Efektivita využitia živín NUE (Nutrient Use Efficiency) je v ostatných desaťročiach často používaný termín pre vyjadrenie účinnosti vstupov, najmä hnojív, resp. živín. Význam hodnotenia NUE sa najprv sústredil najmä na obmedzenie strát živín v agroekosystéme s cieľom predchádzať znečisťovaniu životného prostredia.
V ostatných rokoch sú výpočty NUE tiež využívané pre hodnotenie reakcií rastlín na podmienky pestovania. Rastliny s vyššou efektivitou využitia živín sú vhodnejším materiálom pre šľachtenie.
Z pohľadu výživy rastlín prináša hodnotenie NUE možnosť posúdenia schopnosti rastlín efektívne hospodáriť so živinami, napr. v podmienkach ich obmedzenej mobility alebo pri obmedzených vstupoch do pôdy. Táto téma je aktuálna v súčasnom období, kedy sú ceny minerálnych hnojív vysoké, pričom významne dochádza aj k zvyšovaniu ďalších vstupov nutným pre intenzívne pestovanie plodín (pesticídy, PHM a pod.).
Všeobecne je možné NUE definovať ako produkciu či množstvo sušiny vyprodukované na jednotku akejkoľvek živiny alebo jednotku tejto konkrétnej živiny rastlinnou prijaté.
Hodnotenie však nie je jednoduché. Už dlhšiu dobu je známe, že schopnosť rastlín využívať živiny sa môže pri jednotlivých druhoch, genotypoch a odrodách odlišovať. Toto je dôležité pri výbere materiálu pre ďalšie zlepšovanie rastlín šľachtením alebo agromanažmentom. Efektivita využitia živín je silne ovplyvnená genetickými a fyziologickými zložkami a ich vplyvom na schopnosť rastlín prijímať živiny v rôznych environmentálnych a agroekologických podmienkach a následne uplatniť živiny pre maximálnu produkciu sušiny.
Efektivita využitia živín závisí predovšetkým od troch hlavných premenných: prostredie, rastlina a živiny.
Hlavné zložky NUE
Väčšinou je efektivita využitia živín hodnotená v jednotlivých fázach rastu, ktoré úzko súvisia s príjmom, utilizáciou a remobilizácou živín (obr. 1). Výslednú hodnotu NUE tak tvoria tri čiastkové zložky:
A) Účinnosť (efektivita) príjmu živín (NUpE – Nutrient Uptake Efficiency), t. j. schopnosť získavať živiny z pôdy.
S NUpE úzko súvisí napr. mobilita živín (forma živiny), vplyv rýchlosti prísunu živín hmotovým tokom, difúziou a pod. Táto zložka NUE je totiž značne ovplyvnená pôdnymi vlastnosťami, počasím (resp. teplotou a vlhkosťou pôdy) a v tejto súvislosti aj s mikrobiálnou aktivitou. Pri rovnakých druhoch rastlín a odrodách tak môžu byť zistené rozdielne hodnoty NUpE v dôsledku premenlivosti týchto faktorov.
Efektivitu príjmu živín je ale možné ovplyvňovať aj šľachtením zameraným najmä na habitus koreňovej sústavy (veľkosť, dĺžka, vetvenie a pod.). Výber vhodnej odrody pre dané podmienky pestovania je preto prvým krokom pestovateľov pre zvýšenie efektivity využitia živín.
Významným nástrojom pestovateľov sú aj vhodné agrotechnické postupy, pozitívne ovplyvňujúce podmienky pre aplikáciu a distribúciu živín do prostredia koreňov (napr. lokálna aplikácia) či výber hnojív, ktorých zložky obmedzujú sorpciu živín na pôdne častice, ich premenu na menej prijateľné formy pre rastliny (napr. hnojivá s inhibítormi premeny dusíka, hnojivá so zeolitmi, povrchovo upravené/obalované hnojivá a pod.).
Z uvedeného je zrejmé, že NUpE je veľmi variabilná zložka NUP a pri jej posudzovaní je potrebné zvažovať zhodnosť podmienok, pri ktorých bola efektivita zisťovaná.
B) Účinnosť (efektivita) transportu a asimilácie živín,
tvorí ďalšiu zložku NUE. Ide o schopnosť rastlín (a tiež vytváranie podmienok) pre transport živín do nadzemných vegetatívnych častí rastliny a o využitie živín pre tvorbu organických látok dôležitých pri metabolických procesoch v rastlinách. V tomto ohľade je dôležitá vyvážená výživa rastlín, pretože jednotlivé živiny vzájomne ovplyvňujú ich asimiláciu (zabudovanie živín do organických väzieb). Viaceré prvky (napr. Mn, Fe, Cu) ovplyvňujú využitie dusíka. Jednotlivé živiny majú tiež vplyv na asimiláciu C z CO2 a na tvorbu biomasy rastlín. Zvýšením produkcie biomasy sa zvyšuje produktivita NUE. V určitých prípadoch, napr. pri nízkom obsahu mikroprvkov v pôde alebo pri obmedzených podmienkach ich príjmu (vplyvom pH), je preto nutné rastlinám pomôcť mimokoreňovou výživou s cieľom zvýšenia efektivity využitia hlavných živín (makroprvkov N, S Mg a pod.).
C) Vnútorná efektivita využitia živín je treťou významnou zložkou NUE, ktorá je predovšetkým založená na remobilizácii a znovuvyužití živín z vegetatívnych častí do zberaných orgánov, najčastejšie generatívnych orgánov, ako sú semená a plody. S ohľadom na odlišnosť jednotlivých živín v transporte do generatívnych častí rastlín je tento parameter najčastejšie hodnotený pri živinách, ktoré sa v generatívnych orgánoch ukladajú najviac, poprípade ich nedostatkom môže byť významne ovplyvnená technická alebo nutričná kvalita zberaného produktu. Hodnotenie vnútornej efektivity využitia je preto najviac hodnotené pri dusíku a fosfore, v ostatných rokoch ale aj pri síre a horčíku. Z mikroprvkov je to predovšetkým zinok, železo, poprípade meď.
Vplyv rastlín na NUE
Produkčný potenciál viacerých pôd je limitovaný nízkym obsahom živín alebo ich nepriaznivými fyzikálnymi či chemickými vlastnosťami. Napríklad nízka produktivita rastlín na kyslých pôdach je spôsobovaná kombináciou „toxicity“ Al, nedostatkom/obmedzením mobility N, P, K, Ca, Mg a niektorých mikroprvkov (napr. Mo, B, Cu). Účinným spôsobom ako upraviť kyslosť pôdy je vápnenie, avšak rastlinné druhy a odrody sa môžu odlišovať v reakcii na vápnenie.
Na základe reakcie rastlín na hladinu živín sú genotypy a odrody zaraďované do štyroch skupín (obr. 2).
a) účinne reagujúce – rastliny, ktoré produkujú vysoké úrody pri nízkych úrovniach živín a ktoré pritom reagujú na vyššie úrovne pridávaných živín;
b) efektívne reagujúce -rastliny s nízkymi úrodami pri nízkych úrovniach výživy, ale ktoré majú vysokú odozvu na vysokú úroveň pridávaných živín;
c) rastliny, ktoré produkujú vysoké úrody pri nízkej úrovni výživy, ale nereagujú na zvyšovanie obsahu živín;
d) rastliny, ktoré produkujú nízke úrody pri nízkych úrovniach výživy a nereagujú na pridávanie živín.
Vynikajúce genotypy s vysokým NUE sú užitočné pri šľachtení odrôd s efektívnym využívaním živín, ktoré sú adaptabilné na stresové faktory v ekosystémoch a produkujú primerane vysoké úrody.
Vplyv agromanažmentu, abiotických a biotických faktorov na NUE
Agrotechnika značne ovplyvňuje biologickú dostupnosť živín a následne tiež jednotlivé zložky NUE. To je dôvod, prečo často nie sú dosahované rovnaké parametre NUE pri rôznych podmienkach hospodárenia. Z predchádzajúcej kapitoly tiež vyplýva, že na zvýšenie NUE bude mať významný vplyv tiež výber odrôd, kedy vyššiu efektivitu využitia živín majú odrody šľachtené pre určité pôdne podmienky (napr. vo vzťahu k pH pôdy, pôdnemu druhu a pod.).
Pôsobením škodlivých organizmov sú často poškodené listy, stonky alebo korene, čím sa znižuje účinnosť fotosyntézy, dochádza k obmedzeniu príjmu a/alebo transportu živín a asimilátov, čo vedie k zníženiu znovu využitia prijatých živín. Na druhú stranu nedostatok alebo nadbytok živín v pôde môže ovplyvniť rozsah a závažnosť výskytu chorôb rastlín či pôsobenia škodcov. Vyvážená výživa má preukázateľný vplyv na odolnosť alebo náchylnosť rastlín ku chorobám. Optimálny obsah makroprvkov (napr. S, Ca, K) a mikroprvkov (Zn, Cu, Mn, B a pod.) v rastlinách je dôležitý pre schopnosť hostiteľa odolávať infekčným tlakom patogénov alebo ich tolerovať.
Hodnotenie NUE
Veľmi zjednodušenú definíciu účinnosti daného systému je možné vyjadriť rovnicou: Efektivita = Vstup/Výstup.
V ideálnom stave sa vstup rovná výstupu. Vyššiu účinnosť je možné dosiahnuť alebo znížením vstupov, alebo zvýšením výstupov. Každý ekonomický koncept, ktorý má generovať zisk, sa v zásade riadi touto rovnicou a pestovanie rastlín nie je výnimkou. Vo všetkých sektoroch ekonomiky je žiaduce znížiť náklady na pracovné procesy pri zachovaní alebo zvýšení výkonu. Existuje však podstatný rozdiel v zdokonaľovaní neživého produkčného procesu, ktorý je ovládaný človekom a v zdokonaľovaní živého organizmu, ako je napr. rastlina, ktorej fungovanie navyše nie je ešte človekom plne pochopené.
Z týchto dôvodov sa stretávame s rôznymi modelmi, postupmi a výpočtami pre hodnotenie NUE. Pritom iba niektoré môžu byť využité priamo v poľnohospodárskej praxi. Viaceré postupy väčšinou zahŕňajú do výpočtu hodnoty výsledku NUE aj napr. nehnojené kontroly (alebo nehnojené sledovanou živinou) a to preto, že ako už bolo povedané, na NUE má značný vplyv prirodzená úrodnosť pôdy. Zvyčajne nižšie hodnoty NUE sú dosahované na úrodnejších pôdach ako na menej úrodných. Na úrodnejších pôdach je zvyčajne na nehnojenej kontrole alebo na menej hnojenom variante vyššia úroda biomasy, vyšší obsah živín v rastlinách, vyšší odber živín a pod. oproti nehnojenému variantu na menej úrodnom stanovišti.
V poľných štúdiách sú tieto indexy vypočítané na základe rozdielu v úrode plodín a celkového odberu živiny nadzemnou biomasou, pri zohľadnení rozdielu medzi hnojenými variantmi a nehnojenou kontrolou (bilančné metódy). Časová os je zvyčajne jedno vegetačné obdobie, ale viacero štúdií poukazuje na dôležitosť posudzovať i dlhšie obdobie, napr. následné pôsobenie živín, reziduálny efekt a pod.
Bilančné metódy hodnotenia NUE sú jednoduché a nie sú ani finančne náročné, čo je výhodné pre prax. Hodnotenie NUE ale vyžaduje i presné pokusy, pomocou ktorých sú korigované potenciálne skresľujúce činitele.
Pre agronomickú interpretáciu vplyvu hnojenia a výpočty bilancií je možné využiť nasledujúce postupy hodnotenia NUE. V praxi je možné ľahko vyjadriť efektivitu využitia živiny výpočtom podielu úrody hlavného zberaného produktu (kg/ha) a aplikovanej dávky živiny.
Tento parameter je často označovaný ako tzv. parciálny faktor produktivity (PFP) a jeho vyjadrenie v kg/ha znamená, koľko kilogramov úrody bolo dosiahnuté aplikáciou 1 kg živiny. V ideálnom prípade by sa hodnota PFP mala približovať alebo prevyšovať hodnotu, ktorá vyplýva z tzv. odberových normatívov. Tie sú v praxi využívané pre stanovenie potreby hnojenia živinami pri jednotlivých plodinách. Hodnoty PFP sa pri jednotlivých plodinách odlišujú.
Napr. pri repke olejke ozimnej je odberový normatív pre dusík 50 kg/t semien, resp. na každých 1 000 kg úrody semien potrebujeme 50 kg N. Iným prepočtom potrebujeme na 20 kg semien 1 kg dusíka. Efektívne hnojenie dusíkom pri repke teda bude, ak sa k tejto hodnote priblížime čo najviac.
Pri pšenici ozimnej predstavuje odberový normatív 25 kg N na 1 000 kg zrna, čiže v tomto prípade potrebujeme na 40 kg zrna 1 kg dusíka.
Záver
Hodnotenie efektivity využitia živín je dôležité nielen pre stabilizáciu či zvýšenie úrody pestovaných plodín, ale tiež pre zníženie nákladov na produkciu a zníženie strát živín a zníženie znečistenia životného prostredia. Dôležitými stratégiami pre zvýšenie účinnosti využitia živín je uvážlivé používanie hnojív, zabezpečenie vhodných podmienok pre príjem živín a pestovanie efektívnych druhov plodín, genotypov či odrôd.
Príspevok bol pripravený pri riešení projektu S projekt MŠMT ČR – GA FAPPZ
Autori: Ing. Jindřich Černý, Ph.D., prof. Ing. Jiří Balík, CSc., dr.h.c., doc. Ing. Martin Kulhánek Ph.D., Ing. Ondřej Sedlář, Ph.D., Ing. et Ing. Simona Procházková, Katedra agroenvironmentální chemie a výživy rostlin, ČZU v Praze
