Management dusíku: Chyby vás mohou stát

Dusík jako živina hraje primární roli v růstu, vývoji a plodování rostlin, přičemž nabývá různých chemických forem. Dusík je na jednu stranu přínosem, ale na druhou stranu je hrozbou, protože četné změny, ke kterým v prostředí dochází při aplikaci dusíkatých a organických hnojiv, jsou nebezpečné. Rostliny potřebují k vývoji přesně definované množství dusíku a jeho nadbytek nebo nedostatek má nepříznivé důsledky.

Měnící se klima, šíření chorob a škůdců, opakující se sucha, vysoké zemědělské náklady a nejisté trhy ukazují, že malá chyba v hospodaření s dusíkem může být drahá pro zemědělce i životní prostředí. Činnosti v zemědělském sektoru by proto měly být zaměřeny na modelování kvalitní produkce při zachování optimálních nákladů a šetrnosti k životnímu prostředí.

Odkud dusík pochází a jaký je jeho přínos?

Naše atmosféra je ze 78 % tvořena dusíkem, který na rozdíl od kyslíku nehoří. Byl objeven na konci 100. století a na začátku XNUMX. století věda prokázala potřebu dusíku jako nutričního prvku pro rostliny, bez kterého nemohou existovat a vynakládají mnoho energie na jeho vstřebávání. Během následujících XNUMX let se vědci pokusili „extrahovat“ dusík ze vzduchu a vytvořit dusíkaté hnojivo. Na začátku dvacátého století se to podařilo německým chemikům Haberovi a Boschovi. Byla vyvinuta reakce na syntézu amoniaku ze vzduchu v průmyslovém měřítku, nazývaná „pečení chleba ze vzduchu“.

Nejdůležitější funkce dusíku v procesech tvorby struktury v rostlinách jsou jako hlavní stavební složka, regulace absorpce dalších makro- a mikroprvků a výskyt biochemických reakcí v rostlině. Dusík se jako složka genetické informace podílí na reprodukční funkci a jako nosič molekulární energie zajišťuje energetickou funkci. V důsledku toho má dusík obrovský vliv na produktivitu a kvalitu plodin.

Aby byl dusík účinný pro plodiny, potřebuje stálou přítomnost dalších makro- a mikroprvků (draslík, fosfor, vápník, hořčík, síra, železo, bór, měď, mangan, zinek, molybden, kobalt, křemík atd.), které jsou nezbytné pro správnou funkci fungující rostliny. Nedostatek každého z nich také způsobuje poruchy ve vývoji rostlin (tabulka 1).

Tabulka 1. Požadavky hlavních plodin na makroživiny. Zdroj: agrii.pl

Formy dusíku v půdě podléhají přeměně

Naše minerální půdy v průměru obsahují 0,06-0,3 % celkového dusíku, zatímco organické půdy mohou obsahovat až 3,5 % dusíku. Z celkového množství dusíku pouze 1-5 % pochází z minerálních sloučenin, které jsou spotřebovávány rostlinami ve formě amonného iontu NH₄+ a dusičnanového iontu NO₃-. Zbývající množství dusíku v půdě (95 %) tvoří organické sloučeniny Norg, které vyžadují čas a podmínky, aby se rozložily a přeměnily na minerální formu dostupnou rostlinám.

Mezi organický dusík, který se v půdě snadno rozkládá, patří kořenové a nadzemní zbytky po sklizni, druhy organických hnojiv, sláma a zelené hnojení.

Procesy přeměny dusíku

Formy dusíku ve výživě rostlin

Výživový stav rostlin je určen formami dusíku, které rostlina absorbuje: NH₄+ a dusičnanovým iontem NO₃-. V přírodě také existuje několik desítek druhů mikroorganismů, které jsou schopny vázat vzdušný dusík N2. Mnoho rostlin z čeledi bobovitých dokáže díky symbióze s nodulovými bakteriemi fixovat vzdušný dusík.

Půdní absorpční komplex má záporný náboj, proto je schopen přitahovat a držet kladně nabité baterie a odpuzovat záporně nabité. Pokud půdní absorpční komplex přitahuje určité formy dusíku, nedochází k jejich vyplavování, což je příznivé pro úrodnost. Některé formy dusíku mohou být odpuzovány půdními částicemi, což způsobuje velké ztráty prvku.

Amonný kationt NH₄+ má kladný elektrický náboj, díky kterému je dobře zadržován půdou. Ale dusičnanová forma NO₃- je aniont se záporným nábojem, proto je slabě zadržován půdou a snadno se vymývá (tabulka 2).

Tabulka 2. Rozdíly ve formách dusíku absorbovaného rostlinami

Co je nejpřínosnější z hlediska výživy rostlin, bezpečnosti životního prostředí a ekonomiky? Jedná se o interakci dusičnanových a amonných forem.

Ztráty dusíku

Jaký je koeficient využití dusíku rostlinami z minerálních hnojiv? Obvykle ne více než 70 %, a to je dobrý výsledek. Výzkumy ukazují, že v některých případech lze použít pouze 20 % dusíku z minerálních hnojiv, což svědčí o plýtvání penězi.

Jaké procesy ovlivňují množství ztrát dusíku? Vyluhování a těkání NO₃-, stejně jako způsobené bakteriemi Alcaligenes, Pseudomonas, Flavobacterium, Bacillus denitrifikace, která z chemického hlediska vypadá takto:

C4HXNUMX + XNUMXNO₃- → 6CO₂ + ↑2N₂ + 6H₂O + energie

Ztráta dusíku v plynech je problémem životního prostředí, protože redukce dusičnanů na N2 je přirozený proces. Bohužel výsledný oxid NO a oxid dusný N₂O jsou skleníkové plyny, které ničí ozón.

Dusičnanová forma dusíku NO₃- je náchylnější k vyplavování. Dusičnanové ionty migrují s dešťovou vodou a pohybují se v půdním profilu s kapilární vodou. To je další zdroj ztrát. Přebytek dusičnanů na písčitých půdách na podzim znamená téměř 100% vyplavování z půdy. V jílovitých půdách je riziko vyplavování sníženo na 50 %.

Vyplavování dusičnanů z půdy je ovlivněno počasím, dlouhým podzimem, mírnou zimou, vydatnými sněhovými srážkami, rychlým táním na začátku jara a vydatnými dešti.

Ztráty dusíku z vyluhování jsou ovlivněny o Strategie aplikace dusíkatých hnojiv:

• velké množství minerálního dusíku v půdě na podzim;
• vysoké dávky minerálního dusíku v předjaří;
• přeměna minerálního dusíku v půdě;
• druh dusíkatého hnojiva;
• dobu aplikace a dávku hnojiva.

Omezuje ztráty dusíku v chladném počasí vegetační kryt a správná zemědělská technika: střídání plodin, struktura půdy, sklon a textura lokality.

Plynné ztráty dusíku ve formě čpavku jsou „peníze do odpadu“. Nejoblíbenějším typem dusíkatého hnojiva na světě je močovina – nejkoncentrovanější dusíkaté hnojivo (až 46 % dusíku). Z hlediska nákladů na dopravu a skladování má močovina výhodu oproti jiným dusíkatým hnojivům. Amidová forma dusíku obsažená v močovině se po rozkladném procesu (hydrolýze) mění na amonnou formu, kterou rostliny snadno přijímají. Rychlost hydrolýzy závisí na aktivitě enzymu ureázy.

ureáza
H₂N – CO – N-H2 + XNUMXHXNUMXO → (NH4)2C03

Hydrolýza močoviny obvykle vede k plynné ztrátě dusíku ve formě amoniaku NH20. K tomu dochází brzy po povrchové aplikaci močoviny bez zapracování do půdy a během delší nepřítomnosti srážek. Proces ztráty amoniaku se urychluje při vysokých teplotách, nedostatečném pH a na lehkých půdách. Podle různých vědců mohou ztráty dusíku z močoviny v různých podmínkách (louky, plodiny) dosáhnout 90–XNUMX %. Proč jsou tak vysoké?

Po povrchové aplikaci močoviny bez zapravení do půdy a při dlouhodobé absenci srážek dochází k plynným ztrátám dusíku ve formě čpavku!

Čím déle leží močovina na půdě nebo v půdě v nerozpuštěné formě, tím větší je ztráta dusíku ve formě čpavku a další. Amoniak poškozuje rostliny, snižuje klíčivost a po uvolnění do atmosféry se do prostředí vrací s deštěm, čímž přispívá k okyselování půdy a eutrofizaci vodních ploch.

Močovina má však mnoho výhod. Především nízká cena, nízké nebezpečí výbuchu při výrobě, přepravě a skladování. Díky vysokému obsahu dusíku je vhodný pro aplikaci na pole.

Globální výzva moderního zemědělství

Jak snížit ztráty dusíku z močoviny a maximálně využít dusík z minerálních hnojiv? Problém zvýšení efektivity využití živin trápí vědce už dlouho. K řešení tohoto problému byly v posledních letech vyvinuty a do výroby nabízeny různé technologie, určené k řešení ekonomických (zvýšení ziskovosti produkce), sociálních (vyšší kvalita plodin) a environmentálních (dusíková bilance) aspektů.

Nejdůležitějším úkolem je v současnosti zvýšit účinnost všech druhů hnojiv, včetně dusíku, ze kterého se ztrácí významná část živin. Věda prokázala, že v prvním roce po aplikaci minerálních hnojiv rostliny používají: dusík – až 70%, draslík – 50-60%, fosfor – 10-25%.

Jak „přechytračit“ dusík

Věda již mnoho let pracuje na způsobech, jak snížit ztráty dusíku, řešit ekologické a ekonomické problémy. Agrochemický průmysl vyvíjí speciální typy hnojiv, které omezují ztráty dusíku z minerálních hnojiv. Do této skupiny patří stabilizovaná hnojiva obsahující inhibitory nitrifikace nebo inhibitory ureázy. Inhibitory jsou látky, které zpomalují procesy přeměny dusíku.

Inhibitory nitrifikace zpomalují oxidaci amonného iontu (NH4+) na nitrátový ion (NO3-) řadou půdních bakterií (včetně Nitrosomonas и nitrobacta). Tím, že oddalují přeměnu amonia na dusičnany, snižují množství dusičnanů v půdě, proces jejich vyplavování a denitrifikace. Toto zpomalení v praxi trvá od 4 do 10 týdnů a je vysoce závislé na teplotě půdy. Účelem použití inhibitorů nitrifikace je zvýšit efektivitu využití dusíku plodinami.

Mnoho přírodních a umělých sloučenin má vlastnosti, které zpomalují proces nitrifikace. Většina těchto sloučenin je však toxická pro půdní mikroorganismy, zvířata a lidi.

Proto jsou kladeny vysoké nároky na inhibitory nitrifikace, které musí mít schopnost:

• zpomalit nebo blokovat oxidaci amonného kationtu (NH4+) bez přeměny dusitanových aniontů (NO₂-), což znemožňuje další oxidaci na dusičnanový anion (NO3-);
• zablokovat proces nitrifikace na několik týdnů po aplikaci;
• být v používaných dávkách bezpečný pro faunu, flóru a lidi;
• být ziskový.

Na trhu je registrováno mnoho inhibitorů nitrifikace. V praxi se však používají mnohem méně.

Jak maximalizovat účinnost dusíku prostřednictvím vyvážené výživy rostlin

Výhody použití inhibitorů nitrifikace snížit emise skleníkových plynů (NO a N₂O), snížit vyplavování dusíku do povrchových a podzemních vod a zlepšit absorpci fosforu a mikroprvků z půdy rostlinami.

Nevýhody inhibitorů nitrifikace Lze to přičíst tomu, že polní testy ve většině případů neprokazují významný vliv těchto látek na úrodu. Inhibitory nitrifikace mají negativní vliv na půdní mikroorganismy a látky dostupné na trhu nepůsobí dostatečně dlouho (nejsou stabilní). Zpomalení nitrifikace navíc snižuje vyplavování dusíku do podzemních vod, ale neeliminuje jej úplně.

Co mohu říci o inhibitorech ureázy, které zpomalují hydrolýzu močoviny enzymem ureázou. Močovina obsahuje dusík ve formě amidu, který rostliny nemohou přímo absorbovat. Po přechodu amidové formy na amonnou (hydrolýza močoviny) jsou rostliny schopny absorbovat dusík z močoviny.

Ureáza je enzym, který je vylučován četnými mikroby a rostlinami do půdy a vody všude a není vyplavován z půdy. Lidské tělo obsahuje také enzym ureázu. Ureáza je velmi aktivní v teplotním rozmezí -20 až +70 °C, se zvyšující se teplotou aktivitu zvyšuje, takže k úplnému rozkladu močoviny dochází za 10 dní při 5 °C a za 2 dny při 30 °C.

Hydrolýza močoviny způsobuje velké ztráty plynného dusíku ve formě těkání amoniaku, ke kterému dochází při povrchové aplikaci hnojiva. Těkavý čpavek může poškodit sazenice nebo sazenice, snížit klíčivost a vitalitu rostlin, což vede k ekonomickým ztrátám. V závislosti na teplotě vzduchu, vlhkosti půdy a oslunění mohou být ztráty dusíku až 80 % (zejména při zkrmování kukuřicí). Inhibitor ureázy může tyto ztráty eliminovat nebo významně snížit.

Amonná forma dusíku vzniklá z amidové formy močoviny se v půdě pohybuje velmi málo, proto se dusík nachází v horní části půdního profilu, což je pro většinu plodin nepříznivé. Proces nitrifikace je v tomto případě také intenzivnější. Důvodem je rychlejší nárůst teploty v malých hloubkách půdy a větší dostupnost kyslíku. Nitrifikace, což znamená velké množství dusičnanového dusíku v půdě, je ztrátou peněz a ekologickým rizikem.

Vliv výživy dusíkem na fytosanitární stav porostů ozimé pšenice v severozápadní oblasti Ruské federace

Inhibitor ureázy zastavuje hydrolýzu močoviny. Délka blokování účinku ureázy závisí na dávce použitého inhibitoru. Amidová forma močoviny je díky svému neutrálnímu elektrickému náboji v půdě na rozdíl od amonné formy mobilní.

Následně hydrolýza močoviny na povrchu půdy při hnojení nebo mělké kultivaci půdy (mělké zpracování půdy) vyvolává situaci, kdy se v horní vrstvě půdy tvoří velké množství amoniaku, což způsobuje, že kořenový systém je líný hledat výživu (neschopný proniknout do hlubších vrstev). Inhibitor ureázy, který zpomaluje hydrolýzu močoviny, způsobuje přesun amidové formy dusíku do kořenové zóny, kde dochází k přechodu na amonnou formu.

Moderní inhibitory ureázy blokují hydrolýzu močoviny na povrchu půdy, takže ztráty čpavku jsou sníženy na nulu. Oslabení procesu nitrifikace také způsobuje snížení ztrát dusíku v důsledku procesů denitrifikace a loužení.

Článek využívá informace z brožury „Azot: wszystko, co powinieneś wiedzieć. AGRII praktycznie“, cz. 1.

Na základě materiálů publikovaných v časopise „Naše zemědělství“ (2021, č. 15).

Přebytečné soli

Okurky a další melounové plodiny jsou citlivé na přehnojení, obvykle dusíkem, který zvyšuje salinitu půdy a je velmi jedovatý.

Rostliny rostoucí na slaných půdních typech nebo substrátech s vysokým indexem elektrické vodivosti (EC) jsou zakrslé, slabé, s kožovitými listy, které mají tendenci se kroutit. Na koncích listů je obvykle úzký žlutý nekrotický pruh. Tyto pruhy ovlivňují růst listu a mírně zakřivují list směrem dolů. Při silném vodním stresu se na nejstarších listech objevují skvrnité světle zelené chlorózy a malé nekrotické skvrny. Při pravidelném zalévání se na listech podél okrajů objeví světle zelený pruh. V horkém počasí rostliny slábnou.

Půdu nebo substrát proplachujte čistou vodou, dokud se přebytečné hnojivo neodstraní. Upravte program výživy tak, aby tam nebylo přebytečné hnojivo.

Nadbytek dusíku

Mezi příznaky příliš velkého množství dusíku patří svinování a kroucení nejstarších listů, po nichž následují žluté a hnědé oblasti na spodních listech.

Rostliny s nadbytkem dusíku jsou obvykle krátké se silnými a tlustými stonky, krátkými internodii, mnoha úponky, postranními výhony, malým množstvím květů a drobných plodů. Nejstarší a nejvyzrálejší listy se rychle stočí směrem ke dnu a v horkém počasí se stočí. Popáleniny listů se stávají pravidelnými. Mezi žilkami nebo na okrajích listů se objevují průhledné skvrny, které brzy žloutnou a následně hnědnou.

Půdu nebo substrát proplachujte čistou vodou, dokud se přebytečné hnojivo neodstraní. Stanovte si program výživy tak, aby tam nebylo přebytečné hnojivo.

Toxicita chlóru

Při obsahu chloru 3 % v pletivu listů se na listu objeví bledězelený okraj s popálenými plochami.
Okurky jsou středně citlivé na chlór. Chlór je také přítomen v hnojivech, jako je hydrochlorid draselný (chlorid draselný). Neaplikujte toto hnojivo, pokud je problémem slanost.

Toxicita chlóru snižuje vitalitu rostlin a vede ke žloutnutí a popálení okrajů listů a také k předčasnému opadu listů.

Před zahájením pěstování okurek je nutné provést testy na obsah sodíku a chlóru v půdě a vodě.

Půdu nebo substrát opláchněte čistou vodou, dokud se neodstraní soli. Zjistěte zdroj chlóru a učiňte vhodná opatření, aby se problém neopakoval. Pravidelně kontrolujte kvalitu vody a slanost půdy.
Mírně slaná voda může být použita k zavlažování půdních plodin s noční kapkovou závlahou prováděnou nepřetržitě a ve velkém množství. Zalévejte rostliny pravidelně čistou vodou, abyste odstranili nahromaděnou sůl z půdy.

Toxicita fosforu

Tato toxicita se obvykle vyskytuje pouze u plodin pěstovaných hydroponicky.

Roztok by měl být analyzován a upraven tak, aby se snížil obsah fosforu.

Borická toxicita

Příznaky toxicity bóru se objevují nejprve na nejstarších listech. Patří mezi ně žloutnutí mezi žilami (vlevo) s následnou nekrózou. List uprostřed má malé nekrotické skvrny a list vpravo má velké plochy odumřelé tkáně.

Okurky jsou velmi citlivé na vysoký obsah bóru. Ve skutečnosti se složky boru používají jako herbicidy.

Mezi příznaky toxicity patří žloutnutí mezi žilkami starších listů, následované malými hnědými nekrotickými skvrnami, které se spojují do velkých oblastí odumřelé tkáně. Současně se na mladých listech objevuje chloróza a dochází k jejich deformaci v důsledku poškození pupenů. Vyvine se málo samičích květů.

Toxicita boru se napravuje obtížněji než nedostatek boru. Problémy s toxicitou obvykle vznikají při nesprávné aplikaci boru. Pokud se takové problémy vyskytnou, může být půda opláchnuta velkým množstvím vody, aby se odstranil přebytek.

Při používání bórových hnojiv přísně dodržujte pokyny výrobce hnojiva.

Toxicita manganu

Okurky mají nízkou citlivost na přebytek manganu. Aby se projevila toxicita, jsou nutné vysoké koncentrace v rostlinné tkáni. Známky toxicity jsou výskyt velkého množství červenohnědých skvrn mezi žilnatinou na starých listech a řapících. Současně se tkáň kolem skvrn stává chlorotickou a starší listy rychle blednou a senescentují. Toxicita manganu může způsobit nedostatek železa.

Toxicita manganu v půdních plodinách je spojena s kyselými podmínkami a zamokřením. Nápravná opatření zahrnují aplikaci vápna a zlepšení zavlažovacích a drenážních systémů.

Toxicita zinku

Toxicita zinku způsobuje u mladých listů světle zelenou chlorózu. Při silné toxicitě se mezi žilkami na listech objevují světle hnědé malé skvrny. Staré listy se kroutí a vadnou. Barva všech listů je světlejší než obvykle.

Toxicita zinku je způsobena kontaminací vody z pěstování bez půdy. Kontakt korozivních živných roztoků s pozinkovanými trubkami nebo armaturami může způsobit toxicitu u mladých rostlin. Pozinkované rámy skleníků a dráty mohou také způsobit toxicitu.

Pečlivě dodržujte pokyny výrobce pro hnojiva obsahující zinek.