EFEKT PŮDNÍ APLIKACE ZEOLITU, AGRISORBU A LIGNITU NA ZMĚNY VYBRANÝCH AGROCHEMICKÝCH VLASTNOSTÍ LEHKÉ PŮDY V ARIDNÍCH PODMÍNKÁCH JIŽNÍ MORAVY The effect of soil applications of zeolite, agrisorb and lignite on changes in some agrochemical properties of light soils in the arid conditions of South Moravia Lošák T. 1, Hlušek J. 1, Jandák J. 1, Salaš P. 2, Straková M. 3, Janků Ľ. 3, Knotová D. 4, Lošák M. 5 1 Ústav agrochemie, půdoznalství, mikrobiologie a výživy rostlin, Agronomická fakulta, Mendelova univerzita v Brně 2 Ústav šlechtění a množení zahradnických rostlin, Zahradnická fakulta, Mendelova univerzita v Brně 3 Agrostis Trávníky, s.r.o., Rousínov 4 Výzkumný ústav pícninářský, spol. s r. o. Troubsko 5 OSEVA vývoj a výzkum s. r. o., Výzkumná stanice travinářská Rožnov-Zubří, Zubří Abstrakt Na pokusné parcely o velikosti 864 m 2 v aridní oblasti jižní Moravy byly před výsevem různých typů travních směsí aplikovány vybrané půdní kondicionéry zeolit, lignit a pomocná půdní látka agrisorb a zapraveny do profilu 0,15 m. Aplikované dávky byly následující: zeolit - 3 l/m 2, použitá frakce 1-2 mm; agrisorb - 20 g/m 2 ; lignit - 1000 g/m 2. Půdní vzorky byly odebírány z hloubky 0-0,3 m a porovnávány změny ph/cacl 2 a obsahů přístupných živin P, K, Ca, Mg. Na počátku pokusu (před aplikací přípravků) byl obsah P velmi vysoký (222 ppm), obsah K byl vyhovující (148 ppm) a obsahy Ca i Mg byly (extrémně) nízké (365 ppm, resp. 30 ppm), hodnota ph byla silně kyselá (ph = 4,54). Po dvouletém pozorování byl zjištěn především výrazný pokles obsahu Ca (o 41-115 ppm), pokles obsahu P a K i hodnoty ph půdy do 0,2 jednotky, což je možno odůvodnit především absencí hnojení i vápnění a ztrátami živin z pratosystému. Klíčová slova: zeolit, agrisorb, lignit, ph, přístupné živiny Abstract Prior to sowing out various types of grass mixtures on a trial plot of 864 m 2 in an arid area of South Moravia we applied soil conditioners zeolite, lignite and the soil substance agrisorb which were incorporated to a depth of 0.15 m. The applied rates were as follows: zeolite - 3 l/m 2, used fraction 1-2 mm; agrisorb - 20 g/m 2 ; lignite - 1000 g/m 2. Soil samples were taken from a depth of 0-0.3 m and changes in the ph/cacl 2 and contents of available nutrients P, K, Ca and Mg were compared. At the beginning of the experiment (before application of the preparations) the P content was very high (222 ppm), the K content was satisfactory (148 ppm) and the contents of Ca and Mg were (extremely) low (365 and 30 ppm, respectively); the ph value was strongly acid (ph = 4.54). Most importantly, after two years of observations we discovered a considerable decrease in the content of Ca (between 41-115 ppm), decrease in the content of P and K and of the soil ph value to less than 0.2 which can be explained in the first place by the absence of fertilisation and liming and loss of nutrients from the pratosystem. Key words: zeolite, agrisorb, lignite, ph, available nutrients 330
Úvod Půda je nenahraditelným a neobnovitelným zdrojem, na který je lidstvo rozhodujícím způsobem odkázáno z pohledu pěstování kulturních rostlin a produkce potravin rostlinného i živočišného původu. Přitom se vyznačuje určitými specifickými (fyzikálními, biologickými, chemickými, fyzikálně-chemickými, a jinými) vlastnostmi. Její pedologicko-agrochemické vlastnosti významnou měrou ovlivňují růst a vývoj rostlin zvláště v aridních podmínkách, resp. při deficitu srážek. Lehké půdy vykazují výrazně horší sorpční schopnosti pro vodu a v ní rozpuštěné živiny v porovnání s půdami s vyšším podílem jílovitých částic (střední a 2- těžké). Na lehkých půdách je tedy i vyšší riziko ztrát živin (NO 3-, SO 4, apod.) vyplavováním (Mengel and Kirkby, 2001). Na lehkých půdách rovněž trpí rostliny více stresem ze sucha (Lošák et al., 2008). Pro dosažení odpovídajícího výnosu i kvality produkce je nezbytné respektovat i zásady harmonické výživy rostlin (Marschner, 2002). Adekvátní zásoba přístupných makro- a mikrobiogenních prvků v půdě, resp. v rostlině, je předpokladem pro využití genetického potenciálu rostlin. Při splnění těchto podmínek s ohledem na zákon o zachování hmoty a Liebigův zákon minima je předpoklad uplatnění různorodých pomocných látek, přípravků či kondicionérů. Pomocnou půdní látkou je látka bez účinného množství živin, která půdu biologicky, chemicky nebo fyzikálně ovlivňuje, zlepšuje její stav nebo zvyšuje účinnost hnojiv. Pomocným rostlinným přípravkem je látka bez účinného množství živin, která jinak příznivě ovlivňuje vývoj kulturních rostlin nebo kvalitu rostlinných produktů (Zákon č. 156/1998 Sb.). Jestliže jakékoliv pomocné látky či půdní kondicionéry přispějí ke zvýšené sorpci vody či živin v půdě, je předpoklad lepší zásobenosti rostlin přístupnými živinami a nižších ztrát živin z půdy vyplavením. Zvýšený příjem živin by se měl následně odrazit i na chemickém složení rostlinné biomasy (Mengel a Kirkby, 2001). Zeolit je krystalický alumosilikát alkalických kovů a kovů alkalických zemin (Mumpton, 1999). Jeho rozhodujícími vlastnostmi je vysoká sorpční a pufrovací schopnost a kationová výměnná kapacita - KVK (Allen a Ming, 1995). Vysoký výměnný potenciál pro + NH 4 a K + je rovněž významnou vlastností zeolitu (Maloupa et al., 1999). Vybrané fyzikální a chemické vlastnosti zeolitu jsou následující: objemová hmotnost 1,14 g/cm 3 ; celková pórovitost: 57,23 %; vodní pórovitost: 42,4 %, vzdušná pórovitost 14,83 %; KVK: 170 meq/100 g; ph: 8,13; EC: 3,01 (Ghazvini et al., 2007). Lignit je po léta těžené nejmladší uhlí v oblasti jižní Moravy pro palivářskoenergetické účely. Z energetického hlediska (výhřevnost, spalné teplo) nepatří ovšem ke kvalitním palivům. Izolace huminových kyselin z hnědého uhlí je poměrně běžná, ovšem s přímou aplikací přírodního lignitu do půdy je dosud minimum zkušeností a poznatků. Taková aplikace by přitom měla být i ekonomičtější, protože odpadají náklady na extrakci a recyklaci nebo zpracování použitých činidel. Huminové látky obsažené v lignitu mají ovšem jinou genezi než huminové látky běžně se vyskytující v půdách (Pekař et al., 2009). Analýzy srovnávající elementární složení huminových kyselin izolovaných z lignitu a několika půdních typů ukazují, že z hlediska zastoupení C, H, poměru aromatického a alifatického uhlíku jsou lignitické kyseliny velmi blízké kyselinám černozemním. Liší se nižším obsahem dusíku (Pekař et al., 2005). Obecně předností humusu je vysoká ionto-výměnná kapacita, která zajišťuje poutání živin v půdě a omezuje jejich vyplavování. Dále reaguje s s minerální koloidní půdní frakcí a zlepšuje fyzikální a fyzikálně-mechanické vlastnosti půd, reguluje vláhový i vzdušný režim, váže xenobiotické polutanty v půdě apod. (Kolář et al., 2008). Některé technologie využívají lignit jako substrát pro růst mikroorganismů rozkládajících různé organické polutanty (Rethmeier a Jonas, 2003). Lignit snižuje v řadě případů obsah těžkých kovů v pletivech rostlin, což lze přičíst sorpčním schopnostem lignitu nejen vůči kovovým iontům (Pekař et al., 2009, Klučáková a Omelka, 2004). Z hlediska dlouhodobého 331
zkoumání uvádí Honěk et al. (2001) následující průměrné složení lignitu z jižní Moravy (hmotnostní %): vlhkost: 40-50 %, popel: 8-50 %, C: 64-68 %, O: 22-29 %, H: 5-6 %, N: 0,1-1,5%, S: 1-4 %. Hodnota ph se pohybuje mezi 5-6 (Pekař et al., 2009). Agrisorb je polymerní organická sloučenina schopná do své struktury vázat vodu a v průběhu vegetace ji předávat kořenům. Vytvořený gel z přípravku chrání nejjemnější kořenový systém (kořenové vlášení) před poškozením suchem a vlivy přesazování. Po ošetření kořenů rostlin a následném vysázení urychlí přítomnost Agrisorbu kontakt s okolní půdou a tím se zajistí překonání šoku. Gel vytvořený z 1 g je schopný vázat až 300 g vody (Straková et al., 2009). Cílem polních experimentů bylo studium působení zeolitu, lignitu a agrisorbu aplikovaných do silně kyselé lehké půdy v aridních podmínkách jižní Moravy při pěstování různých jetelotravních směsí z hlediska dvouletých změn hodnot ph půdy a obsahů přístupných živin (P, K, Ca, Mg). Materiál a metody Víceletý polní experiment byl založen v květnu roku 2008 na lehké půdě v katastru obce Ratíškovice u Hodonína, v aridní kukuřičné výrobní oblasti jižní Moravy. Byla použita metoda znáhodněných bloků ve 3 opakováních. Velikost jednoho bloku je 10 368 m 2, rozměr každé pokusné parcely (varianty) je 36 x 24 m = 864 m 2. Na vyměřené pokusné parcely byly ještě před výsevem směsí aplikovány pomocí několika typů rozmetadel vybrané půdní kondicionéry zeolit (Z) a lignit (L) a pomocná půdní látka agrisorb (A). Spolu s kontrolní, neošetřenou, variantou zahrnoval experiment 4 varianty. Aplikované dávky byly následující: zeolit - 3 l/m 2, tj. 30 m 3 /ha; použitá frakce 1-2 mm; agrisorb - 20 g/m 2, tj. 200 kg/ha; lignit: 1000 g/m 2, tj. 10 tun/ha, dávka byla stanovena s ohledem na vyšší zrnitost přípravku, přičemž lignit byl aplikován ve formě přípravku TerraClean. Jednorázové zapravení pomocných půdních látek do profilu 15 cm proběhlo kompaktorem. Pro následný výsev byly navrženy tři typy jetelotravních směsí: krajinná směs s přídavkem jetelovin (výsevek 200 kg.ha -1 ), regionální (100 kg.ha -1 ) a jednoletá směs (70 kg.ha -1 ). Odběr půdních vzorků z hloubky 0-0,3 m byl proveden dle agrochemických zásad před založením experimentu (jaro 2008) a po dvou letech (podzim 2010). Obsah přístupných živin v půdních vzorcích byl stanoven metodikou používanou při AZZP ve výluhu Mehlich III (NH 4 F, NH 4 NO 3, CH 3 COOH, HNO 3, EDTA). Přístupný P byl z půdního extraktu stanoven spektrofotometricky, přístupný K atomovou emisní spektrometrií (AES) a přístupný Ca a Mg atomovou absorpční spektrometrií (AAS). Výměnná půdní reakce byla zjištěna postupem používaným při AZZP v půdním výluhu 0,01 M CaCl 2 Zbíral (2002). Výsledky byly zpracovány statisticky analýzou variance s následným testováním dle Scheffeho (P=95%). Výsledky a diskuze Zemina z pokusné lokality vykazovala silně kyselou půdní reakci, velmi vysoký obsah P, vyhovující obsah K a nízký obsah Ca a Mg (tab. 1). Kategorie nízkého obsahu Ca pro lehké půdy je do 1000 ppm a pro Mg do 80 ppm, z čehož vyplývá především extrémně nízký obsah Ca v půdě. 332
Tab. 1 Agrochem. charakteristika zeminy před založením pokusu v roce 2008 (Mehlich III) ph ppm P K Ca Mg 4,54 a 222 a 148 a 365 a 30 a silně kyselá velmi vysoký vyhovující nízký nízký Po dvou letech od aplikace zeolitu, agrisorbu a lignitu nastaly určité změny z hlediska půdní reakce a obsahů přístupných živin (tab. 2). Především hodnota ph zaznamenala snížení při porovnání jednotlivých variant, přičemž pokles dosahoval v některých případech 0,2 jednotky i více. Výměnná půdní reakce dosahovala na lehké půdě převážně hodnot extrémně kyselých (ph do 4,5) či silně kyselých (ph 4,6-5,0). To je možné odůvodnit především absencí vápnění na pozemku a nedostatkem dvojmocných bází (Ca, Mg) v půdě, což popisují Richter a Hlušek (1994) jako jednu z hlavních příčin acidifikace půd. Tab. 2. Agrochemická charakteristika zeminy na podzim 2010 (Mehlich III) Druh Ošetření ph ppm směsi (varianta) P K Ca Mg Z 4,30 a 188 a 131 a 250 c 33 a RS A 4,17 b 168 b 58 c 250 c 33 a K 4,42 a 204 a 112 b 250 c 33 a L 4,45 a 160 b 65 c 250 c 33 a Z 4,40 a 175 b 103 b 271 c 23 b KS A 4,40 a 211 a 127 a 273 c 25 a K 4,34 b 185 b 76 c 250 c 33 a L 4,58 a 222 a 141 a 294 b 42 a Z 4,68 a 158 b 90 c 266 c 25 a JS A 4,38 b 146 b 83 c 250 c 33 a K 4,37 b 144 b 115 b 250 c 25 a L 4,47 a 171 b 94 c 324 a 25 a S 4,83 a 196 a 72 c 314 ab 46 c Legenda: RS regionální směs, KS krajinná směs, JS jednoletá směs, S sukcese; Z Zeolit, A Agrisorb, K Kontrola (bez ošetření), L Lignit Rozdílná písmena mezi variantami (ve sloupcích) označují signifikantní diference (P = 95%). Obsah P rovněž poklesl meziročně (2008-2010) u jednotlivých variant, nicméně se neustále pohyboval v kategorii velmi vysoké zásoby (nad 185 ppm) či vysoké (116-185 ppm). Tento (extrémně) vysoký obsah je obtížně zdůvodnitelný a zřejmě souvisí s dřívějším způsobem obhospodařování či využívání pozemku. Fosfor je v půdě omezeně mobilní (Marschner, 2002), z čehož vyplývají i jeho nízké ztráty vyplavením. Jeho přijatelnost rostlinami je ovšem ovlivněna řadou faktorů, z nichž rozhodující význam má hodnota půdní reakce. Na kyselých půdách je vysoké riziko tzv. zvrhávání fosforu, tedy jeho reakce se Fe a Al a následnou tvorbou stabilních fosforečnanů (Mengel a Kirkby, 2001). Meziroční změny v obsazích K byly nevyrovnané a obsah kolísal v kategorii nízké (do 100 ppm) či vyhovující (101-160 ppm). Obsah Mg se významněji neměnil, ovšem pokles obshau Ca byl znatelný z 365 ppm na počátku experimentu na 250-324 ppm (tab. 2). Jedná se o důsledek odběru vápníku rostlinami a jeho ztrát při současné absenci vápnění. Souhrnně je možné vysvětlit poklesy obsahů přístupných živin v půdě především jejich odčerpáním rostlinami a ztrátami 333
z agroekosystému, především vyplavením. Rozdíly v obsazích živin v půdě v rámci jednotlivých variant u různých typů jetelotravních směsí je možno odůvodnit diferencemi v botanickém složením porostů, které ovlivňují např. velikostí svého kořenového systému, kořenovými exudáty apod. příjem živin. Rostliny z čeledi bobovité (Fabaceae) mají agresivní kořenové výměšky a lépe si osvojují fosfor (Richter a Hlušek, 1994). Z hlediska vlivu použitých přípravků na obsah živin je možno pozorovat nárůst obsahu P a Ca u varianty s aplikovaným lignitem u krajinné a jednoleté směsi, což je možno odůvodnit obsahem popelovin v lignitu na úrovni 8-50 % (Honěk et al. (2001). Závěr Po dvou letech od aplikace přípravků byl zjištěn u většiny variant především výrazný pokles obsahu Ca v půdě, redukce obsahu P a K i hodnoty ph půdy do 0,2 jednotky, což je možno odůvodnit především absencí hnojení i vápnění a ztrátami živin z pratosystému. Použitím zeolitu, agrisorbu a lignitu se ve většině případů neměnily kategorie zásobenosti živin v půdě. Živiny je rostlinám nutné dodávat minerálními a organickými hnojivy. Je předpoklad, že organická hnojiva používaná v adekvátních hektarových dávkách v delším časovém intervalu by společně s aplikovanými půdními látkami či kondicionéry přispěly k vyšší sorpční schopnosti půdy se všemi průvodními pozitivními vlastnostmi. To by ovšem vyžadovalo dlouhodobější výzkum. Dedikace Práce vznikla v rámci programu NPV II Modelový projekt zamezení biologické degradace půd v podmínkách aridního klimatu č. 2B08020 řešeného s podporou Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy. Použitá literatura ALLEN, E.R. and MING, D.W., 1995: Recent progress in the use of natural zeolites in agronomy and horticulture. Nat. Zeolites, 93: 477 490. GHAZVINI, R.F., PAYVAST, G. and AZARIAN, H., 2007: Effect of clinoptilolitic-zeolite and perlite mixtures on the yield and quality of strawberry in soil-less culture. International Journal of Agriculture & Biology, 9: 885 888. HONĚK, J., SCHEJBAL, C. and STANĚK, F., 2001: Jihomoravský lignitový revír. Komplexní studie. In Sborník vědeckých prací VŠB-TU Ostrava, řada hornicko-geologická, monografie 3, 47, 272 s. (in Czech) KLUČÁKOVÁ, M. and OMELKA, L. 2004: Sorption of metal ions on lignite and humic acids. Chem. Pap., 58: 170 175. KOLÁŘ, L., KUŽEL, S., PETERKA, J., ŠTINDL, P. and PLÁT, V., 2008: Agrochemical value of organic matter of fermenter wastes in biomass production. Plant, Soil, Environment, 54: 312 328. LOŠÁK, T., HLUŠEK, J., ŽALUD, Z., TRNKA, M., SEMERÁDOVÁ, D. and DUBROVSKÝ, M., 2008: Výživa rostlin v podmínkách měnícího se klimatu. In Bulletin. Brno: ÚKZÚZ Brno, 5 10. MALOUPA, E., SAMARTZIDIS, C., COULOUMBIS, P. and A. KOMNIN, A., 1999: Yield quality and photosynthetic activity of greenhouse-grown "Madelom" Roses on Perlite- Zeolite Substrate mixtures. Acta. Hort., 481: 97 9. MARSCHNER, H., 2002: Mineral nutrition of higher plants. 2nd edition. London: Academic Press, 889 p. MENGEL, K. and KIRKBY, E. A., 2001: Principles of Plant Nutrition. 5 th Edition, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht / Boston / London, 849 p. 334
MUMPTON, F.A., 1999: Uses of natural zeolites in agriculture and industry. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 96: 3463 3470. PEKAŘ, M., KLUČÁKOVÁ, BARANČÍKOVÁ, G., MADARAS, M. and MAKOVNÍKOVÁ, J., 2005: Affinity of soil and lignitic humic acids for Cu(II) and Cd(II) ions. In Humic substances. Molecular details and applications in land and water conservation. E. Ghabbour, G. Davies, Eds. New York: Tailor and Francis, 14: 211 223. PEKAŘ, M., KLUČÁKOVÁ, M., KUČERÍK, J. and KISLINGER, J., 2009: Lignit a jeho možné zemědělské použití (z pohledu chemika). In: konference Trávníky 2009, Hodonín, 61 66. RETHMEIER, J. and JONAS, A., 2003: Lignite based oil binder mats: a new absorbent strategy and technology. Spill Sci. Technol. Bull., 8: 565 567. RICHTER, R., HLUŠEK, J., 1994: Výživa a hnojení rostlin. I. Obecná část. VŠZ v Brně, 177 s. STRAKOVÁ, M., SALAŠ, P., KOHUT, M. PEKAŘ, M., ŠEVČÍKOVÁ, M. and PELIKÁN, J., 2009: Modelový projekt zamezení biologické degradace půd v podmínkách aridního klimatu. In: konference Trávníky 2009, Hodonín, 4 9. ZBÍRAL, J., 2002: Jednotné pracovní postupy analýza půd I. 2. vydání. ÚKZÚZ Brno,197 s. ZÁKON č. 156/1998 Sb. ze dne 12. června 1998 o hnojivech, pomocných půdních látkách, pomocných rostlinných přípravcích a substrátech a o agrochemickém zkoušení zemědělských půd (zákon o hnojivech), ve znění pozdějších předpisů. Kontaktní adresa 1. autora doc. Ing. Tomáš Lošák, Ph.D., Ústav agrochemie, půdoznalství, mikrobiologie a výživy rostlin, Agronomická fakulta, Mendelova univerzita v Brně, Zemědělská 1, 613 00 Brno, e- mail: losak@mendelu.cz 335