Co pokazują rośliny, czy potrzebują badań okresowych?

Za nami okres intensywnego wzrostu roślin, zarówno na trwałych użytkach zielonych jak i w uprawach ozimych. Długoterminowe prognozy mówią wprawdzie, że przynajmniej do połowy listopada w wielu regionach można spodziewać się pełzającej wegetacji, lecz kalendarzowo do kwestii związanych z nawożeniem wrócimy pewnie na przedwiośniu. Nie oznacza to jednak, że w sprzyjających warunkach aplikacja potasu (w skrajnych przypadkach fosforu), a także magnezu i siarki, jest niemożliwa.

W ubiegłym tygodniu po seminarium z dyplomantami rozmawiałem ze studentem praktykiem, który przyznał się do pewnych opóźnień w gospodarstwie i zapytał o możliwość wprowadzenia potasu jeszcze w listopadzie na plantacji rzepaku ozimego. Moja odpowiedź była twierdząca. Ponadto zasugerowałem analizę gleby i rozważenie wprowadzenia siarczanu magnezu – teraz lub w lutym, przed startem wegetacji.

Rozmowy ze studentami na zajęciach i z producentami rolnymi na spotkaniach/szkoleniach często kończą się stwierdzeniem: „na moich polach nie zauważyłem objawów niedoboru składników, więc nie mam powodu do zmartwień”. Błędne myślenie. To tak jakby powiedzieć lekarzowi: „nie potrzebuję zdrowej żywności i/lub suplementów diety, bo nie ma u mnie symptomów choroby”. Jak pojawią się symptomy może okazać się, że jest za późno. Dzisiaj zajmiemy się tym problemem w świecie roślin, za miesiąc skupimy się na potrzebach człowieka i biofortyfikacji żywności.

Zacznijmy od końca czyli od sytuacji, w której rośliny pokazują nam, że cierpią. W tym momencie dostarczenie składnika mineralnego lub puli pierwiastków jest zabiegiem ratującym życie. Gdy symptomy niedoboru pojawią się w bardzo wczesnych stadiach rozwojowych pewne modyfikacje stanu żywieniowego są możliwe. Należy jednak pamiętać o zasadzie: im wcześniej pojawi się stres żywieniowy, tym większe konsekwencje dla rośliny. W tym miejscu odwołam się (nie pierwszy raz) do poniższego schematu (ryc. 1).

Ryc. 1. Termin wystąpienia stresu żywieniowego a konsekwencje dla plonu rośliny – schemat (Potarzycki, 2017)

Inna sprawa, że nie wszystkie składniki mineralne można skutecznie podać pogłównie. Mówiąc skutecznie, mam na myśli szybką reakcję roślin. Klasycznym przykładem jest pogłówna aplikacja fosforu, która jest możliwa, lecz nie gwarantuje efektów w postaci spektakularnej zmiany  stanu żywieniowego łanu/plantacji. Przy okazji przypomnienie, że podanie fosforu i potasu przez liść to tylko wsparcie. Pełne zaspokojenie potrzeb pokarmowych względem wymienionych składników jest niemożliwe, a w przypadku magnezu i siarki w uprawie rośliny wymagającej jaką jest rzepak ozimy, co najmniej dyskusyjne.

Klasyfikacja objawów niedoboru

Pierwsze pytanie: gdzie?

Miejsce wystąpienia objawu zależy od mobilności (ruchliwości) danego składnika w roślinie. Poszczególne jony i woda przemieszczają się w ksylemie jednokierunkowo (od korzenia do górnych partii rośliny). Nie jest to jednak jedyny szlak, którym podążają. Migracja odbywa się także we floemie, z tą różnicą, że zachodzi dwukierunkowo. Jony i asymilaty mogą przemieszczać się z dołu ku górze oraz z góry ku dołowi. Jednak natężenie ruchu w obu kierunkach zależy od specyfiki konkretnego składnika. Większość makroskładników zakumulowanych początkowych stadiach rozwojowych może z powodzeniem przemieszczać się do nowo rozwijanych organów (liści, łodyg bocznych oraz organów generatywnych). Powiemy wtedy, że w razie wystąpienia deficytu składnik może być wycofywany ze starszych liści do młodszych organów. Tak dzieje się w przypadku azotu, fosforu, potasu i magnezu. Małą ruchliwość wykazuje siarka, bardzo stabilny pod tym względem jest wapń. Objawy braku tych pierwiastków występują zwykle z dużym natężeniem w nowo tworzonych tkankach. Podobną sytuację obserwujemy w stosunku do większości mikroelementów. W tej grupie pierwiastków największy problem z mobilnością dotyczy boru. Wrócimy jeszcze do tego problemu.

Drugie pytanie: czym się przejawia?

Reakcja roślin na niedobór składnika jest zróżnicowana. Pominę zaburzenia ogólne polegające na ograniczeniach związanych z metabolizmem i w efekcie zmniejszeniem dynamiki wzrostu. Skupię się natomiast na specyficznych objawach.

1.

Najczęściej obserwowanym symptomem jest chloroza czyli zanik chlorofilu. Wiąże się to bezpośrednio z mało efektywną gospodarką azotem, która może wynikać z niedoboru N w strefie oddziaływania korzeni lub/i braku współdziałania z innymi pierwiastkami. Może się na przykład zdarzyć, że mimo podaży azotu w nawozie rośliny będą wykazywać deficyt, ponieważ niedostateczna dostępność fosforu spowodowała ograniczenia w pobieraniu, a potasu w transporcie azotu do liści. Ponadto chlorozy dotyczą dość często niedoboru magnezu (centralny atom chlorofilu), a także siarki i żelaza (składniki odpowiedzialne za syntezę chlorofilu).

W tym miejscu warto poruszyć kwestię rozróżnienia objawów: azotu, magnezu i siarki, które są często mylone. Niedobór azotu zawsze występuje na starszych liściach, a chloroza obejmuje cały liść (w przypadku kukurydzy jest to klasyczne „V”). Na tych samych organach występuje chloroza wywołana niedostatecznym zaopatrzeniem w magnez. W przypadku tego pierwiastka chloroza jest punktowa (klasyczne zboża), paskowa (kukurydza) lub międzynerwowa (dwuliścienne). Z kolei niedobór siarki zawsze rozpoczyna się od najmłodszych liści (ryc. 2.).

Rycina 2. Niedobór azotu (A), magnezu (B) i siarki (C) – fot. J. Potarzycki

Oddzielną grupę stanowią zmiany barwy liści, inne niż chloroza. Bardzo charakterystyczne są miejscowe zmiany koloru liści w następstwie deficytu fosforu. W przypadku tego pierwiastka mamy do czynienia z antocyjanowymi (fioletowymi) przebarwieniami występującymi na starszych liściach. Dotyczy to wszystkich gatunków roślin. Mogą to być zmiany punktowe lub w kształcie pasm, biegnących wzdłuż blaszki liściowej (kukurydza). Proszę jednak pamiętać, że rozpuszczalność związków fosforu w roztworze glebowym jest funkcją temperatury. W okresie wczesnojesiennym (dotyczy ozimin) lub na wiosną (wszystkie grupy roślin znajdujących się na polu) obniżenie średniej dobowej temperatury do poziomu poniżej 10^oC może prowadzić do przejściowych niedoborów fosforu. Pisząc przejściowych zakładam, że zasobność gleby w fosfor jest odpowiednia.

Symptomy braku potasu objawiają się najpierw żółknięciem, potem czerwienieniem i ostatecznie brunatnieniem – co ważne – postępującym od brzegów blaszki liściowej.

2.

Kontynuując kwestię niedoboru potasu – z czasem w miejscach odbarwień dochodzi do nekroz czyli zamierania tkanek roślinnych, a w skrajnym przypadku całej rośliny. Nekrozy pojawiają się także na roślinach z niedoborem boru i w przypadku buraka cukrowego dotyczą liści sercowych (charakterystyczne zwijanie się), co jest związane z niedostateczną syntezą auksyn. Zaburzenia w rozwoju tkanek okrywających mogą pojawić się także na owocach (problem znany bardzo dobrze w ogrodnictwie) jako następstwo niedoboru wapnia i boru. Dlatego w przypadku tych dwóch składników (o szczególnie małej mobilności między organami) tak ważna jest systematyczna aplikacja w całym sezonie wegetacyjnym, po to, by wyprodukować owoce (nasiona, ziarniaki) odpowiedniej jakości.

3.

Bardzo często zdarza się, że obserwujemy zmianę pokroju rośliny, którą błędnie definiujemy jako specyficzną reakcję na deficyt wody. W ten sposób czujemy się trochę „rozgrzeszeni” tłumacząc sobie, że nie padało więc rośliny są zwiędnięte. Pokrój rośliny określany mianem zwiędniętego może być potęgowany przez złe zaopatrzenie w potas (wpływ na gospodarkę wodną, w tym ruch aparatów szparkowych) i/lub w wapń (ograniczona synteza tkanek mechanicznych, ograniczenie funkcjonowania merystemów w korzeniu) i/lub w fosfor (słabszy rozwój korzeni, mniejsza strefa włośnikowa).

Na rycinie 3 zamieszczono klucz ułatwiający rozpoznanie niedoborów składników mineralnych. Fotografie wybranych symptomów zamieszczono także w opracowaniu „Zbilansowane nawożenie a wykorzystanie potencjału roślin” w rozdziale 5 (strony 60 – 74).

Rycina 3. Rodzaj niedoboru, charakterystyczny objaw i składniki odpowiedzialne. Źródło: Potarzycki 2022 (opracowanie graficzne: Farmer.pl)

Trzecie pytanie: co dzieje się z rośliną w glebie?

Niektórzy twierdzą, że najciekawsze jest to, czego nie widać. Przenosząc to stwierdzenie do świata roślin można zaryzykować tezę, zgodnie z którą, kluczowe jest stworzenie możliwości poszukiwania przez rośliny wody i składników mineralnych w głębszych warstwach profilu glebowego. Nie komplikując zbytnio przekazu skupmy się teraz na systemie korzeniowym roślin w powiązaniu z zaopatrzeniem w wybrane, kluczowe dla tego organu, składniki mineralne.

Zacznijmy od najważniejszego składnika żywieniowego. Reakcją każdej rośliny na deficyt azotu (nawet przejściowy) jest poszukiwanie tego pierwiastka w glebie, zarówno w konfiguracji pionowej jak i poziomej. W efekcie roślina rozwija patologicznie duży system korzeniowy starając się dotrzeć do zasobów azotu, jako składnika „numer jeden”. W przyrodzie nic nie dzieje się za darmo. Te poszukiwania odbywają się kosztem biomasy nadziemnej. Konsekwencją jest duży zasięg korzeni i jednoczesne ograniczenie tempa wzrostu organów użytkowych (ryc. 4.).

Rycina 4. Dostępność azotu a pokrój rośliny. Źródło: Potarzycki 2022 (opracowanie graficzne: Farmer.pl)

Skrajnie odmienna jest reakcja roślin na niski odczyn gleby. W tych warunkach korzenie roślin ulegają uszkodzeniu pod wpływem silnej aktywności toksycznych kationów glinu (Al³⁺) – ryc. 5. Powiemy, że niemały potencjał rośliny nakierowany na walkę o wodę i składniki mineralne, być może okupiony sporymi nakładami na nawozy, będzie stłumiony. Przyczyna banalna – spóźnione odkwaszanie gleby.

Rycina 5. Toksyczny glin a wzrost korzeni (górne zdjęcie) oraz struktura wierzchołka korzenia (dolne zdjęcie). Po lewej stronie roślina w roztworze o pH 4,3. Źródło: Delhaize i Ryan (1995).

Sekwencja zdarzeń opisana powyżej to przykłady negatywnej reakcji. Naturalnym staje się pytanie o możliwości stymulowania rośliny do budowy korzeni, bez ograniczeń w rozwoju biomasy nadziemnej. W literaturze przedmiotu zwykle mowa jest o fosforze jako głównym składniku, w dalszej kolejności o wapniu. Z mojego wieloletniego doświadczenia wynika, że warto zwrócić uwagę także na cynk. Poniższe zdjęcia (fot. 1A i B) pokazują jak zmienia się zasięg korzeni kukurydzy po zastosowaniu cynku w początkowym okresie wzrostu. To jest działanie profilaktyczne, które przygotowuje roślinę na stresy abiotyczne, w tym związane z długotrwałym brakiem opadów. Trzeba niestety założyć, że te pojawią się prędzej lub później w okresie wegetacji. Ten pozytywny wpływ cynku, wynikający między innymi z kontroli syntezy auksyn, odnieść należy także do innych gatunków roślin.

Fotografia 1. Wpływ aplikacji cynku na rozwój korzeni kukurydzy (odmiana klasyczna i stay-green). Źródło: Potarzycki

Czym są utajone objawy?

Wyobraźmy sobie teraz sytuację, w której nasze rośliny wyglądają normalnie, nie widać żadnych symptomów niedoboru. Teoretycznie nie ma powodów do niepokoju. Z praktyki wiem jednak, że dość często rośliny nie funkcjonują optymalnie. Dzieje się tak mimo, że tego nie zauważamy. W takiej sytuacji mamy do czynienia z utajonym objawem czyli wykrywalnym tylko chemicznie.

Najlepiej byłoby – podobnie jak to bywa w świecie ludzi – zrobić roślinie badania okresowe. W literaturze szczegółowo opisano optymalne zakresy zawartości składników mineralnych w organach wskaźnikowych, przypisane poszczególnym gatunkom roślin, w określonych stadiach rozwojowych. Poniżej zamieszczono dwa przykłady – dla pszenicy ozimej i kukurydzy.

Tabela 1. Optymalne zakresy zawartości składników mineralnych w pszenicy ozimej – początek strzelania w źdźbło (BBCH 30 – 33), opracowano na UP w Poznaniu

Tabela 2. Optymalne zakresy zawartości składników mineralnych w liściu podkolbowym kukurydzy w okresie kwitnienia, zestawione przez Potarzyckiego 2010

Wspomniane badania okresowe roślin wykonane we wczesnej fazie wzrostu (tab. 1), umożliwiają modyfikację stanu żywieniowego łanu/plantacji, choć nie w odniesieniu do wszystkich składników. Gdy analizy materiału roślinnego dokonamy w fazie kwitnienia (tab. 2) uzyskane dane będą miały dużą wartość poznawczą (też naukową), pozwolą na zdiagnozowanie błędów i wyciągnięcie wniosków na przyszłość. Jednak na uratowanie plonu będzie już za późno.

Lata badań prowadzonych na Uniwersytecie Przyrodniczym w Poznaniu pokazują, że w skali kraju powszechne są utajone objawy niedoboru wapnia (niezależnie od uprawianego gatunku), dość często mamy też do czynienia z zaburzeniami w gospodarce siarki (nie tylko w rzepaku). Szacuje się, że około 50% plantacji kukurydzy wykazuje zawartość cynku na poziomie poniżej zakresu optymalnego.

Dlatego tak ważne są:

1. Diagnoza (analiza gleby przed siewem roślin, wyjątek stanowi test N_min w oziminach + opcjonalnie, ocena roślin we wczesnej fazie wzrostu) i na tej podstawie podjęcie konkretnych działań;
2. Szeroko pojęta profilaktyka.

Punkt drugi wymaga komentarza. Opierając strategię żywienia roślin o działania profilaktyczne konieczne jest przyjęcie założenia, że zawartość podstawowych makroskładników w glebie (PKCaMgS) kształtuje się przynajmniej na średnim poziomie i nie jest konieczna duża korekta zasobności gleby. W przypadku mikroelementów zasobność gleby jest ważnym wskaźnikiem, lecz pamiętając o specyfice tych pierwiastków (omówionej wcześniej) warto rozeznać wrażliwość konkretnych upraw i na tej podstawie dokonać profilaktycznej aplikacji w krytycznych stadiach rozwojowych, które są zdefiniowane dla każdego gatunku, a nawet odmiany.