VLIV PŮDNÍ ACIDITY NA VYUŽITÍ DUSÍKU JARNÍM JEČMENEM

THE EFFECT OF SOIL ACIDITY ON THE USE OF NITROGEN BY SPRING BARLEY

Hejnák, V.

Czech University of Agriculture Prague, Department of Botany and Plant Physiolgy, CZ 165 21 Prague - Suchdol, Czech Republic

Souhrn

V letech 1997 a 1998 byl v mikroparcelkových pokusech v cylindrických nádobách bez dna o ploše 1/35 m2 a zapuštěných do půdního profilu sledován vliv pH půdy a dusíkatého hnojení ( dávky 0, 85, 170 a 255 mg N na nádobu, tj 0, 30, 60 a 90 kg N.ha-1) na produktivitu jarního ječmene odrůdy Jubilant. S pomocí stabilního izotopu dusíku 15N byl zjišťován vliv půdního pH na využití dusíku hnojiva a půdního dusíku pro tvorbu výnosu.

Produktivita jarního ječmene byla staticky významně vyšší na neutrální zemině než na zemině kyselé. Při stupňovaných dávkách dusíkatého hnojení se rozdíly ještě zvětšovaly, neboť na zemině s příznivou reakcí zvyšovaly efektivně výnos všechny dávky N hnojení (30, 60 a 90 kg N.ha-1), zatímco na kyselé zemině byla efektivní pouze dávka 30 kg N.ha-1. Podíl půdního dusíku na celkovém odběru sklizní se pohyboval od 95 do 82% a byl prakticky stejný na obou sledovaných zeminách. S růstem dávek dusíkatých hnojiv se podíl půdního dusíku snižoval. Hnojení dusíkem aktivizuje mineralizační procesy v půdě a vede ke zvýšenému odběru půdního dusíku rostlinami. Tento tzv. “priming effect” dosáhl na zemině s příznivou reakcí 153 - 186 mg N na nádobu. Na kyselé zemině se tento efekt neprojevil nebo jen velice slabě (do 49 mg N na nádobu). Odběr dusíku hnojiva s 15N jarním ječmenem byl na neutrální zemině vyšší (od 39 do 107 mg N při stupňovaných dávkách dusíku v roce aplikace a od 3,05 mg do 8,15 mg v roce následném) než na zemině kyselé (od 26 do 83 mg N v roce aplikace a od 1,76 do 3,37 mg N v roce následném).

jarní ječmen; kyselá zemina; neutrální zemina; 15N; půdní dusík

Summary

In the years 1997 and 1998 was studied the effect of soil pH level (pH > 6,5 and pH < 4,5 and nitrogen fertilization (rates of 0, 85, 170 and 255 mg N per pot, i.e. 0, 30, 60 and 90 kg.N.ha-1) on the use of fertilizer and soil nitrogen by spring barley in the application year and in the following year. Spring barley, Jubilant variety, was grown in small - plot fields trials in pots (area 1/35 m2) without bottom recessed in soil profile at the experimental station. It was by 15 plants per pot. Ammonium sulphate was used as the N fertilizer, enriched 25% by stable isotope 15N in 1997 year and no enriched in 1998 year.

Soil pH level and gradated rates of nitrogen fertilization have a significantly influence upon the productivity of spring barley (Tab. I and II). Depresive function of low pH level didn´t eliminate supply of nitrogen fertilizer. The total nitrogen uptake by spring barley (Tab.III) was higher in neutral soil. The results of our experiment showed, that the role of the nitrogen from “the old soil´s supply” (Tab. IV) in production of spring barley yield is a very high. The share of this nitrogen in the total uptake by the harvest of spring barley ranges from 95 to 82% and is practically identical in studied soils. With growing rates of nitrogen fertilization the share of soil nitrogen decreases. Nitrogen fertilization leads to increased uptake of soil nitrogen by plants. This so - called “priming effect” is higher in soils with better fertility and it reached 153 - 186 mg N per pot in neutral soil and to 49 mg N per pot only in acid soil. The use of nitrogen from fertilizer by spring barley is higher in soil with neutral pH level compared with the soil of low pH level (tab. IV).

spring barley; acid soil; neutral soil; 15N; soil nitrogen

ÚVOD

Využití dusíku v systému půda - rostlina při respektování zásad ochrany životního prostředí a ekonomické efektivnosti dusíkatého hnojení je stále důležitou otázkou v agrochemickém a fyziologickém výzkumu. Metabolické a růstové procesy a výsledná produkční schopnost zemědělských plodin jsou v různých oblastech jejich pěstování limitovány různými stresy. V běžných pěstebních podmínkách se proto geneticky zakódovaný výnosový potenciál realizuje většinou jen z 30 až 70 % (Z i m a, 1995). Pro každou lokalitu je specifická jiná kombinace abiotických stresů, které ovlivňují příjem a utilizaci živin: nízká nebo vysoká teplota, sucho, zavodnění, anaerobióza, vysoké nebo nízké pH půdy, atd.

Půdní reakce je důležitým faktorem, který spolurozhoduje o úrodnosti půdy. Celková plocha zemědělské půdy s kyselou reakcí zaujímá asi 10 milionů km2 zemského povrchu. V České republice činí v současné době podíl orné půdy a nepříznivou reakcí asi 25%. Situace může být ještě horší, pokud bude pokračovat současný trend, kdy vápnění je na úrovni 20% potřeby. Tím dochází k postupnému snižování nasycenosti sorpčního komplexu vápníkem a dále lze očekávat i pokles pH půd a následně půdní úrodnosti (V a n ě k et al., 1995). Hodnota pH má vliv na strukturu půdy, na průběh zvětrávání a humifikace, významně ovlivňuje sorpční vlastnosti půdy, výměnu iontů, mobilizaci živin a jejich přijatelnost pro rostlinu.

Inhibiční účinek půdní kyselosti na růst rostliny je dán především vysokou koncentrací volných iontů hliníku, manganu a těžkých kovů a naopak malým množstvím bazických kationtů (Ca2+ a Mg2+) v sorpčním komplexu, ztíženou dostupností fosfátových iontů a vysokým zastoupením amonných iontů v celkové zásobě anorganických sloučenin dusíku v půdě (G l o s e r et al., 1996).

Většina kulturních plodin nejlépe přijímá a využívá živiny v rozmezí hodnot pH KCl od 6 do 7. Nízké půdní pH snižuje příjem živin a narušuje jejich vyváženost. Tím dochází k hladovění rostlin, které se projevuje omezením tvorby organických látek a zpomalením růstu. Za hlavní faktor limitující růst rostlin na kyselých půdách je obecně považováno toxické působení hliníku. Hlavním symptomem jeho škodlivého působení je zřejmě inhibice dlouživého růstu kořene rostlin. Jak uvádějí Č e r n o h o r s k á et al. (1996), stres nízkého pH sám o sobě snižuje délkový růst kořenů, v součinnosti s Al se však stupňuje i charakter této dynamiky. Za primární místo účinku Al se považuje kořenový apex, tedy malý úsek kořene špičky. Předpokládá se, že primární efekty Al-toxicity na kyselých půdách jsou spojeny s redukcí akumulace vápníku - obecně s porušením symplazmické homeostáze vápenatých iontů (R e n g e l, E l l i o t, 1992). Jiná hypotéza o mechanizmu škodlivého účinku hliníku uvažuje o navázání iontů Al3+ již v buněčné stěně a jejich toxickém působení na přenašeče iontů nebo na procesy spojené s příjmem a přenosem signálů na plazmalemě (K i n r a i d e et al., 1994).

Nutriční stres je ale dán také celou řadou dalších fyzikálně chemických vlastností kyselého prostředí, např. vysokou koncentrací vodíkových a zejména amonných iontů. Jak uvádějí G l o s e r et al. (1995), v laboratorních pokusech u dvou acidofilních druhů trav vzrůst acidity substrátu snižoval pravidelně rychlost příjmu všech sledovaných kationtů i nitrátů, inhibice byla dále prohloubena přítomností amonných iontů v substrátu. V jiném svém článku G l o s e r et al. (1996) uvádějí, že pokud byly v živném roztoku současně přítomny i nitrátové ionty, inhibiční účinek NH4+ byl mnohem menší.

Dlouholeté používání síranu amonného významně ochuzuje půdu o hořčík a vápník v porovnání s dusičnanem vápenatým. Proto zvláště na kyselých písčitých a hlinitopísčitých půdách vzrůstá s potřebou optimalizace minerálního hnojení význam aplikace racionálních dávek dusíkatého hnojiva a také jeho vhodných forem.

Dosud existuje poměrně málo experimentálních prací zaměřených na hodnocení účinnosti dusíkatých hnojiv na půdách s kyselou reakcí. V jedné z nemnoha Z e n i š č e v a a Š p u n a r o v á (1991) zjistily, že v nádobových pokusech s jarním ječmenem byla efektivnost dusíku na tvorbu výnosu zrna na kyselé půdě téměř osmkrát nižší než na půdě neutrální.

Pro lepší a efektivnější aplikaci dusíkatých hnojiv je nutné rozšířit znalosti o vlivu půdní acidity na využití dusíku hnojiva a půdního dusíku rostlinami. Cílem příspěvku je odpovědět na následující otázky: jaký je vliv půdní kyselosti na produktivitu jarního ječmene; jak ovlivňuje pH půdy odběr dusíku hnojiva a půdního dusíku sklizní; jaký vliv má úroveň pH na využití dusíku hnojiva v roce aplikace a v roce následném.

MATERIÁL A METODA

Na pokusném stanovišti v Sojovicích u Lysé nad Labem byl v letech 1997 a 1998 založen mikroparcelkový pokus. Mikroparcelky měly plochu 1/35 m2 a byly tvořeny cylindrickými nádobami bez dna o průměru 19 cm a zapuštěnými 30 cm do půdního profilu. Pokusnou plodinou byl jarní ječmen Jubilant pěstovaný po 15 rostlinách v každé nádobě.

Zeminy použité v pokusech byly odebrány ze dvou stanovišť z oblasti nivních půd. Zemina 1 měla podle mapy geologicko - půdních poměrů zájmového území charakter středně těžké nivní půdy na nivních uloženinách a příznivé vláhové poměry. Měla dobrý, příp. vyhovující obsah přijatelných živin, střední obsah humusu a neutrální reakci (pH > 6,5). Zemina 2 byla středně těžká nivní půda na píscích, více závislá na srážkách. Měla dobrou nebo vyhovující zásobu přijatelných živin, střední obsah humusu a kyselou reakci (pH < 4,5).

Pro oblast, kde se nachází pokusná stanice, je charakteristické mírně suché klima s průměrnou roční teplotou 8,6 oC, za vegetace (duben - září) 14,8 oC, s průměrným ročním úhrnem srážek 542 mm, z toho za vegetace 353 mm.

Schéma pokusu zahrnovalo čtyři varianty na každé zemině s pěti opakováními. Na kontrolní variantě bylo hnojeno pouze fosforem (255 mg na nádobu) a draslíkem (320 mg na nádobu) ve formě dihydrogenfosforečnanu draselného, u dalších tří bylo kromě toho použito stupňovaných dávek dusíku (85, 170 a 255 mg na nádobu, resp. 30, 60 a 90 kg.ha-1). Jako dusíkaté hnojivo byl v prvním roce pokusu použit síran amonný s 25% at. obohacením stabilním izotopem 15N a v druhém roce bylo hnojeno obyčejným síranem amonným. Všechna hnojiva byla aplikována ve formě roztoku promísením s celým objemem zeminy před naplněním nádoby.

Po sklizni byl v Zemědělské oblastní laboratoři Mstětice zjištěn metodou podle Kjeldahla obsah celkového dusíku v rostlinách a jeho izotopové složení bylo změřeno na emisním spektrometru NOI-6 v Saském institutu pro zemědělství u Dr.Lippolda. Pokus byl statisticky vyhodnocen počítačovým programem Statgraphics vícenásobnou analýzou rozptylu při a = 0,05.

VÝSLEDKY A DISKUSE

Z výsledků v tab. I a II vyplývá, že produktivita jarního ječmene byla signifikantně ovlivněna hodnotou pH zeminy. Na zemině neutrální byl na kontrolní variantě v průměru za dva roky výnos zrna 21,1 g na nádobu proti pouhým 15,8 g na zemině s nízkým pH. Depresivní účinek nízkého pH nebyl eliminován dodáním dusíkatého hnojiva. Při jeho aplikaci se rozdíly ve výnosech na těchto zeminách ještě zvětšují, neboť na zemině neutrální jsou efektivní všechny dávky a výnos stoupá postupně od 21.1 g na kontrole přes 26,3 g a 32,6 g při dávkách 85 a 170 mg dusíku k 36,8 g při dávce dusíku 255 mg. Naproti tomu na kyselé zemině byla efektivní pouze dávka 85 mg N na nádobu (30 kg N.ha-1) která zvýšila v dvouletém průměru výnos na 19,7 g na nádobu. Při dávce 60 kg.ha-1 jsme zaznamenali pouze statisticky neprůkaznou tendenci ke zvýšení výnosu a dávka 90 kg N.ha-1 výnos zrna oproti variantám s nižším dusíkatým hnojením dokonce snižovala. Variabilita výnosu nebyla statisticky významně ovlivněna ročníkem. Podobných výsledků jako u zrna bylo dosaženo také u výnosu slámy.

Tab. I: Vliv půdního pH a dusíkatého hnojení na výnos zrna jarního ječmene (v g na nádobu)

Tab.II: Vliv půdního pH a dusíkatého hnojení na výnos slámy jarního ječmene (v g na nádobu)

V tabulce III je ukázán celkový odběr dusíku sklizní jarního ječmene. Vliv půdní reakce na tento ukazatel byl opět statisticky průkazný, vliv dusíkatého hnojení byl významný na zemině s neutrální reakcí, na zemině kyselé pak méně. Je zajímavé, že se velmi silně projevil vliv ročníku na celkovém odběru N sklizní, přičemž větší rozdíly mezi ročníky jsme zaznamenali při pěstování ječmene na zemině s příznivou reakcí. Vzhledem k tomu, že rozdíly ročníků ve výnosech zrna a slámy na jednotlivých variantách nejsou výrazné, jsou meziročníkové rozdíly v odběru N dány především rozdíly v obsahu N na jednotku sušiny, jak ostatně potvrzují výsledky zde nepublikovaných analýz.

Odběr dusíku hnojiva a půdního dusíku sklizní jarního ječmene je znázorněn v tab. IV. Odběr dusíku z hnojiva s 15N jarním ječmenem závisel na půdních vlastnostech a hnojivé dávce. Při aplikaci síranu amonného v množství obsahujícím postupné dávky 85, 170 a 255 mg N dosáhl odběr v roce aplikace (r. 1997) na neutrální zemině 39 - 70 - 107 mg N. To odpovídá hodnotám, které jsem zjistil v dřívějších pokusech na podobném typu půd (např. H e j n á k et al., 1996). Naopak výrazně nižší byl odběr na kyselé zemině (26 - 59 - 83 mg N na nádobu). V roce následném po aplikaci 15N jsme našli ve sklizni jarního ječmene již jen poměrně malá množství tohoto dusíku, v průměru 15x méně než v prvním roce na neutrální zemině a 20 až 25x méně než v prvém roce na kyselé zemině. Při stupňovaných dávkách dusíku se jednalo o 3,05 až 8,15 mg N na zemině s neutrální reakcí a od 1,76 do 3,37 mg N na zemině s nízkým pH.

Tab. III: Odběr dusíku sklizní jarního ječmene (mg.nádoba-1)

Tab. IV: Odběr dusíku hnojiva a půdního dusíku jarním ječmenem v době sklizně (mg.nádoba-1)

Experiment opět ukázal na hlavní roli půdní úrodnosti a nezastupitelnou funkci půdního dusíku při formování výnosu zemědělských plodin. Jak vyplývá z řady vědeckých prací, zejména na půdách s vysokou úrodností využívají rostliny 70 - 90 % dusíku z půdy a jen zbytek z hnojiv. Na půdách méně úrodných podíl půdního dusíku na celkovém odběru sklizní dosahuje 50 až 70% (např. J e f i m o v, O s i p o v, 1991, K h a l i l et al., 1997). Z výsledků v tab. IV vyplývá, že v tomto mikroparcelkovém pokusu se podíl půdního dusíku na celkovém odběru sklizní pohyboval od 94 do 86 % na neutrální od 95 do 82 % na kyselé zemině a byl na obou sledovaných zeminách prakticky stejný. S růstem dávek dusíkatého hnojiva se podíl půdního dusíku snižoval. Tyto hodnoty korespondují s mými již dříve získanými údaji (např. H e j n á k et al., 1996).

Význam dusíkatého hnojení spočívá v tom, že by mělo jak uvádí R ů ž e k (1997) vyrovnávat disproporce mezi zásobou přijatelného dusíku v půdě a požadavky pěstované plodiny na výživu dusíkem v určitém období. Kromě toho hnojení dusíkem má přímý vliv na koloběh dusíku v půdě, aktivizuje procesy mineralizace půdní organické hmoty, což vede zvláště na půdách s vyšší úrodností ke zvýšenému odběru půdního dusíku rostlinami. Přes tento tzv. “priming effect” může N hnojení významně ovlivnit výživný stav rostliny i celkový výnos zemědělsky využitelné produkce, jak ukazují zjištěné výnosy zrna a slámy (tab. I a II). Zvýšený odběr dusíku půdy (tab. IV) jsem zaznamenal na zemině s příznivou reakcí, kde dosáhl hodnot 153 - 186 mg N na nádobu. Na kyselé zemině se “priming effect” neprojevil nebo jen velice slabě (do 49 mg N). Příčinou je především snížená mineralizační schopnost této zeminy.

LITERATURA

1. ČERNOHORSKÁ, J. - KADLECOVÁ, Z. - DVOŘÁK, M.: Vliv zastoupení vápníku a hořčíku v živném roztoku na toxicitu hliníku u ozimé pšenice. Rostl. Výr., 42(6), 1996: 285 - 288.

2. GLOSER,V - GLOSER, J.: Rychlost příjmu kationtů u dvou acidofilních druhů trav. In: Zborník abstraktov konf. VII. Dni fyziológie rastlín. SBS, Nitra, 1995: 140.

3. GLOSER, J. - JEŽÍKOVÁ, M. - GLOSER, V.: Stresové účinky acidifikovaného prostředí. In: Zborník z medzinárodnej konferencie “Rastlina v podmienkach stresu”.SPU, Nitra, 1996: 57-59.

4. HEJNÁK, V. - JEFIMOV, V.N. - OSIPOV, A.I.: Využití dusíku hnojiva a půdního dusíku jarním ječmenem. Rostl. Výr., 42 (2), 1996: 67 -72.

5. JEFIMOV, V.N. - OSIPOV, A.I.: Gumus i azot v zemledeliji nečernozemnoj zony. Počvoveděnije, 1, 1991 : 57 - 77.

6. KHALIL, M.I. - RAHMAN, S.M. - HAQUE, M.E.: Isotope - aided studies on the fate of fertilizer N under irrigated wheat in a sandy loam soil. In: GERZABEK, M.H. (ed.): Soil - Plant - Relationship. Österreichisches Forschungszentrum, Seibersdorf, 1997: 100 - 106.

7. KINRAIDE, T.B. - RYAN, P.R. - KOCHIAN, L.V.: Al3+ - Ca2+ interactions in aluminium rhizotoxicity. II. Evaluating the Ca2+ displacement hypothesis. Planta, 192, 1994: 104 - 109.

8. RENGEL,Z. - ELLIOT, D.C.: Aluminium inhibits net 45Ca2+ uptake by Amaranthus protoplasts. Biochem. Physiol. Pfl., 188, 1992: 177 - 186.

9. RŮŽEK, P: Použití dusíkatých hnojiv u obilnin. In: Racionální použití průmyslových hnojiv. ČZU, Praha, 1997: 51 - 54.

10. VANĚK, V. - BALÍK, J. - PAVLÍKOVÁ, D. - TLUSTOŠ, P. - VÍT,V.: Hnojení, půdní úrodnost s ohledem na životní prostředí a ekonomické aspekty použití průmyslových hnojiv. In: Racionální použití průmyslových hnojiv. ČZU, Praha, 1995: 14 - 25.

11. ZENIŠČEVA, L. - ŠPUNAROVÁ, M.: Účinnost minerálních živin u různých genotypů jarního ječmene na půdách s neutrální a kyselou reakcí. Rostl. Výr., 37(5), 1991: 421 - 426.

12. ZIMA, M. : Fyziologické aspekty produkcie rastlín a porastov. In: Zborník abstraktov konf. VII. Dni fyziológie rastlín, Slovenská pol'nohospodárska univerzita, Nitra, 1995: 133.

Kontaktní adresa:

Ing. Václav Hejnák, Ph. D, Česká zemědělská univerzita v Praze, katedra botaniky a fyziologie rostlin, 165 21 Praha 6 - Suchdol, Česká republika, tel.: 02/2438 2511

Práce byla financována grantem ČZU č. 2060 / 10 /18679 / 0 a výzk. záměrem MSM 412100002.