Dlaczego azot potrzebuje towarzystwa?

Tej jesieni szczególnie dużo uwagi zajmuje pozyskanie źródeł energii. Kupując drewno na zimę usłyszałem od specjalisty, że w kominku określony gatunek (celowo nie podam nazwy, by nie wywoływać niepotrzebnej dyskusji) potrzebuje towarzystwa innego. Wtedy, jak powiedział mi sprzedawca, efekt będzie dużo lepszy. Choć pewnie niektórym trudno to zrozumieć, ja od razu pomyślałem o nawożeniu.

Pamiętam lata, nie aż tak odległe, gdy tłumaczyłem swoim studentom, że w wielu gospodarstwach zarządzanie nawozami opiera się głównie na azocie, a pozostałe składniki są pomijane lub stosowane w niedostatecznych ilościach. Kolejnym etapem wykładu było wytłumaczenie konieczności bilansowania azotu innymi składnikami. Dzisiaj, gdy trend malejący związany ze stosowaniem nawozów azotowych jest faktem, towarzystwo dla azotu jest ważniejsze niż kiedykolwiek. Im mniejsza podaż azotu, tym większe znaczenie towarzystwa, w postaci innych składników. Spróbujmy wyjaśnić dlaczego.

Mówiąc o sprzymierzeńcach azotu należy pamiętać o pewnej hierarchii. Z tego powodu, nie pierwszy raz, przywołam piramidę (ryc. 1).

Rycina 1. Hierarchia składników w żywieniu roślin uprawnych – schemat (wg Potarzyckiego)

Przesłanie jest jednoznaczne – najpierw załatwmy wszystkie sprawy związane z podstawą piramidy. Stabilność układu żywieniowego, oprócz azotu, zapewnią fosfor i potas. Po uzyskaniu pewności, że podstawa jest stabilna możemy zająć się składnikami drugoplanowymi, mikroelementami i pierwiastkami korzystnymi. Obecnie dużą pokusą jest odwrócenie przywołanej hierarchii. Jest to bardzo niebezpieczne. Trudno wyobrazić sobie na przykład funkcjonowanie człowieka bez odpowiedniej (nie nadmiernej) dostępności białek i tłuszczy, żywionego wyłącznie odżywkami bogatymi w witaminy. Podobnie wygląda to w świecie roślin, z tą różnicą, że składnikami o charakterze budulcowym, oprócz węgla, tlenu i wodoru, są makroskładniki (pierwszo i drugoplanowe).

Współdziałaniom azotu z innymi składnikami

FOSFOR

Na fosfor trzeba spojrzeć dwukierunkowo. Po pierwsze – najważniejszą funkcją plonotwórczą tego pierwiastka jest udział w rozbudowie aparatu pobierania wody i składników mineralnych. Fosfor, poprzez rozwój korzeni, pomaga w poszukiwaniu azotu glebowego (rezydualnego), zwłaszcza w początkowym okresie wzrostu i/lub w głębszych warstwach profilu glebowego. Naturalnym staje się pytanie o źródła tej puli azotu. Mogą to być: (1) azotany lub kationy amonowe w warstwie powierzchniowej, niewykorzystane z nawozów przez roślinę przedplonową; (2) jony przemieszczone poniżej strefy oddziaływania korzeni rośliny przedplonowej; (3) kationy amonowe będący produktem mineralizacji azotu organicznego (glebowego oraz pochodzącego z resztek korzeniowych i pożniwnych), a po czasie także azotany po nitryfikacji. Wbrew pozorom, może okazać się, że są to niemałe ilości. Z wieloletniego doświadczenia analitycznego wiem, że możliwe są wartości w zakresie 50 – 90 kg N/ha, a nawet większe. Po drugie – każdy żywy organizm potrzebuje energii, która musi być gdzieś zmagazynowana. Trochę jak w akumulatorze. W roślinach rolę magazynu energii spełnia adenozyno-5′-trifosforan. Wiem, że nie brzmi to dobrze. Zdecydowanie łatwiej zapamiętać, że jest to po prostu ATP (ryc. 2).

Rycina 2. Schemat budowy ATP (żółtym kolorem zaznaczono wiązania wysokoenergetyczne); źródło: https://www.luminultra.com

Czy ma to bezpośredni związek z azotem? Zdecydowanie tak. Generalnie w okresie wegetacji, spośród nośników azotu, w roztworze glebowym dominują azotany. W odróżnieniu od kationów amonowych, azotany są pobierane czynnie, a to oznacza, że wymagają energii zgromadzonej w ATP. Ciąg zdarzeń jest więc następujący:

P –> energia –> efektywne pobieranie N-NO₃

Nie wchodząc w szczegóły przypomnę tylko, że wbudowanie azotu w struktury aminokwasów i bardziej złożonych związków nie dzieje się bez nakładów energetycznych. Tak więc, brak fosforu zdecydowanie ogranicza plonotwórcze działanie azotu. Z doświadczeń, które wykonałem w ostatnich kilkunastu latach jednoznacznie wynika, że wpływ składników towarzyszących na efektywność i wykorzystanie azotu z nawozów jest szczególnie widoczny w warunkach ograniczonej dostępności azotu. W tym roku sytuacja taka ma miejsce w wielu gospodarstwach. Przykład współdziałania dawki azotu i nawożenia fosforem, wykazanego na podstawie 5 letnich badań pokazano na rycinie 3. Analizując dane na zamieszczonej rycinie proszę pamiętać, że niezależnie od składnika i rodzaju nawozu, zmniejszenie efektywności składnika w następstwie wzrostu dawki jest zjawiskiem normalnym.

Rycina 3. Wpływ fosforu na wskaźniki efektywności nawozu azotowego, zależnie od stanu zaopatrzenia kukurydzy w azot (opracowano na podstawie badań wykonanych przez Potarzyckiego, opublikowanych w Acta Scientiarum Polonorum Agricultura)

Pisząc o darmowym azocie zwróciłem uwagę na rolę fosforu w kontrolowaniu rozwoju i aktywności brodawek korzeniowych roślin bobowatych. Warto i o tym pamiętać.

POTAS

Napisałem kiedyś w Poradach eksperta, że potas jest jak polisa ubezpieczeniowa. To prawda, antystresowe działanie tego składnika stoi u podstaw chemii rolnej. Dzisiaj rozpoznajmy rolą kationów potasowych w kontroli przemian azotu. Nasze rozważania rozpocznijmy od stanu, w którym roślinie udało się pobrać azot (jon azotanowy NO₃^– lub amonowy NH₄⁺). Sama obecność tych jonów w korzeniu nie załatwia sprawy. Rzecz w tym, że azotany są wbudowywane w związki organiczne w organach nadziemnych (liściach, niekiedy także w łodygach). I tu ujawnia się znaczenie potasu, który czynnie uczestniczy w transporcie azotanów „ku górze”. Z kolei jony amonowe są asymilowane już w korzeniu, a to oznacza konieczność przetransportowania związków organicznych do korzenia. Ten transport jest zależny od jonów K⁺. Uruchamiając wyobraźnię można porównać potas do wagoników transportujących jony i całe cząsteczki. Bez sprawnego transportu, w obu kierunkach (!), nawet przy odpowiednim zaopatrzeniu w azot, roślina nie będzie odpowiednio funkcjonować. W praktyce oznacza to opóźnienie następujących po sobie stadiów rozwojowych (ważne szczególnie w okresie wiosennego ruszenia wegetacji ozimin). Rośliny takie przegrywają już na starcie.

Przed wielu laty ukazała się bardzo ciekawa praca, w której pokazano w jaki sposób zasobność gleby w potas wpływa na wykorzystanie azotu z nawozu przez kukurydzę (ryc. 4). Autor podaje, że w glebie zasobnej w potas ta sama dawka azotu działa efektywniej niż w glebie ubogiej, a to oznacza możliwość ograniczenia dawki nawozu azotowego.

Rycina 4. Wykorzystanie azotu z nawozu azotowego przez kukurydzę, w zależności od zasobności gleby w potas i dawki azotu (opracowano na podstawie Roberts, 2008)

Jest jeszcze jedna bardzo ważna kwestia dotycząca współdziałania azotu i potasu. Publikacje z zakresu fizjologii roślin potwierdzają, że kationy potasowe (K⁺) obecne w roztworze glebowym, towarzysząc anionom azotanowym (NO₃^–), zwiększają pobieranie tychże anionów i w konsekwencji stymulują szybkość wzrostu rośliny w każdym stadium rozwojowym.

MAGNEZ

Magnez, jako składnik drugoplanowy, odgrywa bardzo ważną rolę w metabolizmie każdego żywego organizmu. Znaczenie kationów Mg²⁺ w kształtowaniu gospodarki azotem jest wprawdzie pośrednie, lecz bywa bardzo spektakularne. Doskonale wiedzą o tym ludzie żyjący z doradztwa. Trochę z przymrużeniem oka można powiedzieć, że magnez kontroluje azot do spółki z fosforem.

Omówiliśmy już rolę fosforu jako składnika odpowiadającego za magazynowanie energii. Uwolnienie tej energii następuje w wyniku działania ATP-azy. Enzym ten jest aktywowany przez magnez. Powiedzieliśmy też, że fosfor odpowiada za rozwój korzeni. Magnez jest wsparciem dla fosforu, w tym znaczeniu, że w stanowiskach zakwaszonych stymuluje roślinę do produkcji kwasów organicznych, które wydzielane do ryzosfery ograniczają toksyczny wpływ glinu na system korzeniowy.

Ważnym pierwiastkiem budulcowym tkanek roślinnych jest węgiel. Jak wiadomo pozyskiwanie tego składnika następuje w wyniku fotosyntezy. Aktywność fotosyntetyczna roślin wynika z obecności chlorofilu, gdzie centralnym atomem jest Mg i warunkowana jest przez enzym RuBisCO, funkcjonowanie którego zależy także od Mg. Zatem inwestując w azot i optymistycznie zakładając sprzyjające warunki wilgotnościowe musimy wiedzieć, że nasz plan się nie powiedzie, gdy roślina będzie cierpieć z powodu braku magnezu.

Pod względem współdziałania azotu z magnezem sytuacja wygląda bardzo podobnie jak miało to miejsce w przypadku fosforu. Aplikacja magnezu to lepsze wykorzystanie azotu z nawozów, widoczne głównie w warunkach deficytu tego składnika (ryc. 5). Oznacza to, że w łanach/na plantacjach niedożywionych azotem stymulacja magnezem ma szczególne znaczenie.

Rycina 5. Wpływ magnezu na wartości indeksu zieloności liści kukurydzy w okresie kwitnienia (SPAD) i na wykorzystanie azotu z saletry amonowej (%), zależnie od dawki nawozu (opracowano na podstawie 5-letnich badań Potarzyckiego opublikowanych w Plant, Soil and Environment)

SIARKA

Współdziałanie siarki z azotem jest dwukierunkowe, ponieważ niedobór jednego z wymienionych składników ogranicza działanie drugiego. Rozpatrując siarkę jako kontrolera efektywności azotu należy podkreślić wpływ tego pierwiastka na:

1. Wzrost szybkości i ilości wytwarzanych związków organicznych, zarówno w kontekście budowy biomasy roślinnej, jak i sprawności fizjologicznej;
2. Poprawę jakości plonu w wyniku wzmożonej syntezy białek;

Ważnym wskaźnikiem stanu żywieniowego jest stosunek N:S w tkankach roślinnych. Im węższa relacja N:S (więcej siarki przypada na jednostkę azotu), tym roślina efektywniej gospodaruje pobranym azotem.

Gdzie szukać towarzystwa dla azotu?

Składniki mineralne odpowiedzialne za gospodarkę azotem znajdziemy zarówno w grupie nawozów pojedynczych, jak i wieloskładnikowych. Oprócz kryterium związanego z ceną nawozu, ważne jest odpowiednie rozeznanie stanu zasobności gleby, co aktualnie wydaje się być kluczowe. Nawet pobieżna ocena polskich gleb pod tym względem nie napawa optymizmem. Należy jednak pamiętać, że nawet w obrębie jednego gospodarstwa zróżnicowanie gleb pod względem zasobności może być duże. Stąd konieczność systematycznej diagnozy.

W firmie LUVENA S.A. oferta nawozów zawierających składniki pierwszoplanowe, odpowiedzialne za efektywność azotu (fosfor i  potas) jest duża i co ważne zróżnicowana. Zależnie od wyniku analizy gleby i  potrzeb pokarmowych uprawianego gatunku możliwy jest wybór nawozu o pożądanej relacji K₂O:P₂O₅. Oprócz nawozów wieloskładnikowych typu LUBOFOS i LUBOFOSKA mogą to być nawozy pojedyncze z grupy SUPERFOSFATY i NAWOZY POTASOWE. Warto pamiętać, że wszystkie nawozy wieloskładnikowe z Lubonia zawierają siarkę, większość magnez. Dostępne są też nawozy typu LUBOPLON, o określonej zawartości składników drugoplanowych, w tym także wapnia.