FIXOVANÝ N-NH4(F) V PŮDÁCH A JEHO ZMĚNY BĚHEM VEGETACE

Scherer Heinrich Wilhelm, Balík Jiří

Dusík je živina, která nejvíce ovlivňuje výnos a kvalitu produkce. Poměrně dlouhé období je také snaha stanovit potenciální množství uvolnitelného dusíku z půdy, a tím optimalizovat dusíkaté hnojení. Určitý podíl z celkové zásoby dusíku v půdě představuje nevýměnně sorbovaný (fixovaný ) amonný dusík ( N-NH4(F)). Amonný iont se nachází v půdě ve třech různých vazbách: v půdním roztoku, výměnně sorbovaný, nevýměnně sorbovaný. U jílových minerálů s variabilní vzdáleností mezivrstev ( např. vermiculit) mohou NH4+ ionty difundovat do mezivrstev, a tím následně mezivrstvy kontrahovat. V tomto případě je amonný iont pevně vázán v mezivrstvách a nelze jej vytěsnit roztokem neutrální soli. Z těchto důvodů byl a je také často označován jako fixovaný amonný iont, neboť se předpokládalo, že není pro rostliny přijatelný. Také proto se nevýměnně sorbovanému NH4+ iontu nevěnovala v Německu téměř žádná pozornost. Významně je studována tato problematika až v posledních 15 letech.

V počátcích našeho sledování jsme se zaměřili na stanovení celkového množství NH4(F) v půdách. Detailněji byly rozborovány půdy zejména z oblasti mezi Giessenem a Frankfurktem. Sledování byla uskutečněna po vrstvách 0-30 cm, 30-60 cm, 60-90 cm. Pro větší přehlednost je zde uveden pouze celkový profil do 90 cm (tab.1). Na spraších vzniklé půdy obsahují mezi 1700-1800 kg

Tab. 1 Množství fixovaného N - NH4(F) (kg.ha-1) a výměnně sorbovaného

K (kg.ha-1) ve vrstvě 0 - 90 cm (Scherer a Mengel, 1979)

nevýměnně sorbovaného N.ha-1, na čedičích obsahují méně než 1000 kg.ha-1. Velmi bohaté jsou aluviální půdy, které mohou obsahovat více než 3000 kg N-NH4(F).ha-1. Řadou sledování bylo prokázáno, že hnědozemě v okolí Bonnu obsahují obdobné množství. Dále lze konstatovat, že podíl N-NH4(F) v celkovém množství dusíku v půdě s hloubkou profilu roste. V souvislosti s fixovaným amonným dusíkem je nutno věnovat pozornost také nevýměnně sorbovanému draslíku. Platí zde nepřímá úměra - tj. půdy s vysokým obsahem nevýměnně sorbovaného draslíku mají malý podíl nevýměnně sorbovaného dusíku a opačně. Toto vyplývá z velmi podobných vlastností obou iontů a ze vzájemné konkurence o vazebná místa na jílovém minerálu. Další faktor, který významně ovlivňuje množství N-NH4(F), je obsah jílu. Dle našich sledování byla těsnost vztahu kvantifikována hodnotou korelačního koeficientu r-0,81. Skutečnost, že souvislost není těsnější, lze objasnit rozdílnou fixační schopností jednotlivých jílových minerálů. Ze všech jílových minerálů má vermiculit nejvyšší kapacitu. Fixovaný NH4+ iont představuje významnou potenciální zásobu dusíku v půdě.

Do jaké míry je ale využitelný rostlinami? Za předpokladu, že by bylo mobilizováno pouze 5-10 % z množství fixovaného NH4+ v půdě, potom by byla již kryta potřeba rostlin na dusík. Proto jsme se zabývali detailněji otázkami přijatelnosti fixovaného NH4+. Změny obsahu N-NH4(F) v průběhu vegetace byly sledovány v pokuse s ovsem na aluviální půdě (graf 1).

Graf 1

Půdní vzorky byly odebírány z vrstev 0-30 cm, 30-60 cm a 60-90 cm. Ve vrchních dvou vrstvách byly pozorovány změny v obsahu N-NH4(F) v období od února do května. Ve spodní vrstvě (60-90 cm) nebyly pozorovány zpočátku žádné změny, až teprve když kořeny dosáhly této hloubky, byl mobilizován amonný iont z jílových minerálů. Následně v průběhu července a srpna vzrůstal obsah ve všech vrstvách. Domníváme se, že toto bylo způsobeno uvolněným NH4+ iontem z mineralizace organické hmoty. Ke konci vegetace (v září) byl zjištěn obsah opět na úrovni února. Je zajímavé, že v mimovegetačním období se obsahy téměř nemění. Toto bylo sledováno na různých stanovištích a na různých půdách. Amonný dusík v mezivrstvách jílových minerálů je chráněn v průběhu vegetačního klidu před nitrifikací, a tím jsou také sníženy ztráty dusíku vyplavováním.

Mezi významné faktory, které mohou ovlivnit mobilizaci N-NH4(F), patří zejména obsah vody v půdě. S rostoucí vlhkostí se zvětšuje vzdálenost mezi jednotlivými vrstvami a NH4+ iont stejně jako K+ iont vytvářejí mohutný hydratační obal. Tím je vazebná síla těchto kationtů snížena a zvýhodněna difuse kationtů z vnitřních prostorů .Vliv vlhkosti půdy na mobilizaci N-NH4(F) byl sledován v modelových pokusech s kukuřicí. Část kořenového systému byla umístněna do živného roztoku, kde nebyl přítomen pouze dusík. Druhá část kořenů byla ponechána v půdě. Obsah vody v půdě byl na třech různých úrovních : pF - 2, pF - 2,4 , pF - 2,8. Tímto postupem byla splněna podmínka, že zásobování rostlin živinami s vyjímkou dusíku bylo všude stejné. Pokus trval 14 týdnů. Zemina (hnědozem na spraši) obsahovala na počátku pokusů 200 mg N-NH4(F).kg-1 (tab.2). Statistická hodnocení prokázala, že u všech třech variant nastalo v průběhu pokusů snížení obsahu fixovaného amonného dusíku. Mezi jednotlivými variantami byly statistické rozdíly, které odpovídaly změnám obsahu vody . S rostoucí vlhkostí půdy klesal obsah N-NH4(F).

Tab. 2 Vliv vlhkosti půdy na mobilizaci N - NH4(F) ; hnědozem na spraši

(Scherer a Mengel, 1981)

Obsah N - NH4(F) na počátku pokusu: 200 mg.kg -1

V ® A*** A ® B** B ® C*

V ® B*** A ® C**

V ® C*

* p = 5%; ** p = 1%; *** p = 0,1%;

Z celé řady literárních údajů je známo, že množství fixovaného amonného dusíku je významně závislé na obsahu draslíku v půdě. V našich sledováních jsme se zabývali především termínem aplikace draselného hnojení. Pokus měl následující varianty: K hnojení před NH4 hnojením, K a NH4 současně, K po hnojení NH4. Při aplikaci NH4+ po draselném hnojení byla vazebná místa obsazena K+ iontem a pro dusík jich zbylo velmi málo volných. Pořadí hnojení draslíkem má nejen vliv na pevnost vazby NH4+ iontů, ale také na mobilizaci fixovaného NH4 . U varianty K před NH4 byl zaznamenán nejvyšší odběr dusíku při 1. seči jílku, nejnižší odběr byl u varianty K po NH4 (graf 2). Na této variantě byla difuse amonného iontu z jílových minerálů zpočátku blokována a teprve potom, když nastal pokles obsahu K+ v půdě v důsledku jeho odběru rostlinami, mohl NH4+ iont difundovat z mezivrstev. Proto byl také u této varianty zaznamenán nejvyšší výnos sušiny při druhé seči.

Graf 2

Při dalším studiu této problematiky jsme se zaměřili na změny vyvolané dlouhodobě diferencovaným draselným hnojením (graf 3). Pokus se uskutečnil na aluviální půdě. Hnojeno bylo 300, 600 a 900 kg K2O.ha-1. Odběry vzorků se uskutečnili v březnu, v červnu a v srpnu. Vzorky byly brány z vrstev 0-30 cm, 30-60 cm, 60-90 cm. Na variantě s nejnižší dávkou byl v období od března do června ve všech sledovaných vrstvách zaznamenán statisticky významný pokles. U varianty se střední dávkou K byla zaznamenána mobilizace N-NH4(F) pouze ve dvou spodních vrstvách. U varianty s 900 kg K2O nebyl žádný fixovaný amonný iont uvolňován. Při této dávce byla omezena difuse NH4+ z jílových minerálů. Množství fixovaného NH4+ iontu v ornici bylo různé dle jednotlivých variant (var. 1 - 1200 kg N-NH4(F).ha-1, var.2 - 1100 kg N-NH4(F).ha-1, var.3 - 1050 kg N-NH4(F).ha-1). Při vysoké dávce K bylo více míst obsazeno draslíkem, a proto se snížilo množství N-NH4(F).

Graf 3 Vliv dlouhodobého hnojení draslíkem na přijatelnost N - NH4(F)

Odběrem dusíku rostlinami se snižuje koncentrace NH4+ iontů v půdním roztoku a nepřímo se tak zvyšuje mobilizace N-NH4(F). Při řešení tohoto zadání byl použit postup se stabilním izotopem 15N a pokusnou rostlinou byl jílek vytrvalý. U hnědozemi na spraši byl zaznamenán pokles obsahu značeného dusíku (15N) až při druhé seči, u aluviální půdy až při třetí seči (graf 4). Tato sledování také prokázala, že mobilizovaný 15N-NH4(F) je následně z velké části přijímán rostlinou.

Graf 4

Hlubší studium této problematiky nás vedlo ke sledování změn obsahu fixovaného NH4+ v rhizosféře rostlin. Pokus byl proveden s PVC válci o průměru 50 mm. Horní válec byl 30 mm vysoký a spodní 12 mm. Oba válce byly odděleny nylonovou síťkou o síle 30mm . Touto síťkou mohlo prorůstat pouze kořenové vlášení. Pokusnou plodinou byla řepka. Na konci pokusů byl půdní monolit vyjmut z válce a okamžitě zamražen. Následovně byla obrácená část k síťce nařezána pomocí speciálního přístroje po vrstvách 0,4 mm a zde byl sledován obsah fixovaného NH4+. Použity byly půdy s odlišným obsahem jílových minerálů i obsahem NH4+. V grafu 5 jsou uvedeny výsledky s aluviální půdou, s obsahem jílu 57 % a s převahou jílových minerálů s flexibilní mezivrstevnou vdáleností. U této půdy byla prokázána ochuzená zóna o NH4+ ve vzdálenosti asi 3 mm od povrchu . Obdobné výsledky byly stanoveny i na dalších různých zeminách. U půd s bohatým obsahem illitů byl ochuzený prostor méně zřetelný. Toto souvisí s tím, že illity mohou minimálně měnit vzdálenost mezivrstev a výměna kationtů probíhá především na povrchu. Na půdách s illitem je možno počítat pouze s velmi omezenou mobilitou N-NH4(F).

Graf 5

Kromě půdních vlastností se na uvolnění NH4+podílí také rostlinný druh (graf 6). Řepka a jílek vytrvalý tvoří obdobné ochuzené zóny, zatímco u jetele červeného je tato zóna slaběji vyjádřena. Vysvětlit to lze tím, že jílek tvoří ze všech sledovaných druhů nejvíce kořenů. Řepka má ve srovnání s jílkem sice méně kořenů, ale je zde výraznější pokles pH v rhizosféře. Přitom je známo, že protony podporují mobilizaci nevýměnně sorbovaného NH4+. Červený jetel sice snižuje pH rhizosféry, ale produkce protonů však nemůže kompenzovat zřetelně slabší tvorbu kořenů.

Graf 6