Náklady na priemyselné hnojivá tvoria v poľnohospodárstve rozhodujúcu finančnú položku. Z tohto dôvodu došlo v praxi k výraznému zníženiu dávok priemyselných hnojív, vrátane dusíkatých, čo môže mať za následok zníženie produkčného procesu a úrod. Orientácia na programované riadenie výživy predstavuje vhodnú alternatívu na ceste racionalizácie pestovania poľných plodín.
Súčasné ekonomické aj ekologické požiadavky si vynucujú aplikáciu hnojív na základe poznania prístupných zdrojov živín v pôde a na schopnosti porastu živiny prijať a v maximálnej miere ich využiť. Využívanie diagnostických metód pre potreby hnojenia je známe už niekoľko desiatok rokov. O výsledky chemického rozboru rastlín sa opierali už v minulom storočí Liebig (1862) a Wolf (1880), čím získali cenné informácie o odbere živín úrodami rastlín a položili prvé základy pre racionálne používanie hnojív.
Všeobecné princípy hnojenia
Rôznorodosť agroekologických podmienok pestovania, ale aj ďalšie okolnosti neumožňujú vypracovať jednotnú, univerzálnu a všeobecne platnú metódu určovania dávok hnojív. Tvorba úrody je limitovaná najmä dusíkatou výživou, preto je systém výživy a hnojenia orientovaný predovšetkým na hnojenie dusíkom za predpokladu, že aj ostatné živiny sú optimalizované.
Hnojenie fosforom a draslíkom
Hnojenie fosforom a draslíkom sa vzhľadom na ich malú pohyblivosť v pôde realizuje koncom leta, ešte pred orbou, aby sa zaoraním lokalizovali v koreňovej zóne, čím sa zvyšuje ich využitie rastlinami. Dávky fosforu a draslíka sa určujú na základe podkladov o obsahu ich prístupných foriem v pôde, určených ÚKSÚP-om v rámci pravidelného agrochemického skúšania poľnohospodárskych pôd (ASP).
Pri určovaní dávok týchto živín možno prijať nasledovné zásady:
- Pri strednej zásobe živín je vhodné uhradiť aspoň odčerpané živiny úrodou, alebo, ak sú finančné možnosti, dávky sa zvyšujú za účelom zvýšenia pôdnej zásoby.
- Pri nízkom obsahu živín je potrebné hnojiť aspoň na 1,5 násobok spotreby porastom.
Hnojenie dusíkom
Pri dusíku sa vychádza zo známej zásady, že dusíkaté hnojivo sa má aplikovať vtedy, keď to rastliny najviac potrebujú a kedy sú schopné prijať a využiť dusík na tvorbu biomasy. Preto sa napríklad ťažisko aplikácie N-hnojív pre oziminy realizuje v období najintenzívnejšieho rastu, t.j. koniec odnožovania - steblovania a kvitnutia, kedy dochádza k utilizácii až 70-80 % z celkove prijatého dusíka.
Pohotovým zdrojom N-výživy v pôde sú ióny NH4+ a NO3-, t.j. minerálny, respektíve anorganický dusík (Nan). Jeho obsah v pôde v priebehu roka kolíše a je ovplyvňovaný hnojením, klimatickými podmienkami i samotnou rastlinou. Podiel jednotlivých faktorov sa dá ťažko definovať. Obsah Nan v pôde počas roka možno charakterizovať dvojvrcholovou krivkou s jarným a jesenným maximom a predjarným a letným minimom. Druhé nižšie jesenné maximum súvisí s pokračujúcou mineralizáciou organickej hmoty a akumuláciou Nan v pôde bez väčšieho odberu dusíka.
Výskumy ukázali, že od konca júna do polovice septembra sa môže akumulovať až 160 kg.ha-1 N prevažne v dusičnanovej forme. Vytvorené bohaté zásoby N-NO3 sú v jesennom období potenciálnym zdrojom možnej kontaminácie vodných zdrojov. Tam, kde je riziko ohrozenia spodných vôd, najmä ak je ich hladina vysoko a v pôde sa naakumulovali väčšie zásoby dusičnanového dusíka, by sa mali tieto využiť medziplodinami (strniskovými alebo ozimnými), alebo ho využiť oziminami bez predsejbového hnojenia dusíkom. Veľké možnosti poskytujú tiež inhibítory nitrifikácie, ktoré stabilizujú amoniakálnu formu a dusík „zakonzervujú“ pre jarnú plodinu.
Za relatívne stabilné hodnoty obsahu Nan v pôde možno považovať krátke predjarné obdobie pri nižších teplotách a zrážkach a letné obdobie po zbere obilnín pri deficite vody v pôde, kedy je činnosť mikroorganizmov obmedzovaná. V týchto obdobiach sa odoberajú pôdne vzorky na stanovenie obsahu Nan pre účely hnojenia.
Metódy určovania dávok hnojív
Metódy určovania dávok N-hnojív môžeme rozdeliť do piatich hlavných skupín:
- Metódy fixného dávkovania dusíka
- Metódy využívajúce analýzy pôd
- Bilančné metódy
- Simulačné metódy (modely)
- Metódy založené na analýzach rastlín
Tieto hlavné prístupy sa môžu aj kombinovať.
1. Fixné dávkovanie dusíka
Patrí medzi najjednoduchšie a stále najrozšírenejšie prístupy k hnojeniu dusíkom. Je založené na skúsenostiach hospodára alebo je výsledkom plošných pozorovaní pracovníkov poradenských služieb. Na Slovensku je známa metóda Bedrnu a Lopatníka, ktorá rozdeľuje pôdy do 16 skupín so samostatnými normatívmi na hnojenie dusíkom konkrétnych plodín.
2. Metódy využívajúce analýzy pôd
Najznámejšie sú tie, ktoré sa opierajú o zisťovanie obsahu minerálneho dusíka v pôde. Na Slovensku sa o zavedenie takejto metódy zaslúžili Michalík, Bízik a Ložek, ktorí určili kritériá pre základné - predsejbové a regeneračné hnojenie ozimnej pšenice. Navrhujú odber pôdnych vzoriek do hĺbky 0,3 m a dohnojenie na hladinu dusíka 60 kg.ha-1 pre základné hnojenie a 80 kg.ha-1 pre regeneračné hnojenie, pričom sa počíta s 50 % využiteľnosťou Nan z pôdy. Táto metóda sa rozšírila aj o stanovenie ľahkohydrolyzovateľného dusíka, prípadne sa uplatnila aj v kombinácii s meraním obsahu dusíka v rastlinách.
3. Bilančné metódy
Bilančné metódy sa opierajú o kvantifikáciu premien a pohybu živín v pôde a ich účasť na produkčnom procese. Sú základom pre racionálne určenie dávok hnojív s cieľom udržiavať alebo zlepšovať pôdnu úrodnosť.
Bilančná metóda pre fosfor (model P-MOTICH)
Obsah fosforu v pôde, ako jedna zo súčastí pôdnej úrodnosti, sa sleduje pomocou agrochemického zkoušania zemědělských půd (AZZP). Slúži tiež na stanovenie tzv. prístupného fosforu (Ppř) metodou podľa Mehlicha III. Výsledky sa hodnotia časovým spracovaním z päťročných cyklov a pomocou bilančného vyhodnotenia. Tieto výsledky AZZP slúžia na určovanie dávok živín podľa odporúčaní metodík pre normálne alebo úsporné hnojenie, ktoré vypracoval VÚRV.
Predpokladá sa, že po určitej dobe sa vytvorí nová dynamická rovnováha, ktorá má byť odolná proti negatívnym zmenám obsahu Ppř v ornej pôde. To znamená, aká minimálna dávka priemyselného P-hnojiva (Pmin) sa môže použiť, aby nedošlo k výraznému zníženiu pôdnej úrodnosti.
Na účely prognostického zistenia týchto informácií bol vypracovaný model P-MOTICH (Model of Time Changes - model časových zmien). Program bol zostavený spracovaním 478 rôznych výsledkov, vrátane charakteristík rôznych pôd, dodaných z ÚKZÚZ Brno, ÚKSÚP Zvolen a VÚRV Praha.
Postup modelu P-MOTICH:
Každý krok programu je možné posúvať vpred aj nazad:
- Zaradenie pozemku do jednej zo štyroch skupín.
- Určenie, či sa hnojilo alebo nehnojilo statkovými hnojivami.
- Výpočet obsahu Ppř pri aplikácii vypočítanej dávky Pmin za určenú dobu (napr. 5 rokov).
Na určenie dávok P-hnojív z obsahu Ppř bola použitá metodika Neuberga z roku 1995 (Výživa rostlin a hnojení). V uvedenej metodike sú dávky podľa metódy Mehlich II, ktorá bola prepočítaná na metódu Mehlich III. Prepočet je možný pre ich vysoko preukazný korelačný vzťah (r = 0,993). Uvedené dávky fosforu v metodike z roku 1995 sú už znížené oproti Komplexnej metodike z roku 1990.
Štatisticky bolo zistené, že pri obsahu Ppř nad 120 mg P/kg podľa Mehlicha III by sa nemuselo hnojiť. Napriek tomu akákoľvek dávka fosforu by bola prospešná. Pri provádzaní AZZP je cyklus 5 rokov, a preto bolo vypočítané, aký bude obsah Ppř pri minimálnom hnojení Pmin. Vo všetkých prípadoch bolo zistené, že vypočítané obsahy Ppř za dobu 5 rokov sa výrazne nemenia. To signalizuje, že počas 5 rokov nemožno očakávať výrazné zníženie obsahu Ppř pri uvádzanej minimálnej dávke a nehrozí tzv. „Rauben či rabování“, pretože nastáva dynamická rovnováha, pri ktorej sa fosfor stále dopĺňa z pôdnej zásoby (z pôdnej úrodnosti).
Z programu P-MOTICH je možné vypočítať aj minimálnu dávku Pmin potrebnú na zvýšenie obsahu Ppř o 10 mg P/kg za 5 rokov. Pri obsahu Ppř vyššom ako 120 mg P/kg sa nedoporučuje zvyšovať jeho hodnotu, preto sú u niektorých pokusných staníc 0 dávky Pmin. Bol vypracovaný program (Model P-MOTICH), podľa ktorého sa dá vypočítať minimálna dávka fosforu, pod ktorú by sa nemalo ísť z dôvodu narušenia pôdnej úrodnosti.
Bilančná metóda pre organickú hmotu
Pre účely stanovenia potreby organického hnojenia sa riadime bilanciou organickej hmoty v pôde. Bilanciu organickej hmoty je možné vypočítať pre poľné plodiny.
- Ak deficit organickej hmoty neprekročí stanovenú hranicu, aplikácia organického hnojiva nie je potrebná.
- Ak je bilancia organickej hmoty záporná v rozsahu 0 až -2 t C.ha-1, potom aplikácia organického hnojiva nie je potrebná, tzn. môže, ale nemusí sa realizovať.
- Pri zápornej bilancii organickej hmoty od -2 t C.ha-1 do -6 t C.ha-1 je potrebné voliť plodinu, ktorá vo svojich pozberových zvyškoch zanechá dostatočné množstvo organickej hmoty (napr. repka ozimná).
- Ak je bilancia organickej hmoty záporná, t.j. prekročí deficit organickej hmoty v pôde, ktorou je 6 t C.ha-1, je organické hnojenie nutné.
Bilančná metóda pre dusík
Na Slovensku takúto metódu rozpracoval Bielek, pričom zohľadnil všetky vstupy a výstupy dusíka z pôdy, vrátane podielu dusíka uvoľneného z pôdnych zásob. Vytvorený užívateľský softvér je prepojený na Geografický informačný systém o pôdach Slovenska. Metódy tohto druhu sú relatívne náročné, pretože sa musia opierať o zložité zovšeobecňovanie, obyčajne odvodzované z dlhodobých výskumov, avšak potom sú tieto metódy v praxi dobre využiteľné.
4. Simulačné metódy
Tieto metódy sa opierajú často o veľmi zložité produkčné modely. Napríklad v Holandsku dlhodobo sledujú až 61 poľných experimentov a zhromažďujú údaje, ktorými permanentne aktualizujú svoje modely pre určenie správnych dávok dusíkatých hnojív.
5. Metódy založené na analýzach rastlín
Tieto metódy sú veľmi populárne v zahraničí. Na Slovensku sa využíva najmä metóda Baiera a metóda Michalíka a Ložeka. Baierova metóda je založená na stanovení koncentrácie N, P, K, Ca a Mg a vypočítaní pomerov živín na začiatku tvorby 6. listu. Metóda podľa Michalíka a Ložeka umožňuje hodnotiť N-výživu ozimnej pšenice počas celého vegetačného obdobia na základe obsahu N, respektíve N+P v sušine nadzemnej biomasy a hmotnosti sušiny 100 rastlín.
Nepriamou metódou merania obsahu N je aj optická denzita spektra chlorofylu, meraná chlorofylometrom (SPAD hodnoty). Hoci ide o nepriamu metódu, poskytuje hodnotnú informáciu o kondičnom stave porastu, ktorý je závislý ako od koncentrácie pigmentov chlorofylu, tak aj od podmienok minerálnej výživy. Znížená intenzita zeleného sfarbenia nadzemnej biomasy môže byť symptómom deficitu živín, osobitne dusíka. Úlohou diagnostiky je však predchádzať vzniku deficitného stavu, ktorý je vizuálne detegovateľný nežiaducimi zmenami.
Precízne poľnohospodárstvo a moderné techniky
Pred aplikáciou priemyselných hnojív pri využití systému GPS v precíznom poľnohospodárstve je potrebné zmapovanie variability zásobenosti pôd jednotlivými živinami (N, P, K, Mg a i.). Vytvorí sa tzv. aplikačná mapa, na ktorej sú údaje o variabilite zásobenosti pôd živinami. Údaje z aplikačnej mapy a údaje o aktuálnej polohe aplikátora z prijímača GPS palubný počítač spracuje a upravuje dávkovanie priemyselných hnojív podľa potreby.
Použitie senzorov na kŕmenie plodín lyžičkou s extrémnou presnosťou
Často sa využíva aj variabilné prihnojovanie porastov obilnín dusíkom pomocou technológie N-senzor. Na aplikačnom zariadení sú umiestnené senzory otočené smerom dole, ktoré merajú intenzitu zelenej farby porastu. Súčasne ďalšie senzory otočené smerom hore merajú intenzitu svetla. Po zistení sýtosti zelenej farby palubný počítač určí dávku dusíka v kg.ha-1. Táto hodnota sa vysiela do rozhadzovača priemyselných hnojív, ktorý aplikuje potrebnú dávku dusíka podľa výživného stavu porastu. Výhodou metódy je rýchla a operatívna aplikácia hnojiva s priestorovo diferencovaným dávkovaním, čo umožňuje čiastočné šetrenie hnojiva. Nedostatkom je technická i ekonomická náročnosť zariadenia a skutočnosť, že výsledky merania nemusia vždy zodpovedať skutočnému stavu N-výživy (nepriama metóda detekcie).
Princípy aplikácie metód molekulárnej biológie pre potreby detekcie stavu výživy plodín vychádzajú z konštrukcie modifikovaných rastlín (smart plants) s promótorom fúzovaným s reportérovým génom, ktorý je bezprostredne kontrolovaný koncentráciou živín v rastline. Rastlina prostredníctvom expresie génov poskytuje informáciu o produkčnom procese i vrátane stavu výživy plodín. Tieto metódy a techniky precízneho poľnohospodárstva sú predmetom vedecko-výskumného riešenia na viacerých svetových pracoviskách.