Moje hnojiva

AktualityJak reagovat na dočasné zamokření půd?

Jak reagovat na dočasné zamokření půd?

Čtvrtek • 26. 9. 2024

Střídání sucha a přemokření půdy

V posledních letech jsme se poměrně často setkávali s problémy dlouhotrvajícího sucha a s ním spojeným omezením příjmu živin, růstu rostlin a utváření výnosu. Negativní vliv nedostatku vody na snižování výnosu je nesporný. Voda je v rostlinách (i půdě) hlavním transportním médiem pro živiny a další látky. V biochemických cyklech slouží jako zdroj elektronů, vodíku a kyslíku. Buňkám a pletivům rostlin poskytuje strukturální podporu prostřednictvím tlaku turgoru (buněčného napětí). Značný význam má pro regulaci teploty rostlin. Ve výživě rostlin se rozvinulo mnoho účinných strategií, které pomáhají snižovat negativní vliv sucha a mnoho z nich je využíváno i v zemědělské praxi.

V letošním roce se však již opakovaně setkáváme také s opačnou situací, a to dočasným přemokřením půdy. Poprvé to bylo však delší období zimy (prosinec-únor), po nadprůměrných srážkách v listopadu a prosinci (téměř 2x vyšší oproti dlouhodobému normálu) i lednu (+30-70 % oproti normálu). Podruhé jsme se na mnoha polích setkali s přemokřenou půdou v červnu po intenzivních srážkách z bouřkové činnosti a naposledy v polovině září po přechodu srážkového systému (tlakové níže) s označením „Boris“, který způsobil rozsáhlé záplavy na Moravě a některých oblastech východních a jižních Čech. Srážkové úhrny však byly poměrně vysoké na většině území v ČR.

Dočasné zamokření půdy

Co se odehrává v půdě a jak reagují rostliny z pohledu příjmu živin? A je možné po těchto událostech rostlinám pomoci? 

I v této oblasti je v posledních letech věnována dané problematice velká pozornost, neboť klimatická změna nesouvisí pouze se zvyšováním teploty ale právě také se stále větším rizikem přívalových srážek. Oproti vysychání půdy, na které je možné rostliny předem částečně připravovat, je příprava na zamokření nereálná, neboť předpovědět přívalové srážky je téměř nemožné, nebo jen v krátkém období před tím, než nastanou. Obdobně to platí u výpočtů modelů pro podobnou situaci, která se vyskytla v polovině září. První výstrahy začaly přicházet „teprve“ 4-5 dní před tím, než deště střední Evropu zasáhly.

Většina běžných zemědělských plodin je zamokřením ovlivněna negativně, neboť na tuto situaci nejsou adaptovány (např oproti mokřadním druhům rostlin). Vědecké poznatky také poukazují, že polní plodiny nelze téměř šlechtit na „odolnost“ vůči dočasnému zamokření, neboť mechanismy reakcí rostlin na tyto podmínky jsou poměrně dost specifické a vzájemně provázané.

Při zamokření se významně mění zejména následující parametry: výměna plynů v půdě, mobilita některých živin v půdě, růst kořenů, schopnost rostlin přijímat, transponovat (přemísťovat) a asimilovat živiny.

Úbytek kyslíku

Po zamokření půdy je poměrně rychle spotřebováván kyslík, neboť půdní vzduch je postupně vytěsňován z pórů vodou a zbytkový kyslík využívají k dýchání kořeny a půdní mikroorganismy. Ty také spotřebovávají kyslík k oxidačním procesům zejména spojených s rozkladem (mineralizací) organické hmoty.

Difúze plynů je však ve vodě až 10 000krát pomalejší než ve vzduchu, a proto je v podmáčených půdách výrazně omezena výměna plynů, což vede k hromadění oxidu uhličitého v důsledku mikrobiálního a kořenového dýchání, ale „nový“ kyslík se ke kořenům nedostává. V půdě tak velmi brzy (v jednotkách hodin) nastávají podmínky s nízkým obsahem kyslíku (hypoxie) až „nulovým“ obsahem kyslíku (anoxie).

Reakce buněk rostlin na změnu obsahu vody

Rostlinná buňka obsahuje tekuté vnitřní prostředí (cytoplazmu), která se skládá ze 75–80 % z vody. V ní jsou rozpuštěny či rozptýleny různé anorganické stavební prvky a molekuly, organické funkční a zásobní molekuly, enzymy, buněčné struktury apod. Cytoplazma tvoří prostředí pro důležité chemické reakce v buňce. Cytoplazma je obklopena elastickou plazmatickou membránou a buněčnou stěnou. Membrána je propustná pro pohyb malých, nenabitých molekul, jako je voda, ale je relativně nepropustná pro pohyb mnoha rozpuštěných látek (včetně živin). Zvýšení koncentrace některé rozpuštěné látky na jedné straně membrány (tj. v sousední buňce, organele buňky nebo mezibuněčném prostoru) vytváří podmínky pro rychlý průnik molekul vody přes membránu, aby se vyrovnala koncentrace látek na obou stranách membrány.

Tím se mění obsah vody v buňkách, které se mohou částečně smršťovat (při úbytku vody) nebo bobtnat (při zvýšení obsahu vody). Poškození buněk při změně obsahu vody brání tuhá buněčná stěna, která odolává deformaci a umožňuje vytvoření tlaku (turgoru) v buňce.

 

Důležité stavební prvky buněk

Kromě organických látek, které tvoří buněčnou stěnu (zejména celulóza, hemicelulózy a pektiny) jsou klíčovou složkou buněčné stěny vápník (Ca) a bór (B), které tyto složky pevně spojují na specifických vazebných místech. Dostatek těchto prvků v rostlinách je základní podmínkou pro snížení rizika poškození buněk, resp. pletiv při změně obsahu vody.

 

Vápník – signální prvek změn obsahu vody v kořenech

Ve vysychající půdě ztrácejí buňky kořene vodu do vnějšího prostředí v důsledku snížení obsahu vody v půdě. Tato ztráta vody způsobuje ztrátu turgoru buněk, která může být doprovázena zmenšením objemu buněk v závislosti na pevnosti buněčné stěny. Buňky kořene aktivují procesy k omezení ztráty vody. První reakcí kořenů rostlin zvýšení koncentrace Ca v cytosolu buněk. Podle vědeckých poznatků působí Ca jako signální iont k aktivaci následných drah k omezení stresové reakce. Obdobně spouští Ca obranné reakce rostlin, pokud jsou kořeny vystaveny zamokření, resp. anoxii. Bylo prokázáno, že vápníkem (spolu s dalšími signálními látkami) jsou aktivovány genově řízené změny v růstu rostlin při nedostatku či nadbytku vody.

 

Reakce kořenů rostlin v zamokřené půdě

V zamokřené půdě se velmi rychle se snižuje příjem většiny živin, čímž klesá jejich obsah v kořenech i nadzemních částech. Na tyto změny jsou zejména citlivé mladé rostliny (v současné době např. rostoucí ozimá řepka, vzcházející ozimé ječmeny příp. žita). V tomto podzimním období pak mohou stav rostlin zhoršovat vyšší teploty vzduchu. S obdobnými problémy jsme se setkali také na jaře, kdy bylo v únoru teplo, ale příjem živin byl ve vlhkých, či později nestrukturních půdách omezen.

S úbytkem kyslíku v půdě se významně snižuje fotosyntéza, zejména energeticky náročná asimilace uhlíku do organických vazeb. V zamokřené půdě totiž rostlinám poměrně brzy začnou docházet „aktuální zásoby energie“, zejména ATP.

Při poklesu hladiny kyslíku pod tzv. kritickou koncentraci kyslíku, se buňky kořenů posouvají z aerobního dýchání na anaerobní glykolýzu. Účinnost glykolýzy při produkci ATP je mnohem nižší (2 mol ATP/mol glukózy) ve srovnání s aerobním dýcháním (38 mol ATP/mol glukózy). Některé rostlinné druhy sice „umí“ zvýšit rychlost glykolýzy ale i tak produkují nejvýše 30-40 % ATP oproti podmínkám s dostatkem kyslíku. Snížení dostupnosti ATP má proto negativní dopady na růst kořenů, který se zastavuje. Jelikož na ATP je také závislý příjem živin (aktivní membránový přenos živin), dochází k jeho zastavení. Fyziologické studie uvádí, že 20-45 % energie z dýchání se podílí na růstu, a na příjmu iontů dokonce 50-70 % energie.

Neobnovuje se ani aktivní kořenová zóna (křenové vlášení). Naopak v zamokřené půdě je jejich tvorba zastavena a často poškozena. Hromadící se metabolické meziprodukty a pokles pH v kořenech často vedou až k „buněčné smrti“ a odumírání kořenů.

Snížení tvorby nových kořenů má silný negativní dopad na potenciální příjem živin. Zejména u mladých rostlin je rychlost prodlužování kořene jedním z nejdůležitějších parametrů určujících rychlost příjmu živin.

 

Změny v dostupnosti živin

Zamokřením až zaplavením půdy se také mění dostupnost (přijatelnost) živin z půdy, jelikož dochází ke změně jejich forem.

K největšímu úbytku dochází o nitrátového dusíku, který je vyplavován, ale v anaerobních podmínkách také velice rychle denitrifikován. V anaerobním prostředí se totiž některé půdní mikroorganismy „přeorientují“ na využívání kyslíku z nitrátů, čímž ho přeměňují (redukují) na formy nepřijatelné pro rostliny (zejména plyny – oxidy dusíku – NO2, NO, N2O až elementární N2). Obdobně se také rychle vyplavují sírany (SO42-), nebo jsou v anaerobním prostředí redukovány na sirovodík (H2S), který může na mladých kořenech působit nežádoucí toxicitu. V současných podmínkách se však vysoké koncentrace síranu, resp. redukovaného sirovodíku v půdě nevyskytují.

Zamokřením půdy se sice zvyšuje potenciální dostupnost fosforu a draslíku, jelikož přibližování těchto živin ke kořenům je závislé na difúzi. Při vyšším obsahu vody je rychlost difúze látek vyšší, ale na skutečný příjem těchto živin to nemá vliv. Jak bylo uvedeno výše, rostliny přestávají živiny přijímat a tím se nevytváří v okolí kořenů jejich nižší koncentrace (tzv. ochuzená zóna). Tím nevzniká v prostředí koncentrační rozdíl, který je hlavní „hybnou silou“ difúze, tj. přesun látky z místa s vyšší koncentrací (obvykle okolní půda) do míst s nižší koncentrací (ochuzené okolí kořenů – rhizosféra). Příjem obou živin je také značně závislý na potřebě energie (aktivní příjem), ke kterému vlastně nedochází, jak bylo vysvětleno výše. Naopak, u fosforu může docházet k nežádoucímu povrchovému smyvu vodorozpustných forem.

Mezi snadno vyplavitelné živiny také patří bór, zejména na lehkých či kyselých půdách.

Opětovné vysychání půd

I po vydatných deštích dochází k postupnému vysychání půdy. Rychlost vysychání je dána průběhem počasí (teplotou, rychlostí větru, slunečním svitem), půdními podmínkami (půdním druhem i typem, půdní strukturou) a dalšími faktory jako např. rostlinným pokryvem či jiným pokrytím půdy (mulčem, slámou apod.), zpracováním půdy před intenzivními srážkami. Značný vliv má také změna půdní struktury po přemokření. Bohužel často se setkáváme (a typické to bylo letos na jaře), že se na povrchu půdy vytvoří půdní škraloup až krusta. Tyto nežádoucí formy půdní struktury prodlužují období nedostatku kyslíku v půdě a tím omezují další růst kořenů a příjem živin, což v důsledku negativně působí na zakládání výnosových prvků rostlin. To se letos bohužel na výnosech mnoha plodin potvrdilo.

Proto bychom měli rostliny na přemokřených půdách podpořit mimokořenovu výživou (pochopitelně jakmile bude možné „vstoupit“ na pozemky). Mezi účinné nástroje se jeví zejména:

 

Později je možné řešit také „přídavek“ dusíku. Vhodná budou hnojiva s účinnou formou síranu amonného, jelikož hnojivem doplníme chybějící síru. Rostliny začnou přirozeně nejdříve obnovovat kořeny ve vrchní prosychající vrstvě, a proto mohou část i méně mobilní amonné formy přijímat. Využití amonné formy dusíku je pro rostliny méně energeticky nákladné (ca 2 ATP) než u dusičnanů (ca 12 ATP), které musí nejdříve (před zabudováním do organických vazeb) přeměnit na amoniak. Zejména u půd se špatnou strukturou je dočasné (i trvalejší) riziko horšího příjmu dusíku v hlubších vrstvách půdy. Obdobně na pomaleji vysychavých půdách (např. těžších), kde mohou být problematické i další podzimní srážky. Ty však zatím předpovědět nedokážeme. Budeme si proto přát pár dní babího léta, aby bylo možné zvládnou pracovní operace zejména spojené se zbývajícími sklizněmi kukuřice a cukrovky a založení nejpěstovanější plodiny ozimé pšenice.

Možné strategie pro omezení vlivu zamokření

Už při hnojení pro pšenici můžeme také přemýšlet (či realizovat) opatření, jak preventivně snížit riziko vlivu přemokřené půdy na plodiny. Během zimy nebo na jaře mohou zase podobné problémy s nadbytkem vody nastat.

Kromě obecných předpokladů, jako je vytváření vhodné půdní struktury (tj. např. dostatkem organické hmoty v půdě, vhodným pH a obsahem vápníku, zpracováním půdy apod.) se jedná zejména o:

 

Ing. Jindřich Černý, Ph.D. / Česká zemědělská univerzita v Praze