Koloběh fosforu v přírodě

Transkript

1 Fosfor

2 Koloběhy fosforu Zvětrávání Koloběh fosforu v přírodě Anorganický v minerálech Organický v rostlinách Anorganický ve vodě Přístupný P v půdě Organický v půdě Nepřístupný anorganický v půdě Vodní toky Anorganický v oceánu Organický v oceánu Geologické vyzvednutí mořského dna Anorganický v sedimentech Upraveno dle University of Waikato (2013)

3 Koloběh fosforu v zemědělství Složka Vstupy Ztráty Stájová hnojiva Zbytky rostlin Export Spady Minerální hnojiva Organický Fosfor Mikroorganismy Rostlinné zbytky Humus Vyplavování Odběr rostlinami P v půdním roztoku HPO 4-2 H 2 PO 4-1 Primární minerály (apatit) Eroze, smyv Povrch minerálů (jíly, Fe a Al oxidy, uhličitany) Sekundární komponenty

4 Koloběh fosforu v půdě Koloběhy fosforu Pevně vázaný anorganický fosfor Pohyblivý anorganický a organický fosfor Pevně vázaný organický fosfor Minerální hnojiva Rostlinné zbytky Stájová hnojiva Primární P minerály Sekundární P minerály Fosfor v půdním roztoku 0,01 0,2 mg P/L Fosfor mikrobní biomasy Chemicky a fyzikálně vázaný organický fosfor Okludovaný P Výměnně sorbovaný anorganický fosfor Pohyblivý organický fosfor % minerálního P % organickéo P

5 Fosfor v půdě Celkový obsah 0,01-0,15 % ( kg/ha) Hlavní složky Minerální % Organický %

6 Fosfor v půdě Minerální fosfor v půdě Celkový podíl % Primární minerály Sorbovaný (vázaný) chemicky, výměnně, mechanicky, (biologicky - org.) Vazba na minerální podíl půdy Amorfní oxidy>krystalické oxidy>>jílové minerály 99 % Půdní roztok (H 2 PO 4-, HPO 4 2-, PO 4 3- ) 1 %

7 rozpustnost Fluorapatit Chlorapatit Strengit Variscit Významné minerály obsahující fosfor Hydrogenfosforečnan vápenatý CaHPO 4 Oktakalciumfosfát Ca 8 H 2 (PO 4 ) 6 Hydroxylapatit Ca 5 (PO 4 ) 3 OH Fluorapatit Chlorapatit Původ apatit Ca 3 (PO 4 ) 2 Ca 5 (PO 4 ) 3 F Ca 5 (PO 4 ) 3 Cl Strengit FePO 4. 2H 2 O Fe(OH) 2 H 2 PO 4 Variscit AlPO 4. 2H 2 O Al(OH) 2 H 2 PO 4

8 Organický P Fosfor v půdě biologická sorpce rostlinami půdními mikroorganismy hromadí se v ornici, velmi málo pohyblivý v profilu Je obsažen ve: Fytinu (až 50 % organického) fosfolipidech Nukleových kyselinách nukleoproteidech fosforylované glycidy

9 Příjem P rostlinami Druhové (odrůdové) rozdíly: rozdílné uspořádání kořenů - hloubka, množství kořenů a vlášení, mohutnost kořenů, celkový povrch aj. -> ovlivňuje příjmovou kapacitu kořenů, rozdílné množství exudátů, - ovlivňuje počet mikroorganismů v rhizosféře a jejich aktivitu, biologická hodnota rostliny, - metabolismus, zásobování kořenů organickými látkami.

10 Příjem P rostlinami Rostlina Hloubka pronikání kořenů (cm) Běžná hloubka pronikání Největší podíl kořenů Ovocné dřeviny Obilniny (i více) Vojtěška Jetel bílý Okurka Brambory Trávy

11 Příjem P rostlinami Mělce kořenící rostliny trávy cibule pór mrkev petržel červená řepa ředkvička ředkev brambory špenát salát kedlubny okurky Hluboko kořenící rostliny vojtěška zelí kapusta květák brokolice fazol hrách celer reveň chřest rajčata ovocné dřeviny

12 FosforPvrostlinami rostlině Příjem

13 Příjem P rostlinami

14 Vnitřní faktory Příjem P rostlinami Rostlina délka (m) Kořeny Kořenové vlášení Objem půdy povrch (cm 2 ) počet (10 6 ) délka (m) povrch (cm 2 ) zaujímaný kořeny (%) Oves 6, , ,55 Žito 9, , ,85 Soja 4, , ,91 Lipnice luční 58, , ,80

15 Příjem P rostlinami Hustá kořenová síť nižší výkonnost příjmu P Obilniny, trávy Slabá kořenová síť vyšší výkonnost příjmu P Řepka, špenát, soja, lupina, dřeviny Slabá kořenová síť nižší výkonnost příjmu P Rajčata, fazole, cibule, brambory

16 ječmen (nejmenší) pšenice, oves žito, kukuřice brambory, cukrovka, jetel luční, hořčice vojtěška, hrách, bob, pohanka ovocné stromy jehličnany (nejvyšší) Příjem P rostlinami

17 Příjem P rostlinami mykorhizní asociace ektotrofní hyfy na povrchu kořenů nejčastěji u stromů borovice, břízy, buky a vrby endotrofní hyfy uvnitř kořenů hlavně u bylin, dřeviny - jasan, topol a ořešák sacharidy N, P kořenová exudace organické kyseliny citronová (vojtěška a lupina), jablečná (kukuřice, pšenice, řepka), šťavelová (řepa cukrová), exudace kyselých fosfatáz - uvolnění P z organických sloučenin

18 1 2

19 vyšší tvorba fenolových látek v rostlině, výdej do rhizosféry podpora mykorhizy, zvýšení rozpustnosti fosforečnanů, omezení působení kořenových patogenů a pod. zvýšená tvorba kořenů

20 Příjem P rostlinami dostatek P nedostatek P

21 Fosfor v rostlině Fosfor v rostlině Celkový obsah 0,1 0,5 % V půdě až 1 000x méně aktivní příjem Xylém: příjem zabudování do cukerných esterů defosforylace Floém: ATP, cukerné estery základ energetického metabolismu PO e - ATP (fosforylace) NADP stavební funkce

22 Fosfor v rostlině Popel Pšenice Oves zrno sláma zrno sláma Cukrovka chrást bulvy Brambory nať hlízy Kumulace fosforu v semenech % K Ca Mg Fe P S Na Si Vyšší podíl Ca v listech 31,2 3,3 12,0 1,3 47,0 0,4 2,2 2,1 34,7 5,0 1,5 0,9 7,4 2,9 1,9 42,2 Vyšší podíl K v podzemních zásobních orgánech rostlin 16,4 3,7 7,1 0,7 23,0 1,4 2,2 44,3 38,1 6,4 3,1 0,6 9,9 2,4 3,1 33,9 28,5 14,7 15,0 1,0 6,9 5,2 14,7 3,2 častý značný podíl neživin - Si 55,1 5,4 7,5 0,9 11,0 3,8 10,0 1,8 27,0 30,8 14,2 3,6 7,4 4,7 1,5 7,0 60,4 2,6 4,7 1,2 17,3 6,5 2,7 2,1 Buk listy (srpen) 19,5 33,6 7,2 1,3 9,4 1,9 2,3 20,0 listy (opad) 3,9 45,2 5,9 1,0 4,1 3,6 0,6 33,7 dřevo 18,4 62,1 4,6 0,8 4,6 0,6 1,3 5,1

23 Reaktivní sloučeniny ATP, ADP, NADP(H) Stabilní sloučeniny Nukleové kyseliny Membrány Zásobní látky Fytin

24 Reaktivní P Fosfor v rostlině Fosforečné monoestery ATP Produkt biosyntézy a degradace Transporter energie (ATP), syntéza škrobu, aktivní transport

25 Reaktivní P Fosfor v rostlině Jedna z funkcí ATP přenos iontů pomocí přenašeče

26 Stabilní P Nukleové kyseliny Nukleotidy základní jednotky DNA nositel genetického kódu RNA nosič informace pro syntézu proteinů

27 Stabilní sloučeniny Fosfor v rostlině Fosfor v buněčné membráně

28 Zásobní P Fosfor v rostlině Syntéza kyseliny fytinové fosforylací myoinositolu

29 Zásobní P a jeho přeměny Fosfor v rostlině Změny v obsahu P různých sloučenin v semeni během vzcházení Čas P (mg P.g -1 d.m.) (hodiny) fytin lipidy minerální P estery RNA + DNA 0 2,67 0,43 0,24 0,078 0, ,48 1,19 0,64 0,102 0, ,06 1,54 0,89 0,110 0, ,80 1,71 0,86 0,124 0,116

30 Projevy nedostatku P v rostlinách

31 Fosfor v rostlině

32 Salát Fosfor v rostlině N, P

33 Nedostatek P u broskvoní Fosfor v rostlině P

34 Fosfor v rostlině Nedostatek P u broskvoní P

35 Fosfor v rostlině Nedostatek P u broskvoní P

36 Fosfor v rostlině P

37 Fosfor v rostlině Hrozba záměny nedostatku P s jinými poruchami

38 Hrozba záměny nedostatku P -P -N

39 Fosfor v rostlině Hrozba záměny nedostatku P P!! jiné (N, S, vodní režim)

40 Nedostatek fosforu x mědi Fosfor v rostlině P

41 Nedostatek Cu ohnuté listy, deformovaný květ Cu

42 Nedostatek Cu ohnuté listy, deformovaný květ Cu

43 Fosfor v rostlině Nedostatek P u salátu P N

44 Pro zajímavost Která rostlina je nejprostudovanější z hlediska nedostatku živin? (zpravidla první obrázek při hledání nedostatků živin v googlu)

45 Marihuana

46

47 Aktuální situace

48 P Olsen (mg/kg) Aktuální situace

49 mil. t Aktuální situace P

50 Situace ve světě Aktuální situace - celková spotřeba hnojiv na orné půdě (2016) Východní Asie Asie Jižní Asie Západní Evropa Světový průměr Střední Evropa Severní Amerika Jižní amerika Latinská Amerika Severní Afrika Oceánie Západní Asie Střední amerika Jižní Afrika Euroasie Afrika Sub-saharská Afrika Spotřeba minerálních hnojiv kg/ha/rok

51 Aktuální situace

52 kg čistých živin/ha/rok Aktuální situace Situace v Evropě roční přísun živin v zemích EU (2013) K P N Rumusko Portugalsko Lotyšsko Rakousko Švédsko Estonsko Španělsko Finsko Slovinsko Litva Slovensko Bulharsko Dánsko Maďarsko Česká republika Francie Itálie Spojené království Irsko Polsko Německo Nizozemí

53 kg čistých živin/ha/rok N P K

54

55 Fosforečná hnojiva Fosforečná hnojiva Minerální Zdroj Apatity Těžba Maroko, Jordán, Izrael, Tunis, Togo, Senegal, USA, Florida, Tennessee - Neobnovitelné zdroje (? let)

56 Fosforečná hnojiva Minerální hnojiva - rozpustnost Hnojivo % P další živiny Amofos % N Trojitý superfosfát 21 1 % S Jednoduchý superfosfát 8 12 % S, 14 % Ca Dikalciumfosfát % Ca Thomasova moučka 6 34 % Ca, 2,5 % Mg, 5-6 % Mn Dopofos 15 Mleté fosfáty 12 Ca Fosmag MK 11 7 % S, 2 % Mg Dolofos 15, 26 6,6; 11,4 Kostní moučky na hnojení ~5 Hyperkorn 11,4 1-1,5 % Mg Donaukorn 11,4

57 Fosforečná hnojiva Organická hnojiva, odpady Obsah P v čerstvé hmotě: Chlévský hnůj Močůvka Kejda Sláma Kompost Čistírenské kaly Popel ze spaloven biomasy Digestát ~ 0.11 % P ~ 0.07 % P ~ 0.05 % P ~ 0.12 % P ~ 0.10 % P ~ 0,70 % P ~ 1.10 % P ~ 0.15 % P

58 Síla fixace Strategie hnojení fosforem Vytvořit vhodné podmínky pro přístupnost P - ph malá střední silná Kyselé půdy Nerozpustné fosforečnany Fe-P, Al-P sorpce (ph na 6.5) oxidy a jíly 6.5) Optimální přístupnost (ph KCl 6.5) Nerozpustné 6.5) Ca-P Alkalické půdy Hodnota ph

59 Strategie hnojení fosforem Humátový efekt Primární organické látky (stájová hnojiva, rostlinná zbytky, ) Uvolňování živin CO 2 a H 2 O Sekundární organické látky Vliv na půdní vlastnosti Stabilní ( e let) Huminové kyseliny humus,

60 Strategie hnojení fosforem CO 2 a H 2 O H 2 CO 3 CaHPO 4 Efekt organického hnojení (humátový efekt) Vyšší obsah uvolněného oxidu hličitého vytvoří spolu s vodou kyselinu uhličitou 2CaHPO 4 + H 2 CO 3 = Ca H 2 PO 4- + CaCO 3 Aplikace hnojiv s hůře přístupným fosforem spolu s organickými hnojivy vede ke zvýšení rozpustnosti těchto P hnojiv Sekundární organické látky (huminové látky) rovněž nepřímo zvyšují přístupnost fosforu

61 Strategie hnojení fosforem Způsob aplikace fosforečných hnojiv Do zásoby na podzim před setím jařin (zapravení do půdy) Jarní aplikace, plošná nebo se zapravením (NPK, Amofos) Jarní aplikace v pásech, popř. ve vrstvě, kde budou kořeny Hnojení pod patu při setí, popř. s mořením osiva Jarní aplikace během vegetace Hnojení s kapkovou závlahou Hnojení na list?

62 Hloubka půdy Strategie hnojení fosforem Jarní aplikace plošná Plošná aplikace = malá efektivita vyšší ztráty levná cesta P - hnojivo koncentrace P 2 O 5 g/l

63 Strategie hnojení fosforem Jarní plošná se zapravením do profilu Většinou lepší efekt než podzimní Někdy podobná jako jarní povrchová (např. těžké půdy) Kontakt hnojiva s půdou sorpce P

64 Strategie hnojení fosforem Jarní aplikace pásová Doktorand - Ing. Tomáš Javor, AGROEKO Žamberk (2017- ) - (tj.agroeko@seznam.cz) - Až o 50 % vyšší PUE než jarní plošná aplikace se zapravením do profilu Osivo PUE phosphorus use efficiency využití P z hnojiv Vrstva (popř. pás) P hnojiva

65 Strategie hnojení fosforem Aplikace s kapkovou závlahou Účinnější než pásová aplikace O 45 % vyšší PUE než plošná apl. a o 25 % než pásová Nákladnější Hrozba usazování v potrubí

66 Strategie hnojení fosforem Hnojení P na list? Malá pohyblivost P Dlouhá doba příjmu Dávky do 5 kg P/ha (nekryje celkovou potřebu) Jen u některých rostlin (brambory, pšenice) Závislost na počasí Možnost použití Nevhodné půdní podmínky Půdy s nižším obsahem P V kombinaci s hnojením do půdy Není možné očekávat průkazný efekt na výnos

67 Biostimulanty (bioefektory) Biostimulanty a fosfor

68 Princip účinnosti biostimulantů Pevně vázaný anorganický fosfor Pohyblivý anorganický a organický fosfor Pevně vázaný organický fosfor Minerální hnojiva Rostlinné zbytky Stájová hnojiva Primární P minerály Sekundární P minerály Fosfor v půdním roztoku Fosfor mikrobní biomasy Chemicky a fyzikálně vázaný P Okludovaný P Výměnně sorbovaný anorganický fosfor Pohyblivý organický fosfor

69 Co může být považováno za bioefektory? Izolované mikroorganismy Půdní bakterie Půdní houby Aktivní přírodní sloučeniny Extrakty z řas Extrakty z kompostů Extrakty z vermikompostů Humáty Princip ve zpřístupnění P

70 Základní principy účinnosti bioefektorů 4 hlavní cesty Mykorrhiza Lepší růst kořenů Lepší rozpustnost P P Krmivo

71 Mykorrhiza Zpravidla arbuskulární Biostimulanty a fosfor Organické látky Fosfor Růst kořenů Kořeny dosáhnou na vzdálenější zdroje P

72 Lepší rozpustnost fosforečnanů Např. Trichoderma Biostimulanty a fosfor Bioefektory jako krmivo Extrakty z řas, kompostů a vermikompostů

73 Co se mohlo stát? Biostimulanty a fosfor Možné příčiny nefunkčnosti bioefektorů Kompetice s půdními mikroorganismy Někdy glouhý odstup mezi aplikací a klíčením Nevhodné půdní podmínky (ph, ) P Povětrnostní podmínky

74 Biostimulanty a fosfor Humáty Komplexní látky, zatím nepopsané Nepřímý vliv na růst rostlin Půdní vlastnosti Mikrobiální aktivita Produkce kořenových exudátů Pufrační schopnost Sorpce živin (P, Fe) Přímý vliv Několik nepotvrzených teorií Vliv na metabolismus rostlin Část humátů je možná přístupných pro rostliny