I napriek tomu, že na stránkach časopisu Naše pole bola problematika výživy a osobitosti jednotlivých typov hnojív viackrát detailne analyzovaná, stále sa stretávame s názormi nedoceňovania nenahraditeľnosti minerálnych foriem živín, a tým i priemyselných hnojív vo výžive a hnojení pestovaných plodín.
Paradigmy výživy a hnojenia
Pestovateľ vo svojej praktickej činnosti musí akceptovať základné paradigmy výživy rastlín, ktoré vyplývajú z molekulárnej a energetickej podstaty výživy rastlín (podrobnejšie v časopise Naše pole 2/2015). Výživa rastlín, na rozdiel od výživy živočíchov, je striktne minerálna (anorganická). Iba minerálne látky plnia úlohu esenciálnych (nenahraditeľných) živín. Pritom organické látky vo svojej podstate pre rastliny nie sú esenciálne a viaceré sú toxické. Nezávisle od toho, aké dusíkaté hnojivo sme do pôdy aplikovali (organické, či minerálne – priemyselné) v pôde sa vždy organické N–látky mikrobiálnou aktivitou premenia na minerálne formy dusíka t. j. amoniak a dusičnan, ktoré sú aj prijímané rastlinami. Akumulácia dusíka v rastlinách je funkciou koncentrácie prijateľného dusíka v pôdnom roztoku t. j. dusičnanov a amoniaku. Hnojením vytvárame súlad medzi prijateľnými zdrojmi živín v pôde a požiadavkami porastu. Tým, že výživa rastlín je striktne minerálna, preto i v podmienkach ekologického systému pestovania, kde sa presadzuje iba organické hnojivo, porast prednostne prijíma z dodaných hnojív a pôdy iba anorganické formy živín t. j. NO3– a NH3. Tato premisa platí aj pre prijem živín z digestátu, vytvoreného anaeróbnou metanogénezou rôznych organických substrátov.
Počas anaeróbnej fermentácie produkčne metanogénne mikroorganizmy okrem metabolizovateľného uhlíka spotrebujú aj prístupné zdroje anorganického a organického dusíka a fosforu, ktoré prednostne využívajú na tvorbu mikrobiálnej biomasy. Predpokladá sa, že počas fermentácie sa obsah celkového dusíka zníži o 5 – 7 %. Pritom dôjde k nárastu mikrobiálnej biomasy, ktorá predstavuje okolo 5 – 10 % objemu digestátu. Čistá mikrobiálna biomasa v priemere obsahuje približne 50 % bielkovín a obsah dusíka v bielkovine je okolo 16 %. Preto nie je zložité kvantifikovať produkciu dominantného organického dusíka vo vyfermentovanom substráte – digestáte, ktorý je imobilizovaný vo forme aminokyselín a bielkovín mikroorganizmov. Pre rastliny je dusík prijateľný až po jeho zapravení do pôdy a po uskutočnenej mineralizácii a vzniku anorganických foriem N a P. Z uvedeného dôvodu nepokladám za relevantné napr. upravovať zdroje N v digestáte mikrobiálnou transformáciou, s cieľom premeny anorganických foriem N na organické.
Vo výžive uhlíkom sa predpokladá, že porast je schopný asimilovať až päťnásobne viac CO2, ako to umožňuje jeho reálny obsah v atmosfére.
Prečo sú dusík a uhlík vo výžive rastlín trvale deficitné?
Vo všeobecnosti je známe, že deficitné živiny, ku ktorým patrí najmä dusík a uhlík rozhodujú o produkčnom procese porastu a formovaní úrody. Deficit dusíka je spôsobený najmä tým, že dusík, okrem konštitučnej funkcie (vytvára štruktúru membrán, buniek, pletív a orgánov), zodpovedá za metabolické a syntetické procesy. Tým, že dusík sa využíva na tvorbu vo vode nerozpustných polymérnych látok, je sústavne odčerpávaný na tvorbu štruktúry buniek a zásobných látok (bielkovín). Rovnovážny stav endogénnych zdrojov dusíka je sústavne porušovaný tvorbou polymérnych látok, preto sa vytvára stav deficitu dusíka. V dôsledku uvedeného porast počas celého obdobia vegetácie pozitívne reaguje na prihnojovanie dusíkom. Okrem dusíka sa v deficite vyskytuje aj uhlík, ktorého obsah v rastlinnej biomase dosahuje okolo 45 – 50 %. Vo výžive uhlíkom sa predpokladá, že porast je schopný asimilovať až päťnásobne viac CO2, ako to umožňuje jeho reálny obsah v atmosfére. Porast pestovaných plodín plní významnú ekologickú funkciu na utilizácii uhlíka a vytváraní rovnovážneho stavu skleníkových plynov atmosféry.
Pestovateľom je dobre známe, že obsah a zásoby fosforu v pôde sú veľmi obmedzené. Vysoká reaktivita aniónov kyseliny trihydrogénfosforečnej spôsobuje ich nízku mobilitu v pôde, a tým aj nedostatočnú prístupnosť pre rastliny. Fosfor v pôde je imobilizovaný chemickou sorpciou vo forme nerozpustných zlúčenín terciárnych fosfátov s Ca, Mg, Fe a Mn. I napriek uvedenému v porovnaní s dusíkom, vykazujú rastliny iba mierny deficit fosforu. Osobitosť výživy fosforom je spôsobená predovšetkým tým, že fosfor v rastline vytvára iba malý podiel zásobných polymérnych fosforečných zlúčenín a najmä v jeho unikátnej schopnosť nepretržitej reutilizácie (obnovy) endogénnej zásoby fosforu. V dôsledku reutilizačnej schopnosti sa uskutočňuje kvázi samoregulujúca optimalizácia výživy fosforom. Fosfor vo forme aniónu kys. trihydrogénfosforečnej (H2PO3–) sa aktívne zúčastňuje metabolických a syntetických reakcií, ktoré sú bezprostredne integrované s procesmi fosforylácie a defosforylácie. V dôsledku princípu „sebaobnovy“ vzniká stabilný endogénny rovnovážny stav fyziologickej potreby fosforu. Je mimoriadne dôležité, aby potreby porastu na zdroje fosforu boli saturované v počiatočnej rastovej fáze porastu. Reálne potreby fosforu v porovnaní s dusíkom sú v absolútnych hodnotách desaťnásobne znížené. I napriek tomu, niektorí pestovatelia, zrejme podľa zaužívanej zvyklosti, stále preferujú vo výžive obilnín neoprávnene vyrovnaný pomer medzi N : P, ako 1 : 1.
Pokladám za mimoriadne opodstatnenú aplikáciu hnojív s obsahom síry (síran amónny alebo DASA) pri pestovaní olejnín a pšenice pre potravinárske využitie. Tvorba karboxylových kyselín (mastné kyseliny), ktoré tvoria základnú hmotnú substanciu matrice oleja, je bezprostredne závislá od obsahu kľúčového sírneho metabolitu Acetyl-S-CoA.
V prípade pšenice tvorba zásobných lepkových bielkovín (prolamínov a glutelínov) v zrne je bezprostredne podmienená obsahom a frekvenciou výskytu v polypeptidovom reťazci sírnych aminokyselín (cysteínu a metionínu), ktoré poskytujú atóm síry na tvorbu disulfidovych väzieb: SH + SH → S – S, ktoré podmieňujú tvorbu sekundárnej, terciárnej a kvartérnej štruktúry bielkovinového agregátu akým je lepok. Podmieňujú nie iba obsah lepku, ale predovšetkým jeho fyzikalno-chemické vlastnosti (pevnosť, rozťažnosť a elasticitu). Optimalizovaná výživa pšenice sírou stimuluje tvorbu lepku a zvýšenie hodnoty sedimentačne testu, čo je jedným z významných kritérií potravinárskej pšenice.
Uhlíková matrica organických látok prítomných v maštaľnom hnoji, komposte, rastlinných pozberových zvyškoch a zelenom hnojení je nenahraditeľná pre formovanie pôdnej štruktúry.
Charakteristika minerálnych a organických látok z pohľadu výživy rastlín
Trend pestovateľských technológií zameraný na ekologizáciu agronomických ekosystémov vyžaduje realizovať aplikáciu priemyselných a organických hnojív iba na základe výsledkov diagnostiky potreby porastu na úroveň programovanej úrody a zhodnotenia reálnych zásob prijateľných živín v pôde. Hnojením zabezpečujeme potreby porastu na prijateľné minerálne živiny v požadovanom množstve a chemickej forme. Organické hnojivá, vrátane maštaľného hnoja a kompostov, je nevyhnutné aplikovať iba na dobre vyhnitých a humifikovaných substrátoch, zbavených ťažkých kovov, pesticídov, mykotoxínov, patogénnych mikroorganizmov a xenobiotík. Uhlíková matrica organických biologických látok prítomných v maštaľnom hnoji, komposte, rastlinných pozberových zvyškoch a zelenom hnojení je nenahraditeľná pre formovanie pôdnej štruktúry, sorpčného komplexu a humusu, ktorý vytvára potenciálne zdroje živín a zodpovedá za mikrobiologickú aktivitu a pôdnu úrodnosť. Každé organické hnojivo, vrátane rastlinných zvyškov po ich mineralizácii, zanecháva významnú uhlíkovú stopu, preto nie je reálne substituovať potreby dusíka iba organickými substrátmi.
Jednostranná preferencia organických foriem živín je vo svojej podstate v rozpore s fyziologickou paradigmou minerálnej výživy rastlín. V súvislosti so vzájomným
hodnotením priemyselných anorganických (okrem močoviny) a organických hnojív i najrôznejších preparátov je žiaduce prísne diferencovať syntetické organické latky a kvázi syntetické minerálne zlúčeniny reprezentované priemyselnými hnojivami, ktoré v žiadnom prípade nepatria do skupiny cudzorodých látok. Priemyselné hnojivá sú vo svojej podstate vo vode dobre rozpustné soli, biodegradovateľné a obsahujúce iba esenciálne biogénne prvky (živiny) pre rastliny. Stretávame sa s protikladným hodnotovým vzťahom, keď na jednej strane sa v ekologickom pestovateľskom systéme prísne a dôsledne presadzuje vylúčenie aplikácie esenciálnych biogénnych prvkov vo forme priemyselných hnojív a naproti tomu tolerujeme využitie širokého spektra organických substrátov, vrátane syntetických, pritom mnohé patria do skupiny cudzorodých látok.
Nechápem pravú príčinu ekológmi odmietaného použitia priemyselných hnojív, ktoré ani nepatria medzi klasické syntetické produkty. Ich príprava je realizovaná výlučne technologickými postupmi extrakcie (vylúhovania) živín z prírodných substrátov. Napríklad fosfor sa získava vylúhovaním z deficitných hornín apatitov i fosforitov a čiastočne z kostí živočíchov. Zlúčeniny dusíka sa v minulosti pripravovali výlučné z guana (vtáčí trus) a od 40. rokov minulého storočia z prírodných zdrojov molekulárneho dusíka (N2) z atmosféry, podľa technológie vypracovanej Haberom. Kvázi „výroba“ draselných hnojív spočíva iba v mechanickom spracovaní prírodných sedimentov. Takže príprava K-hnojív nepatrí medzi chemické výrobné technológie, ale ide iba o ťažbu draselnej soli zo sedimentov a o ich mechanickú úpravu, eventuálne vylúhovanie draselnej soli s následnou rekryštalizáciou pri 45 °C. Po zapravení priemyselných hnojív do pôdy v pôdnom roztoku soli disociujú za vzniku iónov, ktoré sú prijímané koreňmi rastlín, akumulované pôdnou mikroflórou (biologická sorpcia) a aktívne vstupujú do ióno-výmennej reakcie s pôdnym sorpčným komplexom.
Priemyselná výroba hnojív sa datuje od roku 1843, kedy Loos (v Anglicku) pripravil prvé priemyselné hnojivo superfosfát, a to z apatitu. Ako rozpúšťadlo použil kyselinu sírovú. V terajšej dobe sa dominantne využíva kyselina trihydrogénfosforečná. V súvislosti s technológiou výroby superfosfátu pokladám za potrebné pripomenúť originálny návrh prof. Ing. Jana Hampla, DrSc. (pracovníka VŠP v Nitre) na substitúciu kyseliny sírovej koloidnou kyselinou kremičitou. Po aplikácii hnojiva v pôde sa vytvorí viacvrstvový koloidný systém, umožňujúci postupné uvoľňovanie fosforu do pôdneho roztoku.
Do dnešných dní uplynulo 178 rokov výroby a aplikácie priemyselných hnojív. Za toto obdobie, za predpokladu, že hnojivá boli použité podľa vedeckých zásad, nikde a nikým nebol zaznamenaný žiaden negatívny vplyv narušenia prírodného prostredia či zdravia ľudí a zvierat. Preto je žiaduce jasne a zrozumiteľne definovať príčiny zdanlivej alebo reálnej „škodlivosti“ priemyselných hnojív.
Na záver treba pripomenúť potrebu prehodnotenia názorov na výživovú podstatu priemyselných hnojív a ich nezastupiteľnosť v pestovateľskom systéme. Diferencovať existujúce rozdiely medzi anorganickými, vo vode rozpustnými zlúčeninami, reprezentovanými priemyselnými hnojivami, ktoré sú zložené iba z biogénnych esenciálnych prvkov (živín) a organickými preparátmi s obsahom syntetických, prevažne cudzorodých, látok.
Autor: prof. Ing. Ivan Michalík, DrSc., Nitra
