Podle: Provin a L.R. Hossner
Efektivní produkce plodin vyžaduje dostatečný přísun všech základních rostlinných živin. Používání komerčních dusíkatých (N) hnojiv ke zvýšení produkce, udržení zisku a zajištění levných potravin a vláken je však nezbytností moderního zemědělství. Obecně platí, že plodiny potřebují dusík v největším množství ze všech rostlinných živin.
Dlouhodobým problémem je vliv dusíkatých hnojiv na životní prostředí. Obavy ze znečištění řek, jezer a podzemních vod dusíkem způsobily, že si zemědělští producenti stále více uvědomují svůj potenciální příspěvek k celkovému problému znečištění.
Chcete-li účinně využívat dusík a omezit jeho nepříznivý vliv na životní prostředí, musí si producenti vytvořit povědomí o chemickém složení dusíku a o tom, jak se přidává do půdy a jak se z ní odstraňuje.
Komerční hnojiva používaná zemědělskými producenty jsou významným zdrojem přídavku dusíku do půdy. Dusík je průběžně recyklován prostřednictvím rostlinných a živočišných zbytků a půdní organické hmoty. Dusík je z půdy odstraňován plodinami, plynnými ztrátami, odtokem, erozí a vyplavováním. Rozsah a mechanismus odpovědný za ztráty dusíku závisí na chemických a fyzikálních vlastnostech dané půdy. Na obrázku 1 jsou schematicky znázorněny možné zisky a ztráty dusíku v půdě.
Chemie dusíku
Dusík tvoří 79 % vzduchu, který dýcháme. Povrch 6 palců úrodné prérijní půdy může obsahovat 2 až 3 tuny dusíku na akr. Vzduch nad stejným akrem bude obsahovat asi 35 000 tun inertního plynného dusíku (N2). Většina dusíku obsaženého v půdě vznikla jako plynný N2 a téměř všechen dusík v atmosféře je plynný N2. Tento inertní dusík nemohou rostliny využít, dokud se nezmění na amonnou (NH4+) nebo dusičnanovou (NO3 – ) formu.
Tři důležité metody přeměny plynného dusíku (N2) na amonium (NH4 +) jsou:
- Volně žijící bakterie vázající N2
- Bakterie vázající N2 v uzlinách na kořenech luštěnin a
- Továrny na výrobu dusíkatých hnojiv.
Dalším důležitým způsobem přeměny N2 je blesk. Při zásahu bleskem se plynný dusík v přehřátém vzduchu přeměňuje na dusičnany (NO3 – ) a dusitany (NO2 – ). Blesk může představovat 1 až 50 liber rostlinám přístupného dusíku na akr za rok.
Ačkoli dusík vstupuje do půdy v několika chemických formách, nakonec se přemění na anorganický dusičnanový (NO3 – ) iont. Obrázek 1 ukazuje, že NO3 – může být využit rostlinami, přeměněn zpět na plynný dusík nebo vyluhován dolů s půdní vodou.
Komerční hnojiva, rostlinné zbytky, zvířecí hnůj a odpadní vody jsou nejběžnějšími zdroji přídavku dusíku do půdy. Aplikační dávky se značně liší. Jednotlivé aplikační dávky mohou dosahovat až 150 liber dusíkového ekvivalentu na akr u plodin, jako je například pobřežní bermudagrass. Takto vysoké aplikační dávky by však měly být omezeny na půdy s nízkým potenciálem eroze a odtoku.
Dusík v organických materiálech (rostlinné zbytky, živočišná hnojiva, odpadní vody, půdní organická hmota) je přítomen jako součást bílkovin, aminokyselin a dalších rostlinných a mikrobiálních materiálů. Pro rostliny se stává dostupným až poté, co je sloučenina rozložena půdními mikroorganismy. Tento proces se nazývá „mineralizace“ (obr. 2). Prvním krokem mineralizace je „amonizace“. Amonium (NH4+) získané amonifikací je pak „nitrifikačními“ bakteriemi v půdě přeměněno na dusičnanový dusík (NO3 – -N) procesem zvaným „nitrifikace“.
Místa reakcí amonifikace a nitrifikace v cyklu dusíku jsou znázorněna na obr. 1. Kladně nabitý amonný iont (NH4+) vzniklý amonifikací nebo přidaný do půdy v hnojivech je přitahován záporně nabitými částicemi jílu v půdě. Ve většině neúrodných půd se však ion NH4 + rychle přeměňuje na dusičnanový dusík (NO3- N) Rostoucí rostliny přijímají většinu dusíku ve formě dusičnanů (NO3- ).
Běžnými zdroji anorganického dusíku jsou amoniak (NH3), amoniak (NH4 +), amin (NH2 +) a dusičnany (NO3 – ). Většina hnojivých materiálů obsahuje nebo tvoří NH4 +, který se po vstupu do půdy rychle přeměňuje na NO3 -.
Odstraňování dusíku z půdy
Dusík je z půdy odstraňován čtyřmi hlavními procesy:
- Příjem rostlinami
- Plynné ztráty
- Smyv a eroze
- Vyluhování
Příjem rostlinami se týká absorpce dusíku kořeny. Bavlna, kukuřice, rajčata a trávníky vyžadují 60 až 300 liber dusíku na akr, aby dosáhly dobrého růstu a rentabilních výnosů nebo požadovaného estetického vzhledu. Skutečné požadavky na danou plodinu se liší podle produkčního potenciálu a jsou značně ovlivněny klimatickými faktory.
Protože většina půd má nízký obsah dusíku dostupného pro rostliny, jsou požadavky na dusík často dodávány jako komerční dusíkatá hnojiva. Požadavky na dusík nad 150 liber na akr se obvykle rozdělují do dvou nebo více aplikací. Z pole však ve skutečnosti odchází pouze rostlinný dusík ve sklizené plodině. Zbytek rostlinného dusíku se vrací do půdy jako rostlinné zbytky a znovu vstupuje do koloběhu jako organický dusík, jak je znázorněno na obrázku 1.
Plynné ztráty dusíku probíhají denitrifikací nebo volatilizací amoniaku. Denitrifikace je proces, při kterém se dusičnanový dusík (NO3- -N) přeměňuje na plynný oxid dusný (N2O) nebo elementární dusík (N2). Na tomto procesu se podílejí anaerobní bakterie (ty, které nevyžadují volný kyslík) a běžně k němu dochází ve vlhkých nebo zamokřených půdách.
Protože se jedná o anaerobní proces, jsou plynné ztráty z normální (aerobní) půdy malé. Pokud však půda zůstává dlouhodobě velmi vlhká nebo nasycená, může dojít ke ztrátě velké části dusičnanů.
Plynný amoniak se může vyvíjet ze sloučenin dusíku, jako je močovina na povrchu půdy. Močovina je obsažena ve zvířecím hnoji a lze ji zakoupit v čisté formě jako hnojivo (45-0-0).
Jiné sloučeniny hnojiv obsahující amoniak, včetně síranu amonného (21-0-0) a v menší míře dusičnanu amonného (33-0-0) a fosforečnanu amonného, prokazatelně produkují v přítomnosti uhličitanu vápenatého volný amoniak. Tento stav existuje v některých půdách s vysokým pH (pH>7,3).
Splavování a erozní ztráty mohou zahrnovat dusičnany (NO3 – ), amoniak (NH4+) a organický dusík. Záporně nabitý ion NO3 – zůstává v půdní vodě a není zadržován půdními částicemi. Pokud voda obsahující rozpuštěný NO3 – nebo NH4 + odtéká z povrchu, tyto ionty se pohybují s ní. Pokud jsou však dusíkatá hnojiva aplikována na suchou půdu a je použita dešťová nebo závlahová voda, první voda hnojivo rozpustí a odnese ho do půdy. Dešťové srážky obvykle nezpůsobují povrchové ztráty dusíku z hnojiv, pokud nedojde k velmi intenzivním srážkám krátce po aplikaci.
Amonium zadržované jílovými částicemi může být půdní erozí přenášeno do povrchových vodních zdrojů. Ve skutečnosti půdní eroze přenáší více dusíku než srážky při přesunu rozpuštěných sloučenin dusíku. Když se erozní půda ukládá v řekách a jezerech, mikrobiální činnost pomalu přeměňuje sloučeniny dusíku na rozpustné formy.
Ztráty vyluhováním zahrnují pohyb vody směrem dolů půdou pod kořenovou zónou. K těmto ztrátám dochází nejčastěji u dusičnanů (NO3 – ) v oblastech s vysokými srážkami, při nadměrném zavlažování a u hrubozrnných (písčitých) půd. Ztráty dusíku vyplavováním snižují množství dusíku dostupného pro plodiny a mohou potenciálně kontaminovat mělké studny a vodonosné vrstvy.
Dávky použitého dusíku a doba aplikace by měly být vázány na půdní podmínky a požadavky plodin, aby se minimalizovaly ztráty vyplavováním. Četné výzkumné studie ukazují, že díky příjmu rostlinami se z půdy, na které aktivně roste plodina, vyplavuje jen málo dusičnanového dusíku (NO3 – -N). Vzhledem k tomu, že písčité půdy, které nejvíce podléhají vyplavování, se nacházejí ve východním Texasu, kde je převládající plodinou tráva, očekávají se obecně minimální ztráty dusíku vyplavováním při hnojení dusíkem v celém státě.
Ačkoli studie prokázaly omezené problémy s pohybem dusičnanů (NO3 – ), nesprávná aplikace komerčních a organických dusíkatých hnojiv může mít za následek odtok NO3 – do povrchových vod a vyluhování do podzemních vod.
Prevence ztrát dusíku
Nejlepším způsobem, jak zabránit ztrátám dusíku ze zemědělské půdy, je správné hospodaření s půdou a vodou. Prvním krokem ke snížení potenciálních ztrát dusíku je nechat si otestovat půdu. Správně odebraný vzorek půdy poskytne odhad dusičnanového dusíku (NO3 – -N) přítomného v půdě a může být použit jako vodítko pro aplikaci vhodného množství dusíkatých hnojiv pro pěstovanou plodinu.
Vhodné hnojení a kontrola povrchového odtoku a eroze nabízejí nejlepší metody, jak zabránit tomu, aby se dusík dostal do toků a jezer. Ztrátám při vyplavování lze zabránit rozdělením potřeby dusíku do několika aplikací tam, kde je běžná hrubá struktura půdy a vysoké množství srážek.
Stáhněte si verzi této publikace vhodnou pro tisk: Co se děje s dusíkem v půdě?
Máte dotaz nebo potřebujete kontaktovat odborníka?
Kontaktujte svůj okresní úřad