Výživa
Predikcia potreby hnojenia dusíkom nie je absolútna, viaceré údaje vykazujú určitú hladinu premenlivosti. Osobitne to platí pre tvorbu mobilných zdrojov  Nan v pôde, ktoré sa počas vegetácie významne menia (od 40 kg/ha do 150 kg/ha). Značnú variabilitu vykazuje i hodnota koeficientu využiteľnosti dusíka porastom (od 40 % do 80 %). I napriek tomu predložená bilančná metodika diagnostikácie stavu dusíkatej výživy pre potreby hnojenia dusíkom umožňuje zvýšiť exaktnosť vo výpočte potrebnej dávky dusíka a tým sa priblížiť k reálnej potrebe porastu a tým významne racionalizovať jeho hnojenie.

V ostatnej dobe v záujme zvýšenia exaktnosti sa overujú moderné metódy aplikácie molekulárnych markerov (génov alebo ich produktov) a informácie diaľkového prieskumu Zeme, ako súčasť tzv. technológií precízneho poľnohospodárstva. Základnou požiadavkou pri voľbe ľubovoľnej metodiky výpočtu dávky živín je, aby metóda bola jednoduchá a rýchla v jej aplikácii a umožňovala čo najobjektívnejšie charakterizovať momentálny stav výživy porastu.

 

Využitie princípov satelitnej navigácie

V rastlinnej výrobe sa realizujú pokusy využitia moderných metód satelitnej navigácie (GPS) diaľkového prieskumu Zeme pre potreby racionalizácie pestovania plodín. Tieto princípy tvoria súčasť technológií, ktoré sú známe ako princípy presného poľnohospodárstva. Vychádza sa z predstavy, že priestorová rozmanitosť pôdnych vlastností pozemkov dovoľuje diferencovanú aplikáciu hnojív podľa informácií o skutočnej potrebe živín. Je pravdou, že existuje lokálna priestorová variabilita v zásobe živín v pôde, ktorá je prioritne spôsobená rozdielmi v pôdotvorných procesoch. Precízna diferencovaná lokálna aplikácia hnojív podľa skutočného obsahu živín čiastočne umožňuje vyrovnávať existujúce rozdiely. Aplikácia optických metód a techník umožňuje monitoring kondičného stavu porastu a čiastočne i stavu výživy podľa intenzity sfarbenia vegetačnej hmoty o vlnovej dĺžke 660 – 670 nm, čo zodpovedá spektru rastlinného pigmentu – chlorofylu. Nadzemná biomasa obsahuje komplex rastlinných pigmentov o vlnovej dĺžke 400 – 700 nm, pritom podiel jednotlivých komponentov je závislý od botanického druhu rastlín, podmienok vegetácie a najmä rastovej fázy. Ide o nepriamu metódu merania obsahu N podľa optickej denzity spektra chlorofylu, meranú chlorofylometrom (SPAD hodnoty) pre potreby diagnostikácie obsahu dusíka v nadzemnej biomase. Z technického hľadiska ide o zložitý systém získavania informácií, bezdrôtového prenosu nameraných dát s využitým princípov satelitnej navigácie. Uplatnenie tohto systému v praxi vyžaduje od pestovateľov primerané technické znalosti a zručnosť. Preto najväčšími propagátormi metódy sú pracovnici s technickým vzdelaním, ktorí spravidla vykazujú iba chabé vedomosti z oblasti výživy a hnojenia plodín.

V tejto súvislosti treba konštatovať, že rastlinné pigmenty reprezentované molekulami viacerých typov chlorofylu, ako funkčného faktora hmoty nadzemných organov sú vo väzbe na počet chloroplastov, buniek ale i na plochu a objem pletiva. Avšak intenzita sfarbenia listov môže byť v kladnej korelácii s desiatkami ďalších látok a procesov, ako je hmotnosť biomasy, úroda zrna, obsah bielkovín, sacharidov a podobne. To však neznamená, že korelačný vzťah postačuje pre stanovenie absolútneho množstva uvedených látok. Sledovaný vzťah je iba sprostredkovaný, ktorý platí za presne definovaných podmienok. Podrobná analýza SPAD metódy bola uskutočnená v našom príspevku (Michalík, I.: Agrochémia, 2000, 19-20). Tým, že podiel dusíka v molekule chlorofylu je iba okolo 2 % z celkového obsahu N v nadzemnej biomase, určuje iba nízku mieru priamej závislosti medzi koncentráciou N a obsahom chlorofylu. Preto uvedené prístupy detekcie stavu dusíkatej výživy nemôžeme hodnotiť ako metódy presného, či precízneho hodnotenia stavu výživy porastu. Nakoniec ani priame meranie obsahu dusíka v pôde a nadzemnej hmote s využitím exaktných metód chemických analýz nepatria medzi tzv. precízne postupy. Preto názov precízne či presne systémy pestovania alebo poľnohospodárstva pre podmienky rastlinnej výroby nepokladáme za primerané.

Viaceré interferujúce vplyvy narušujú platnosť sledovaných vzťahov, čo znižuje úroveň meraní. Preto aj intenzita sfarbenia zeleného listu je síce závislá od obsahu molekúl chlorofylu na jednotku plochy listového pletiva, avšak  môže byť významne ovplyvnená celým radom endogénnych a vonkajších faktorov. Predovšetkým ide o jav chlorózy, antagonizmu živín, zdravotného stavu porastu, poškodenia pletiva v dôsledku narušenia zásad pri aplikácii listovej výživy, aplikácie pesticídov a amoniakálnej toxicity. Intenzita sfarbenia listu je závislá taktiež od dusíkatej výživy, rastovej fázy plodín, rýchlosti rastu buniek a pletiva, druhovej a odrodovej skladby  pestovaných plodín, intenzity osvetlenia, teploty  vzduchu, stavu vodného režimu porastu, ale aj celého radu ďalších kontrolovateľných a nekontrolovaných faktorov prostredia. Počas ontogenézy rastlín sa významne mení komponentné zloženie jednotlivých rastlinných pigmentov, ktoré sa líšia maximom adsorbčného spektra, čo vplýva i na hodnoty SPAD. Pritom sledované zmeny nemajú žiadnu súvislosť s obsahom dusíka.

 

Aplikácia optických metód a techník umožňuje monitoring kondičného stavu porastu a čiastočne i stavu výživy podľa intenzity sfarbenia vegetačnej hmoty.

 

I napriek tomu metóda poskytuje hodnotnú informáciu o kondičnom stave porastu, ktorý je závislý ako od koncentrácie pigmentov chlorofylu, tak aj od podmienok minerálnej výživy. Preto znížená intenzita zeleného sfarbenia nadzemnej biomasy môže byť symptómom deficitu živín a osobitne dusíka. Pri manifestovanom deficite dusíka, ktorý zodpovedá stavu „hladovania“, rastliny v záujme zachovania vývinu počas  ontogenézy uskutočňujú hydrolýzu vysokomolekulárnych látok a  vytvorené monomérne látky, vrátané dusíkatých (aminokyseliny, amidy, ale aj amoniak), sú translokované do vegetačného vrcholca, kde sú využívané na tvorbu mladých listov. Uvedené zmeny spravidla spôsobujú aj stratu intenzity zeleného sfarbenia. Úlohou diagnostikácie je však predchádzať vzniku  deficitného stavu, ktorý je vizuálne detegovateľný nežiaducimi zmenami. Naproti tomu je žiaduce  predikovať fyziologický stav porastu, ktorý súvisí iba s čiastočným narušením výživy, pritom metabolické a produkčné zmeny (rast a vývin) ešte nie sú narušené. I napriek maximálnej snahe čo najpresnejšie kvantifikovať výživové podmienky pestovania plodín, stále ostáva najväčším problémom vo výžive určiť momentálny stav, t.j. v konkrétnom čase a priestore – mobilne a tým i prístupné zdroje živín pre reálne potreby porastu. Avšak máme vážne pochybnosti o vierohodnosti hodnoty SPAD pre potreby detekcie stavu výživy dusíkom pre rozhodovanie o aplikácii hnojiva.

Z predchádzajúcich informácií je známe, že koncentrácia dusíka v nadzemnej hmote vykazuje zákonitý klesajúci trend počas vegetácie, ktorý je bezprostredne ovplyvnený rýchlosťou tvorby biomasy. V prípade porastu obilnín v počiatočných rastových fázach obsah dusíka v nadzemnej biomase dosahuje  4 – 7 %. Postupne s nárastom biomasy s maximom vo fáze steblovanie –kvitnutie, dochádza ku prudkému poklesu koncentrácie N na 0,5 – 2,0 %. Preto iba podľa hodnôt obsahu N v listoch nie je možné preukazne predikovať stav výživy porastu. I za predpokladu absolútnej zhody medzi hodnotami SPAD a koncentráciou N v listoch nie je reálne robiť správne závery o potrebe hnojenia dusíkom. Reálny stav dusíkatej výživy porastu je možné stanoviť iba na základe hodnotenia obsahu N vo väzbe na produkčnú výkonnosť porastu, ktorá počas vegetácie sa významné mení. Uvedené princípy najplnšie akcentuje metóda listovej analýzy, ktorá bola predložená Michalíkom a Ložekom.

Technologický systém zahrňuje: palubný počítač, prijímač GPS (Global position system), N-senzor porastu, navigácia pojazdu stroja  a technický systém aplikácie hnojiva. Výhodou metódy je rýchla a operatívna aplikácia hnojiva, kde je možné priestorovo diferencované dávkovanie hnojiva, čo umožňuje čiastočné šetrenie hnojiva. Nedostatkom je technická i ekonomická náročnosť zariadenia. Výsledky merania nezodpovedajú skutočnému stavu N-výživy (nepriama metóda detekcie). Predpokladáme, že benefity šetrenia hnojiva nie sú adekvátne nákladom na zakúpenie zariadenia a jeho prevádzku.

I napriek uvedenému, technológie diaľkového prieskumu Zeme plnia významnú globálnu funkciu v získavaní informácií pre potreby prognózy úrod komodít v rámci regiónov i kontinentov.

Metódy s využitým  molekulárnych markerov

Princípy aplikácie metód molekulárnej biológie pre potreby detekcie stavu výživy plodín vychádzajú z konštrukcie modifikovaných rastlín (smart plants) s promotorom fúzovaným s reportérovým génom, ktorý je bezprostredne kontrolovaný koncentráciou živín v rastline. Je možné konštatovať, že rastlina prostredníctvom expresie génov poskytuje informáciu o produkčnom procese i vrátane  stavu výživy plodín. Jedná sa o techniky génových čipov hybridizovaných s cDNA, ktorá je značená farebnou fluroscenciou. Reportérový gén produkuje detegovateľný vizuálny signál, ktorý prostredníctvom senzorov a technických prostriedkov satelitnej navigácie a poľnohospodárskej techniky aplikuje presne určenú dávku deficitnej živiny. Na základe toho je možná vizuálna detekcia expresie génov i vrátané génov detegujúcich stav výživy porastu.

Obe uvedené metódy, t.j. presného poľnohospodárstvametódy molekulárnej biológie pre účely diagnostikácie stavu výživy a následnej aplikácie hnojív sú predmetom vedecko-výskumného riešenia na viacerých svetových pracoviskách. V súčasnej dobe mnohé vyvíjané unikátne smery rozvoja vedy nie sú zatiaľ aplikovateľné v širokej poľnohospodárskej praxi.

 

Autor: prof. Ing. I. Michalík, DrSc., Nitra