběh ročníku. I v průběhu vegetace se můžeme spolehnout jen na krátkodobé předpovědi počasí, dlouhodobé předpovědi na více než týden jsou zatím zatíženy velkou chybou. Vychází se proto z pravděpodobného průběhu počasí na dané lokalitě podle dlouhodobých údajů a zkušeností pěstitele. 3.1 Kvalita půdy a agrotechnické postupy zlepšující hospodaření s vodou v půdě Kvalitní půdní prostředí je základním předpokladem pro snížení dopadu většiny abiotických stresů. Existuje řada definic, chemických a fyzikálních kvantitativních ukazatelů kvality půdy, ale všichni autoři se vesměs shodují, že hlavní roli hraje dostatečná a pravidelná dodávka kvalitní organické hmoty, vyrovnaný poměr přístupných živin a pH půdy, optimální poměr kapilárních a nekapilárních pórů, tedy to, co podmiňuje vysokou úrodnost půdy. Vodní poměry v půdě významně ovlivňuje použitý systém zpracování půdy, největší rozdíly jsou mezi klasickým zpracováním půdy s orbou a systémy bez zpracování půdy. U orebných i bezorebných systémů zpracování půdy je jedním z nejdůležitějších agrotechnických opatření šetřících vodu v půdě podmítka co nejdříve po sklizni předplodiny, neboť i zralý porost obilnin a strniště mají překvapivě vysoký výpar. U systémů bez zpracování půdy je velmi důležité nízké strniště rovnoměrně pokryté dobře homogenizovanými posklizňovými zbytky. Obecně u klasického zpracování půdy dochází k většímu výparu z nakypřené vrstvy, ale přerušením kapilárních cest se šetří voda v podorničí a zbrázděný povrch půdy příznivě ovlivňuje zadržení zimních dešťových i sněhových srážek. Naproti tomu povrch půdy pokrytý mulčem vykazuje nižší výpar a povrchový odtok vody, ale vzlínáním se dostává k povrchu voda z hlubších vrstev. Proto je na začátku jarní vegetace po orbě obvykle větší zásoba vody v hlubších vrstvách a menší v horní vrstvě půdy než po bezorebném zpracování. Jestliže během podzimu a zimy došlo na orané půdě k erozi, popř. povrchovému smyvu nebo byly zima a začátek jara nadprůměrně suché a teplé, může být u bezorebného zpracování více vody i v hlubších vrstvách půdy než u orby. Významný vliv na zadržení vody v půdě u bezorebných technologií mají rostlinné zbytky na povrchu, které omezují výpar vody z půdy a zpomalují povrchový odtok vody. Na obr. 5 je znázorněn vliv zpracování půdy k ozimé pšenici po řepce na obsah vody v hnědozemi na začátku sloupkování rostlin během suchého jara 2007. Protože zpracování půdy působí i na tepelné poměry horních vrstev, je jeho vliv na odolnost k suchu zprostředkován i nepřímo, např. pomalejším vývojem rostlin v chladném vlhčím předjaří. Rozsáhlou problematiku půdoochranného zpracování půdy popisuje např. v nejnovější publikaci Ing. Hůla s kolektivem autorů (Hůla a kol. 2008) V podmínkách zvýšeného rizika sucha je třeba zohlednit spotřebu vody různými plodinami v osevním sledu. V suchých oblastech s vyčerpanou zásobou dostupné vody v celém půdním profilu budou nevyhnutelně konfrontovány následné plodiny po jetelovinách, kukuřici a cukrovce v letech se sušším koncem léta a podzimem.
12
Zde je třeba také připomenout, že plevelné druhy mají geneticky danou schopnost agresivně konkurovat kulturním rostlinám nejen ve spotřebě živin, ale i v odčerpávání vody. Také optimální ochrana nepřímo zvyšuje efektivnost využití vody. 0-0,3 m
Vlhkost (%)
Ruzyně 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
Orba
0,3-0,6 m
M inimalizace Bez zpracování
Obr. 5 : Vlhkost půdy pod ozimou pšenicí na začátku sloupkování (Ruzyně, duben 2007) 3.2
Odrůdová skladba, termín výsevu a organizace porostu
Při předseťové přípravě půdy je hlavní důraz kladen na minimalizaci ztrát vody, udržení dobré struktury půdy a zabezpečení vhodných vláhových podmínek v místě seťového lůžka. Rozdíly v reakci pěstovaných odrůd obilnin na nepříznivé podmínky prostředí dosud nebyly systematicky hodnoceny. Základní odlišnosti lze nalézt mezi ranými a pozdními odrůdami, také uvnitř těchto skupin se vyskytují výjimky odlišující se od skupinového průměru. Za příznivých povětrnostních a půdních podmínek se rané odrůdy ozimé pšenice vyznačují dřívějším počátkem kvetení asi o 7 dní a relativně dlouhým obdobím tvorby zrna. Naproti tomu po odkvětu pozdních odrůd bývá častěji pozorováno rychlejší stárnutí listové plochy spojené s intenzivnější translokací asimilátů do tvořícího se zrna. Pro hodnocení uvedených odrůdových rozdílů lze použít stanovení obsahu chlorofylu v listech a různé ukazatele (markery) dusíkatého metabolismu (obsah celkového N, obsah rozpustných bílkovin, aktivita nitrát reduktázy apod.). Jako názorný příklad může posloužit reakce obou skupin odrůd ozimé pšenice na odlišné povětrnostní podmínky v letech 2006 a 2007. Obsah chlorofylu a aktivita nitrát reduktázy v praporcových listech byla stanovena na počátku kvetení a po následujících 15 a 25 dnech (Obr. 6 a 7). 110 kg N/ha
160 kg N/ha 3,50
3,00
kvetení
15. den
chlorofyl mg /g listu
chlorofyl mg /g listu
3,50 25. den
2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00
3,00
kvetení
15. den
25. den
2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00
2006
2007
rané odrůdy
2006
2007
pozdní odrůdy
2006
2007
rané odrůdy
2006
2007
pozdní odrůdy
Obr. 6 Obsah chlorofylu v praporcových listech pšenice v závislosti na dávce N a povětrnostních podmínkách v období tvorby zrna (chybové úsečky naznačují variabilitu uvnitř skupin odrůd).
13
110 kg N/ha
160 kg N/ha 80
80 kvetení
60
15. den
25. den
ng NO2-/g listu/hod
ng NO2-/g listu/hod
70 50 40 30 20
70
kvetení
60
15. den
25. den
50 40 30 20 10
10
0
0 2006
2007
rané odrůdy
2006
2007
pozdní odrůdy
2006
2007
rané odrůdy
2006
2007
pozdní odrůdy
Obr. 7 Aktivita nitrát reduktázy v praporcových listech pšenice v závislosti na dávce N a povětrnostních podmínkách v období tvorby zrna. Při předseťové přípravě půdy je hlavní důraz kladen na minimalizaci ztrát vody, udržení dobré struktury půdy a zabezpečení vhodných vláhových podmínek v místě seťového lůžka. Je třeba, aby rostliny do zimy vytvořily 2 silné a vyrovnané odnože, což vytváří dobré podmínky pro přezimování a rychlý vstup do jarní vegetace. Na základě lokálních podmínek pěstitel musí zvážit výhody a rizika dřívějšího termínu setí, který je v teplých oblastech osvědčeným opatřením pro rychlejší vývoj rostlin v jarním období a tím omezení rizika nepříznivého vlivu vysokých teplot a sucha v době kvetení a nalévání zrna. V našich podmínkách však raný výsev zvyšuje riziko vymrznutí, poškození příliš vyvinutého vzrostného vrcholu a výskytu chorob včetně stále se šířících viróz. Významnou úlohu má kvalitní osivo a výběr vhodných odrůd obilnin. Například u ozimé pšenice se do suchých a teplých oblastí doporučují ranější odrůdy alespoň se střední zimovzdorností, s rychlým startem do jarní vegetace, odrůdy kompenzačního typu se silným výnosotvorným prvkem počtem zrn v klasu. Vzhledem k tomu, že v suchých oblastech aplikujeme vyšší dávky dusíku na začátku jarní vegetace, nejsou vhodné odrůdy s vysokou odnožovací schopností. Právě udržení správné struktury porostu má významný vliv nejen na dosažený výnos zrna, ale i jeho kvalitu. Z tohoto hlediska jsou rizikové odrůdy ozimé pšenice s nízkou objemovou hmotností zrna. Na obrázku č.8 jsou znázorněny hodnoty objemové hmotnosti zrna různých odrůd ozimé pšenice po různém zpracování půdy na suchém stanovišti v Chrášťanech u Rakovníka. U většiny odrůd dosažené objemové hmotnosti nesplňují požadavek na potravinářskou jakost A, nepatrně vyšší hodnoty vzhledem k lepším vláhovým podmínkám v půdě byly zjištěny po minimalizaci než po orbě. Přitom po extrémně suchém jarním období v roce 2007 byly dosažené výnosy zrna pěstovaných odrůd ozimé pšenice po minimalizaci o více než 30 % vyšší než po orbě. Orba Minimalizace
75 70 65 60 A k B a teu r n B a qu rd e t o B a tka r ro B a ko rr y t B i on sc C u ay b D us ar w E u in ro F l fi t or G et lo bu s I M l ias er it R h to eia
Objemová hmotnost zrna [kg/hl]
80
Obr. 8 : Objemová hmotnost zrna odrůd ozimé pšenice (Chrášťany, průměr let 2006 a 2007) 14
3.3
Výživa a hnojení rostlin
V sušších oblastech se doporučuje aplikovat hnojiva k pěstované plodině před předseťovou přípravou půdy, aby byla zapravena do půdního profilu. Především u bezorebných systémů zpracování půdy je vhodná lokální aplikace při setí ukládáním hnojiva pod osivo (hnojení „pod patu“) nebo mezi řádky, kdy je možné aplikovat vyšší dávky hnojiv. Při jarním hnojení ozimů dusíkem se aplikují vyšší dávky již při regeneračním hnojení a případné kvalitativní hnojení se posouvá do dřívějších termínů, např. u ozimé pšenice před metáním. Při hnojení se klade důraz na vytvoření optimální struktury porostu. Pro aplikaci vyšších dávek dusíku na začátku jarní vegetace rostlin jsou vhodná rychle rozpustná hnojiva s regulovaným uvolňováním dusíku jako např. UREAstabil s inhibitorem ureasy a ALZON s inhibitorem nitrifikace. Hlavní předností hnojiva UREAstabil je vysoký obsah dusíku, velmi dobrá rozpustnost ve vodě a již po malém množství srážek (5 mm) transport nepolární molekuly močoviny ke kořenům rostlin. Během transportu půdním profilem dochází k oddělení inhibitoru ureasy od močoviny, která je buď přímo přijímána kořeny rostlin nebo se rozkládá na uhličitan amonný a rostlinou je pak přijímána ve formě amonného, resp. při vhodných podmínkách pro nitrifikaci ve formě nitrátového iontu. Hnojivo ALZON je vhodné používat zejména na lehčích půdách s promyvným režimem, kde inhibitor nitrifikace omezuje potenciální ztráty dusíku vyplavením nitrátů. Aplikace živin a látek s regulační účinkem na list Při foliární aplikaci hnojiv, kdy živiny vstupují bezprostředně do pletiv listu se lze vyhnout nepříznivým podmínkám pro jejich příjem z vyschlé půdě. Ale i aplikace na list má při suchu svá úskalí –je to špatná hydratace listů, riziko poškození pletiv při vysokých teplotách, vadnutí a stáčení listů, menší plocha metabolicky aktivních listů. Navíc při silném vodním stresu již nelimituje růst rostliny deficit živin, ale nedostatek vody. Z toho vyplývá, že listová aplikace vhodných hnojiv (zejména snadno přijatelné močoviny, Mg a stopových prvků) může pomoci překonat přechodné období sucha Nesmíme také zapomenout, že vodní stav rostlin může mít vliv na efektivnost aplikace dalších látek, např. strobilurinů. Při nedostatku vody je třeba počítat s tím, že aplikace hnojiv a fungicidů na list nemusí mít stejný efekt jako v případě, kdy má rostlina dostatek vody, listy jsou turgescentní a všechny fyziologické a biochemické procesy probíhají normálně. Účinek aplikovaných látek ovlivňují nejen morfologické a anatomické změny rostlin a listů orgánů, ale i vnitřní podmínky rostliny. Listová výživa tedy může překrýt krátkodobý nedostatek živin způsobený nepříznivými podmínkami pro příjem z půdy. Na počátku vegetace to bývá období s příliš nízkou teplotou půdy (pod 5°C, v případě fosforu pod 10°C) kdy efektivnost případného použití listové výživy je limitována stupněm vývoje listové plochy. Později se zpravidla jedná o přechodná období s nedostatkem srážek, která bývají provázena relativně vysokými teplotami. V pozdních fázích vegetace listové aplikace živin a prostředků na ochranu rostlin představují významný nástroj k ovlivnění výše výnosu a jeho kvality. Prodloužení životnosti listové plochy a s ní spojené fotosyntetické aktivity použitím vhodných fungicidů (např. strobilurinů) zvýší HTZ, ale může snižovat obsah dusíkatých látek v zrnu. Pro jeho udržení nebo zvýšení je nezbytná současná aplikace močoviny. Diagnostika výživného stavu porostů Jednou z podmínek hospodárného použití listové výživy je určení vhodné doby aplikace a dávky živin. Nejpoužívanější a nejspolehlivější metodou určení výživného stavu zůstávají anorganické rozbory rostlin (AAR), kdy se potřeba živin určuje z obsahu a poměru 15
jednotlivých živin v analyzovaných částech rostlin. Pro analýzu obsahu hlavních živin u obilovin se používají celé nadzemní části, klesající průměrné obsahy živin jsou hodnoceny ve vztahu k vývojové fázi. Tento způsob hodnocení nevyhovuje u většiny stopových živin. Příčinou je jejich velmi malá až zanedbatelná pohyblivost ve floému, proto na rozdíl od N, P, K a Mg nejsou stopové živiny ve větší míře reutilizovány a zůstávají nevyužity ve stárnoucích listech. Za méně příznivých vnějších podmínek (např. za sucha) může porost trpět nedostatkem některé živiny i v případě, kdy analýza celé nadzemní části nic takového nenaznačuje. Jako názorný příklad lze uvést výsledek analýzy listů ozimého ječmene odebíraných po delším období sucha na počátku května 2007 v Praze –Ruzyni (Obr. 9). Obsah manganu a železa v nejmladších praporcových listech byl nižší než ve vývojově starších druhých a třetích listech, při čemž obsah manganu a zinku se pohyboval na spodní hranici jejich obvyklého obsahu (resp. na hranici deficitu). V obdobích přechodného sucha nezbývá na chemickou analýzu rostlin dost času a pěstitel se musí operativně rozhodovat.
-1
μg g sušiny
150 120 90 60 30 0
B starší listy
Cu
Fe
praporcový list
Mn
Zn
dlouhodobý průměr
Obr. 9 Obsah stopových živin v listech ozimého ječmene z polních pokusů v Praze – Ruzyni sklizeného po delším období sucha na počátku května 2007. Chybové úsečky u dlouhodobých průměrů ukazují rozpětí mezi deficitem a nadbytkem sledované živiny. Dávka živin a výběr vhodných hnojiv Prostřednictvím listové výživy se dodává především N v různých formách, Mg a stopové živiny. V mnohem menší míře i K a P. Za základní listové N hnojivo lze považovat močovinu, která se používá samostatně (u obilnin v závislosti na vývojové fázi až do koncentrace 10 %) nebo v kombinaci s dalšími živinami. Při použití jiných forem N, např. dusičnanu amonného, spočívá hlavní rozdíl v rychlosti jejich příjmu a využití pro růst. Přijaté amonné ionty jsou rychle metabolizovány a translokovány do rostoucích částí, zatímco nitráty mohou být dočasně uloženy jako zásoba minerálního N do vakuol. Zajímavým zdrojem N a další živiny jsou dusičnany vápenatý a hořečnatý; vhodným zdrojem fosforu a dusíku pro listovou aplikaci je dihydrogenfosforečnan amonný. Uvedené minerální soli obsahující vedle N i další živiny mohou být opět aplikovány samostatně, velmi často jsou součástí pestré škály listových hnojiv dodávaných různými výrobci a komerčními subjekty. Hnojiva s obsahem stopových živin jsou dodávána ve formě minerálních solí, chelátových nebo komplexních sloučenin. Jednosložkové koncentráty jsou určeny především k odstranění výživových nedostatků zjištěných chemickou analýzou rostlin. K překonání krátkodobých abiotických stresů se používají směsné roztoky různých forem N se stopovými živinami nebo komplexní hnojiva Zde je třeba si uvědomit, že příjem jednotlivých živin z více nebo méně složitých směsných roztoků se bude lišit od příjmu z roztoku jediné sloučeniny – může být pomalejší, ale v některých konkrétních případech i rychlejší.
16
Společná aplikace s přípravky na ochranu rostlin Z hlediska hospodárnosti, zejména snížení nákladů na aplikaci, bývá doporučována společná aplikace listových hnojiv s prostředky na ochranu rostlin. Za rozhodovací kriterium se považuje doporučení výrobce a kvalita směsného postřikového roztoku hnojiva a fungicidu. Jaký je vliv společné aplikace fungicidu a listových hnojiv na rychlost příjmu živin ukázaly výsledky pokusů s ozimou pšenicí. Společná aplikace močoviny značené pomocí 15N a fungicidu Tango super v době metání měla za následek zvýšení rychlosti příjmu 15N v prvních hodinách po aplikaci na 2,5 násobek (Obr. 10). Za stabilního počasí bez dešťových srážek stimulační účinek odezněl do týdne po aplikaci. Jeho příčinu lze hledat v přídavku látek usnadňujících vstup relativně velkých molekul fungicidu do listu. Množství přijatých živin z aplikovaného roztoku mohou ovlivnit i látky, které zpomalují jeho vysychání a prodlužují potenciální dobu příjmu z vlhkého filmu na povrchu listů. Do této skupiny patří např. v současné době velmi populární huminové látky. Pro dosažení pozitivního efektu musí být splněna nejméně jedna ze dvou následujících podmínek: − Nesmí být snížena vlastní rychlost příjmu aplikovaných živin a/nebo − Lze předpokládat výskyt delšího období bez dešťových srážek.
15
příjem (μg N)
120
močovina
močovina + Tango super
90 60 30 0
1
7
14
sklizeň
dny po aplikaci
Obr. 10 Vliv společné aplikace značené močoviny a fungicidu Tango super na rychlost příjmu N praporcovými listy ozimé pšenice pěstované v polních podmínkách v roce 2007
15
Použití látek s regulačním účinkem S listovou výživou úzce souvisí použití pomocných rostlinných přípravků. Tato skupina přípravků je charakterizována jako látky, které zlepšují příjem živin a podporují růst a vývoj rostlin. Jejich účinek bývá odvozován od fytohormonů, obecněji od rostlinných regulátorů růstu. Stimulační působení těchto látek (zvlášť při doporučované společné aplikaci s listovými hnojivy) zpravidla není běžně dostupnými metodami prokazatelné. Kromě toho používané dávky v množství několika g/ha se pohybují na spodní hranici fyziologické účinnosti přirozených nebo syntetických fytohormonů. Po aplikaci látek auxinového typu (Atonik, Almiron, Sunagreen) lze očekávat potenciální vliv na stimulaci růstu kořenů. Látky s cytokininovým účinkem (např. benzyladenin) mohou zpomalovat předčasné stárnutí listů, podobný vedlejší efekt lze pozorovat i po aplikaci strobilurinů. Dosud neregistrované syntetické brassinosteroidy dočasně zvyšují endogenní obsah cytokininů i kyseliny abscisové a mohly by zvyšovat odolnost k abiotickým stresům. Například pozitivní vliv aplikace látek s efektem prodloužení délky trvání funkční listové plochy nemá při výrazném suchu v době nalévaní zrna příliš velkou šanci se projevit.
17
Zkrácená životnost horních listů je determinována intenzitou vodního stresu, z hlediska reprodukčního úsilí je pro rostlinu cennější klas a semena než listy. Na obrázku č. 11 je výsledek aplikace strobilurinu (Amistar) na výnos a kvalitu zrna pšenice při vodním stresu a při optimální zásobě vody v roce 2005. Kontrolu v tomto polním pokusu, který byl zaměřen na nedostatek vody ve fázi tvorby zrna, představoval porost závislý jen na srážkách.
8
8
t/ha
12
t/ha
12
4
4
0
0 K
Am
K
Kontrola
Am Závlaha
K
Am
K
Sucho
K
Kontrola
Protein
20
Am
Závlaha
10
Am
Sucho
60
Závlaha
Sucho
Kontrola
Zeleny sedi. test
Závlaha
Am
K
Sucho
Zeleny sedi. test
60
40
Am
K
K
Am
K
Kontrola
K
0 Am
0 Am
5
K
5
Am
%
10
%
15
K
Protein
20
15
Am
Kontrola
Závlaha
Sucho
Kontrola
Závlaha
Am
K
Am
K
Am
Am
K
Am
0 K
0 Am
20
K
20
K
ml
ml
40
Sucho
Obr. 11 Vliv vodního režimu a aplikace strobilurinu na výnos a kvalitu zrna pšenice v roce 2005 (vlevo) a v 2007 (vpravo). Am-aplikace Amistaru (strobilurin), K-neošetřená kontrola
4 Určení dostupné zásoby vody v půdě a odhad doby nástupu vodního stresu u obilnin Z hlediska plánování agrotechnických zásahů v porostu při nízkých srážkách je potřeba s dostatečným předstihem odhadnout, kdy nastoupí výrazný nedostatek vody, to znamená vypočítat bilanci vody v půdě pod porostem. K tomu je nezbytné určit zásobu vody v půdním profilu dostupnou rostlinám, dále odhadnout spotřebu vody porostem v dané fázi vývoje a za
18
určitých povětrnostních podmínek, a podle dlouhodobé předpovědi se pokusit dopředu odhadnout množství vody ve srážkách. Jde vlastně o empirický model a je potřeba připomenout, že spolehlivější odhad by poskytnul matematický, agrometeorologický nebo plodinový model (viz kapitola 4.4). Na základě včasného odhadu nástupu vodního stresu může pěstitel například rozhodnout o použití či nepoužití kvalitativní dávky hnojení nebo listového hnojiva. S určitou mírou nevyhnutelného rizika, tak lze odhadnout pravděpodobnost jejich efektivního využití pro výnos a kvalitu zrna, z hlediska očekávaného ekonomického přínosu. 4.1 Postup určení zásoby přístupné vody v půdě Pro určení množství dostupné vody v půdě v daném období růstu potřebujeme tyto údaje: obsah fyziologicky dostupné vody v ornici a podorničí, hloubku kořenů a efektivnost příjmu vody z hlubších slabě prokořeněných vrstev podorničí. Přesné určení by vyžadovalo detailní hydropedologické a fyziologické údaje, ale pro přibližný odhad vystačíme s uvedenými údaji. Jako efektivní hloubku kořenů (hloubka z které jsou kořeny schopné odčerpat většinu dostupné zásoby vody) lze od fáze metání na úrodných, strukturních a hlubokých půdách uvažovat u ozimů 100-120 cm. Nepřehnojený kvalitní porost ozimů dokáže využít určitý podíl vody i z vrstev 120-150 cm. Na běžných půdách lze považovat za maximum efektivního prokořenění 90 cm, i když jednotlivé kořeny mohou pronikat hlouběji, u jařin na hlubokých půdách je to 80-100 cm, na horších půdách jen 60-70 cm. Zhutnění půdy a nepříznivé podmínky v hlubších vrstvách výrazně zhoršují růst kořenů do hloubky a s tím spojenou efektivnost příjmu vody i živin z těchto vrstev. Nejpřesnější výpočet zásoby vody v půdě, v praxi samozřejmě nepoužitelný, poskytuje určení objemové vlhkosti v celém prokořeněném půdním profilu. Vzhledem k velké pracnosti stanovení objemové vlhkosti se běžně používá vážková (gravimetrická) vlhkost půdy, pro kterou nepotřebujeme žádné speciální vybavení (místo sušárny lze použít mikrovlnnou troubu). Přepočet na množství vody v dané vrstvě půdy provedeme prostřednictvím objemové hmotnosti půdy. V našich půdách lze použít pro ornici při klasickém zpracování půdy hodnot 1,3-1,35 g/cm3, pro hlubší vrstvy 1,4-1,5 g/cm3, zhutnělé vrstvy dosahují hodnot až 1,7 g/cm3. Využitelná vodní kapacita půdy se snižuje s vyšším podílem skeletu. Pro rychlý, ale jen orientační odhad vlhkosti půdy, lze využít vizuální a pohmatový test (tabulka č. 2). Při odběru vzorků půdy sondýrkou z různé hloubky půdního profilu je dobré si současně všímat i přítomnosti živých kořenů, biopórů, ulehlých vrstev a podílu skeletu, které umožní lepší odhad dostupné zásoby vody na daném pozemku. Maximální množství vody, které je půda schopna zadržet závisí primárně na pórovitosti půdy, která má těsný vztah k zrnitostnímu složení. Čím méně je v půdě jílnatých částic (< 0,01 mm, kategorie I. dle Kopeckého) a naopak čím více písku (nad 0,1 mm), tím menší množství vody je půda schopna zadržovat. To umožňuje odhadnout pro základní půdní druhy hodnoty hydrolimit PVK, BV (kap. 2.3.1) a běžný rozsah využitelného objemu vody (využitelné vodní kapacity, VVK) (tabulka č.1). Rozdíly mezi půdními druhy jsou značné –celková vodní kapacita písčitých půd je pouze 50-70 l/m2 vody ve vrstvě 0-50 cm, u hlinito-písčité okolo 100 l/m2, u nás rozšířená písčito-hlinitá půda zadrží již 120-150 l/m2 a kvalitní hlinitá nebo jílovito-hlinitá půda je schopna udržet 150 až 180 l m2 v půlmetrové vrstvě půdy. Vodní kapacitu zvyšuje dobrý strukturní stav půdy, optimální poměr kapilárních a nekapilárních pórů a vysoký obsah humusu. Z řady uskutečněných sledování vyplývá, že zásoba vody na jaře se v ornici a v podorničí blíží hodnotě PVK. Od jarní regenerace do začátku plného odnožování probíhá neproduktivní výpar a odběr vody rostlinami převážně z orniční vrstvy, takže po vlhčí zimě se objem vody v 19
podorničí bude pohybovat okolo 90 % VVK. Určení vlhkosti půdy na jaře, nejlépe několik dní po vydatnějších srážkách, je často přesnější ukazatel množství vody, který je schopna půda na daném pozemku dlouhodobě zadržet než výsledky laboratorní analýzy. V posledních letech jsme ale stále častěji svědky, že příliš nízké srážky (spolu se suchým podzimem a vyššími zimními teplotami) nedokážou v meziporostním období u středně těžkých a těžkých půd naplnit půdní profil na PVK. 4.2 Odhad aktuální spotřeby vody porostem evapotranspirací Pro správné určení nástupu vodního stresu je klíčový odhad spotřeby vody porostem. Okamžitá spotřeba vody porostem, evapotranspirace (ET), je součet transpirace přes průduchy a kutikulu nadzemních částí, neproduktivního výparu z povrchu půdy a vody zachycené při srážkách na povrchu rostlin. Evapotranspirace v průběhu růstu je většinou nižší než maximálně možný (potenciální) výpar z vodní hladiny či holé vlhké půdy. Množství odpařené vody závisí na meteorologických podmínkách daného stanoviště, především intenzitě slunečního záření (skupenské teplo 1 litru vody je asi 2,5 MJ), albedu a drsnosti povrchu, teplotě a vlhkosti vzduchu a rychlost větru. Skutečná spotřeba vody porostem (ET) závisí na řadě faktorů, a proto se pro jednotlivé plodiny vztahuje k referenční (potenciální) evapotranspiraci (ETo) vypočtené dle PenmanMonteitha. Referenční ET se počítá jako ET optimálně zavlažovaného travního porostu o standardních vlastnostech (dle FAO 12 cm výška, plně zakrytý povrch půdy, albedo 0,23). Skutečná denní ET se vypočítá vynásobením referenční ETo koeficientem (k) dle stavu porostu dané plodiny v různých fázích růstu. Tyto koeficienty byly publikovány pro řadu plodin, ale vždy jde jen o přibližnou hodnotu, protože existuje řada faktorů, které jeho hodnotu ovlivňují. Porost obilnin i dalších našich plodin má v období intenzivního růstu vysokou spotřebu vody, která dosahuje nebo může i mírně překročit úroveň referenční evapotraspirace ETo. U obilnin ve fázi plného odnožování až počátku sloupkování ET porostu dosahuje 40-60 % ETo, od začátku sloupkování se ve fázi rychlého růstu zvyšuje až na 90-110 % v době okolo metání, a pomalu klesá v době dozrávání zrna na hodnoty okolo 70-80 % z ETo. Tyto hodnoty koeficientu pro odhad skutečné spotřeby vody porostem obilnin platí pro zapojený zdravý porost s LAI nad 2-3 m2, který má k dispozici dostatečnou zásobu vody v půdě. Odhad odběru vody porostem vzhledem k potenciální evapotranspiraci (koeficient k) musíme redukovat s tím, jak zásoba využitelné vláhy v půdě klesá k 50 % a silně redukovat, pokud zásoba klesne pod 30-40 % VVK. Orientační odhad ET porostu obilnin udává tabulka č.3. Jde o indikativní hodnoty, které naznačují spotřebu vody porostem za určitých typických povětrnostních podmínek. Údaje o ETo nebo o bilanci vody pod trávníkem ve vegetačním období uvádí ČHMÚ ve svých zpravodajích a v denním tisku (Zemědělec), průměrné hodnoty pro různá stanoviště jsou uvedeny v klimatických atlasech a tabulkách. Protože kalkulace referenční evapotraspirace ETo dle Penmana vyžaduje meteorologické údaje, které nejsou běžně dostupné, používají se zjednodušené výpočty potenciálního výparu, založené pouze na teplotě, příp. vlhkosti vzduchu (Havlíček a kol. 1986, Krešl 2001). Např. podle upraveného Šermerova vzorce je výpar z vodní hladiny = 10(0,0452*T – 0,204), kde T je průměrná měsíční teplota vzduchu. Podle Ivanova je výparnost (možný výpar) = 0,0018*(T+25)2 * (100-R), kde R je průměrná relativní vlhkost vzduchu. Běžně se tyto zjednodušené výpočty používají jen pro měsíční průměry, ale pro ilustraci závislosti výparu na teplotě a záření lze počítat i denní hodnoty. Protože tyto zjednodušené výpočty nezahrnují vliv rychlosti větru nebo vlhkosti vzduchu, podhodnocují při větru nad 5 m/s a vlhkosti pod 50 % skutečnou evapotranspiraci porostu, zatímco při slabším větru a vyšší vlhkosti ji 20
Vypočtená evapotranspirace (mm/den)
nadhodnocují. Na obrázku č. 12 je znázorněn vztah denních hodnot ETo (vypočtených dle Penmana pro měsíce březen-srpen v Praze-Ruzyni v letech 2004-2007) a prostého součtu průměrné denní teploty a slunečního záření (MJ). Rozptyl hodnot je způsoben vlivem odlišné rychlosti větru a vlhkosti vzduchu v jednotlivých dnech. 6.0
4.0
2.0
2007
2006
2005
2004
0.0 0
10
20
30
40
50
60
Součet průměrné teploty a slunečního záření
Obr. 12 Vztah mezi vypočtenou referenční evapotranspirací a součtem průměrné denní teploty (oC MJ) a záření (MJ). 4.3
Odhad nástupu nedostatku vody
Na základě znalosti využitelné vodní kapacity půdy, efektivní hloubky prokořenění, srážek a odhadu evapotranspirace porostu lze odhadnout zda v průběhu vegetace v půdním profilu ještě existuje větší či menší zásoba dostupné vody. Vlastní výpočet můžeme provést (např. v tabulce programu MS Excel) atk, že od výchozí zásoby vody v půdě budeme v denním kroku odečítat (podle výše uvedených pravidel) spotřebu vody porostem a přičítat vodu ve srážkách (srážky pod 2 mm u plně zapojeného porostu se nezapočítávají, protože se rychle odpaří z povrchu rostlin a půdy a nepřispívají k půdní zásobě). Nelze přitom spoléhat na subjektivní odhad intenzity srážek; dnes již jsou dostupné dostatečné přesné malé automatické meteorologické stanice, které lze propojit bezdrátově přímo s počítačem. Jejich použitím získáme teplotu vzduchu a relativní vlhkost, případně i rychlost větru, pro přesnější výpočet ETo. Pro snadnější přepočet se zásoba vody v půdě běžně udává v mm, odpovídající litrům vody na čtvereční metr. To znamená, že např. 10 mm srážek zvýší objem vody v půdě pod 1 m2 o 10 litrů a objemovou vlhkost v deseti centimetrové vrstvě půdy o 10 % obj., v padesáti centimetrové vrstvě o 2 % obj. Pro nasycení 30-cm vrstvy ornice z vlhkosti na úrovni BV (např. 15 % obj.) na PVK (25 % obj.) jsou nutné srážky (nebo závlaha) 30 mm. Rovněž výpar a spotřebu vody porostem je pro srovnání vhodné udávat v mm vody. Spotřeba vody porostem pšenice i dalších obilnin za letních dnů v období sloukování až nalevání zrna se nejčastěji pohybuje okolo 3-4 mm/den. To pro příklad znamená, že vodu z vydatných srážek okolo 15-20 mm spotřebuje porost za méně než týden. Zdravé rostliny obilnin s dobře rozvinutým kořenovým systémem jsou schopny saturovat svoji potřebu transpirace i při hodnotách vlhkosti půdy okolo 50-60 % z využitelné zásoby vody (VVK). Známky nedostatku vody, vadnutí, lze v porostu obilnin pozorovat i při hodnotách VVK nad 40-50 % při počasí s vysokou teplotu, intenzivním slunečním záření a suchým větrem, zatímco ráno a při zatažené obloze a bezvětří jsou listy opět turgescentní, protože transpirace je v rovnováze se schopností příjmu vody kořeny. Tento stav přímo nehrozí výraznou redukcí výnosu. V kritických fázích vývoje je situace složitější, např. 21
vysoké teploty vzduchu mají ve fázi kvetení a začátek nalévání zrna více nepříznivý vliv než třeba ve sloupkování. Při dalším poklesu VVK pod 40 % již je voda v půdě držena silným sacím tlakem (pod – 0,1 až - 0,2 MPa) a s dalším poklesem vlhkosti prudce klesá přijatelnost pro kořeny rostlin. To má za následek, že rostliny nejsou schopny pokrýt plně potřebu vody na transpiraci. Delší období na této úrovni znamená snížení výnosu. Vadnutí listů již v časných dopoledních hodinách, je příznakem silného nedostatku vody v půdě. V takové situaci závisí na přísunu vody i v malých srážkách, spolu se schopnosti nejhlubších kořenů přijmout alespoň malé množství vody z obtížněji dostupné zásoby v hlubokém podorničí, které je nezbytné pro překonání krátkodobého stresu. Postupně však dochází k nevratnému poškození listů, které od spodu odumírají, zrychlenému dozrávání a poškození klasů, se všemi důsledky pro výnos. Pro odhad nejčastěji se vyskytujícího letního sucha potřebujeme určit vlhkost půdy v době největšího odběru vody rostlinami (cca od začátku sloupkování) s následným výpočtem, kterým odhadujeme spotřebu vody porostem v dalších dnech. Je zřejmé, že jde o přibližný odhad a proto nemá smysl začínat výpočet od příliš časných fází vývoje, tím bychom zvyšovali chybu výpočtu. Časné (jarní) sucho má poněkud jiné výchozí podmínky a souběžně se zde negativně projevuje vliv vysoké teploty na vývoj a morfogenezi. U mladých rostlin ve fázi začátku odnožování není ještě kořenový systém dostatečné vyvinutý (nízká hustota kořenů), v nakypřené ornici je horší kontakt kořenů s půdními částicemi, a proto se nedostatek vody projevuje při vyšších hodnotách VVK než v pozdějších fázích. Nedostatek vody u rostlin obilnin můžeme kromě vizuálních příznaků hodnotit přesně pomocí relativního obsahu vody (RWC- relative water content) v listech. Při zjednodušeném postupu odstřihneme několik nepoškozených praporcových nebo nejmladších plně rozvinutých listů horních pater a okamžitě uzavřeme, aby nedocházelo k výparu. Vhodné je odebrat listy co nejdříve ráno a kolem poledne. Listy zvážíme (hodnota Ho) a ponecháme 4-8 hodin na světle v uzavřené nádobě na hladině vody (petriho miska) nebo v sáčku s dostatečně navlhčenou látkou či filtračním papírem. Po této době listy zvážíme (Hs) a listu vysušíme do konstantní hmotnosti (Hd). RWC (%) se pak rovná 100*(Ho-Hs)/(Hs-Hd). Rostliny dobře zásobené vodou mají RWC mezi 90-100 %, hodnoty okolo 70 % indikují silný stres. Pokud hodnoty okolo 80 % zaznamenáme u listů odebraných již v časném ránu, je situace kritická. Je nutné připomenout, že hodnoty se můžou lišit podle povětrnostních podmínek-listy rostlin z porostu s nedostatkem vody budou vykazovat ve vlhkém, zataženém dni a za bezvětří, i přes den vysokou hodnotu RWC, zatímco následující horký a větrný den budou hodnoty nízké.
100
Kontrola Stres Závlaha Kontrola Stres Závlaha 7:30
12:00
N0 N1
N0 N1
N0 N1
60 N0 N1
N0 N1
N0 N1
N0 N1
N0 N1
N0 N1
N0 N1
60
80
N0 N1
80
N0 N1
RWC (%)
RWC (%)
100
Kontrola Stres Závlaha Kontrola Stres Závlaha 7:30
12:00
Obr..13 Hodnoty relativního obsahu vody v listech pšenice ráno a v poledne při různém zásobení vodou a dusíkem v roce 2006 a 2007 22
4.4
Možnosti monitoringu a prognózy výskytu nepříznivých agrometeorologických podmínek
Prognóza a monitoring (přímými i nepřímými metodami) výskytu sucha a dalších negativních faktorů pro větší území a dostatečně dlouhé období, aby měly praktický význam vyžadují: - spolehlivé aktuální údaje o průběhu počasí z dostatečně husté sítě stanic (splňuje ČHMÚ) a spolehlivou dlouhodobou předpověď, alespoň pro 30 dní a více (zatím meteorologové spolehlivě dokážou předpovědět počasí nejvýše na 5-7 dní) - určení nároků jednotlivých plodin a jejich citlivost k určité úrovni daného faktoru, např. zásoby vody v dosahu kořenů, ve vztahu k vývojové fázi a dalším vnitřním a vnějším, především meteorologickým podmínkám. Neexistence dlouhodobé předpovědi je nahrazována statisticky podloženým odhadem, který (na základě dlouholetých pozorování na daném stanovišti) předpovídá například určité množství srážek s vypočtenou pravděpodobností. Na stejném principu jsou založeny matematické postupy, generátory počasí, které odhadují někdy i velmi detailně průběh počasí v daném období. Je zřejmé, že tyto postupy nemají pro operativní rozhodování v provozních podmínkách význam. Uplatňují se ale se při dlouhodobějším plánování z hlediska pravděpodobnosti výskytu agrometeorologických rizik na úrovni podniku i řídící sféry. Druhá podmínka je často naplňována empiricky, na základě dlouhodobé zkušenosti zemědělce, (poradce, agrometeorologa). V posledních letech se stále více uplatňují matematické modely, které představují nástroj pro podporu rozhodování. Ty agroklimatické modely jsou schopny integrovat velkou řadu faktorů prostředí, a ve spojení s údaji o průběhu počasí simulují např. průběh změn dostupné vláhy v půdě, riziko poškození určité plodiny mrazem nebo erozí. Vyšší stupeň integrace znalostí představují plodinové modely (např. CERES, DAISY, APSIM), které zohledňují velkou řadu faktorů ovlivňujících přístupnost vody a živin v půdě, odrůdové vlastností plodiny, procesy růstu a tvorbu výnosu. Kalibrovaný a ověřený model na základě meteorologických údajů velmi podrobně modeluje okamžitý stav rostliny, porostu i půdního prostředí. Jestliže místo skutečných meteorologických údajů vloží uživatel do modelu odhadnutá (předpověděna, generovaná) meteorologická data získává více či méně přesnou předpověď. Tento systém se využívá v EU i dalších oblastech (FAO) pro regionální předpověď produkce významných plodin, zvláště při výskytu sucha a dalších nepříznivých jevů. Předpokládá se, že postupně se využití modelů (propojených on-line s meteorologickou databází), bude prosazovat jako jeden z nástrojů poradenství i do běžné zemědělské praxe. Je však současně nutné říci, že řada modelů vyžaduje velmi podrobné vstupní údaje, které nejsou v provozních podmínkách pohotově k dispozici. Obrovskou složitost vztahů systému půda-rostlina-atmosféra modely samozřejmě nedokážou plně postihnout, žádný model nezaručí dokonalou shodu s realitou, ale postupně se daří určit a matematicky popsat procesy nejdůležitější pro tvorbu výnosu a kvalitativních zanků produkce.
23
5 Tabulky Tabulka 1 Rozsah běžných hodnot polní vodní kapacity (PVK), bodu vadnutí (BV) a využitelné vodní kapacity (VVK) u různých půdních druhů (% obj.). Půdní druh
PVK (% obj.)
BV (% obj.)
VVK (% obj.)
lehké písčité a hlinitopísčité půdy
10-16
3-6
7-10
Reálně využitelný objem vody ve vrstvě 0-50 cm (litrů/m2) 30-40
střední písčito-hlinité půdy 16-25
5-7
11-18
44-70
hlinité a jílovito-hlinité půdy
28-37
7-23
14-25
55-90
těžké jílovité půdy
32-42
17-23
15-19
60-65
Tabulka 2 Empirický odhad vlhkosti půdy na základě konzistence. Vlhkost půdy (% VVK)
Lehké písčité půdy
Středně těžké půdy
Hlinité a jílovité půdy
90-100 %
Lze snadno zformovat hroudu(*), při stisku nevytéká voda, ale na ruce zůstává vlhký otisk
75-100 %
nepříliš pevná snadno se formuje, hmota hrouda, při úderu se je poddajná, v prstech rozpadá, v prstech snadno klouže neklouže
snadno se formuje, mezi palcem a ukazováčkem lze snadno vymodelovat váleček
50-75 %
nepevná nesoudržná hrouda, snadno se rozpadá
snadno tvoří hroudu, při tlaku klouže
tvoří hroudu, mezi prsty lze modelovat
25-50 %
na pohmat se jeví suchá, nelze zformovat hroudu
drobivá konzistence, při silném stlačení drží pohromadě
při stlačení tvoří hroudu, částečně ještě poddajná konzistence
0-25 %
suchá, nesoudržná, protéká mezi prsty
prašná konzistence, případné hrudky se snadno se rozpadají na prach
tvrdá spečená konzistence, jen obtížně lze rozdrtit na prach
*hrst půdy v ruce silně stiskneme, jako bychom chtěli udělat sněhovou kouli
24
Tabulka 3 Indikativní hodnoty referenční (potenciální) evapotranspirace pro odlišné typy počasí a dostupnost vody v půdě Půdní a porostní podmínky pro evapotranspiraci Platí pro zapojený, zdravý porost obbilovin s LAI >3 m2, s dobře vyvinutým hlubokým kořenovým systémem
Meteorologické podmínky teplé až horké počasí, chladnější počasí jasný den silný Slabší bezvětří, jasno, zataženo, zataženo, suchý vítr vyšší větrno vlhko bezvětří, vítr střední vlhkost vlhko vlhkost
půda je dostatečně provlhčená ze srážek, fáze rychlého růstu až nalévání zrna
4-5
4-5
3
3-5
2-3
2-3
ornice je sušší (více dní nepršelo), ale v podorničí je dostatečná zásoba vody
2-4
3-4
2-3
2-3
2
1-2
ornice je suchá (BV), v 1-2 podorničí je malá zásoba vody, známky stresu za horka a větru
2-3
1-2
1-2
1-2
1
téměř vyčerpaná zásoba přístupné vody v půdním profilu, silný stres, vadnutí rostlin
1-2
1
1-2
1
1
1
Poznámka: U holé půdy bez porostu nebo mladého nezapojeného porostu s nízkým LAI závisí výpar na zvlhčení povrchové vrstvy půdy, kdy se může blížit po krátkou dobu i teoreticky možnému výparu
25
6 Internetové odkazy Nejnovější souhrnné údaje o klimatu České republiky ve formě map poskytuje Atlas podnebí Česka (Tolasz R. a kol., 2007). Zdrojem informaci o průběhu počasí na území ČR jsou měsíční úhrny srážek na 22 lokalitách, které uvádí (se zpožděním 1-2 měsíců) na svých internetových stránkách ČHMÚ (www.chmi.cz), podrobné údaje z klimatologických a srážkoměrných stanic mají pobočky ČHMÚ. Webové stránky ČHMÚ také nabízejí informaci o bilanci vody na území ČR a údaje o monitoringu sucha (stanice Doksany) - aktuální výpar z vodní hladiny a využitelná vodní kapacita na vybraných místech ČR, vypočtená suma efektivních srážek (http://www.chmi.cz/meteo/ok/efekt.html). Na stránkách oddělení agrometeorologie a fenologie ČHMÚ – pobočka Brno je s pomocí modelu AVISO počítána vláhová bilance a evapotranspirace na území republiky (http://www.chmi.cz/meteo/ok/aviso.html). Krátkodobý odhad nastupujících srážek poskytuje on-line radarový obraz oblačnosti ČMHÚ (http://www.chmi.cz/meteo/rad/index.html). Předpovědní model Aladin poskytuje většinou poměrně spolehlivou regionální předpověď srážek a dalších ukazatelů ( http://www.chmi.cz/meteo/ov/aladin/index.php). Méně známý je předpovědní model projektu Medard (Pracovní skupina nelineárního modelování, Ústav informatiky AV ČR, Praha ) http://www.medard-online.cz/index.php, který poskytuje regionální předpověď pro ČR a pro celou Evropu. V dnešní době internetu nelze zapomenout ani na on-line informace z automatických meteorologických stanic. Např. na serveru Výzkumného ústavu rostlinné výroby (www.vurv.cz) lze nalézt nejen aktuální informace o počasí v Praze-Ruzyni, ale i podrobné údaje z minulých let v časovém kroku 15 minut. Podobný přehled poskytuje i ČZU Praha (meteostanice.agrobiologie.cz/). Další zdroje meteorologických údajů v bližším okolí lze nalézt pomocí internetového vyhledávače (např. www.e-pocasi.cz), např. http://www.meteosvatonovice.unas.cz/, zajímavý je nápad poskytovat on-line meteorologické údaje a předpovědi počasí ze sítě amatérských meteorologických stanic http://czech.wunderground.com/global/CZ.html. Při využití údajů z meteorologických stanic musíme počítat s tím, že čím je místo měření dál, tím méně se lze spolehnout, že se množství srážek bude shodovat s tím, co skutečně spadlo v určité lokalitě (zvláště u přívalových letních dešťů). Pokud nás ale zajímá úhrn srážek za delší období několika měsíců nebo průměrné údaje za více let, tak i vzdálenější místa měření (ve srovnatelné nadmořské výšce) poskytují dostačující informaci. Doplňková literatura Haberle, J. (1998): Modelování vlivu sucha na výnos. Zemědělský týdeník 1 (33), 11. Haberle J., Svoboda P. (1998): Postup při určování hloubky prokořenění plodin v provozních podmínkách. Úroda 46 (9), 28-29. Havlíček V. a kol. (1986): Agrometeorologie. SZN Praha, 264 s. Hůla J., Procházková B. a kol. (2008): Minimalizace zpracování půdy. Profi Press, Praha. ISBN 97880-86726-28-1. 248 s. Klabzuba J., Kožnarová V., Voborníková J.(1999): Hodnocení počasí v zemědělství.ČZU Praha,126 s. Krešl J. (2001): Hydrologie. MZLU v Brně, 126 s. Květoň V., Valter J. (2008): Index meteorologicky možného sucha – nová metoda vyhodnocování výskytu sucha. Meteorologické zprávy 61 (v tisku). Květoň V., Valter J., Kott, I. (2000): Metodika hodnocení sucha 2000. Závěrečná zpráva ČHMÚ pro MZe. ČHMÚ Praha. Možný M., Nekovář J. (2007): Dlouhodobé kolísání počátku vegetační sezóny v Polabí v letech 18762005. Meteorologické Zprávy 60 (1), 23-26.
26
Růžek P., Svoboda P., Vavera, R. (2006): Produkční a pozdní hnojení ozimé pšenice dusíkem (Tematická příloha - hnojení běhěm vegetace). Úroda 54 (4), 1-4. Růžek, P., Vavera, R., Kusá, H (2007): Zakládání porostů ozimé pšenice a reakce odrůd na různé technologie zpracování půdy. Agromanuál 9/10: 63-65. Tolasz R. a kol. (2007): Atlas podnebí Česka. ČHMÚ Praha, UP Olomouc, 256 s. Trnka M, Hlavinka P., Semeradová D., Dubrovský M., Žalud Z., Možný M. (2007): Agricultural drought and spring barley yields in the Czech Republic. Plant Soil Environ., 53 (7), 306–316. Valla M., Kozák J., Němeček J., Matula S., Borůvka L., Drábek O. (2000): Pedolologické praktikum. ČZU Praha, 154 s. Vavera R., Růžek P., Kroutil R (2004).: Výnos a kvalita zrna různých odrůd ozimé pšenice v podmínkách stresu suchem, In: Sborník příspěvků „Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin“, ČZU Praha, 26-33. ČSN 75 0434: Potřeba vody pro doplňkovou závlahu. Praha, Český normalizační institut, 1993, 32 s.
7 Mapové přílohy
Mapa č. 1 Oblasti ČR s vysokou průměrnou teplotou v květnu, červnu a červenci Oblasti s vyšším rizikem přísušků v letech 2000-2007 V prostředí GIS byla vytvořena mapa republiky s vyznačenými oblastmi vyššího rizika sucha v letech 2000-2007. Nejvyšší míra rizika sucha je označena hodnotou 10, nejnižší 1. Pro výpočet tohoto indikátoru byly použity digitální klimatické mapy. Indikátor je založen na úhrnech srážek v lednu až červnu upravených podle průměrných teplot v těchto měsících v jednotlivých letech, a s vyšší váhou srážek i teplot v květnu a červnu. Riziko se dále zvyšuje na lehkých a mělkých půdách, půdách utužených a s vysokým podílem povrchového odtoku na svažitých pozemcích. Ukazatele klimatického sucha, tj. výpočty založené na srážkách a
27
potenciálním výparu, je nutné vždy interpretovat jako indikátory průběhu počasí nikoliv jako jednoznačný ukazatel dostatku či nedostatku vody pro danou plodinu.
Mapa č. 2 Mapa oblastí s vyšším rizikem přísušků v letech 2000-2007 Poznámka: Mapy byly vytvořeny v prostředí ARCMap 9.2. s využitím digitálních administrativních, klimatických a pedologických dat a map poskytnutých ČHMÚ Praha, ČZU Praha a ARC Data.
28
Autoři:
Ing. Jan Haberle, CSc., Ing. Marie Trčková, Ing. Pavel Růžek, CSc.
Název:
Příčiny nepříznivého působení vlivu sucha a dalších abiotických faktorů na příjem a využití živin obilninami a možnosti jeho omezení
Vydal:
Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i. Drnovská 507, 161 06 Praha 6 – Ruzyně ve Výzkumném ústavu zemědělské techniky, v.v.i.
Sazba a tisk:
Výzkumný ústav zemědělské techniky, v.v.i. Drnovská 507, 161 06 Praha 6 - Ruzyně
Náklad:
120 ks
Vyšlo v roce 2008 Vydáno bez jazykové úpravy
Kontakt na autora:
[email protected] Autor titulní fotografie: Ing. Pavel Svoboda Polní pokus v Praze-Ruzyni s indukcí vodního stresu u ozimé pšenice pomocí mobilního krytu
© Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i., 2008 ISBN: 978-80-87011-45-4
Vydal Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i. ve Výzkumném ústavu zemědělské techniky, v.v.i. 2008
