Skúsenosti z rokov dávno minulých so striedaním pestovaných plodín vyústili v zostavovanie osevných postupov so základným kameňom v podobe plodín z čeľade bôbovitých (Fabaceae). Práve tieto rastliny sú charakteristické svojou schopnosťou biologickej utilizácie a asimilácie dusíka, teda zapojenia vzdušného dusíka do biochemických procesov v rastline s jeho následným využitím ďalšími pestovanými plodinami.
Po objavení postupu priemyselnej výroby amoniaku, dnes označovanej ako Haber-Boschov proces, uvidela svetlo sveta priama konkurencia prírodných procesov, ktorá ich dokázala do istej miery nahradiť (obr. 1). S narastajúcou cenou vstupných surovín a energie pre výrobu dusíkatých hnojív nastala otázka, kde zobrať dusík za rozumnú cenu? Odpoveďou môže byť návrat k prirodzeným zdrojom tejto živiny, teda k využívaniu procesu biologickej utilizácie dusíka, čiže zaradenie plodín schopných takto získavať dusík do osevných postupov.
Obr. 1: Dusík na miskách váh.
Už v 19. storočí bolo zistené, že významná časť rastlinnej hmoty obsahuje dusík, ktorý je považovaný za základný stavebný prvok samotného života. Je nutný pri syntéza proteínov a proteídov, chlorofylu, vitamínov, hormónov a DNA. Dusík je i stavebnou jednotkou všetkých enzýmov, ktoré sa podieľajú na látkovej výmene pri rastlinách a živočíchoch, vrátane človeka. Dusík je pritom rozhodujúcou súčasťou našej atmosféry (78 %). Mohlo by sa zdať, že zásob dusíka máme dostatok, ale táto jeho plynná forma nie je prakticky dostupná pre väčšinu plodín, čo však neplatí pre druhy z čeľade bôbovitých, majúcich schopnosť tento vzdušný dusík utilizovať. Otázkou zostáva, ako môžeme najefektívnejšie dusík z atmosféry získať a „poskytnúť“ ho rastlinám.
Biologická utilizácia dusíka
Uvádza sa, že utilizácia N2 je po fotosyntéze druhý najdôležitejší biologický proces na Zemi, lebo väčšina dusíka dnes viazaného v biomase, v odumretej organickej hmote, v humusových látkach i v nerastoch (uhlie, živice) bola v minulosti utilizovaná a asimilovaná z atmosféry práve týmto významným procesom (Šimek, 2003).
Rastliny z čeľade Fabaceae – leguminózy
Biologická asimilácia dusíka je najčastejšie spájaná s hospodársky významnými rastlinami z uvedenej čeľade. Na ich koreňoch dochádza k symbióze hostiteľskej rastliny s baktériami rodu Rhizobium, pričom dochádza k tvorbe koreňových hľúzok (obr. 2) a následne k utilizácii dusíka. Všeobecne je za efektívne hľúzky možno považovať také, ktoré sú dostatočne veľké, dobre vyvinuté, na reze ružové, zafarbené leghemoglobínom. Biele a zelené hľúzky sú málo efektívne, až parazitické, lebo utilizujú iba málo dusíka a viac organickej hmoty odoberajú hostiteľskej rastline. Hnedé hľúzky odumierajú a rozpadajú sa, pričom uvoľňujú dusík obsiahnutý v pletive (Möllerová, 2006). Autori Mikanová a Šimon (2013) uvádzajú, že porasty ďatelinovín sú schopné utilizovať medzi 200 – 300 kg dusíka na hektár. Podľa autorov Carlsson a Huss-Danell (2003) môže využitie biologickej utilizácie dusíka dosahovať pri ďateline lúčnej (Trifolium pratense L.) až 373 kg/ha N za rok, pri ďateline plazivej (Trifolium repens L.) 545 kg/ha za rok a 350 kg/ha dusíka za rok pri lucerne siatej (Medicago sativa L.).
Obr. 2: Koreňové hľúzky na ďateline približne 2 mesiace po vzídení (Kintl, 2017).
Biologická utilizácia dusíka je sama o sebe zložitý proces, závislý od viacerých faktorov. Treba si uvedomiť, že ovplyvňované môžu byť tak rastliny, ako aj baktérie v pôde.
Rastliny sú ovplyvňované celým radom faktorov biotického či abiotického pôvodu. Značný význam má výživa rastlín, pri ktorej bolo napr. preukázané, že rast hľúzok a intenzitu utilizácie dusíka kontroluje úroveň hladiny fosforu a draslíka. Uvádza sa, že aj samotná príprava pôdy môže výrazne ovplyvniť mikrobiálny pôdny svet, a tým zlepšiť či zhoršiť podmienky pre biologickú utilizáciu dusíka. Existujú rozdiely v biologickej utilizácii dusíka vplyvom rôzneho spôsobu obrábania pôdy. Napr. pri orbe dochádzalo k znižovaniu utilizácie, lebo negatívne ovplyvňovala populáciu baktérií rodu Rhizobium (Coventry a Hirth 2003). Samotná agrotechnika môže teda ovplyvniť pôdu natoľko, že sa mení intenzita biologickej utilizácie dusíka prostredníctvom zmien v zložení mikrobiálnych spoločenstiev a ich činnosti.
Obr. 3: Červené šípky predstavujú biologickú utilizáciu dusíka, ďalej imobilizáciu živín, ktoré zostali v pôde po predplodine. Organická hmota medziplodiny s obsahom živín prechádza formou zeleného hnojenia do zložitého systému pôdnych procesov, kedy dochádza súčasne k rozkladu organickej hmoty (mineralizácii) i syntéze nových látok na báze humusu (žlté šípky) a zároveň sú z tohto procesu vychytávané živiny, ktoré slúžia k tvorbe úrody následnej plodiny.
Strukoviny v osevnom postupe môžu prispieť k značnému zvýšeniu úrody následne pestovaných neleguminóznych druhov, ktoré nesúvisí iba so zvýšeným obsahom dusíka, ktorý leguminózy v pôde zanechávajú.
Podľa Mayer et al. (2003), Jensen et al. (1996) a Jensen et al. (2015) totiž leguminózy ovplyvňujú ďalšie pôdne parametre, predovšetkým mikrobiálnu aktivitu pôdy, čo sa následne podieľa na zvýšení úrody.
McKenna et al. uvádzajú, že N získaný z porastov ďatelinovín môže byť rozdelený do dvoch kategórií: produkcia N založená na rhizodepozícii počas fázy rastu a zisk N prostredníctvom uvoľnenia počas mineralizácie rastlinných zvyškov a kultivácie nasledujúcich plodín. Predpokladá sa, že rhizodepozícia N je pri leguminozách vyššia ako pri iných druhoch rastlín, pretože biologická utilizácia zvyšuje celkovú rýchlosť asimilácie dusíka. Výsledky prezentované v publikáciách Sutton et al., Elbl et al., a Kintl et al. poukazujú na významnosť ponechania rezíduí biomasy na ornej pôde k zvýšeniu imobilizácie Nmin a následnému postupnému uvoľňovaniu.
Uvádza sa, že utilizácia N2 je po fotosyntéze druhý najdôležitejší biologický proces na Zemi.
V rámci súčasného poľnohospodárstva je ale komplikované nájsť priestor pre zaraďovanie ďatelinovín do osevného postupu aspoň v takom rozsahu, aby došlo k minimálnej reprodukcii pôdnej úrodnosti.
Jednou z možností je využitie ďatelinovín ako medziplodín, najmä v priestore medzi pšenicou alebo jačmeňom a kukuricou založenou v nasledujúcim roku.
Medzi povolenými druhmi ďatelinovín sú v rámci greeningu uvedené:
Ďatelina purpurová – Trifolium incarnatum L.; ďatelina alexandrijská – Trifolium alexandrinum L., ďatelina obrátená – Trifolium resupinatum L. a ďatelina mechúrikatá – Trifolium vesiculosum Savi. Ide o jednoročné ďateliny, v prípade ďateliny purpurovej o ďatelinu s krátkou vegetačnou dobou v nasledujúcom roku.
Druhú skupinu predstavujú ďateliny trváce, ktoré prezimujú a v nasledujúcom roku skoro na jar začnú vytvárať nadzemnú i podzemnú biomasu. Ako príklad možno uviesť ďatelinu hybridnú – (Trifolium hybridum L.), ktorej porast je na obrázku 4.
Obr. 4: Porast ďateliny hybridnej (Trifolium hybridum L.) (Kintl, 2018).
Rovnako ako v ekologickom poľnohospodárstve môže byť dusík získavaný vďaka biologickej utilizácii, ostatné živiny musia byť dodávané externe, a to aj s ohľadom na udržanie pôdnej úrodnosti. Časť živín môže byť recyklovaná externe cez živočíšnu výrobu alebo využitím biomasy v bioplynových staniciach a následnej aplikácie digestátu. Malé množstvo živín sa môže vracať z mesta späť na farmu prostredníctvom triedeného odpadu. To žiaľ vo väčšine európskych miest a ani vo svete nie je dostatočne organizované, čiže len málo organického odpadu sa dostáva späť na farmu. Stále tak prevažuje jednosmerný tok živín z fariem do miest.
Ostatné živiny ako P, K, S, a Mg predstavujú limitné faktory pre získavanie dusíka pre potreby poľnohospodárskej produkcie. Keďže substráty pre výrobu fosforečných a draselných hnojív sú získavané ťažbou a dopravované na značné vzdialenosti, bude ich využiteľnosť stále diskutabilnejší. Získavanie dusíka cestou biologickej utilizácie z nevyčerpateľného zdroja však bude časom limitované dostatkom ďalších živín.
Využívanie druhov z čeľade bôbovitých má svoje špecifické úskalia. Nie je napr. možné dopredu stanoviť, koľko dusíka bude utilizované a ešte obťažnejšie je stanoviť kedy a v ako množstve bude táto živina k dispozícii nasledujúcej plodine, napr. práve kukurici.
Dusík je najčastejší faktor obmedzujúci poľnohospodárske systémy kdekoľvek na svete. V ČR, ako aj inde v Európe, je účinnosť dusíka limitovaná inou deficitnou živinou, napr. draslíkom alebo fosforom, či horčíkom alebo sírou. Preto je pre každého pestovateľa pomerne zložité presne stanoviť optimálnu dávku dusíka, pri ktorej bude zabezpečená zodpovedajúca úroda a súčasne pri nej dôjde k minimalizácii strát živín vyplavením.
Záver
Dusík utilizujúce plodiny môžu byť pri vhodnom zaraďovaní do osevných postupov určitou alternatívou priemyselných dusíkatých hnojív, ktorých jednotková cena je v súčasnej dobe na historickom maxime.
Príspevok vznikol za podpory projektu TAČR – TH03030236 Pěstování kukuřice na zrno v řízeném systému smíšené kultury s využitím jetelovin.
Autori: Ing. A. Kintl, Ing. J. Sobotková, Ing. I. Huňady, Zemědělský výzkum, spol. s r. o., Troubsko, ČR
