C.197 (CZ) Nevyzpytatelné hnojení sírou u jarního ječmene

25. 04. 2018 Ing. Jindřich Černý, Ph.D. a kol. 

Jarní ječmen, obdobně jako jiné plodiny, vyžaduje pro své fyziologické procesy síru. S ohledem na funkce síry v rostlinách je však otázkou, jak může síra ovlivnit výnos a následnou kvalitu zrna právě u sladovnického ječmene. Najít odpovědi na tyto otázky se soustředí vědecké studie. V tomto příspěvku se pokusíme dosavadní poznatky shrnout a interpretovat pro praktické využití.

Role výzkumu

Mnohdy jsme ze strany zemědělské praxe „kritizováni“ že některé vědecké studie mají pro pěstitele jen malý význam, neboť nepřinášejí jednoznačnou odpověď na otázku, jak správně hnojit. Z pohledu pěstitele totiž nemusí být zajímavé „co se děje“ během vegetace, ale jak vše dopadne, tedy jaký bude výnos, a také kvalita zrna. V případně jarního (sladovnického) ječmene, přestože na hnojení reaguje velmi citlivě, však může být výsledek (výnos a kvalita) odlišný od původního očekávání. Mezi vědci bychom konstatovali „hypotéza nebyla potvrzena“, v praxi to však může představovat značné ztráty. V následujících řádcích si dovolujeme přinést některé poznatky výzkumu a věříme, že vám umožní lepší rozhodování v podmínkách, kde hospodaříte.

Základní výzkum se snaží rozklíčovat mnohé, vzájemně provázané a složité vztahy. Bez prvotních poznatků z fyziologie, biochemie a dnes významně i genetiky, bychom se ve výživě rostlin dále neposunuli. Na základě výsledků základního výzkumu pak další studie (aplikovaný výzkum) mohou tyto poznatky připravit pro praktické využití.

Síra

Nedostatek síry (S) je stále častější problém zemědělství, a to z důvodů snížení vstupů síry z atmosférické depozice. V posledních letech, dle ročenek Českého hydrometeorologického ústavu (ČHMÚ), je celková roční depozice na více než 60 % území ČR do 5 kg S/ha a většina zbývající výměry do 10 kg S/ha. Této skutečnosti pak odpovídá stav půdy, kdy většina lokalit vykazuje malý obsah síry přístupné pro rostliny, tj. síry ve formě síranového aniontu (SO₄^2-). S ohledem na vysokou mobilitu síranů v půdním roztoku se tyto přístupné formy dlouhodobě neudrží v půdě a mnohé pozemky proto vykazují nedostatek síry.

Obsah síry v půdě

Doposud nejčastěji využívanou metodou pro stanovení obsahu síranů v půdě je extrakce vzorku půdy vodou (nejčastěji v poměru 1 hmotnostní díl půdy : 5 objemovým dílům destilované/demineralizované vody, např. 10 g : 50 ml). Při použití tohoto extrakčního postupu a poměru je obecně stanoveno, že malý obsah přístupné síry je pod 10 mg S_H2O/kg půdy. V posledních letech již mnoho pozemků vykazuje obsahy výrazně pod uvedenou hodnotou. Odstavec metody stanovení jsme zařadili záměrně, jelikož na obsah síry v půdě se budeme v příspěvku odkazovat častěji, a rozbory půd před výsevem ječmene mohou být z pohledu stanovení potřeby hnojení velice důležité. Někdy jsou využity i jiné extrakční poměry (nebo, pokud jsou výsledky srovnávány se zahraničními údaji, i jiné extrakční postupy), a mohou být uváděny jiné hodnoty. Totéž platí, pokud by se využily obsahy síry stanovené extrakcí Mehlich 3. Přestože s „vodními“ výluhy hodnoty korelují velice těsně, jsou extrahovány některé frakce síry, jejichž působení ve výživě rostlin je stále předmětem výzkumu.

Pokusy a studie

Mnoho pokusů a studií se zaměřuje na potřebu hnojení sírou u ozimé řepky (vzhledem k jejím vysokým nárokům) a ozimé pšenice (díky příznivému působení síry na výnos a kvalitu zrna či pečiva). Pro jarní ječmen zatím tolik výsledků publikováno není nebo jsou často velmi odlišné.

Vliv síry na výnos ječmene

Jedněmi z výsledků, které bývají odlišné, je vliv hnojení sírou na tvorbu výnosu. Je prokázáno, že pokud jsou půdy skutečně deficitní na přístupné formy síry (tj. s obsahem S_H2O nižším než 8 mg S/kg půdy), přispívá hnojení sírou ke zvýšení výnosů. Takto nízký obsah síry většinou bývá na půdách lehkých, promyvných, s malým obsahem organické hmoty, bez hnojení stájovými hnojivy a s nízkými vstupy síry v osevním postupu. Naopak na půdách těžších hnojených stájovými hnojivy (nebo čistírenskými kaly), s pravidelnými vstupy síry v hnojivech (zejména v roce před pěstováním ječmene) je výnosová odezva na hnojení sírou poměrně malá. Vliv na mobilitu síranů má i půdní reakce. Predikci potřeby hnojení sírou k jarnímu ječmeni a riziko nedostatku síry můžeme odvodit ze schématu.

Skutečný obsah přístupné síry (S_H2O) nám však odhalí pouze rozbory půdy. Velký vliv na výnos má pochopitelně také průběh ročníku. Vlhčí zima a předjaří před výsevem ječmene (případně období po jeho výsevu) přispívají k nižšímu obsahu síranů v půdě a hnojení sírou pak přináší pozitivní vliv na výnos, ale v suchých letech je výnosová odezva malá (graf 1).

Schéma: Faktory ovlivňující obsah a mobilitu síranů v půdě

Graf 1: Vliv hnojení sírou a dusíkem na výnos jarního ječmene za rozdílných podmínek pěstování

Vliv síry na využití dusíku rostlinami

Síra jako makroprvek je nezbytná pro správný růst a vývoj rostlin. Je vázána do aminokyselin (cystein a methionin) a později do bílkovin. Utváření bílkovin ovlivňuje také metabolizmus dusíku. Síra má však i jiné fyziologické funkce v souvislosti s jejich účastí v bílkovinách. Disulfidové vazby vytvořené v proteinech mezi thiolovými skupinami cysteinových zbytků hrají zásadní roli při tvorbě a udržování terciárních struktur a funkce bílkovin (obr.). Kromě toho je síra vázána do různých primárních a sekundárních metabolitů (Fe-S klastry, hormony, kofaktory enzymů), které mají velký význam při růstu rostlin.

Je tak dokumentováno, že hnojení sírou zvyšuje využití dusíku rostlinami v průběhu celého vegetačního období. Z pohledu životního prostředí to je jednoznačně přínosné, neboť se snižují ztráty dusíku. Z pohledu pěstitele bychom měli upřesnit, kdy to přínosné je ve vztahu k výnosu a potřebě hnojení dusíkem a na druhou stranu, kdy to již žádoucí není (s ohledem na sladovnickou kvalitu zrna) - viz dále.

Při utváření výnosu působí dusík a síra synergicky, tj. navzájem se pozitivně ovlivňují. Ječmen dosahuje vysokých výnosů pouze v případě, že ani jedna z těchto živin není deficitní. To platí zejména na počátku růstu, kdy jsou vytvářeny odnože a především zakládány klasy a klásky. Vyšší dávky dusíku podporují výnosový potenciál, ale pokud není na počátku vegetace ječmene vytvořen, vede vyšší dávka spíše k negativnímu zvýšení obsahu dusíkatých látek v zrnu. Výnosový potenciál může omezit sucho, choroby, a také nevyrovnaná výživa.

Příjem a asimilace dusíku (zabudování do organických vazeb) silně závisí na poměru N:S v pletivech. Značný vliv může mít také forma dusíku v půdě (amonná nebo nitrátová).

Některé publikace uvádějí, že nedostatek síry snižuje příjem nitrátového dusíku, ale výrazněji se neprojevuje na příjmu amonného dusíku. To je důvodem proč se význam hnojení sírou zvyšuje při hnojení „ledky“ (např. LAV), oproti močovině, která se rozkládá nejdříve na amonnou formou dusíku a později mění na nitráty. Na dobu setrvání amonné formy dusíku v půdě má však významný vliv teplota půdy a případné využití inhibitorů nitrifikace. Pokud je amonná forma dusíku aplikována v hnojivech se síranem amonným (DASA, SA apod.), pak by se mohlo zdát, že otázku síry „nemusíme řešit“. Avšak pozor na její nadbytek.

Nitrátový dusík může být rostlinami přijímán bez ohledu na jeho aktuální potřebu asimilace. „Skladován“ je ve vakuolách nadzemních orgánů, zejména v listech. Jakmile rostliny začnou růst a vytvářet dusíkaté látky, přeměňují dusičnany na amoniak, který zabudovávají do aminokyselin. Tato přeměna nitrátů se také neobejde bez síry neboť je obsažena v enzymech zajišťujících tuto nezbytnou přeměnu forem dusíku (graf 2).

Graf 2: Vliv formy dusíku a množství síry v půdě (mg/kg) na obsah nitrátů v nadzemní biomase ječmene (výsledky z nádobových pokusů)

Obr.: Vliv disulfidových (-S-S-) vazeb na utváření struktury bílkovin

Síra v transportních systémech aminokyselin

Pokusy s ječmenem ukazují, že forma dusíku ve výsledku výrazněji neovlivnila růst rostlin a příjem dusíku, ale rozhodující byl obsah síry v půdě (graf 3). To je zdůvodňováno tím, že síra se při dalším využití dusíku v rostlinách významně uplatňuje při aktivaci transportních systémů aminokyselin, a to v kořenech (zejména při příjmu amonného dusíku), a také v nadzemní biomase (při utváření aminokyselin z původně nitrátového dusíku). Omezením těchto transportních systémů dochází k vyšší akumulaci aminokyselin bez síry, resp. nižšímu zastoupením sirných aminokyselin. Zejména v listech pak dochází k akumulaci „volných aminokyselin“, místo jejich zabudování do bílkovin v dalších metabolických procesech (kondenzace aminokyselin do peptidů a bílkovin, transaminace apod.). Uvedené snížení transportu aminokyselin bylo prokázáno jak na počátku vegetace, tak i později (během sloupkování), kdy se omezeně přesouvají asimiláty do praporcového listu. Obdobně i po kvetení, kdy dochází ke stárnutí listů, jsou „zásoby“ z těchto listů méně využívány u rostlin deficitních na síru.

Jednoznačně se mnoho studií shoduje, že nedostatek síry snižuje obsah chlorofylu, zejména v mladších listech. Na druhou stranu, toto není žádná novinka, jelikož typický nedostatek síry (světlání a žloutnutí listů) se projevuje právě na mladších listech rostlin. Avšak právě u ječmene, z pohledu fotosyntézy mají mladší listy, a zejména pak praporcový list, značný význam při fotosyntéze.

V závěru této problematiky také připomínáme, že přeměny dusíku (i síry) jsou spojeny s potřebou energie. Na uvedené vztahy pak ve výsledku působí také hnojení fosforem a hořčíkem!

Graf 3: Vliv formy dusíku a množství síry v půdě (mg/kg) na hmotnost sušiny nadzemní biomasy v nádobových pokusech

Vliv síry na sladovnickou kvalitu

Síra také významně ovlivňuje sladovnickou kvalitu zrna. Jak bylo uvedeno výše, pokud síra chybí na počátku vegetace ječmene, dochází k poklesu počtu semen na rostlině, a tím pádem k nižšímu výnosu. To může přispět k vyššímu obsahu dusíkatých látek v zrnech. Stejně tak může působit i síra, pokud je dodána až během růstu (například přihnojením nebo postřikem v době sloupkování), případně začne být přijatelná pro rostliny až později (mineralizací síry v půdě, při používání hnojiv s elementární sírou nebo pomaleji rozpustných síranů vápenatých - CaSO₄, které jsou přidávány k některým typům ledků amonných jako LAS, Sulfan).

Pokusy s hnojením sírou také ukazují, že hnojené varianty častěji vykazují nižší podíl předního zrna. Avšak zde je působení síry již kombinováno s dalšími faktory, zejména výnosem a průběhem počasí během vegetace a zrání (plnění) zrna.

Určité specifikum vykazuje síra v utváření bílkovin v zrnu ječmene. Bílkovinný komplex zrna ječmene je poměrně složitý. Do detailů se pouštět nebudeme, neboť vysvětlování vzájemných vztahů by bylo poněkud rozsáhlé. Ve vztahu k síře však musíme zdůraznit, že ve složité skladbě bílkovin se nacházejí bílkoviny „bohaté“ na síru (S-rich) a bílkoviny „chudé“ na síru (S-poor). Obě skupiny bílkovin jsou obsaženy v nejvíce zastoupených druzích bílkovin zrna, a to glutelinech (bílkovinách rozpustných v alkalických rozpouštědlech) a prolaminech (bílkovinách rozpustných v alkoholu). Prolaminy jsou u ječmene také označovány jako hordeiny (u pšenice gliadiny, u ovsa aveniny, u kukuřice zeiny). Zůstaňme však u ječmene a síry. Hordeiny jsou rozdělovány do několika skupin podle jejich molekulové hmotnosti. Nízkomolekulární B-hordein a vysokomolekulární C- a D-hordein. C-hordeiny jsou chudé na síru (neobsahují cystein a jen malé zastoupení methioninu) a B- a D-hordeiny jsou na síru bohaté. Je prokázáno, že hnojení sírou významně ovlivňuje zastoupení/poměr uvedených skupin bílkovin. B- a D-hordeiny tak ve výsledku mohou ovlivnit modifikaci endospermu při sladování.

Bylo zjištěno, že D-hordein negativně koreluje s extrahovatelností sladu. B-hordein zase může vést k nízké proteolytické aktivitě během klíčení. Kromě toho peptidy a proteiny obsahující síru působí i jinak. Během sladování a při výrobě piva (vaření a v dalších procesech) vznikají z peptidů a aminokyselin se sírou meziprodukty, které ovlivňují výsledné parametry piva. Některé parametry jsou ovlivňovány negativně (například zákal piva), případně mohou také vytvářet „cizí“ vůni a chuť. Na druhou stranu sirné sloučeniny, jako metionin jsou důležitou senzoricky aktivní látkou v pivu. Jiný meziprodukt štěpení, dimethylsulfid, může být chuťově nežádoucí, ale například v některých typech ležáků je naopak velice příznivý, jelikož přispívá k výraznější chuti a vůni piva při jeho koncentracích 30–100 µg/l. Je možné, že v budoucnu se můžeme setkat i s požadavky pivovarů na obsah síry v zrnu. Výsledná chuť piva však může být značně ovlivněna i zkušenostmi sládka či hospodského. To už je ale jiné téma.

Závěr

Z uvedených údajů je zřejmé, že nadpis tohoto příspěvku byl použit oprávněně. Z pohledu zemědělské praxe zatím vyplývá, že deficit síry působí negativně, ale nežádoucí je i její nadbytek.

Na hnojení sírou bychom se měli zaměřit zejména v počátečním období růstu ječmene, tj. hnojiva se sírou aplikovat již před založením porostů. Vhodnější jsou hnojiva, která obsahují rychle rozpustné formy síranů (tj. síran amonný nebo síran hořečnatý - Kieserit). Záležet bude pochopitelně na strategii hnojení dusíkem (volbě dusíkatých hnojiv), která je limitována půdními a stanovištními podmínkami (půdní druh, pH, srážky apod.).

Ukazuje se, že dávka síry pro ječmen by spíše měla být nižší (do 20 kg S/ha) a aplikována před setím ječmene. Při opomenutí lze korekci výživy ječmene sírou provést přihnojením nejpozději v polovině odnožování. V tuto dobu se podle dosavadních poznatků ukazuje deficitní porost ječmene při obsahu nižším než 0,25 % S v sušině nadzemní části rostlin. Uvedená dávka i termíny aplikace síry pro jarní ječmen jsou značně odlišné od doporučení pro ozimou pšenici nebo řepku. Některé kombinace hnojiv uvádíme v tabulce. Další možností je využití některých vícesložkových hnojiv se sírou. Současný trh s kombinovanými nebo směsnými hnojivy nabízí celou řadu možností.

Jak bylo uvedeno v úvodu, skutečnou potřebu hnojení sírou však doporučujeme zjistit podle výsledků obsahu síry v půdě.

Tab.: Vybraná hnojiva se sírou, obsah a formy živin a dávka pro dodání 20 kg S/ha

Tento příspěvek byl připraven s využitím poznatků získaných při řešení Specifického výzkumu „S projekt“ MŠMT ČR - GA FAPPZ SV17-06-21140 a v rámci projektu NAZV č. QJ1530171.