ZHODNOCENÍ NOVÉHO SYSTÉMU VÝŽIVY ROSTLIN DUSÍKEM CULTAN U OZIMÉ PŠENICE

Transkript

1 ČESKÁ ZEMĚDĚLSKÁ UNIVERZITA V PRAZE FAKULTA AGROBIOLOGIE, POTRAVINOVÝCH A PŘÍRODNÍCH ZDROJŮ katedra agroenvironmentální chemie a výživy rostlin ZHODNOCENÍ NOVÉHO SYSTÉMU VÝŽIVY ROSTLIN DUSÍKEM CULTAN U OZIMÉ PŠENICE Dizertační práce Doktorand: Ing. Ondřej Kozlovský Školitel: prof. Ing. Jiří Balík, CSc. Školitel specialista: prof. Ing. Daniela Pavlíková, CSc. Praha 2011

2 Prohlášení Prohlašuji, že jsem dizertační práci na téma: ZHODNOCENÍ NOVÉHO SYSTÉMU VÝŽIVY ROSTLIN DUSÍKEM CULTAN U OZIMÉ PŠENICE vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. V Praze dne Podpis...

3 Poděkování Dovoluji si touto cestou poděkovat celému kolektivu katedry agroenvironmentální chemie a výživy rostlin za pomoc s analýzami vzorků. Dále bych chtěl poděkovat Ing. Milanu Kosovi za pomoc s ošetřováním polních pokusů. Zvláštní poděkování patří mému školiteli prof. Ing. Jiřímu Balíkovi, CSc. za cenné rady při tvorbě dizertační práce. Děkuji také všem svým nejbližším za podporu během doktorandského studia.

4 O B S A H 1. ÚVOD REŠERŠE DUSÍK V PŮDĚ Mineralizace Nitrifikace Denitrifikace Imobilizace Eroze a vyplavení dusíku Volatilizace dusíku Depozice dusíku DUSÍK V ROSTLINĚ Příjem dusíku rostlinou PŠENICE OZIMÁ A JEJÍ VÝŽIVA DUSÍKEM Konvenční systém výživy pšenice ozimé Základní hnojení dusíkem Regenerační hnojení dusíkem Produkční hnojení dusíkem Pozdní přihnojení dusíkem Inhibitory a pomalu působící hnojiva CULTAN metoda Druhy dep a techniky aplikace u metody CULTAN CÍLE PRÁCE MATERIÁL A METODIKA VÝSLEDKY A DISKUZE Výnos a výnosotvorné prvky Kvalitativní ukazatele Hmotnost nadzemní biomasy Obsah sušiny v nadzemní biomase Obsah dusíku v nadzemní biomase Obsah minerálního dusíku v půdě Odběr dusíku nadzemní biomasou Obsah makro/mikroprvků v zrně ZÁVĚR SEZNAM LITERATURY

5 1. ÚVOD V rostlinné výrobě mají klíčové postavení obilniny, zvláště pak pšenice ozimá (Triticum aestivum L.). Její osevní plochy se v ČR v posledních letech každoročně pohybují okolo 800 tis. ha, což představuje až 30 % z celkově oseté plochy v ČR (ČSÚ, 2010). V letech se průměrný hektarový výnos pšenice pohyboval v rozmezí 4,49 5,84 t.ha -1 (Kůst et al., 2009). Zmíněné hodnoty nám ukazují, jak důležitou roli tato plodina hraje v našem zemědělství, proto by se jí také měla při pěstování věnovat významná pozornost. Cílem každého zemědělce je zvýšit výnos zrna, přitom zachovat potravinářskou kvalitu produktu a zároveň snížit náklady na tunu produkce. K tomuto cíli nám může pomoci nový způsob aplikace dusíkatých hnojiv tzv. CULTAN metodou (Controlled Uptake Long Term Ammonium Nutrition), při které se aplikuje celá dávka dusíku potřebná pro vegetaci jednorázově. Hnojivo se aplikuje v amonné formě přímo do půdy. Takto aplikované hnojivo je v půdě méně pohyblivé, proto nedochází k jeho výrazným ztrátám vyplavením či povrchovým smyvem, což má významná ekologická pozitiva. Možnost jednorázové aplikace nám šetří čas, náklady na práci a pohonné hmoty. Tato metoda je již úspěšně aplikována v Německu, kde je jí dosahováno vyšších výnosů zrna pšenice při zachování potravinářské kvality (Kücke, 2003b; Sommer, 2005). CULTAN metoda se tak jeví jako perspektivní alternativa výživy ozimé pšenice. Hlavním limitujícím faktorem je však nutnost použití speciální aplikační techniky. Tato dizertační práce se zaměřuje na zkoušení CULTAN metody na pšenici ozimé v půdně-klimatických podmínkách ČR

6 2. REŠERŠE 2.1. Dusík v půdě Obsah dusíku v ornici dosahuje průměrných hodnot 0,1 0,2 %, může však kolísat v rozmezí 0,03 0,5 % (Ivanič et al., 1984). Při celkové průměrné hmotnosti orniční vrstvy okolo 3 mil. kg.ha -1 půdy lze počítat s celkovou potenciální zásobou dusíku v půdě okolo kg.ha -1 (Bielek, 1984). Z tohoto množství tvoří pouze 1 2 % dusík přístupný pro rostliny ve formě amonné (NH + 4 ) a dusičnanové (NO - 3 ). Celkové množství minerálního dusíku v orniční vrstvě může dosahovat 5 10 %, jedná se však převážně o nevýměnně sorbovaný NH + 4 iont, fixovaný v jílových minerálech. Hlavní podíl dusíku je obsažen v organických dusíkatých sloučeninách, jejichž dusík je až na výjimky rostlinám nedostupný. Ke zdrojům organického dusíku v půdě patří mikrobiální biomasa, metabolity organismů žijících v půdě, rostlinné a živočišné zbytky. Na základě současných poznatků se uvádí, že z celkového dusíku obsaženého v organických sloučeninách je % součástí aminokyselin, 5 10 % se vyskytuje v aminosacharidech a 1 7 % v dusíkatých bázích nukleových kyselin (Černý et al., 1997). Tento organický dusík však může být mineralizován na anorganické formy přístupné pro rostliny (Balík et al., 1997). Z anorganických (minerálních) sloučenin jsou v půdě obsaženy hlavně dusičnany (NO - 3 ) a amonný dusík (NH + 4 ), dále pak meziprodukty mikrobiálních přeměn: dusitany (NO - 2 ), oxidy dusíku (N 2 O, NO, NO 2 ), hydroxylamin (NH 2 OH), nitramid (N 2 H 2 O 2 ), azidy (N 3 ) atd. (Bielek, 1984). Nejvíce přístupného dusíku se běžně nalézá v ornici, kde se dusík uvolňuje mineralizací organických látek. V důsledku vyplavování, především v mimoporostním období, však větší či menší množství dusíku postupně prostupuje profilem a v konečném důsledku se vyplavuje z dosahu kořenů plodin (Haberle, 1997). V průběhu roku dochází ke značným změnám v obsahu minerálního dusíku v půdě (Graf 1). V jarním období, v dubnu až květnu, se v důsledku oteplování půdy zvyšuje činnost nitrifikačních bakterií a obsah minerálního dusíku v půdě dosahuje maximální hodnoty (tzv. jarní maximum) (Němeček, 2002; Šilha a Vaněk, 2003). Poloha vrcholu maxima souvisí s časovým příjmem dusíku porostem (Bízik, 1989), s hnojením a s průběhem počasí, kdy příznivé vlhkostní a teplotní podmínky po období sucha (podobně i po mrazivé dlouhé zimě) značně urychlí mineralizaci organického dusíku (Vaněk et al., 1997b). V průběhu vegetace se odběrem dusíku rostlinami i postupným snižováním intenzity nitrifikace obsah minerálního dusíku v půdě snižuje až na relativně stabilní hodnotu, které je dosaženo těsně před sklizní a po sklizni (letní minimum) (Malý et al., 2002)

7 Při příznivých vlhkostních a teplotních podmínkách se v podzimním období začíná obsah N min v půdě zvyšovat (podzimní maximum) a následně před zimou opět klesá (Černý et al., 2007), protože v důsledku poklesu teplot se snižuje aktivita mikroorganismů (Van Schöll et al., 1997). Současně s časovou variabilitou N min je na většině pozemků pozorována i značná prostorová variabilita, a to vertikální i horizontální (Černý et al., 2004; Haberle et al., 2004). Všechny variability obsahu minerálního dusíku v půdě je třeba respektovat a využívat v praktické výživě rostlin při určování dávek dusíku ke konkrétním zemědělským plodinám před založením porostů, ale i při přihnojovaní v průběhu vegetace. Za vhodných podmínek pro mineralizaci je rostlinám k dispozici dostatečné množství minerálního dusíku, mnohdy více než po hnojení dusíkatými hnojivy. Za suššího počasí je zapotřebí i na biologicky činných a úrodných půdách zvýšit dávky dusíkatých hnojiv a používat především hnojiva typu ledku amonného s vápencem (LAV) (podobně i za chladného a vlhkého počasí). Naopak ve vlhčím a teplejším období je třeba snížit dávky dusíku s výjimkou velmi lehkých půd (Vaněk et al., 1997b). Graf 1: Změna obsahu N min v půdě v hloubce 0 0,6 m (upraveno dle Bízika, 1989) Bilance dusíku v přirozených půdních podmínkách je velmi problematická vzhledem k různé rychlosti dějů, které okamžitý stav koncentrace dusíku v půdním roztoku ovlivňují. Jsou to například mineralizace půdních organických látek, imobilizace minerálního dusíku, jeho eluce v různě promyvných půdních režimech, denitrifikace a fixace amonných iontů - 3 -

8 v mezivrstevných prostorech illitických jílových minerálů (Kolář, 1997). Prvotním zdrojem dusíku v životním prostředí je atmosféra (Vaněk et al., 1997a). Hlavní přirozené vstupy dusíku do půdy jsou přes biologickou fixaci a suchou a mokrou depozici (Galloway et al., 1995). Antropogenní vstupy dusíku do půdy probíhají přes průmyslovou fixaci dusíku převážně při výrobě hnojiv a při pěstování plodin fixujících vzdušný dusík nebo při produkci organických hnojiv v chovu hospodářských zvířat (Jenkinson, 2001) Mineralizace Mineralizace je půdní proces rozkladu organických látek, při němž se uvolňují organicky vázané živiny, které mohou být využity rostlinami, hlavně se jedná o dusík, fosfor a další (Coleman et al., 1984). Mineralizace organických dusíkatých látek představuje amonifikaci, tzn. konverzi organických sloučenin na amoniak (Jansson a Persson, 1982; Šimek, 1998). Výchozím materiálem jsou především proteiny a polypeptidy. Jejich hydrolýzou za účasti katalytických peptidáz se uvolňují aminokyseliny. Dalším krokem je deaminace vzniklých aminokyselin, při které se uvolňuje NH 3, který ve vodném prostředí přijímá proton a přechází na NH + 4. Tento děj může probíhat za aerobních i anaerobních podmínek a účastní se na něm řada fyziologicky velmi odlišných mikroorganismů a bezobratlých živočichů (Parkinson a Coleman, 1991; Bielek, 1998; Šimek, 1998). Odhaduje se, že v podmínkách mírného pásma je ročně mineralizováno 1 3 % celkového půdního dusíku. Maximální denní rychlost čisté mineralizace může činit 3 4 kg N.ha -1 (Jarvis, 1996). Na orných půdách střední Evropy se mineralizací uvolní kg N.ha -1 za vegetační sezónu (Barekzai et al., 1992). Proces mineralizace je při nízké teplotě velmi pomalý a kolem 0 C se téměř zastavuje (Johnsson et al., 1987). S rostoucí teplotou se intenzita výrazně zvyšuje, přičemž optimální teplota se nachází v rozmezí C. Zvýšením teploty z 10 C na 30 C se průběh mineralizace 2 3 krát zrychlí (Hanschmann, 1983). Vliv půdní reakce na míru mineralizace je v rozmezí hodnot ph 5 8 velmi malý (Aciego Pietri a Brookes, 2008). Bylo zjištěno, že mineralizace probíhá rychleji v rhizosféře než v okolní půdě a to z důvodu výskytu snadněji rozložitelných substrátů (Parkin et al., 2002). Na míru mineralizace má také vliv množství a kvalita (poměr C/N) organické hmoty v půdě (Bloem et al., 1994). Se zvyšujícím se poměrem C/N množství uvolněného dusíku do půdního roztoku exponenciálně klesá (Qiu et al., 2008). Springob a Kirchmann (2003) udávají jako hraniční poměr C/N hodnotu 15; při vyšším poměru se uvolňuje jen malé množství dusíku do prostředí a celý proces probíhá velice pomalu. Při hodnotě C/N vyšší než 25 se do prostředí již žádný dusík neuvolňuje. V tomto případě je při rozkladu organické hmoty veškerý dusík imobilizován - 4 -

9 půdními mikroorganismy (Bielek, 1998; Mengel a Kirkby, 2001). Na intenzitu mineralizace má vliv i půdní druh. Na písčitých půdách je mineralizace intenzivnější než na půdách hlinitých a jílovitých, což je způsobeno nižší fixací organické hmoty v písčitých půdách (Hassink et al., 1993; Hassink, 1994). Na zvýšení mineralizace pozitivně působí také přidání dusíku do půdy, tzv. priming efekt (Kechavarzi et al., 2010). Mineralizaci dusíku lze rozdělit na čistou a hrubou. Čistá mineralizace je výsledkem dvou protichůdných procesů, hrubé mineralizace, která zahrnuje veškerý dusík mineralizovaný z organické hmoty, a hrubé imobilizace zahrnující celkové množství imobilizovaného dusíku primárně mikrobiální imobilizací (Kubát, 1993; Sander et al., 2006) Nitrifikace Amoniak uvolněný mineralizací (amonifikací) vstupuje do různých procesů, nejvíce však jako hlavní zdroj do nitrifikace (Šimek, 1998). Nitrifikace je v mnoha půdách a ekosystémech klíčovým procesem, neboť transformuje relativně nepohyblivou amonnou formu na velmi pohyblivou dusičnanovou formu dusíku. Tím se dusík zpřístupňuje rostlinám jako dobře využitelná živina, ale zároveň však vzniká riziko jeho ztrát vyplavováním a denitrifikací (Šimek, 2000). Nitrifikace je oxidační proces, kdy amonný dusík je postupně oxidován převážně autotrofními mikroorganismy přes dusitany až na dusičnany (Tlustoš et al., 2007a). Proces nitrifikace lze znázornit takto: 2 NH O 2 2 HNO H 2 O + energie 2 HNO 2 + O 2 2 HNO 3 + energie. Ze sumárních rovnic vyplývá, že nitrifikace je obligátně aerobní proces a zároveň při něm dochází k okyselování půdního prostředí (Šimek, 2000). Nezbytnost kyslíku pro průběh nitrifikace potvrdili také Pacek et al. (2010) při čištění kalové vody. Dvoustupňový proces nitrifikace je uskutečňován dvěma různými skupinami bakterií: nitritačními (Nitrosomonas) a nitratačními (Nitrobacter) (Jansson a Persson, 1982; Sparling, 1997). Mikroorganismy při nitrifikaci využívají pro svůj růst energii uvolňovanou během oxidace. Proces nitrifikace je výrazně ovlivňován hydrotermickými podmínkami půdy. Vyžaduje dostatek vzduchu v půdě a slabě kyselou až neutrální půdní reakci (Vaněk et al., 1997a). Nitrifikace proto klesá s rostoucí vlhkostí půdy a se zvyšujícím se obsahem solí v půdě (Lodhi et al., 2009). Optimální teplota pro nitrifikaci v půdách se pohybuje mezi o C. Při teplotách pod 15 o C je nitrifikace již omezena a při teplotách nižších než 5 o C probíhá nitrifikace jen ve velmi malé míře (Chudoba et al., 1991; Paul a Clark, 1996; Stevenson a Cole, 1999). Za příznivých podmínek (40 70 % plné vodní kapacity), ph (6,2 9,2) a teploty (25 30 C) probíhá - 5 -

10 nitrifikace tak intenzivně, že většina minerálního dusíku v půdě se vyskytuje ve formě dusičnanů. Obsah dusičnanů v půdě se obvykle pohybuje v rozmezí 2 20 mg.kg -1 půdy (Ivanič et al., 1984). V lesním ekosystému (New Hampshire, USA) stanovili Groffman et al. (2001) hodnoty nitrifikace na úrovni 8 13 g N.m -2 za rok. Míra nitrifikace se zvyšuje po aplikaci dusíkatých hnojiv, přitom zvýšení rychlosti nitrifikace záleží také na druhu použitého hnojiva (Růžek, 1993; Lovell a Hatch, 1998; Kravchenko et al., 2002; Malý et al., 2002). Vaněk (1973) ve svých pokusech zjistil, že NH + 4 vzniklý rozkladem močoviny byl rychleji niktrifikován než NH + 4 z ledku amonného, přičemž nejpomaleji se nitrifikoval NH + 4 ze síranu amonného Denitrifikace Denitrifikace je na rozdíl od nitrifikace redukční proces, při kterém jsou dusičnany za přítomnosti organických látek redukovány přes oxidy dusíku až na elementární dusík. V našich podmínkách převažuje denitrifikace působená fakultativně anaerobními mikroorganismy, které během rozkladu využívají kyslík dusičnanů (Tlustoš et al., 2007a). Lze ji sumárně znázornit takto: 24 HNO C 6 H 12 O 6 12 N CO H 2 O + energie. Míra denitrifikace do značné míry záleží na mikrobiálních a fyzikálních podmínkách půdy. Proces denitrifikace, a tím zvyšující se emise dusíku, je intenzivnější při vyšší teplotě půdy (Chatskikh et al., 2005). V rozmezí teplot C byla vypozorována exponenciální závislost míry denitrifikace na rostoucí teplotě (Abdalla et al., 2009). Hodnota ph půd pohybující se v rozmezí 6 8 má nízký vliv na míru denitrifikace. Při nižších hodnotách ph je denitrifikace inhibována (Knowles, 1982; Baeseman et al., 2006) a při ph 5 klesá denitrifikace na minimum (Ivanič et al., 1984; Saleh-Lakha et al., 2009). Se snižující se hodnotou ph se snižuje poměr mezi N 2 O/N 2 O+N 2 (Čuhel et al., 2010). Hlavním předpokladem průběhu denitrifikace je omezená aerace půdy, která je většinou způsobena vyšším obsahem vody v půdě (Vaněk et al., 1997a). Podle Groffmana a Tiedje (1988) dosahuje denitrifikace nejvyšších hodnot při nasycení vodní kapacity půdy od 60 do 100 %. Na únik dusíku do atmosféry mají vliv i velké a časté výkyvy vlhkosti půdy, ke kterým nejčastěji dochází při zavlažování (Inubushi et al., 2000). Rostlinný pokryv může také zvýšit míru denitrifikace a to díky respiraci kořenů a mikrobiální biomasy, kterou se tak vytváří anaerobní mikroklima v rhizosféře (Qian et al., 1997; Bidel et al., 2000). Anaerobní mikroklima v půdě se také zvyšuje při utužování půdy (Asady a Smucker, 1989). Intenzita - denitrifikace roste i se zvyšováním koncentrace NO 3 v půdě, proto z aplikovaných dusičnanových hnojiv se může z půdy ztrácet 2 40 % dusíku denitrifikací (Jedidi et al., 1995; - 6 -

11 Bielek, 1998; Calderón et al., 2004). Na míru ztrát dusíku denitrifikací má vliv nejen množství aplikovaného N, ale i způsob aplikace hnojiva. Thompson a Meisinger (2004) stanovili vyšší míru denitrifikace po zapravení hnojiva (kejdy) do půdy (ztráty N - 17 %), než při aplikaci na povrch (ztráty N - 11 %). Dále však zjistili, že při povrchové aplikaci dochází k výrazně větším ztrátám dusíku volatilizací, než při zapravení hnojiva do půdy. Na míru denitrifikace má vliv i půdní druh. Se zvyšujícím se obsahem jílu v půdě se zvyšuje emise dusíku (Chatskikh et al., 2005). Podle Nelsona a Hubera (2001) může být v ideálních podmínkách během 5-ti dnů denitrifikováno až 112 kg N.ha -1. Znalosti podmínek průběhu denitrifikace nám umožňují usměrnění výživářských zásahů tak, aby ztráty dusíku byly nízké (přiměřené) a větší část minerálních forem dusíku byla využita rostlinami. Jedná se především o to, aby v půdách nebyl vysoký obsah dusičnanů, obzvláště koncem vegetace a v mimovegetačním období, kdy je zvýšené nebezpečí vyššího obsahu vody v půdě, a tím omezený obsah O 2. V tomto období se vytvářejí vhodné podmínky pro denitrifikaci, ale i vyplavení dusíku z půdního horizontu (Vaněk et al., 1997a). Vedle biologické denitrifikace se v půdách vyšších poloh může objevit i denitrifikace způsobena chemickou cestou. Chemická denitrifikace je reakce amidů a aminokyselin s HNO 2 ; podobně může reagovat i NH 3 s HNO 2 za vzniku dusitanu amonného, který se rozpadá na N 2 a H 2 O (Balík, 1982). Chemická denitrifikace probíhá intenzivněji v kyselém prostředí při ph pod 5,5 (Ivanič et al., 1984). Obdobné reakce jako u chemické denitrifikace využívá systém Anammox, kde se jedná o anaerobní oxidaci amoniaku. Annamox je mikrobiální proces přeměny amonného iontu spolu s dusitany na plynný N 2. Tento systém má uplatnění hlavně při čištění odpadních vod (Shivaraman a Shivaraman, 2003; Liang a Liu, 2008) Imobilizace Proces imobilizace přispívá k ochraně před migrací dusíku z půdy. Z fixovaného dusíku je významnější imobilizace biologická, při níž minerální dusík vstupuje do biomasy rostlin a půdních mikroorganismů. Menší část je pak poutána nebiologickou cestou (Vostal et al., 1989). Ta se týká především amonných iontů navázaných do mezivrstev jílovitých minerálů (Stevenson a Cole, 1999). Množství takto fixovaného amoniaku může na orných půdách tvořit mg N.kg -1 půdy (Smith et al., 1994). Fixovaný dusík je pro rostliny prakticky nedostupný a vzniká tak situace, kdy půda konkuruje rostlinám (Vostal et al., 1989). Míra fixace dusíku je značně závislá na půdním druhu, resp. na obsahu jílovitých částic (Hart et al., 1993). Na zvýšení fixace také příznivě působí zvýšení teploty a pokles půdní vláhy, při které se snižuje vzdálenost mezivrstev jílovitých minerálů a amonný iont tak nemůže - 7 -

12 difundovat do prostředí. Na uvolnění amonného iontu z montmorillonitu má také výrazný vliv změna hodnoty ph a činnost půdních mikroorganismů (Dražďák et al., 1983). Biologická imobilizace je ve stručném vyjádření reprezentována mechanismem enzymatické konverze minerálního dusíku do organických dusíkatých struktur. Základním předpokladem imobilizace je rozklad organické hmoty s nízkým obsahem dusíku, resp. širokým poměrem C/N. Dolní hranice poměru pro imobilizaci je 25/1 (Bielek, 1998). Při užším poměru C/N převažuje uvolňování dusíku mineralizací nad jeho imobilizací. Zvýšení vstupu minerálního dusíku do půdy může vést ke zvýšení mikrobiální aktivity a podpoře přímé imobilizace mikroby. Mikrobiální imobilizace je však často limitována dostupností uhlíku (Wallenstein et al., 2006). Nishio et al. (2001) prokázali zvýšení imobilizace dusíku zaorávkou pšeničné slámy. Přídavek organické hmoty podporuje proces imobilizace dusíku v půdě, avšak s rostoucí stabilitou přidané organické hmoty množství imobilizovaného dusíku klesá (Jedidi et al., 1995). Průměrná doba návratu dusíku přes mikrobiální biomasu je přibližně 1 2 měsíce (Bengtsson et al., 2003) Eroze a vyplavení dusíku Vyplavení dusíku do podzemních vod, větrná eroze a smyv dusíku v organických - látkách nebo v anorganické formě (NO 3 a NH + 4 ) patří mezi základní ztráty dusíku - v agroekosystému (Delgado, 2002). Vyplavení dusíku je způsobeno velkou pohyblivostí NO 3 iontů, které v půdě nejsou vázány a jsou proto snadno vyplavovány z dosahu kořenů až do podzemní vody. Množství vyplaveného dusíku z půdy záleží hlavně na množství dusičnanů v půdě a na množství vody, která projde skrz půdní profil. Proto nejvyšší hodnoty vyplaveného dusíku jsou pozorovány na lehkých písčitých půdách s použitím závlahy, dále tam, kde je vyšší input dusíku z minerálních či organických hnojiv nebo z fixace N 2 pomocí leguminóz (McNeill a Unkovich, 2007). Při pěstování pšenice v podmínkách severní Číny stanovili Li et al. (2007) ztráty vyplavením na úrovni 6 a 58 kg N.ha -1 po aplikaci dávky 200 a 400 kg N.ha -1. Míra pohybu dusičnanů do značné míry záleží na půdním druhu. Při průsaku 25 mm vodního sloupce byl na jílovitých půdách posun dusičnanů v půdním profilu o 25 mm a na půdách písčitých o 64 mm (Nelson a Huber, 2001). K výrazné větrné erozi dusíku dochází převážně v aridních a semi-aridních oblastech (McNeill a Unkovich, 2007), proto v našich podmínkách je téměř zanedbatelná. K vodní erozi dochází při větších srážkách na svažitých pozemcích s horší retenční schopností půdy. Vodní erozí dochází ke smyvu jemných půdních částic, organické hmoty, popř. dusíkatých hnojiv z konvenční povrchové aplikace. Tímto většinou dochází k přesunu dusíku z půdy až do - 8 -

13 vodních toků a může tak dojít až k narušení rovnováhy ekosystémů (Vitousek et al., 1997). Míra vodní eroze dusíku je vyšší při nadměrném hnojení (Kellman a Hillaire-Marcel, 2003). Na pozemcích s vegetačním pokryvem ztráty smyvem dusíku klesají (Zhang et al., 2010). Další možností jak snížit ztráty dusíku vyplavením či povrchovým odplavením je aplikovat dusíkaté hnojivo v amonné formě přímo do půdy tzv. CULTAN metodou (Sommer, 2005). Tato metoda bude podrobněji popsána v kapitole Volatilizace dusíku Volatilizace je proces ztrát dusíku z půdy způsobený těkáním amoniaku z povrchu či vrchní vrstvy půdy. Míra volatilizace amoniaku je převážně ovlivněna hodnotou ph; nejvyšší je na alkalických půdách (Zhang et al., 2010). K vyšší volatilizaci amoniaku také dochází v anaerobních podmínkách (Zhou et al., 2008). Ztráty volatilizací se pohybují okolo 5 %, mohou však dosáhnout i hodnoty 25 % z dávky dusíku, a to v závislosti na půdněklimatických podmínkách, dávce a formě hnojiva i na způsobu a době aplikace (Němeček, 2002). Často je volatilizace pozorována po aplikaci organických hnojiv jako je kejda nebo čistírenský kal na povrch půdy (Yang et al., 2003). Volatilizace se však dá snížit aplikací hnojiva do hlubších vrstev půdy nebo okyselením aplikovaného hnojiva (Bussink a Oenema, 1998; Sommer, 2005; Li et al., 2009) Depozice dusíku Depozice dusíku je charakterizována jako přechod reaktivních dusíkatých sloučenin z atmosféry do biosféry. Polutanty přispívající k depozici dusíku většinou pocházejí z emisí oxidů dusíku a amoniaku. V atmosféře jsou oxidy dusíku přeměněny na celou řadu sekundárních polutantů, včetně kyseliny dusičné, dusičnanů a organických sloučenin, jako je peroxyacetyl nitrát (PAN). Přitom jak primární tak i sekundární polutanty mohou být z atmosféry přesunuty mokrou (spláchnutí plynů a aerosolů dešťovými srážkami) nebo suchou (přímý spad plynů a aerosolů) depozicí (Fowler et al., 1989). Při depozici dusíku dochází k okyselování půdy. V některých oblastech slouží deponovaný N jako nezanedbatelný zdroj dusíku (Jenkinson, 2001). Míra depozice dusíku do značné míry závisí na koncentraci průmyslové výroby a intenzivního zemědělství v oblasti (Ferm, 1998). Například v podmínkách italské Bologne byla v letech změřena roční depozice dusíku na úrovni 35 kg.ha -1 v městské lokalitě a 45 kg.ha -1 na venkově. Tento nezanedbatelný input dusíku do půdy je způsoben převážně intenzivním zemědělstvím v této oblasti (Pieri et - 9 -

14 al., 2009). Složení dusíkatých látek v ovzduší závisí na výrobním zaměření dané oblasti. V průmyslových oblastech dominují oxidované složky dusíku (NO 2, HNO 3, PAN) a v zemědělských oblastech se naopak průkazně zvyšuje množství redukovaných sloučenin dusíku (NH 3, NH + 4 ) (Bytnerowicz a Fenn, 1996). V našich podmínkách se v letech pohybovala depozice dusíku v oblasti Krušných hor v rozmezí kg.ha -1 za rok (Oulehle et al., 2006). Výrazně vyšších hodnot je dosahováno v jihovýchodní Číně, kde byla zaznamenána suchá depozice dusíku až na úrovni 70 kg.ha -1 za rok (Cui et al., 2010) Dusík v rostlině Dusík je nejdůležitější živinou rostlin. Je součástí důležitých organických látek, jako jsou bílkoviny, nukleové kyseliny, nukleoproteiny, chlorofyl, enzymy a jiné (Mengel a Kirkby, 2001). Dusík je po uhlíku, kyslíku a vodíku čtvrtým nejvíce rozšířeným prvkem v sušině rostlin. U trav a širokolistých rostlin se jeho obsah v sušině obvykle pohybuje mezi g.kg -1 a u jetelovin g.kg -1, přitom obsah dusíku je vyšší u mladších rostlin (McNeill a Unkovich, 2007). Obsah dusíku v rostlinách během růstu klesá, avšak množství přijatého dusíku se zvyšuje (Balík, 1982; Zehnálek et al., 2006; Vaněk et al., 2007). U obilnin je na počátku odnožování obsah dusíku v sušině 3 5 % a v období květu pouze okolo 1,5 % (Tesař et al., 1992). Obsah dusíku není ve všech částech rostlin stejný. Po odkvětu je velká část dusíku transportována ze stébla a listů do semen (Ivanič et al., 1984). Většina rostlin přijímá dusík z půdy v podobě NH + 4 a NO - 3, přitom některé rostlinné druhy ukazují silnou preferenci jednoho iontu nad druhým (Forde a Clarkson, 1999). Dusík je často nejvíce limitujícím faktorem rostlinné produkce. Aplikace dusíkatého hnojiva zvyšuje výnos biomasy a koncentraci proteinů v rostlinách. Aplikace dusíku často ovlivňuje složení aminokyselin v proteinech a ovlivňuje jejich nutriční hodnotu. Nadměrná výživa obilnin dusíkem snižuje poměr mezi lysinem a threoninem, a tím se snižuje biologická hodnota proteinu. Na druhou stranu zvýšená zásoba dusíku vede k zlepšení vlastností zrna a s tím spojeným lepším mlynářským využitím (Blumenthal et al., 2001). Dusík je také pravděpodobně živinou, která nejvíce ovlivňuje apikální dominanci rostlin svými účinky na syntézu cytokininů (Procházka et al., 1998). Při jeho nedostatku se rostliny málo větví a růst laterálních pupenů se snižuje (Pavlíková et al., 2007). Nedostatek dusíku se u rostlin projevuje slabým růstem. Tyto rostliny jsou nižší, stébla mají tenčí a listy dosahují menších velikostí a dříve opadávají. Větvení kořenů je při nedostatku dusíku omezeno, ale poměr mezi kořeny a prýtem je zvýšen. Při nedostatku dusíku dochází ke kolapsu chloroplastů, což se projevuje chlorózou nejdříve na starších listech. Rostliny trpící nedostatky dusíku dříve dozrávají a mají kratší vegetační dobu

15 U obilnin dochází k omezenému odnožování, počet klasů a zrn v klasu je nižší, zrna jsou menší, avšak často s relativně vysokým obsahem proteinů kvůli sníženému importu uhlovodíků do zrna ve fázi plnění zrna (Mengel a Kirkby, 2001). Nadbytek dusíku je méně častý a v rostlinách vzniká z relativně vyššího příjmu dusíku, který už rostlina není schopna zabudovat do bílkovinných sloučenin. Nadbytek dusíku má výrazný vliv na bujný růst rostlin. Rostliny produkují více vegetativní hmoty na úkor generativních orgánů, mají větší asimilační plochu a listy jsou tmavozeleně zbarvené. Při zvyšujícím se nadbytku dusíku dochází ke žlutému lemování okrajů listů až k hnědým nekrózám. Porosty obilnin bývají přehuštěné, stébla jsou tenká a dlouhá, což způsobuje náchylnost k polehnutí a napadení chorobami. Snižuje se i obsah cukrů a tuků, což má za následek snížení mrazuvzdornosti a chladuvzdornosti rostlin (Vaněk et al., 2007) Příjem dusíku rostlinou Dusík může být, na rozdíl od jiných rostlinných živin, přijímán ve formě jak kationtu v podobě NH + 4, tak i aniontu v podobě NO - 3. Přijímané množství dusíku závisí hlavně na jeho množství v půdním roztoku a je určeno fyziologickou potřebou rostliny. Přitom není důležité, jestli je zdrojem dusíku kationt nebo aniont, avšak některé rostlinné druhy preferují NH + 4 nad NO - 3 (Mengel et al., 1983; Marschner et al., 1991; Zhu et al., 2009). Rroco a Mengel (2000) zjistili po aplikaci NH 4 NO 3 u pšenice jarní, že rostliny nejprve přijímaly NH + 4 iont a až po jeho vyčerpání začaly přijímat NO - 3 iont. Příjem NH + 4 nebo NO - 3 zahrnuje složitý komplex membránových transportních systémů s přenašeči s vysokou i nízkou afinitou (Forde a Clarkson, 1999). Amonný iont je rostlinou přijímán pomocí difúze (Barber et al., 1963), ale při velmi nízkých koncentracích NH + 4 v půdním roztoku se na příjmu podílí vysoce specifické + přenašeče (Wang et al., 1994). Toxicita amoniaku v rostlinách způsobuje, že se většina NH 4 iontů musí v kořenech zabudovat do organických ketokyselin (kys. oxaloctové a α- ketoglutarové) pomocí enzymů glutaminsyntetáza (GS) a glutamátsyntetáza (GOGAT) za vzniku aminokyselin (kys. asparagové a glutamové, popř. asparaginu a glutaminu), z nichž se tvoří další aminokyseliny, které jsou s transpiračním proudem transportovány do nadzemních částí rostliny (Brugiere et al., 1997; Hodges et al., 2002). Tento transport probíhá přímo do mladých rostoucích částí a ne do starých vyvinutých listů, jako je tomu u dusičnanů (Sommer a Mertz, 1974). Výživa rostlin amonnou formou dusíku vede ke zvýšení obsahu volných aminokyselin v kořenech (Causin a Barneix, 1993) i nadzemní hmotě (Neuberg et al., 2008)

16 Pro zabudování amonného iontu do rostlin je potřeba dostatečného přísunu organických látek z listů do kořene. Při nedostatečném zásobení kořenů uhlovodíky může rostlina na následky toxicity amoniaku dokonce zahynout (Ganmore-Neumann a Kafkafi, 1983). Malé množství volného NH + 4 iontu však může být v rostlině translokováno (Schjoerring et al., 2002). V rostlinách citlivých na koncentraci amonného iontu lze pozorovat vysoký tok NH + 4 iontů přes plazmatickou membránu oběma směry (Cerezo et al., 2001). Vyloučený NH + 4 iont však může být rostlinou opětovně přijat (Balík et al., 2006a). Podle Janzena (1990) pochází % odčerpaného dusíku pšenicí z kořenových exudátů. Vyšší hodnoty pozoroval na úrodnějších půdách. V cytosolu rostlin se koncentrace NH + 4 může pohybovat mezi 2 30 mol.m -3 (Feng et al., 1999). Při vyšších koncentracích je amoniak v rostlině prudkým jedem, který blokuje fotosyntetické fosforylace, dýchací procesy, snižuje fotosyntetické uvolňování kyslíku, reakce NADH/NAD a inhibuje izocitrátdehydrogenázu (Mengel a Kirkby, 2001). Toxicita amoniaku výrazně závisí na hodnotě ph v apoplastu. Při jeho vyšších hodnotách je poměr NH 3 /NH + 4 vyšší a glutaminsyntetáza je inhibována. Zabudování toxického amoniaku do organických koster je tím výrazně omezeno (Wilson et al., 1998). Při příjmu NH + 4 iontu kořeny dochází k okyselování půdy, a to z důvodu uvolnění H + iontu do prostředí (Kleiner, 1981). Fernandes a Rossiello (1995) pozorovali při příjmu NH + 4 antagonismus s ostatními kationty a to hlavně s K +. Plynný amoniak může být v malé míře přijímán i nadzemními částmi rostlin přes stomata (Mengel a Kirkby, 2001). Při nízkých koncentracích dusičnanů v půdě hraje difúze důležitou roli v příjmu dusíku rostlinou (Strebel et al., 1983). Většinou jsou však dusičnany přes membránu přenášeny pomocí protonového symportu (Ullrich, 1992; Mistrik a Ullrich, 1996). Příjem dusičnanů je spojen s depolarizací plasmatické membrány, tzn., že dusičnany jsou do buňky přijímány společně s protony (Obrázek 1), aby se vyrušil negativní náboj cytosolu (Ullrich a Novacky, 1981). Dusičnany jsou na rozdíl od amoniaku pro rostliny většinou netoxické, proto můžou být před asimilací transportovány z kořenů do nadzemní hmoty (Andrews, 1986; Millard, 1988; McIntyre, 1997). Dusičnany jsou nejprve redukovány a potom přijaty do metabolismu organických dusíkatých sloučenin. Redukce dusičnanů může probíhat v kterémkoliv orgánu rostliny, obsahuje-li dostatek sacharidů využívaných rostlinou na zabezpečení tohoto procesu. Při vysokém (luxusním) příjmu dusičnanů se tyto anionty nestačí redukovat na amoniak a dochází k jejich hromadění ve vakuolách listů. Tyto přebytečné dusičnany působí v rostlinách jako osmoregulátor, s čímž je spojeno oslabení struktur buněčných stěn (Sommer a Rossig, 1978). Obsah dusičnanů v klíčních rostlinkách může dosahovat až 500 mmol.m -3 (Mengel a Kirkby, 2001). Nitrátreduktáza, enzym

17 zodpovědný za asimilaci dusičnanů, se v rostlinách syntetizuje v závislosti na jejich přijatém množství. Nezbytnou složkou nitrátreduktázy jsou atomy molybdenu (Vaněk et al., 2004). Asimilace dusičnanů v rostlinách zahrnuje redukci NO - 3 na NO - 2, dále redukci NO na NH 4 prostřednictvím enzymu nitritreduktázy a zabudování NH + 4 do organických látek. Příjem NO - 3 je proto energeticky náročnější než příjem NH + 4 (McNeill a Unkovich, 2007). Bloom et al. (1992) pozorovali u ječmene až o 60 % vyšší potřebu energie při příjmu NO - 3 než při příjmu NH + 4. Rozhodující podmínkou pro příjem dusičnanů rostlinou je jejich koncentrace v bezprostřední blízkosti povrchu kořenů. Se zvyšováním koncentrace dusičnanů v půdním roztoku jejich příjem velmi rychle stoupá a brzy dosahuje maxima. Příliš vysoké koncentrace živin mají za následek zpomalování růstu kořenů. Za stabilizovaných (optimálních, suboptimálních) vnějších podmínek dochází k rovnováze mezi rychlostí růstu rostliny a příjmem živin. Sníží-li se z jakéhokoli důvodu přísun dusičnanů, reaguje rostlina na takovou změnu rychlejším růstem kořenů, redistribucí již přijatých živin ze starších listů do rostoucích orgánů a zpomalením růstu nadzemní části. Je-li snížení příjmu sledované živiny dlouhodobé, ustaví se nová rovnováha mezi příjmem a rychlostí růstu (Trčková, 1997). Díky mechanismu protonového symportu uplatňovaného při příjmu dusičnanů dochází ke zvyšování hodnoty ph vnějšího prostředí (Kirkby a Mengel, 1967; Mengel et al., 1983; Durand a Bellon, 1994). Při jednostranné výživě NO - 3 dochází v rostlině ke zvýšené tvorbě organických aniontů (následek redukce nitrátů na NH 3 ), a tím je zvýšen příjem kationtů, především K +, Ca +2, Mg +2 (Fernandes a Rossiello, 1995; Kadar a Elek, 1999; Pavlíková et al., 2007). Obrázek 1: Schematické znázornění základních rozdílů v příjmu NO 3 - a NH 4 + rostlinou (upraveno dle Ivaniče et al., 1984)

18 V období vegetace je při běžných podmínkách míra příjmu NO - 3 výrazně vyšší než u NH + 4 iontů (Gärdenäs et al., 2011). Podle Richtera a Hluška (2002) je hraniční teplota pro příjem dusičnanů 5 C, zatímco amonný dusík přijímají rostliny i při nižší teplotě. Důležitým rozdílem v příjmu NO - 3 a NH + 4 je jejich citlivost na hodnotu ph půdy. NH + 4 iont je nejvíce přijímán v neutrálním prostředí, přičemž s klesající hodnotou ph je jeho příjem omezován. Naopak rychlejší příjem NO - 3 iontu se objevuje při nízkých hodnotách ph, protože v kyselém prostředí je k dispozici více protonů potřebných pro symport dusičnanů do rostliny (Mengel a Kirkby, 2001; Pavlíková et al., 2007). Vzhledem k pufrační schopnosti půdy nedochází při příjmu NO - 3 a NH + 4 k výrazné změně hodnoty ph volné půdy, avšak k velkým výkyvům ph (až o 2 jednotky) může docházet v rhizosféře rostlin (Marschner et al., 1991). I v rhizosféře však míra změny ph závisí na pufrační kapacitě půdy (Schaller, 1987). Pufrační kapacita je značně variabilní v závislosti na složení půdy a je minimální v písčitých půdách, které mají zároveň nízký obsah organické hmoty. Naopak maximální pufrační kapacita je na vápenatých půdách (Balík et al., 2008c). Příjem NH + 4 iontu probíhá ve větší míře v blízkosti kořenové špičky (Bloom et al., 2003; Cramer et al., 2009), protože koncentrace NH + 4 je v půdním roztoku velmi nízká a rostliny ho přijímají převážně při kontaktu kořínků s pevnou půdní fází (Balík et al., 2001). Zatímco NO - 3 ionty jsou společně s vodou přijímány převážně kořenovým vlášením (Javot a Christophe, 2002). Je prokázáno, že rostliny mohou přijímat i celé nerozložené molekuly močoviny, které jsou tak pro rostliny zdrojem nejen dusíku, ale i uhlíku. Rostliny močovinu buď přímo zabudují do organických látek, nebo dojde k jejímu metabolickému rozkladu (Zehnálek et al., 2006). Začlenění močoviny do metabolismu rostlin může probíhat podle následujícího schématu: CO(NH 2 ) 2 karbamidová kyselina aminokyseliny. V přirozených půdních podmínkách je však vzhledem k rychlému enzymovému rozkladu močoviny příjem celých molekul kořeny rostlin málo pravděpodobný. Pomocí mikrobiálního enzymu ureázy se močovina hydrolyticky štěpí a vzniká uhličitan amonný, který se snadno rozkládá a uvolňuje se amoniak (Shelp et al., 1985). Reakce probíhá podle rovnice: CO(NH 2 ) 2 + H 2 O 2 NH 3 + CO 2. Amonný dusík vzniklý rozkladem močoviny je buď přímo zdrojem dusíku pro rostliny, nebo je za vhodných podmínek nitrifikačními bakteriemi oxidován až na dusičnany, které jsou pak rostlinami přijímány. Rostliny dokážou v malém množství přijímat i organický dusík ve formě jednoduchých aminokyselin (Näsholm et al., 2000; Schimel a Bennet, 2004). Předpokladem je však nízká koncentrace minerálního dusíku v půdě a uvolnění organického dusíku

19 z rozkládajících se těl mikroorganismů (Lipson a Monson, 1998). Na příjem organického dusíku mají významný vliv klimatické podmínky. V chladných a vlhkých oblastech je příjem významnější než v oblastech teplých a suchých (Schmidt a Stewart, 1999; Warren, 2006). Metabolismus přijatého organického dusíku se skládá převážně z transaminačních reakcí, které na rozdíl od asimilace NO nebo NH 4 nespotřebovávají žádnou energii. Nevýhodou je však až 2krát pomalejší příjem kořeny než NO - 3 (Gärdenäs et al., 2011) a 4krát pomalejší než NH + 4 (Trčková et al., 2006). Avšak při mimokořenovém příjmu do rostlin v největší míře vstupuje močovina, amonné ionty a nejméně nitráty (Balík et al., 2006b; Trčková et al., 2006; Vaněk et al., 2006; Pavlíková et al., 2007). Množství dusíku přijatého rostlinou záleží především na produktivitě ekosystému a zásobení dusíkem. Ve vysoce produktivních ekosystémech může být odběr dusíku pšenicí ozimou až na úrovni 450 kg.ha -1 za rok (Sinclair a Bai, 1997). Naopak na suchých stanovištích dosahuje odběr dusíku obilninami obvykle méně než 100 kg.ha -1 za rok (McNeill a Unkovich, 2007) Pšenice ozimá a její výživa dusíkem Mezi nejvíce pěstované rostlinné druhy ve světě i u nás patří pšenice setá (Triticum aestivum L.). Po kukuřici je osevní plocha pšenice 2. největší na světě a v posledních letech činí přibližně 220 mil. ha s průměrným výnosem 2,9 t.ha -1. V letech se světová produkce pšenice pohybovala od 602 do 683 mil. tun a tvořila tak 3. místo za kukuřicí a rýží (FAOSTAT, 2010). V České republice se v roce 2009 pěstovaly obilniny na 1,53 mil. ha, z toho má dominantní postavení pšenice ozimá, která s výměrou 793 tis. ha překročila 50 % plochu všech obilnin u nás. Za období byl v ČR průměrný výnos pšenice přibližně 4,6 t.ha -1 (Kůst et al., 2009). I přestože se hlavní podíl produkce zrna pšenice zkrmuje (60 %), většina ploch je pěstována se zaměřením na dosažení potravinářské kvality. Podle normy ČSN (2006) patří mezi hlavní potravinářské parametry objemová hmotnost, obsah N- látek, sedimentační (Zelenyho) test a číslo poklesu. Na jejich hodnotu má významný vliv mnoho abiotických i biotických faktorů a to především průběh počasí (hlavně ke konci vegetace), výživa a organizace porostu. Důležitým předpokladem dosažení potravinářské kvality je výběr vhodné odrůdy z kategorie E (elitní pšenice) (Prugar et al., 2008). Výživa dusíkem je nejvýznamnější opatření ovlivňující utváření výnosotvorných prvků, vlastního výnosu a kvality zrna pšenice ozimé. Snahou musí být zajištění dostatku dusíku v půdě rostlinám v období jeho potřeby. Proto hnojení musí vycházet z biologických zvláštností odrůd, půdní úrodnosti, průběhu počasí a stavu porostu. Pro zajištění dobrého a kvalitního výnosu a rentability produkce je zapotřebí správně stanovit celkovou dávku dusíku

20 v hnojivech a období jejich aplikace. Značná pohyblivost minerálních forem dusíku v půdě, a s tím související možné ztráty dusíku neumožňují jednorázové použití dusíkatých hnojiv. Dávka dusíku se proto musí rozdělit. S ohledem na časovou potřebu rostlin je zřejmé, že převážnou část dusíku v minerálních hnojivech je zapotřebí aplikovat na počátku jarní vegetace, aby byl zajištěn dostatek dusíku pro rostliny v období intenzivního růstu. V časovém předstihu bychom měli aplikovat v minerálních hnojivech takové množství dusíku, aby dodaný dusík spolu s půdním minerálním dusíkem kryl potřebu rostlin (Vaněk et al., 2007). Pro stanovení dávky dusíku v dusíkatých hnojivech je zapotřebí důsledně vycházet z celkové potřeby dusíku jednotlivými plodinami. Podle předpokládané výnosové úrovně a odběrového normativu na jednotku sklizně se vyčíslí celkový odběr dusíku (Reiner et al., 1992; Vaněk et al., 1997b). Mengel a Kirkby (2001) udávají potřebu 30 kg dusíku na tunu produkce zrna pšenice, z tohoto množství se 18 kg dusíku nachází v zrně, 6 kg ve slámě a 6 kg v kořenech. Je pochopitelné, že odběrové normativy se mohou vlivem stanoviště, ročníku, odrůdové skladby, úrovně dusíkaté výživy (Tabulka 1), ale především výnosu a poměru hlavního a vedlejšího produktu značně měnit (Vaněk et al., 1997b). Tabulka 1: Normativy odběru dusíku pšenice ozimé v rozdílných podmínkách (Vaněk et al., 1997b) výrobní oblast odběr kg N na 1t hl. produktu nehnojeno N střední dávka N vysoká dávka N řepařská 18,5 22,4 24,4 bramborářská 20,4 23,7 25,7 Při stanovení dávky dusíku musíme také brát v potaz využitelnost živiny z aplikovaného hnojiva. V našich půdně-klimatických podmínkách je při konvenčním hnojení obilnin využitelnost dusíku z hnojiva v průměru %. Zbylých % aplikovaného dusíku přechází do půdní organické hmoty a % představují ztráty dusíku denitrifikací, volatilizací amoniaku, vyplavováním dusičnanů, erozí a povrchovým smyvem. Následující plodina dokáže využít už jen přibližně 3 % z dusíku aplikovaného v předcházejícím roce (Ladha et al., 2005). Z toho vyplývá, že na výživě rostlin dusíkem se zpravidla z větší části podílí půdní dusík. Zejména na půdách s vysokou úrodností využívají rostliny % dusíku z půdy a pouze % z hnojiv (Balík, 1985; Růžek, 1997; Vaněk et al., 1997a; Vaněk a Němeček, 1999; Delin et al., 2008). Při používání amonných roztoků se zvýší využitelnost dusíku z hnojiva jeho zapravením do půdy (Blaylock a Cruse, 1992). Nyord et al. (2008a) zjistili, že při zapravení amonných roztoků do 3 cm hloubky dochází ke snížení ztrát těkáním amoniaku o 30 % oproti povrchové aplikaci. Využitelnost dusíku z hnojiva se podle

21 Salvagiotti et al. (2009) dá zvýšit také přidáním síry do dusíkatého hnojiva. V jejich pokusu se využitelnost dusíku pšenicí zvýšila ze 45 % na 66 % po přidání síry do dusíkatého hnojiva. V alternativních systémech výživy může využitelnost dusíku dosahovat až 90 %, jako např. při bodovém injektážním hnojení vysokými dávkami amonných hnojiv tzv. CULTAN metodou (Sommer, 2005; Schumacher, 2009). Při výživě rostlin je nutné si také uvědomit, že celková potřeba dusíku rostlinami během vegetace (biologický odběr) je u většiny plodin vyšší než množství dusíku obsažené v rostlinách v době sklizně (hospodářský odběr) (Graf 2) (Vaněk et al., 1997b). Graf 2: Dynamika odběru živin ozimou pšenicí a nárůst biomasy (upraveno dle Vaňka et al., 2007) Obilniny koření poměrně mělce; většina kořenů je soustředěna v ornici nebo do hloubky 40 cm. Tím je ovlivněna osvojovací schopnost obilnin pro živiny, která je výrazně nižší než u okopanin a bobovitých rostlin (Vaněk et al., 2007). Odběr dusíku rostlinou většinou klesá s hloubkou, což je způsobeno malou hustotou kořenů v hlubších vrstvách a faktem, že k této zásobě se kořeny dostávají až v takové fázi růstu, kdy je již požadavek rostlin na dusík malý. V hloubce do 50-ti cm je všechen přístupný dusík porostem pšenice odčerpán velmi rychle až na fyziologické minimum a zřejmě je průběžně odčerpáván i dusík uvolňovaný z nepřístupných forem mineralizací. V hlubších vrstvách, pod 50 cm, se odběr dusíku kořeny opožďuje a pod 120 cm, kam kořeny zasahují jen ojedinělé, je úbytek dusíku zanedbatelný. Příjem z hlubších vrstev je také závislý na obsahu přístupných živin a vody v ostatních vrstvách. Např. při nadměrném hnojení či závlaze povrchových vrstev se snižuje růst kořenů a intenzita příjmu živin z hlubších vrstev (Haberle, 1997). Růžek et al. (2006b)

22 udávají rychlost příjmu dusíku rostlinami pšenice ve vegetační fázi BBCH 29 na úrovni 4 6 kg N.ha -1 za den. S rozvojem kořenového systému v období intenzivního vegetativního růstu příjem živin dále stoupá a těsně před začátkem kvetení dosahuje svého maxima. Krátce po odkvětu schopnost kořenů obilnin přijímat dusík i ostatní živiny z půdy rychle klesá (Trčková, 2006) Konvenční systém výživy pšenice ozimé Základem konvenčního systému hnojení dusíkem je podpoření přiměřeného růstu a tvorby jednotlivých výnosotvorných prvků dělením dávek hnojiva během vegetace na základní (předseťovou), regenerační, produkční a kvalitativní (pozdní přihnojení). Při rozdělování dávek dusíku během vegetace je třeba vycházet z odrůdové agrotechniky, tzn. zaměřit se na to, jakým způsobem je výnos dané odrůdy tvořen. U odrůd, které tvoří výnos produktivností klasu, musíme posílit hnojení dusíkem při prvním a druhém produkčním hnojení. Naopak u těch odrůd, které tvoří výnos počtem odnoží a hustotou porostu je třeba posílit regenerační hnojení, případně už hnojení základní. U kompenzačních odrůd, tvoří-li výnos hustotou porostu a počtem zrn v klasu, věnujeme největší pozornost regeneračnímu a prvnímu produkčnímu hnojení dusíkem. Kvalitativní hnojení by mělo být samozřejmostí bez ohledu na odrůdu (Hřivna a Kryštof, 2002) Základní hnojení dusíkem Obecně je tendence omezit základní hnojení pšenice ozimé dusíkem, protože příjem živin je na podzim malý a přes zimu se zastavuje. Podíl přijatého dusíku na podzim není vyšší než 10 % z celkového odběru (Richter a Ryant, 2002). Takové množství se přitom uvolní v půdě při podzimní mineralizaci, a proto aplikovat vysoké dávky před setím je zbytečné a neekonomické. Základní hnojení se provádí jen v případě nevhodných předplodin - obilnin a po zaorávce slámy. Při zaorávce slámy se zvyšuje imobilizace dusíku a omezuje se dostupnost dusíku pro rostliny pšenice. Tomu se však může předejít dodatečnou aplikací 10 kg N.t -1 slámy (Amberger a Aigner, 1969). Zaorávka slámy společně s minerálními hnojivy dokáže do značné míry nahradit aplikaci hnoje (Škarda, 1978). Základní hnojení se častěji uplatňuje v suchých oblastech, kde nehrozí nebezpečí vyplavení dusíku během zimy a rostliny pšenice tak mají brzy na jaře dostatek dusíku na regeneraci. Nicméně Nařízení vlády č. 108/2008 Sb. (nitrátová směrnice) hnojení dusíkem v podzimním období do značné míry omezuje (Wollnerová a Klír, 2008)

23 Regenerační hnojení dusíkem Regenerační hnojení má za cíl obnovení tvorby biomasy u zimou zesláblých rostlin a zahuštění porostu odnožováním, a tím vytvoření podmínek pro dosažení vyššího počtu klasů na jednotku plochy (Hřivna a Kryštof, 2002; Ložek et al., 2003). Hnojivo se aplikuje, jakmile to půdní a povětrnostní podmínky dovolí a rostliny začnou vegetovat. Aplikují se dávky okolo kg N.ha -1. Přednostně se hnojí slabší a řidší porosty. Růžek et al. (2009) uvádějí, že na určení dávky dusíku a termínu aplikace bude mít významný vliv zjištěná zásoba minerálního dusíku v ornici a podorničí (do 60 cm) a stav porostu. Při regeneračním hnojení středně odnožených porostů ozimé pšenice postupujeme podle zásady, že čím dříve začínáme s hnojením, tím více lze používat hnojiva s amonnou a amidickou formou dusíku. Naopak při pozdějším a rychlém nástupu jara má nezastupitelnou úlohu nitrátový dusík, který nejčastěji dodáváme v ledkových typech hnojiv. Při předpokladu suššího jara je potřeba v regeneračním hnojení aplikovat převážnou část dávky dusíku (Vaněk et al., 2007). Při regeneračním hnojení dále přihlížíme k odnožovací schopnosti odrůd. U odrůd středně a silně odnoživých snížíme dávku dusíku asi o 15 kg N.ha -1, kdežto u odrůd slabě odnoživých dávku naopak zvýšíme (Richter a Ryant, 2002). U hustých porostů je lepší hnojení posunout do pozdějšího období, aby nedošlo k dalšímu zahuštění (Palík et al., 2009) Produkční hnojení dusíkem Křen et al. (1998) uvádějí, že produkční hnojení pozitivně působí na hustotu porostu i produktivitu klasů. Produkční hnojení provádíme ve fázi konce odnožování (BBCH 29). Dávka dusíku se stanoví podle stavu porostu, rozborů rostlin, obsahu N min v půdě a podle dalších metod (např. chlorofylmetr) (Hřivna a Kryštof, 2002). Dávka dusíku se obvykle pohybuje okolo kg.ha -1 (Vaněk et al., 2007). Příliš vysoké dávky dusíku mohou způsobit poléhání porostu a zvýšit náchylnost k houbovým chorobám (Trolldenier, 1969). Výskyt houbových chorob bývá ještě vyšší při současně nízkém zásobení plodiny P a K (Mengel a Kirkby, 2001). Vhodným hnojivem pro produkční dávky dusíku je nehydrolyzovaná močovina a dusičnanová forma. Amonná forma dusíku je u většiny našich půd vázána (sorpce, imobilizace mikroorganismy) v povrchové vrstvičce půdy a do intenzivně prokořeněného půdního profilu se ve formě dusičnanů dostává až po remineralizaci a nitrifikaci (Růžek et al., 2006b)