Fosfor
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)
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
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 50-80 % minerálního P 20-50 % organickéo P
Fosfor v půdě Celkový obsah 0,01-0,15 % (420 6300 kg/ha) Hlavní složky Minerální - 50 80 % Organický - 20 50 %
Fosfor v půdě Minerální fosfor v půdě Celkový podíl 50-80 % 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 %
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
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
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.
Příjem P rostlinami Rostlina Hloubka pronikání kořenů (cm) Běžná hloubka pronikání Největší podíl kořenů Ovocné dřeviny 200-300 20 60 Obilniny 110-130 (i více) 25-50 Vojtěška 200-1000 25 60 Jetel bílý 20-30 17 20 Okurka 30-35 10 25 Brambory 40-45 20 30 Trávy 30-80 10-30
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
FosforPvrostlinami rostlině Příjem
Příjem P rostlinami
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 6,9 477 9,5 1 123 5 164 0,55 Žito 9,7 760 18,9 2 492 11 597 0,85 Soja 4,4 613 9,8 90 418 0,91 Lipnice luční 58,0 3 216 77,9 7 804 23 876 2,80
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
ječmen (nejmenší) pšenice, oves žito, kukuřice brambory, cukrovka, jetel luční, hořčice vojtěška, hrách, bob, pohanka ovocné stromy jehličnany (nejvyšší) Příjem P rostlinami
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
1 2
vyšší tvorba fenolových látek v rostlině, výdej do rhizosféry podpora mykorhizy, zvýšení rozpustnosti fosforečnanů, omezení působení kořenových patogenů a pod. zvýšená tvorba kořenů
Příjem P rostlinami dostatek P nedostatek P
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 3-4 + e - ATP (fosforylace) NADP stavební funkce
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
Reaktivní sloučeniny ATP, ADP, NADP(H) Stabilní sloučeniny Nukleové kyseliny Membrány Zásobní látky Fytin
Reaktivní P Fosfor v rostlině Fosforečné monoestery ATP Produkt biosyntézy a degradace Transporter energie (ATP), syntéza škrobu, aktivní transport
Reaktivní P Fosfor v rostlině Jedna z funkcí ATP přenos iontů pomocí přenašeče
Stabilní P Nukleové kyseliny Nukleotidy základní jednotky DNA nositel genetického kódu RNA nosič informace pro syntézu proteinů
Stabilní sloučeniny Fosfor v rostlině Fosfor v buněčné membráně
Zásobní P Fosfor v rostlině Syntéza kyseliny fytinové fosforylací myoinositolu
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 0,058 24 1,48 1,19 0,64 0,102 0,048 48 1,06 1,54 0,89 0,110 0,077 72 0,80 1,71 0,86 0,124 0,116
Projevy nedostatku P v rostlinách
Fosfor v rostlině
Salát Fosfor v rostlině N, P
Nedostatek P u broskvoní Fosfor v rostlině P
Fosfor v rostlině Nedostatek P u broskvoní P
Fosfor v rostlině Nedostatek P u broskvoní P
Fosfor v rostlině P
Fosfor v rostlině Hrozba záměny nedostatku P s jinými poruchami
Hrozba záměny nedostatku P -P -N
Fosfor v rostlině Hrozba záměny nedostatku P P!! jiné (N, S, vodní režim)
Nedostatek fosforu x mědi Fosfor v rostlině P
Nedostatek Cu ohnuté listy, deformovaný květ Cu
Nedostatek Cu ohnuté listy, deformovaný květ Cu
Fosfor v rostlině Nedostatek P u salátu P N
Pro zajímavost Která rostlina je nejprostudovanější z hlediska nedostatku živin? (zpravidla první obrázek při hledání nedostatků živin v googlu)
Marihuana
Aktuální situace
P Olsen (mg/kg) Aktuální situace
mil. t 1960 1970 1974 1976 1980 1982 1984 1988 1994 1996 1999 2004 2007 Aktuální situace 2009 2012 2020 25 20 P 15 10 5 0
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 8 19 29 68 63 57 51 82 95 117 112 107 107 143 152 209 303 Spotřeba minerálních hnojiv kg/ha/rok
Aktuální situace
kg čistých živin/ha/rok Aktuální situace Situace v Evropě roční přísun živin v zemích EU 160 140 120 100 80 60 (2013) K P N 40 20 0 Rumusko Portugalsko Lotyšsko Rakousko Švédsko Estonsko Španělsko Finsko Slovinsko Litva Slovensko Bulharsko Dánsko Maďarsko Česká republika Francie Itálie Spojené království Irsko Polsko Německo Nizozemí
1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 kg čistých živin/ha/rok 120 100 80 N P K 60 40 20 0
1999-2004 2011-2016
Fosforečná hnojiva Fosforečná hnojiva Minerální Zdroj Apatity Těžba Maroko, Jordán, Izrael, Tunis, Togo, Senegal, USA, Florida, Tennessee - Neobnovitelné zdroje (? 50-100 let)
Fosforečná hnojiva Minerální hnojiva - rozpustnost Hnojivo % P další živiny Amofos 23 12 % N Trojitý superfosfát 21 1 % S Jednoduchý superfosfát 8 12 % S, 14 % Ca Dikalciumfosfát 21 23 % 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
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
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
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 (100 1000e let) Huminové kyseliny humus,
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 2+ + 2H 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
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?
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
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
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
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
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
Biostimulanty (bioefektory) Biostimulanty a fosfor
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
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
Základní principy účinnosti bioefektorů 4 hlavní cesty Mykorrhiza Lepší růst kořenů Lepší rozpustnost P P Krmivo
Mykorrhiza Zpravidla arbuskulární Biostimulanty a fosfor Organické látky Fosfor Růst kořenů Kořeny dosáhnou na vzdálenější zdroje P
Lepší rozpustnost fosforečnanů Např. Trichoderma Biostimulanty a fosfor Bioefektory jako krmivo Extrakty z řas, kompostů a vermikompostů
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
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